基于能量有效的超宽带多跳路由算法的研究与仿真

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当无线网络的解决方案在企业和公共场合接入的市场上取得一定进展时,家庭网络市场仍没有找到一种合适的无线解决方案。家庭网络市场具有一定的特殊性,它需要同时满足高数据传输率、低设备成本和低能耗的要求。而超宽带(Ultra-Wideband,UWB)无线技术正是一种能满足这些家庭网络应用需求的无线通信技术。 超宽带技术是一种能在消费电子,个人电脑和移动设备之间传输数据的无线电技术。其最大的特性是能以非常低的功耗在短距离中进行高速的数据传输。因此,这种技术非常适用于传输高质量的多媒体流。除此之外,UWB技术还可以作为一种高速无线技术,用于支持无线USB2.0和无线IEEE1394。 近年来,很多研究机构和学者都把注意力集中在UWB物理层技术的研究和设计上,而较少对UWB媒体接入控制(MAC)层进行研究和设计,特别是针对UWB无线网络的多跳路由协议的研究和设计仍处于刚刚起步阶段。UWB发射功率受限,进而限制了其网络的覆盖范围。此外,基于UWB技术的移动便携设备通常是由电池供电的,电池的使用寿命是一个非常重要的指标。综上所述,为了有效地利用有限的电能、扩展UWB网络的覆盖范围和改善网络的连通性,基于能量的UWB网络的多跳路由机制成为一个非常有挑战性的题目。 综合考虑UWB网络的特性、有限的电池寿命和满足一定服务质量(Quality ofService,QoS)的需求,传统的Ad Hoc路由协议可能不适用于这种特殊的场合。为了有效地利用移动设备的能量,本文介绍了节点预测生存时间的概念,并对其有效性进行了仿真分析。本文提出了一种在UWB网络上的基于能量的混合式路由算法(HybridEnergy-aware Multi-hop Routing,HEAMR),该算法引入了节点预测生存时间和多条路径的备份机制,满足一定QoS的要求,根据网络中节点预测生存时间的情况分别应用两种不同的选路机制。该算法在MATLAB平台上进行了仿真,得到较好的性能,并与单一的能量路由算法进行了比较。仿真结果表明,HEAMR算法能够针对不同场景的需求,获得最优的路径。而且,通过均衡网络的业务量和节点的能量增加了网络的可用性。
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