Ad Hoc网络分簇算法与节能策略研究

【摘要】： Ad Hoc网络是在没有任何现存网络基础设施或无集中管理的情况下动态形成的暂时性网络。网络中的节点具有无线网络接口，可以自由移动，能形成动态变化的网络拓扑结构。节点移动使得网络的路由选择、QoS保障等问题面临新的难题。根据网络的应用规模和扩展性，以及应用的可靠性及实时性要求，进行组网时必须选择合适的网络拓扑结构，才能最大限度地发挥网络的性能。 网络分层管理体系为解决这些难题提供了一种有效的手段。移动Ad Hoc网络逐渐呈现分级化的趋势。传统分簇算法主要从物理结构入手进行分簇，虽然有考虑到节点移动性的算法，但未能充分结合移动的特点，无法对相似运动、组通信应用进行有效的支持。 本文提出了一种新的移动适应性k跳分簇算法(MAKH)，运用模糊推理预测节点相对移动的链路稳定度，进一步计算节点与所有邻节点的稳定度并以此作为簇首选择的标准，形成簇尺寸随运动模式可变的k跳簇结构。对相似运动提供了更大的支持，使具有相同运动模式的节点被划分到同一簇，避免了移动过程中簇首的频繁更替，以最大限度达到簇的稳定。与其他多跳簇相比，该算法的簇尺寸不是固定值，而是随着节点运行情况适时变化。接着从理论和实验两方面证明此算法的有效性。理论角度上就时间、信息复杂度阐述了系统开销。并用ns-2探讨RW、RPGM模式下，与传统的LID和MCC算法性能差异，结果表明MAKH算法在簇数目、簇大小和稳定性方面均占有绝对优势。 此外在上述分簇算法的基本上，提出一种基于簇角色的节能策略，以延长网络的生存时间。从簇角色的特征来切入节能的研究，以IEEE802.11的节能机制为基础，按簇首、网关、中间节点和叶子节点四种角色探讨它们在各网络环境下适合的能量状态。深入研究能量状态转换图，恰当的表示无线网卡运行模式与各能量模式相对应关系，并以此作为各节点运作的依据。再将实验中不同网络环境因素下的网络角色行为信息应用到角色策略上，实时调整角色能量状态，以达到簇架构Ad Hoc网络能量的使用更有效率。最后通过仿真实验，对该节能策略下的移动Ad Hoc网络进行性能测试，证实改进后的节能策略对于相对稳定的大型网络有一定的优化效果。 【关键词】：Ad Hoc网络 分簇算法 模糊逻辑 角色 节能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究意义和目的10-11
• 1.2 研究内容11-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 第二章 移动AD HOC网络与分簇算法研究13-22
• 2.1 移动AD HOC网络介绍13-14
• 2.2 网络的体系结构14-16
• 2.2.1 平面结构与分级结构14-15
• 2.2.2 网络分簇的意义15-16
• 2.3 移动AD HOC网络分簇算法研究16-21
• 2.3.1 经典的分簇算法(LID和MCC)16-17
• 2.3.2 基于位置预测的分簇算法17
• 2.3.3 移动度量分簇算法(MOBIC)17-18
• 2.3.4 多跳分簇算法(k-hop)18
• 2.3.5 加权分簇算法(WCA)18-19
• 2.3.6 算法的分析与评估19-21
• 2.4 小结21-22
• 第三章 移动适应性K跳分簇算法MAKH设计22-42
• 3.1 问题的提出22-23
• 3.2 分簇思想23-24
• 3.3 相关定义24-27
• 3.3.1 基本定义24
• 3.3.2 上游节点和下游节点24
• 3.3.3 节点角色24-25
• 3.3.4 分簇过程中节点需维护的信息25-26
• 3.3.5 节点信息交互格式26-27
• 3.4 算法设计27-35
• 3.4.1 算法描述27-29
• 3.4.2 基于模糊推理的节点稳定度获取29-35
• 3.5 算法执行35-41
• 3.5.1 算法执行流程35-36
• 3.5.2 算法执行中节点角色的转换36-37
• 3.5.3 簇的初始化37
• 3.5.4 簇的建立37-38
• 3.5.5 簇的维护38-41
• 3.6 小结41-42
• 第四章 移动适应性K-跳分簇算法分析与仿真42-55
• 4.1 属性特征42
• 4.2 理论分析42-45
• 4.2.1 Hello(nbinfo)报文开销43
• 4.2.2 簇建立开销43-44
• 4.2.3 簇维护开销44-45
• 4.2.3.1 新节点的加入44
• 4.2.3.2 链路失效44-45
• 4.2.3.3 链路建立45
• 4.2.3.4 簇维护总开销45
• 4.2.4 MAKH分簇总开销45
• 4.3 性能仿真45-53
• 4.3.1 仿真工具NS-2简介46-47
• 4.3.2 环境设置与性能指标47-48
• 4.3.2.1 仿真环境设置47
• 4.3.2.2 性能指标47-48
• 4.3.3 仿真结果48-53
• 4.3.3.1 RW模式下节点速度对簇结构的影响48-51
• 4.3.3.2 RPGM模式下组偏移距离对簇结构的影响51-53
• 4.4 小结53-55
• 第五章 基于簇角色的节能策略55-63
• 5.1 节能策略55-59
• 5.1.1 问题的提出55-57
• 5.1.2 关机节能策略背景57-59
• 5.2 能量状态转换图59-61
• 5.3 角色的初步默认能量状态61-62
• 5.4 小结62-63
• 第六章 仿真实验63-68
• 6.1 网络密度和流量对空闲时间的影响63-64
• 6.2 网络密度和移动对持续时间的影响64-65
• 6.3 角色的能量状态65-66
• 6.4 角色的持续时间66-67
• 6.5 小结67-68
• 第七章 结论68-69
• 7.1 本文的总结68
• 7.2 进一步的工作68-69
• 致谢69-70
• 发表文章70-71
• 参考文献71-74

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