超寬帶移動自組網(wǎng)跨層路由協(xié)議研究.pdf

1、超寬帶(UWB,Ultra-WideBand)作為一種新興的擴頻無線通信技術(shù),具有功耗低、抗多徑能力強、定位精度高等優(yōu)點,成為短距離無線通信領(lǐng)域研究熱點。移動自組網(wǎng)(MANET,MobileAdHocNetwork)是一種不依賴于任何固定基礎(chǔ)設(shè)施、無中心控制的無線移動網(wǎng)絡(luò),組網(wǎng)快速靈活。將UWB技術(shù)與MANET技術(shù)相結(jié)合,通過靈活變化的拓撲,網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍可以不斷延伸。UWB技術(shù)的固有優(yōu)點可以顯著提高MANET網(wǎng)絡(luò)性能、擴展其應(yīng)用范圍。路

2、由協(xié)議是MANET網(wǎng)絡(luò)中影響通信性能的重要因素之一,現(xiàn)有路由協(xié)議大多基于傳統(tǒng)無線通信技術(shù),考慮到UWB技術(shù)獨特的物理層特性,需要設(shè)計新的適用于UWBMANET的路由協(xié)議。論文采用跨層協(xié)作策略研究UWBMANET路由協(xié)議,主要工作及相關(guān)研究體現(xiàn)在以下方面:
　　 (1)設(shè)計了一個以網(wǎng)絡(luò)層為核心的跨層方案
　　 同時采用信息池和分組頭信息管道方法實現(xiàn)節(jié)點協(xié)議棧間跨層信令交互,對本層復(fù)雜信息靈活處理的同時,保證時效性較強的信息

3、能夠快速傳遞。采用了MAC層參與的HELLO消息機制,在不引入過多控制開銷的前提下,實現(xiàn)節(jié)點間信息交互。
　　 (2)提出了一種新的基于UWB定位輔助的路由算法
　　 節(jié)點隨機移動是導致MANET網(wǎng)絡(luò)性能下降、限制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴展的關(guān)鍵因素之一,而基于移動預(yù)測的路由協(xié)議能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)變化的影響。論文利用UWB技術(shù)具有精確定位能力這一特性,基于Gauss-Markov模型研究節(jié)點移動預(yù)測機制,能夠在存儲少量節(jié)點歷史位

4、置信息的情況下辨識模型參數(shù),實現(xiàn)節(jié)點移動軌跡的實時預(yù)測。在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了基于鏈路保持時間的提前路由修復(fù)算法,以提高路由穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)性能。
　　 (3)提出了基于時間序列分析的鏈路質(zhì)量預(yù)測及穩(wěn)定路由算法
　　 由于UWB技術(shù)定位基于測距和分布式計算過程,并非任何時刻都能獲得準確的位置信息,為此本文研究定位功能ON／OFF的雙模解決方案。在無定位信息輔助的情況下,提出一個不依賴于任何特定信號傳輸模型和節(jié)點移動模型,具有較低

5、復(fù)雜度的實時鏈路質(zhì)量預(yù)測算法。分析了作為鏈路質(zhì)量度量的接收信號強度指示(RSSI,ReceivedSignalStrengthIndicator)的突出優(yōu)勢和固有缺陷。為彌補其缺陷,利用基于樣條插值的數(shù)據(jù)補齊方法將雜亂的RSSI樣本集合構(gòu)造為規(guī)整的時間序列,利用統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)處理的有力工具——時間序列分析方法充分挖掘RSSI中所包含的鏈路質(zhì)量和節(jié)點移動信息,將局部線性核平滑方法和滑動窗口局部多項式預(yù)測方法引入鏈路質(zhì)量判斷及預(yù)測,最后將其

6、應(yīng)用于穩(wěn)定路由協(xié)議設(shè)計,實現(xiàn)了節(jié)點移動自適應(yīng)的路由維護算法。
　　 (4)提出了干擾感知的穩(wěn)定路由度量
　　 考慮到MANET網(wǎng)絡(luò)中多用戶干擾無法避免,給出了跳時超寬帶(TH-UWB,Time-HoppingUWB)為物理層的多用戶干擾形式及計算方法,利用干擾信噪比(SINR,SignaltoInterferenceandNoiseRatio)衡量不同傳輸速率下鏈路對干擾的抑制能力。針對SINR的固有缺陷,利用基于偏好函