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无线自组织网络路由协议根据不同的策略从已经建立好的拓扑中选择一条或多条相互连接的链路组成路径,来进行数据包的传输。当拓扑中存在如“热点”这样的特殊节点时,路由协议只能去自适应网络通信量,如利用其它节点分担负载等方式来抑制局部节点负载过重的现象。但是自适应过程存在一定的延迟且并不能从根本上消除拓扑对路由协议性能的制约。因此我们需要进行拓扑控制来减小坏的拓扑对路由协议性能的影响。而怎样在标准网络协议栈中有效地实施拓扑控制是一个开放性的问题,所以研究基于拓扑控制的无线自组织网络路由协议具有重要意义。本文的主要研究思路是:首先,在保持拓扑连通性的基础上,拓扑控制应尽量减少控制开销和能量消耗,最小化节点之间的干扰,提高网络的容量。其次,针对特殊应用需求如军事指挥等,对网络延迟具有较高的要求,但这与拓扑控制最小化能量消耗或干扰的主要优化目标存在矛盾。所以需要研究满足延迟需求的拓扑控制问题。另外,在移动无线自组织网络中,节点移动会导致拓扑变化,使已经存在的链路发生断裂,产生重传和丢包,降低了网络性能,需要对节点移动性进行考虑。
本文的主要内容和贡献包括:
第一,本文提出了一种结合了路由层的实际网络通信量信息和整体的节点分布情况的跨层拓扑控制协议,使得拓扑能够更好地适应路由并适应局部的实际通信状况。提出一种机制来发现局部较大干扰节点和局部较小干扰节点,对于这两种节点在路由发现过程进行拓扑控制。避免前者受过度干扰造成严重的网络拥塞,而后者过度空闲、资源不能得到有效地利用;从而抑制了网络中部分节点的瓶颈作用,维持了负载平衡,防止局部节点负载过重、比其他节点过早地消耗完电池能量而产生节点的死亡。协议的实现利用了已有RTS/CTS机制,大大减小了控制开销,防止了多余的信息交换。
第二,本文提出了一种延迟受限并考虑干扰的移动无线自组织网跨层拓扑控制协议。在所提的拓扑控制算法中加入了对延迟条件的考虑,将减小延迟来满足延迟约束条件和消除干扰影响放在同等重要的位置。传统的拓扑控制算法的一个重要目的就是减少能量消耗和提高网络容量。移动无线自组织网络的主要应用有军事指挥、灾难救助等,它们对数据传输的延迟具有较高的要求。调研发现,在移动自组织网络中基于干扰的拓扑控制算法只关注了干扰约束条件,关于怎样通过拓扑控制来减小延迟的研究还未开展。而增加发送功率可以减少延迟,但是会增加对活动节点的干扰。因此,减少延迟和最小化干扰是两个相互冲突的目标,需要对它们进行权衡。该算法在减少延迟的同时使各节点之间的干扰维持在一定的范围内,从而在满足延迟约束条件的基础上提高了数据正确传输率,减小了冲突和丢包,增加了网络整体吞吐量。