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Ad Hoc网络中的功率控制与协作通信

作　者: 陈淳杰
导　师: 李德敏
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 最小生成树网络吞吐量节能协作通信机制
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Ad hoc网络是一种无中心自组织的多跳无线网络,它不以任何已有的固定设施为基础而能随时随地组建临时性的网络。由于这种方便性,并且随着无线通信技术的发展和移动终端性能的提高,特别是人们对个人通信日益增长的需求,使得移动Ad hoc网络的应用范围正逐步扩大。然而,它作为一种新型网络,还存在很多问题,新的应用也对它的研究和发展不断提出新的挑战。由于网络节点的移动特征,其中大多数节点以电池作为动力,Ad Hoc网络的节能是制约其实用化的一个非常大的问题,因而需要对其节能问题进行研究。本文就Ad hoc网络的节能问题展开了研究,采用了混合节能的方式,一方面基于最小生成树算法,提出了一种改进的不同传输功率控制策略VRC(Variable Range Control)来提供网络层的节能方法;另一方面,通过在改进VRC控制机制上利用协作通信机制,在不改变网络拓扑结构的同时,在数据链路层上进一步提高网络能耗性。利用文献中Gomez及Campbell的工作,我们证明了当考虑到节点的移动性时,传统的VRC功率控制机制并不适用于移动Ad hoc网络,因此我们给出了一种改进的VRC功率控制机制来更好地支持节点的移动性并解决了最小生成树算法所存在的非对称图问题,继而给出了一种网络拓扑更新的方法,大幅降低了网络拓扑更新的计算量。在此基础上,为了能够在不改变网络拓扑的同时,进一步降低网络的能耗,我们基于协作通信的思想,给出了两种全新的协作通信数据传输机制。我们通过马儿科夫随机移动模型,将这两种数据传输机制与原有的数据传输机制进行了比较,说明了其在节能方面的优越性。最后通过软件模拟和数值仿真的方法,验证了我们所提出观点的正确性。本文的主要贡献在于:为在动态Ad hoc网络中采用VRC控制机制带来了可能,并给出了一种实际可操作的协作通信机制。此外还指出了一些尚未解决的问题,并相应的提出了一些建议。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 研究的背景及意义  11-15
    1.2.1 Ad Hoc网络所面临的问题  11-12
    1.2.2 实现节能的方法  12-14
    1.2.3 国内外相关研究机构  14-15
  1.3 本课题的目的和主要工作  15-16
  1.4 论文结构及章节安排  16-18
第2章 Ad Hoc网络的功率控制  18-36
  2.1 Ad Hoc网络概述  18-21
    2.1.1 Ad Hoc网络发展历史  18
    2.1.2 Ad Hoc网络特点  18-20
    2.1.3 Ad Hoc网络的应用领域  20-21
  2.2 Ad Hoc网络的功率控制  21-24
    2.2.1 功率控制的基本概念  21-22
    2.2.2 几种典型的功率控制机制  22-23
    2.2.3 几种功率控制机制的性能分析和比较  23-24
  2.3 Ad Hoc网络层功率控制机制分类及性能比较  24-33
    2.3.1 相同传输功率控制机制(CRC)  25
    2.3.2 不同传输功率控制机制(VRC)  25
    2.3.3 传输功率、网络连通性及网络吞吐量模型  25-30
    2.3.4 两种功率控制机制的性能比较  30-33
  2.4 Ad Hoc网络VRC控制机制所存在的问题  33-35
    2.4.1 节点移动性对网络吞吐量的影响  33-34
    2.4.2 单向链路问题  34
    2.4.3 网络拓扑更新及计算开销问题  34
    2.4.4 大型网络的分簇问题  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章改进的VRC控制机制  36-55
  3.1 路由发现过程  36-39
    3.1.1 基于最小生成树的网络拓扑结构生成  36-39
    3.1.2 搜索源—目的节点路径  39
  3.2 传输功率决策过程  39-50
    3.2.1 改进的VRC控制机制下节点传输功率的上限  40-42
    3.2.2 自适应功率控制  42-44
    3.2.3 传输功率递增化处理  44-46
    3.2.4 网络性能的优化  46-50
  3.3 网络拓扑更新过程  50-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章利用协作通信机制进一步降低能耗  55-65
  4.1 协作通信机制基本原理  55-56
  4.2 协作通信机制基本数学模型  56-58
  4.3 两种新的协作通信数据传输机制  58-60
  4.4 两种数据传输机制对于网络能耗的改善  60-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章软件模拟及数值仿真  65-84
  5.1 改进VRC控制机制的软件模拟  65-80
    5.1.1 模拟软件结构设计  65-66
    5.1.2 各功能模块核心代码  66-75
    5.1.3 软件模拟实例  75-80
  5.2 协作通信机制能耗性数值仿真  80-84
    5.2.1 传统数据传输机制TDT  81-82
    5.2.2 顺序数据校验传输机制SDCT  82
    5.2.3 最近数据校验传输机制NDCT  82-84
第6章总结与展望  84-86
  6.1 本文所做工作及贡献总结  84-85
  6.2 Ad Hoc网络能耗性研究展望  85-86
参考文献  86-91
附录  91-108
作者在研究生期间参与项目及发表论文  108-109
致谢  109

Ad Hoc网络中的功率控制与协作通信

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