移動Ad Hoc網(wǎng)絡中分簇組網(wǎng)技術的研究.pdf

1、隨著無線通信技術以及移動電話、PDA(Personal Digital Assistant)、筆記本電腦等無線通信設備的不斷發(fā)展，人類社會已經(jīng)逐漸進入了泛在通信的新時代。在眾多的通信解決方案中，基于分簇結(jié)構(gòu)的移動Ad Hoc網(wǎng)絡因其不依賴固定基礎設施即可在移動場景中實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c在近些年引起了學術界和工業(yè)界越來越多的關注。與傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)相比，分簇結(jié)構(gòu)能夠顯著地改善資源的利用率、降低路由復雜度、增強網(wǎng)絡穩(wěn)定性。但由于分簇結(jié)

2、構(gòu)的建立與維護不可避免地會依賴于額外的狀態(tài)信息與控制信息的交互，所以當網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)變化較快并且涉及較多動態(tài)節(jié)點時，網(wǎng)絡中傳輸?shù)姆执匦畔t可能出現(xiàn)顯著的增長，從而占用大量系統(tǒng)資源，甚至造成網(wǎng)絡的癱瘓。因此，如何為移動AdHoc網(wǎng)絡設計高效、可靠的分簇組網(wǎng)方案，并進行準確、有效的性能分析就成為推進分簇組網(wǎng)技術繼續(xù)向前發(fā)展的關鍵。
　　本文首先從分簇組網(wǎng)方案的設計出發(fā)，提出了一套基于移動性預測的分簇組網(wǎng)方案(Mobility Pred

3、iction Based Clustering，MPBC)以盡可能減少節(jié)點的隨機移動性對網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)所可能產(chǎn)生的影響。與現(xiàn)有面向移動性感知的分簇組網(wǎng)方案相比，MPBC方案采用了基于多普勒頻移的相對移動性預測算法獲得所需的移動性信息。由于新的預測算法不依賴于外部系統(tǒng)、且無需傳輸額外的控制信息，MPBC方案體現(xiàn)出了更好的環(huán)境適應性。此外，在MPBC方案中，預測得到的移動性信息不僅用于簇頭的初步選取、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的初始化，也被用于在分簇保持階段對

4、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)做出適時的調(diào)整以盡可能進一步提升簇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過理論分析和仿真實驗可知:在相同條件下，MPBC方案在鏈路狀態(tài)變化率、邏輯鏈路持續(xù)時間、簇頭生存時間等一系列穩(wěn)定性性能指標方面都比現(xiàn)有典型分簇組網(wǎng)方案表現(xiàn)得更為出色。
　　由于分簇組網(wǎng)工作中的信息交互基本都以廣播方式完成，因此廣播傳輸?shù)男阅軙苯佑绊懙椒执亟M網(wǎng)工作的有效進行。基于這樣的考慮，本文在完成分簇方案的設計之后，進而對廣播傳輸?shù)目煽啃赃M行了理論分析。為了準確地描述廣

5、播傳輸過程，本文用Markov鏈對隨機退避計數(shù)器的狀態(tài)變化、節(jié)點傳輸隊列中剩余數(shù)據(jù)包數(shù)目的變化分別進行了重新建模，以修正現(xiàn)有文獻中所存在的問題與不足。在此基礎上，通過模型分析得到的節(jié)點平均傳輸概率被用于推導一般性二維平面場景下移動Ad Hoc網(wǎng)絡中基于距離的丟包率、平均丟包率以及平均隊列時延這三個可靠性性能指標的閉合表達式。與現(xiàn)有研究成果相比，本文考慮了隱藏終端以及相鄰節(jié)點選擇相同的退避時間對廣播傳輸所產(chǎn)生的影響。此外，本文也對衰落信道

6、在傳輸可靠性方面所可能產(chǎn)生的負面效應進行了討論。
　　最后，本文研究了分簇結(jié)構(gòu)對移動Ad Hoc網(wǎng)絡容量性能帶來的影響以提高分簇組網(wǎng)的有效性?；诿枋鼍W(wǎng)絡中通信干擾的協(xié)議模型(Protocol Model)和由收發(fā)節(jié)點形成的排斥區(qū)域(Exclusive Region)，本文首先得到了分簇結(jié)構(gòu)的移動Ad Hoc網(wǎng)絡中由簇結(jié)構(gòu)和孤立節(jié)點決定的兩個理論容量上界，并在此基礎上對臨界網(wǎng)絡面積進行了求解。此后，本文還對不同場景中網(wǎng)絡容量下界的