最大化Ad Hoc网络生存期的可调节拓扑控制算法研究

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微电子技术、计算机技术、无线通信技术的迅速发展孕育了Ad Hoc网络。Ad Hoc网络通常是指在没有固定网络基础设施的情况下,由一组带有无线收发装置的节点自组织形成的一个多跳、临时的无中心网络。它具有灵活机动、组网快速、抗毁性强等优点,在军事、抢险、救灾等领域,得到了广泛应用。在这些应用中,节点往往依赖于电池供电,能量有限,而节点能量的耗尽不仅会使单一节点失效,还可能改变整个网络的性能。因此,在节点能量有限的情况下如何延长网络生存期是Ad Hoc网络面临的主要问题。为了解决该问题,在Ad Hoc网络的各层都提出了解决办法,拓扑控制作为Ad Hoc网络研究的核心技术之一,对于实现降低节点能量,延长网络生存期,增加网络容量等具有重要意义。因此,本文通过对现有拓扑控制算法的研究,针对Ad Hoc网络的特点,提出生存期可延长的可调节拓扑结构来控制拓扑,从而延长网络生存期。本文主要工作包括:(1)概述Ad Hoc网络的特点以及关键技术,确定本文要解决的问题以及欲采用的解决方案;分析研究现有可延长网络生存期的拓扑控制技术,发现其存在的问题,为后续工作奠定基础。(2)通过研究发现,现有的拓扑控制算法存在以下一些问题:首先,通过构建最小能耗拓扑子图的拓扑控制算法并不能最大化网络生存期。其次,采用的能耗模型很不符合实际。当考虑能耗的时候,仅仅只考虑了发送能耗,忽略了不同的接收能耗对底层拓扑结构的影响。最后,几乎先前的拓扑的构建方式都是固定的,从而,网络拓扑不能自适应于网络的动态性变化。因此,本文基于比较真实的能耗模型,提出了一种适用于Ad Hoc网络的生存期可延长的可调节结构ALPS。ALPS可以构建保留任意节点对之间的最长生存期路径的最小功率拓扑子图。不同于其它可调节结构,该结构可以自适应于不同网卡的接收能耗。通过理论证明和仿真实验表明该结构可以有效延长网络生存期。(3)基于ALPS,提出了适用于异构无线传感器网络的生存期可延长的可调节结构ALPH。与ALPS结构相比,改进后的结构所生成的拓扑能够适用于由多种节点混合组成的无线传感器网络,更具有一般性。并且,ALPH所采用的能耗模型比ALPS采用的能耗模型更为真实。与ALPS相同,ALPH能够构建保留任意节点对之间的最长生存期路径的最小功率拓扑子图,可以有效延长网络生存期。
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