信息通信专业资料Adhoc调研报告(word版)

1、精品Ad hoc 调研报告一. 传输功率的控制对Ad hoc无线网络的影响简介:Ad hoc无线网络是由一组相互之间直接或间接无线连接的节点所组成的自由无线网络.其中,网络吞吐量是ad hoc网络的一个基本特性.,它由很多因素决定,如节点的密度和分布,节点的机动性,传输模式,网络的规模,传输功率和带宽约束,还有无线电波的传输方向性等等.最近的一项研究表明,当固定区域内的节点增加n倍,则网络吞吐量下降为原来的同时,为了达到最大的网络吞吐量.一般的模型都默认使用TDMA的AC协议.本文作者主要通过建立一个线性规划的模型,讨论了在不同的传输功率等级下的不同节点数的Ad hoc网络的吞吐量.假定有这样

2、一个Ad hoc网络,它有n个节点,m对源-目的传输对,采用TDMA的介质访问控制协议.给定节点传播功率等级向量组 定义传输对吞吐量向量组为 当采用时域和空域联合路由配置时, 是可以达到的.定义S(P)为P功率等级下可以达到的所有传输对吞吐量向量的集合.定义一个函数式 代表在功率等级P下, 传输对吞吐量向量组所能达到的最大联合吞吐量.在这里,我们假设通过选择特定的时域和空域联合路由配置,在有限的操作周期T内,极大值的极大值为 的函数表达式通过证明, 独立于节点分布,传输模式,传输净荷.而只随着功率等级P的增大而达到极大值,也就是说,总存在P=Pmax,使得达到最大值.假设Pmax任意大时.可以

3、证明全连通的拓扑网结构是最佳的.实际运用中,还可以给不同的加上不同的权重Ci,用于实现优先级吞吐量运算的实现.在下面的具体模型分析前,有以下几点假设:1.所有节点的传输功率都是统一的(但也可调节).2.所有节点随机均匀的分布在区域内.3.每个节点都是一个特定的单播传输流的源端.4.每个单播传输流的目的端是均匀随机分布的.5.采用物理冲突模型来衡量传输是否被成功接受.6. 被定义为最小传输对吞吐量.7.在操作周期中,所有源端无限的向目的端发送数据包.8.只允许单播存在.系统模型:考虑这样一个系统模型,n个节点随机分布在特定区域内.在操作周期内,所有节点的位置是固定的.当每一个节点按预定顺序接入通

4、信频道后,以Wbit每秒的速率发送数据.变更传输功率仅仅对传播距离造成影响.在同一时间段内,一个节点只能最多接受一个节点发来的数据.每个时间槽的长度被定义为传送一个数据包的时间加上最大传播延迟时间.定义目的集合表示从源端节点s发送往特定的目的集合r的节点集合,可以很容易的得出传输对的总数为.其中, 代表集合A的势.定义为任意的功率向量组, 为与P(M)关联的最大功率向量组,它们之间满足其中, .定义节点I和J之间的连接必须满足连接信噪比大于.对于节点ik发送给节点集合J,则要满足以下的关系式:我们将在此条件式上能成功接受数据的模型称为SINR干扰模型.数据分析采用线性规划模型来证实以上结论.假

5、定区域选择为500m*500m.,路径损耗指数为4.噪音功率为-90dBm.最小SINR为10dB.最小SNR则设为13dB.所有节点的传输速率均为12Mbps.Pmin定义为保证网络连通性的最小传输功率.(随节点分布变化而变化).最大传输功率Pmax设为5W.用以保证全连通拓扑网络.通过模型,可以得到下图可以看到,随着节点数的增多,网络吞吐量随着功率变化越明显,在节点数为2时,Pmin即可达到最大网络吞吐量,而从节点6开始,Pmin时的网络吞吐量仅仅为Pmax时的67%.接下来再来看跳数统计可以看到,在Pmin情况下,网络传输不得不通过多跳数来达到连通性的要求,因为在功率限制下,远目的端的节

6、点无法通过单跳来实现,而在最大功率下,平均传输跳数为1.1,可以得出绝大多数传输都属于单跳传输.Ad hoc网络中通过能量效率比较来选取最佳邻居节点基本思想:定义P(I,J)为节点I向节点j传输数据所需要的传输功率,并且节点I拥有一张邻居节点表单,上面按传输功率大小排定I的所有邻居J1,J2假定I要发送数据给Jl,它并不急于选择直接向Jl发送数据,而是先在它的邻居表单里寻找是否有满足以下关系的节点存在.如果存在这样的节点jq,则I将jl从他的邻居节点表单里删除,并且发送数据给jq,通过jq转发给jl. 算法设计 如图,该算法通过5步实现,即节点启动,地址广播,功率分配表广播,最佳邻居选择,平衡

7、过程,最后进入普通操作.该网络具有以下假设.1. 网络的拓扑结构应为准静态的.2. 每一个节点都能够对自己的相关位置进行评估.3. 每个节点都可以调整他的传输功率,用以到达不同的邻居节点.地址广播.在地址广播阶段,每一个节点以他的全输出功率将自己的地址信息广播出去.由于假设2的存在,通过相互的地址信息的交换,最终每一个节点都形成一张如下图的表单Pat广播阶段在PAT广播阶段,每一个节点将他之前形成的表单再次广播出去,这样,在经过新一轮的广播后,每一个节点将之前的表单加以修改,变成如下的表单SON阶段在这个阶段,我们将采用下面的模型来进行最佳邻居选择这里,我们不仅考虑了接受节点的功率消耗,同时,

8、传播时所影响到的其他节点也要消耗相同的接受功率.因此,节点G向节点O所发送数据一共消耗的总能量E为其中IN(G,O)代表传输中所影响到的其他节点.假设现在存在节点B,使得再通过下图可以看到,通过GtoB BtoO的路径所影响的节点数要远远少于GtoO的节点数也就是说是可能实现的,当这个不等式成立时,节点O就被G从其PAT表中剔除,任何从G发往B的数据都将以Gtob BtoO的形式传输.下面介绍SON的两种分支 SCON和SEEON,对SCON来说,只要离他最远的邻居节点满足上面的不等式,则离他较近的不满足不等式的邻居节点继续保留在Pat表中,而SEEON则对其PAT表中的所有节点进行检查,剔除

9、所有不满足上面不等式的邻居节点.平衡阶段由于网络拓扑结构的随机性和不均匀性,有可能造成A将B当作自己的邻居节点,但是B的确PAT表中却没有A,因此,在平衡阶段,每一个节点都以全功率广播自己的邻居节点列表,当A接受到B的邻居列表并且发现自己不在其中时,A将把B从邻居列表中剔除.传输功率调节的必要性为了达到功率的最优化使用,如果只使用SON是不够的,节点必须按照发送距离的远近调整自己的发送功率,才能最终实现能量的最优化使用.仿真模拟分析下图是没有进行Son之前的网络拓扑结构.经过SCON和SEEON后,可以发现网络结构大大简化在没有进行SON之前,平均每个节点拥有13.52个邻居,在SCON之后,每个节点拥有7.98个邻居,而SEEON更是减少到5.78个邻居.通过排除远端邻居节点,节点的平均通信功率也发生了显著的下降,如下图当采用SEEON时,平均通信功率仅为802.11标准的17.1%当然,使用SCON和SEEON后,其路由表的形成需要节点之间交换更多的信息,当采用DSDV路由协议,我们可以得到,普通的802.11协议总共需要交换6369条信息,而SCOn需要7435,SEEON则需要8205条,但是,由于节点和节点之间的通信功率被大大降低了,所以路由表形成所消耗的总功率仍然要低于普通的802.11协议.最后,我们选取了5对源-目的传