Ad Hoc网络中基于位置的路由协议和MAC协议研究

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最近几年,基于位置的路由协议成为AdHoc网络中的研究热点之一,因为它具有良好的可扩展性,适用更大规模的AdHoc网络。在基于位置的路由协议中,转发节点利用自己的、邻居节点的和目的节点的位置信息进行转发包。 目前有许多基于位置的转发策略,本文通过概率的方法分析了不同的转发策略对端到端的平均跳数的影响。通过MATLAB计算,贪婪的转发策略被认为是最好的转发策略,它具有实现容易、计算简单和平均跳数少等优点,特别适合高密度的AdHoc网络。 贪婪的无状态路由协议(GPSR)是结合贪婪转发策略和面遍历算法的路由协议。面遍历算法的缺点之一是它产生更多的跳数,因为在平面图的构造过程中,短的边比长的边更容易保留。其次,如果移动节点的传输范围不稳定,面遍历算法则可能失败。 受锚概念的启发,本文提出了基于虚目的节点和位置的路由协议(VDGR)来克服面遍历算法的缺点。在基本的贪婪转发中,目的节点的位置信息是固定的,因此转发节点在某些情况下可能找不到合适的邻居节点。贪婪转发失败的节点称为凹节点。但是,如果根据局部信息和目的节的位置信息计算一个点,则能根据贪婪的转发策略找到离计算的点更近的邻居节点,因此可以继续使用贪婪的转发策略,也可以找到比凹节点离目的节点更近的节点。计算出来的点称为虚目的节点。通过NS-2对VDGR和GPSR协议进行评估。仿真结果表明,在平均的端到端时延、汇聚有效吞吐量和平均传包率方面,VDGR协议比GPSR协议好。 为了提高移动AdHoc网络的吞吐量,许多研究者集中于多信道技术。其基本思想是使节点具有使用多个信道的能力,让多个传输能够同时进行来增加网络吞吐量。目前,提出了许多基于多信道的MAC协议和几个基于多信道的路由协议。但是基于位置的路由协议几乎不支持多信道。为此,提出了两种基于多信道和位置的转发策略。一种是基于负载均衡的转发(LBF),该策略是向具有最小队列长度的接口转发:另外一种是基于队列长度和顺序信道选择的转发策略(QLSSCF),该策略在源节点使用负载均衡的转发策略,而在转发节点,数据向不同于包接收的接口转发,使得数据包能够同时进行收发。通过NS-2仿真评估了两种转发策略的性能。仿真结果表明,LBF策略在平均传包率和汇聚有效吞吐量方面略好于QLSSCF。在低速低负载情况下,QLSSCF的平均时延比LBF的低,但在高速高负载下,则QLSSCF的时延比LBF的高。 节能是AdHoc和传感器网络中的一个研究热点。实际的网卡不仅在发送和接收数据时消耗能量,当它处于侦听(空闲)时也消耗能量。研究和产品规范表明能量优化必须关闭无线接口,而不是简单减少包传输能量。 基于位置的自适应友好协议(GAF)是一种基于位置的节点睡眠调度算法,它即能保持网络的可达连通性又能自适应节点行为来扩展网络生存时间。所谓网络生存时间定义为第一个节点失效时间。用基于位置的路由协议对GAF协议进行评估。实验结果显示,在低节点密度和低运动速度下,GAF协议在延长网络生存时间方面性能不显著。为此,提出了一种改进的GAF协议。当某个节点处于活跃的时间超过某个阀值时,强制它进入睡眠状态,以节省能量。通过NS2评估,可以看出改进的GAF协议在延长网络生存时间方面比GAF好,特别是在低密度、低速运动情况下,同时在传包率方面也不低于GAF协议,VDGR协议的传包率优于GPSR。但是改进的GAF协议增加了端到端的平均时延,这是唯一的不足。 为了提高802.11b协议的性能,提出一种利用不同物理层帧来提高网络吞吐量的思想。IEEE802.11b提供了高的传输速率,然而随着传输速率的提高,物理层和媒质接入控制(MAC)层引入的额外开销也相对增加。另外,802.11b物理层规范中定义了两种物理层会聚协议(PLCP)的协议数据单元(PPDU),但是许多学者没有考虑利用开销小的物理层数据单元格式来提高MAC协议的吞吐量。设计了两种方法来实现物理层不同数据格式的自动选择和网络分配向量(NAV)的计算。仿真结果表明,在平均的端到端时延、汇聚有效吞吐量和平均传包率方面,改进的MAC协议比802.11b协议好,特别是在高负载、高传输速率情况下。
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