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三维Ad Hoc网络增强连通性的拓扑控制算法研究

作　者: 熊晓辉
导　师: 王东
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: Ad Hoc网络 三维拓扑控制 协作通信 网络连通性 网络容量
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


Ad Hoc网络具有节点能量有限，网络容量受限和拓扑结构高度动态变化等特点。拓扑控制策略通过调节节点的传输功率构建出具有某些特定属性(如：连通性、对称性、伸展性)的网络拓扑结构，同时达到减少节点能耗和增加网络容量的目的。随着Ad Hoc网络实际应用的不断拓展，Ad Hoc网络更多地是部署在三维空间中。由于节点密度和空间维度的复杂性，在大多数情况下，三维Ad Hoc网络无法保证强连通。目前已有的三维拓扑控制算法尚无法完全适用于网络不连通的情况。协作通信技术是能辅助拓扑控制技术以增强网络连通性的有效技术之一。本文研究不连通的三维Ad Hoc网络场景下的拓扑控制算法。借助协作通信技术对三维Ad Hoc网络进行拓扑控制，构建连通性增强、能耗减少和容量增加的网络拓扑结构，以保障和提升网络的性能。本文主要工作包括：首先，分析了三维Ad Hoc网络的复杂性和面临的挑战，阐述了拓扑控制技术的定义和意义。从拓扑控制优化目标的角度出发，对已有的三维拓扑控制算法进行分类，并指出这些算法存在的不足。发现现有的三维拓扑控制算法中网络是强连通的前提条件，限制了拓扑控制算法的适用范围。据此，提出一种增强连通性的三维拓扑控制算法(Connectivity-increasedTopologyControl，CITC)，该算法采用协作通信技术增强网络的连通性，能有效适用于初始不连通的三维网络场景。仿真实验表明CITC算法显著增强了网络连通性，同时节省了能耗和降低了干扰。接着，提出一种基于分簇的增加网络容量的三维拓扑控制算法(Clustering-basedConnectivity-increasedTopologyControl，CCITC)。该算法引入分簇思想，以减少网络中由于并发数据传输而造成的干扰，从而提升网络的容量。仿真实验表明CCITC算法在增强网络连通性和降低能耗的同时，网络容量获得了很大的提升。最后，对MATLAB仿真平台进行扩展，描述了网络场景生成模块和算法模块的实现方法，为实现本文的三维拓扑控制算法的仿真实验打下基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章 绪论  12-21
  1.1 研究背景及意义  12-14
  1.2 Ad Hoc 网络拓扑控制研究现状  14-19
    1.2.1 传统拓扑控制策略的研究  14-17
    1.2.2 拓扑控制的网络连通性问题研究  17-19
  1.3 本文工作  19-20
  1.4 本文结构  20-21
第2章 三维 Ad Hoc 网络拓扑控制基础与相关工作  21-29
  2.1 拓扑控制的定义及其意义  21-24
  2.2 三维 Ad Hoc 网络模型  24-25
  2.3 三维拓扑控制算法  25-28
    2.3.1 能量有效的三维拓扑控制算法  25-26
    2.3.2 干扰优化的三维拓扑控制算法  26-27
    2.3.3 网络容错的三维拓扑控制算法  27-28
  2.4 小结  28-29
第3章 增强连通性的三维拓扑控制算法  29-42
  3.1 引言  29-31
  3.2 CC 模型和问题定义  31-33
    3.2.1 CC 模型  31-32
    3.2.2 问题定义  32-33
  3.3 CITC 算法  33-37
  3.4 实验仿真  37-41
    3.4.1 实验参数设置  37
    3.4.2 实验结果分析  37-41
  3.5 小结  41-42
第4章 基于分簇的增加网络容量三维拓扑控制算法  42-51
  4.1 引言  42-43
  4.2 CC 模型和问题定义  43-44
    4.2.1 CC 模型  43-44
    4.2.2 问题定义  44
  4.3 CCITC 算法  44-46
  4.4 实验仿真  46-50
    4.4.1 实验参数设置  46-47
    4.4.2 实验结果分析  47-50
  4.5 小结  50-51
第5章 基于 MATLAB 的三维拓扑控制算法仿真实现  51-60
  5.1 MATLAB 特点  51-52
  5.2 网络场景生成模块实现  52-53
  5.3 CITC 算法模块实现  53-54
  5.4 CCITC 算法模块实现  54-55
  5.5 数据处理模块实现  55-56
  5.6 MATLAB 中三维拓扑控制算法仿真实验  56-59
    5.6.1 仿真参数设置  57
    5.6.2 实验结果及分析  57-59
  5.7 小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  69-70
附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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