WPAN Mesh网络中基于拓扑服务器的路由算法研究

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无线个域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)是一种提供丰富业务类型(视频业务、音频业务以及大数据业务等)、可面向特定群体、无线无缝连接的针对短距离通信而提出的新兴无线通信网络技术。在WPAN中采用mesh拓扑结构形成了WPAN Mesh网络,该网络具有诸多优点:无需增加发射功率或接收灵敏度即可扩展网络的覆盖范围;通过冗余路由即可增强可靠性;同时简化了网络中节点的安装等。   本研究首先从总体上介绍了WPAN Mesh网络的概况以及该网络中常用的路由算法,并分析和比较了所列路由算法的优缺点。本文主要研究IEEE802.15.5标准中高速率无线个域网状网(High-rate WPAN Mesh,HR-WPAN Mesh)部分的路由算法----基于拓扑服务器的路由算法,该算法在HR-WPAN部分引入拓扑服务器为两个后代节点对之间提供了最佳路由,能够很好地满足高速率无线个域网状网对QoS的要求。本文以基于拓扑服务器的路由算法为主要研究对象,在实现该算法的基础上从两个方面提出改进,并通过仿真验证了改进后的两种算法的可行性和优越性。   本文主要就以下两个方面对基于拓扑服务器的路由算法展开研究和改进:⑴针对基于拓扑服务器的路由算法在链路状态信息注册过程和最优路径建立过程中存在冗余开销和冗余操作的问题,提出一种自适应选择路由通告路径的高效且能耗均衡的路由算法。该路由算法能够根据路径开销自适应地为RouteNotification消息选路,去除冗余的Link State Registration消息,缩短转发的中继节点列表的长度,并在选择最优路径时考虑节点的剩余能量,从而达到降低开销、均衡节点能耗和延长网络寿命的效果。运用OPNET仿真软件验证了所提路由算法在网络开销、平均端到端时延等性能上的优越性。⑵针对基于拓扑服务器的路由算法在路由修复过程中没有有效地根据失效链路所在网络结构中的层次来通知源节点和拓扑服务器链路失效的问题,提出一种根据实际链路情况自适应地选择通知Route Error消息路径的算法。该算法自适应地选择Route Error消息转发的路径,从而减少了Route Error消息的传输次数,同时缩短了重新建路的时延。最后通过仿真验证了所提路由算法的有效性。
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