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MANET拓扑控制算法和协议的设计与实现

作　者: 林惠敏
导　师: 张大方
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 移动自组网 拓扑控制 信道接入控制 拓扑维持时间 网络仿真
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


移动自组网(Mobile Ad Hoc Networks, MANET)由一组具备无线收发功能的移动节点组成。节点间通过共享无线信道进行通信。它适用于需要临时架设网络的场所,具有广阔的发展前景。拓扑控制是移动自组网中的一个重要研究领域。现有研究成果表明,拓扑控制作为一种网络保障技术,在维持网络连通的前提下,通过调整节点的信号覆盖范围,建立合适的相邻关系,简化网络拓扑,能够有效降低节点发送功率、增强信道的空分复用度,从而延长网络生存期和提高网络容量。如何将拓扑控制技术有效的融入移动自组网协议簇,加快拓扑控制技术实用化进程是本文工作的一个重点。分析移动给现有拓扑控制算法带来的影响,设计适合移动自组网的拓扑控制算法,为上层通信协议的运作提供优良的拓扑基础,是本文工作的另外一个重点。本文主要工作如下：(1)设计了一种有效支持拓扑控制应用的新型MAC协议,将拓扑控制策略引入移动自组网协议簇,综合评价拓扑控制技术给网络性能带来的影响。该协议借助RTS／CTS信道预约过程收集信息,无需其他额外的硬件支持和通信开销,增加了拓扑控制的实用性。另外,自激活机制保证了在某些节点不活跃的情况下拓扑信息收集的完整性。仿真结果表明,该协议能够有效支持拓扑控制在无线自组网中的应用,降低节点信号传输范围、提升网络容量。(2)针对移动自组网拓扑结构不断变化的特点,本文提出了一种基于拓扑维持时间的移动自组网拓扑控制算法LTETMTC。节点获取局部邻节点的运动情况,预测邻接关系维持时间进而感知邻节点的稳定度,调整传输范围构建拓扑结构。节点根据拓扑维持时间计算拓扑的失效时刻,自适应进行拓扑维护。理论证明了此算法生成的拓扑结构能够维持高概率连通,并且此算法只需获取局部邻节点信息,具有分布式的特点。实验结果表明：该算法有效减小网络链路通断次数,从而降低节点移动给网络性能带来的影响；具有较低的维护开销；与其他拓扑控制算法相比,能够有效降低路由修复等开销,提高网络吞吐率。(3)基于OPNET Modeler网络仿真平台实现支持拓扑控制应用的MAC协议。通过扩展OPNET移动模型接口、实现移动模型模拟器产生移动轨迹文件,搭建移动网络仿真平台,综合评价节点移动、信道干扰给网络传输性能带来的影响。

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  12-15
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 本文的工作  13-14
  1.3 本文结构  14-15
第2章 拓扑控制技术  15-27
  2.1 MANET网络的特点  15-16
  2.2 拓扑控制算法研究现状  16-24
    2.2.1 静止网络中的拓扑控制算法  17-20
    2.2.2 移动自组网中的拓扑控制算法  20-24
  2.3 目前研究中存在的问题  24-25
  2.4 小结  25-27
第3章 有效支持拓扑控制应用的新型MAC协议  27-37
  3.1 引言  27-28
  3.2 支持拓扑控制的信道接入控制协议  28-32
    3.2.1 借助信道预约过程进行邻居信息收集  29
    3.2.2 自激活机制  29
    3.2.3 协议的有限状态机(FSM)模型  29-32
  3.3 性能评估  32-35
    3.3.1 OPNET仿真工具简介  32-33
    3.3.2 协议有效性  33-34
    3.3.3 拓扑控制对网络性能的影响  34-35
  3.4 小结  35-37
第4章 基于拓扑维持时间的MANET拓扑控制算法  37-48
  4.1 引言  37-38
  4.2 问题描述  38-40
  4.3 系统模型  40-42
    4.3.1 网络模型  40-41
    4.3.2 节点运动模型  41
    4.3.3 基于预测的邻接关系维持时间  41-42
    4.3.4 邻节点稳定度评测方法  42
    4.3.5 局部拓扑维持时间  42
  4.4 基于拓扑维持时间的移动自组网拓扑控制算法  42-44
    4.4.1 基于k-neigh思想和邻接关系维持时间构建拓扑结构  42-43
    4.4.2 确定拓扑维护启动时刻  43
    4.4.3 拓扑维护  43-44
  4.5 性能评估  44-47
    4.5.1 仿真场景设置  44-45
    4.5.2 性能评估指标  45
    4.5.3 仿真结果分析  45-47
  4.6 小结  47-48
第5章 基于OPNET的MANET拓扑控制仿真平台  48-56
  5.1 支持拓扑控制的MAC协议实现  48-52
    5.1.1 支持拓扑控制应用的MAC协议整体流程  48-52
    5.1.2 协议有效性  52
  5.2 OPNET Modeler中的移动场景建模与仿真  52-55
    5.2.1 OPNET移动模型接口  52-53
    5.2.2 移动网络性能仿真  53-55
  5.3 小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  64

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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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