基于位置的低功耗自组网路由协议研发

发布时间：2020-04-22 16:08

【摘要】：无线自组织网络是一种完全不依赖固定通信基础设施的通信网络,具有快捷组网、抗毁性强的特点。因此,无线自组织网络在战场作战、灾后救援或紧急搜索场景下得到了广泛的使用。在某些特殊场景下,自组织网络中的便携式通信设备一般采用能量有限的电池进行供电,因此如何降低节点功耗,延长网络生存时间显得尤为重要。而路由协议设计的优劣在降低功耗方面又起着关键性作用。LAR协议是一种典型的基于位置信息的路由协议,它通过位置信息的辅助,限制了转发范围,降低了功耗。但LAR协议依旧存在不足:在建立路由过程中,受限于请求区域的大小,首次寻路就能成功建立路由的概率较低;在建立路由过程中没有考虑选取路径的稳定性;当建立路由失败后,直接退化为广播泛洪,急剧增大网络负载。针对LAR协议存在的以上不足进行优化,本文提出改进型协议——LPC-LAR。首先,LPC-LAR协议在建立路由过程中通过对节点的位置进行预测,提高了节点首次寻路成功的概率;其次,优化了请求区域内转发节点的选取策略,只有位于最优候选区的邻居节点才有转发资格,位于次优候选区节点的转发取决于最优候选区,减少了转发节点数量且提高了所建路径的稳定性;最后,避免路由请求直接退化为广播泛洪,而是重新规划新的请求区域,发送路由请求分组,完成路由建立。通过上述三个方面的优化,提高了所建路径的稳定性,减少了广播泛洪次数和转发节点个数,从而达到了降低功耗的目的。为了验证LPC-LAR协议的性能,在OPNET平台上对LPC-LAR路由协议进行建模仿真,并与LAR协议进行对比。通过在不同的网络场景下,如节点移动速率、网络规模等,对比控制开销、分组到达率和端到端时延等性能参数。仿真结果表明,LPC-LAR路由协议不仅具有更高的分组投递率,而且具有较低的控制开销,与LAR路由协议相比有一定的性能提升,能够实现低功耗的目标。
【图文】：

拓扑结构图,仿真网络,拓扑结构

4.2.1 仿真网络模型图 4.1 给出了本次仿真的其中一个基本网络模型。图4.1 仿真网络的拓扑结构设置的网络仿真范围是 10Km*10Km，网络中包含有 40 个移动节点和一个mobility 应用模型，场景切换可以通过菜单 Scenarios Switch To Scenario 选项来完成。网络中的节点是随机分布的，运动轨迹也是随机的，移动速度为变量，可以进行修改。节点间通信使用的是 IEEE802.11 无线通信协议。为了仿真实现的方便，地理位置直接使用 X 坐标轴和 Y 坐标轴来表示。在仿真网络中，网络中节点的移动方式是由移动配置器来控制的，本文采用了常见的随机运动模型。在后续仿真过程为了进

节点模,模块

source 模块、sink 模块、route 模块、mac_intf 模块、802_11_DFC_mac 模块、port_rx模块、port_tx 模块等组成。图4.2 节点模型各个模块的具体功能：source 模块是信号源模块，，主要用于模拟产生业务数据包，并投递给 route 模块，作为输入负载；sink 模块是用来处理经 mac 层、路由层上传上来的，要接收处理的数据包，最后销毁等；route 模块是实现本文所设计的基于位置的低功耗自组网路由算法——LPC-LAR算法，保证分组多跳的传递到目的节点；mac_inf 模块主要用来完成节点路由层地址与 mac 地址的转换，实现一一映射；802_11_DCF_mac 模块主要是实现 CSMA/CA 协议，保证多个节点可以共享无线信道；port_tx 模块是发信机模块，主要作用是把数据包发送到无线信道中进行传输；port_rx 模块是收信机模块
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】