基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究

合集下载

一种基于随机波束天线的自组网拓扑控制协议

ｗｏｋｄｅ．Ａｉｔｉｔｄｎｉｒｍｏ１ｄｓｒｂｕｅｅｇｈｂｒｂｓｄｔｏｌｙｃｎｔｏｒｔｃ，ｒｆｒｅｏａｈｏ — ａｅｏｐｏｇｏｒｌｐｏｏｏｌｅｅｒｄｔｓｔｅＲＢＮＴＣ，ｉｏｏｓｄｔｉｔｉｈｅｏｕｔｇｅｆｅｅｙｎｏｅｅｕａｏｏｌｇｌｅｏａｓｃｆｃｖｌｅＫ．ｓｐｒｐｅｏｍａｎａｎｔｄｅｒｅｏｖｒｄｑｌｔｒｓｉｈｔｙｂｌｗｐｅｉｉａｕＴｈｏｏｏｘｃａｇｅｘｃｌｏｕｍｅｓｇｓ；ａｏｔｒｐｉｉｅｆａｕｒｓｈａｔｓｂａｅｎｅｐｒｔｃｌｅｈｎｓｅａｔｙｂｎｄｓａｅｎｈｅｏｓｔｖｅｔｅｉｔｔｉｓｄｏｉｄｓａｅｅｔｍａｉｎｌｉｔｎｃｓｉｔｏｎｏｙ，ｗｈｃａｅｉｐｅｎｅｔａｒａｏｂｅｃｔＥｘｅｓｖｅｓｍｕａｉｓｉｈｃｎｂｍｌｍｅｔｄａｅｓｎａｌｏｓ．ｔｎｉｉｌｔｏｎ
协议，点独立确定天线波束的朝向和信号发送功率大小，得天线覆盖邻居节点个数等于（略小于）先设定的节使或预临界邻居数．协议的特点是获取邻居信息的代价小，运行简单．真结果表明：协议在维护网络高概率连通的该且仿新
ｌｔｃｌｅｐｅｓｏｓｔｅｅｍｉｅｔｅｃｉｉａｅｇｂｒｎｍｂｒｆｒｒｎｏｚｄｂａｆｒｎｅ－ｙｉａｘｒｓｉｎｏｄｔｒｎｈｒｔｌｎｉｈｏｕｃｅｏａｄｍｉｅｅｍｏｍｉｇｎｔ

使用定向天线的无线自组网中基于粒子群优化的最大生命期广播树构造算法

ｒｅｔｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｈｅｔｐａｒｔｉｃｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｅｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍ，ａｎｕｍ—
ｔｒｅｅｃｏｎｓｔｒｕｃｉｔｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｂａｓｅｄｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｅａｃｈ
Ｖｏ１．４３Ｎｏ．２Ｍａｕｒ．２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１— ０５０５．２０１３．０２．０１０
使用定向天线的无线自组网中基于粒子群优化的最大生命期广播树构造算法
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｉｆｅｔｉｍｅｂｒｏａｄｃａｓｔｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓａｄｈｏｃｎｅｔｗｏｒｋｓ
ｗｈｅｒｅｅａｃｈｎｏｄｅｉｓｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｈｔｓｉｎｇｌｅ — ｂｅａｍｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｔｅｎｎａｓ，ａｍａｘｉｍｕｍ— ｌｉｆｅｔｉｍｅｂｒｏａｄｃａｓｔ

无线传感网络中的拓扑控制技术

无线传感网络中的拓扑控制技术无线传感网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由众多分布在网络中的小型传感器节点组成的一种自组织、自协调的网络系统。

WSN已广泛应用于环境监测、智能交通、农业灌溉等领域。

作为WSN的基本组成部分，拓扑结构的设计与控制对于网络的性能和效果具有重要影响。

本文将就无线传感网络中的拓扑控制技术进行探讨。

一、拓扑结构的定义与作用拓扑结构是指无线传感网络中各节点之间的连接方式和关系。

在WSN中，良好的拓扑结构设计能够提高网络的可靠性、延迟性、能源效率等性能指标。

常见的拓扑结构包括星型结构、网状结构和树状结构等。

不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，因此拓扑控制技术的研究对于优化网络性能具有重要意义。

二、无线传感网络中的拓扑控制技术1. 路由选择算法路由选择算法是无线传感网络中常用的拓扑控制技术之一。

通过选择最佳的路径将数据从源节点传输到目的节点，可以有效降低网络能耗、减少传输延迟。

常见的路由选择算法有距离向量算法、链路状态算法和最小生成树算法等。

2. 节点部署策略节点的合理部署对于网络的拓扑结构具有重要影响。

通过合理地选择节点的位置和数量，可以实现全覆盖、均衡分布的拓扑结构。

常用的节点部署策略包括随机部署、密集部署和分区部署等。

3. 能量平衡算法能源是无线传感网络中最宝贵的资源之一，对于实现网络的长期稳定运行至关重要。

能量平衡算法通过合理调度节点的能量消耗，延长网络的生命周期。

常见的能量平衡算法包括基于充电站的能量补给、动态能量调整和能量感知调度等。

4. 拓扑鲁棒性技术拓扑鲁棒性是指无线传感网络中节点随机失效或故障时，网络仍能保持良好的连通性和工作性能。

拓扑鲁棒性技术通过改进网络的容错能力和应对故障的能力，提高网络的可靠性和稳定性。

常见的拓扑鲁棒性技术包括冗余路径选择、节点动态重配置和分布式故障处理等。

5. 拓扑控制算法的优化拓扑控制算法的优化是提高无线传感网络性能的关键。

基于定向天线的移动自组网技术研究综述

基于定向天线的移动自组网技术研究综述基于定向天线的移动自组网技术是指利用定向天线技术来提高移动自组网的性能和效果的一种技术手段。

本文将从移动自组网的基本概念入手，综述基于定向天线的移动自组网技术的研究进展、挑战和应用场景等方面，总结该技术的优势和不足，并展望未来的发展方向。

移动自组网是一种无线自组织的网络，由一组移动节点组成，节点之间可以通过无线连接进行通信与协作，没有固定的基础设施。

因此，移动自组网具有灵活、自适应、低成本、易于部署等特点，适用于需要临时性网络连接的应用场景，如紧急救援、野外勘察等。

然而，由于自组网的节点数量较大，节点之间的通信距离较远，传统的无线通信技术在容量、覆盖范围和能耗等方面存在一定的限制。

基于定向天线的移动自组网技术通过利用定向传输和接收信号的特点，可以提高通信的可靠性、容量和覆盖范围，减少能耗，进一步提升移动自组网的性能和效果。

近年来，众多学者对基于定向天线的移动自组网技术进行了深入的研究。

其中，研究重点包括定向天线的设计与优化、定向传输和接收的算法与协议、定向天线网络的部署与调度、移动自组网中的定向天线资源分配和切换策略等。

通过这些研究工作，相应的技术和方法得到了很大的改进和提高，使得基于定向天线的移动自组网技术在容量、能耗和通信质量等方面取得了显著的改善。

然而，基于定向天线的移动自组网技术仍然面临一些挑战和问题。

首先，定向天线设计和优化需要克服多径效应、信号衰减和天线指向问题等困难。

其次，大规模移动自组网中的定向传输和接收算法需要具备高效的路径选择和调度策略，以满足不同节点的通信需求并保证整个网络的稳定性。

此外，基于定向天线的移动自组网技术的部署和调试也需要考虑节点位置、信道状态、天气条件等因素，以保证网络的性能和效果。

基于定向天线的移动自组网技术具有广泛的应用场景。

例如，基于定向天线的移动自组网可以应用于无人机网络、智能车辆网络、无线传感器网络等多种适用于多目标追踪、多跳通信、高速传输等应用场景。

无限自组网技术综述与设计

无线自组网技术综述和设计摘要无线自组织网络即MANET（Mobile Ad Hoc Network)是一种不同于传统无线通信网络的新型网络，具有自组织、多跳路由和动态拓扑等特点，在军事上和商业应用中有着很大的前景。

无线自组织网络可以不必依托于基础设备，组网拥有了动态性。

从现状看，自组织网络可被用作商业及军事，注重了网络本体的移动属性。

在各个领域内，无线架构的自组织网络获取了明显进步。

然而，受到自身约束，这类网络仍存有若干疑难有待于化解，例如隐暴终端、路由是否拥有最优的适应特性、系统配备的单向链路。

关键词：无线自组织网络；关键技术；应用现状AbstractWireless ad hoc networks, which are different from traditional wireless communication networks, have many characteristics, such as self-organization, multi hop routing and dynamic topology, which have great prospects in military and commercial applications. Wireless ad hoc networks do not have to rely on the infrastructure, the network has a dynamic. From the current situation, the self-organizing network can be used as the commercial and military, and it has a focus on the mobile property of the network ontology. In all areas, the wireless architecture of the self-organizing network has made significant progress. However, subject to its own constraints, there are still some problems to be resolved in this kind of network, such as the hidden storm terminal, routing has the best adaptive characteristics, the system is equipped with a one-way link.Keyword: MANET; key technology; Application status前言随着社会的发展和科技的进步，人们对信息的需求日益高涨，而随时随地获取所需信息的渴望更使无线网络得到飞速的发展，在过去的十年里，无线自组网已经成为移动通信技术研究的热点之一，正得到越来越广泛的应用，并将在未来的通信技术中占据重要地位。

基于单片机的无线自组网技术研究

*********本科毕业设计（论文）学院电子信息学院专业*******************学生姓名********班级学号***********指导教师***二零一三年六月****大学本科毕业论文基于单片机的无线自组网技术研究Research of Wireless Ad hoc Network Technology Based on Microcontroller摘要随着Internet技术的飞速发展，网络技术日趋多样，Wired Network已不能满足人们对随时、随地、可靠、快速通信的需求，无线网络技术应运而生。

无线Ad Hoc网络就是新型无线网络之一。

不同于其他无线网络，Ad Hoc网络并不依赖固定基础设施，具有通信、自组织、自管理等特点。

随着我国电子技术的不断提高，以单片机为核心处理器，进行无线自组网的技术，无疑已成为通信技术的发展趋势之一。

本文采用CC430F5137作为微处理器，配合其内部集成的CC1101无线收发器以及一些基本接口电路构成节点硬件系统。

网络系统包括中心节点和终端节点，介绍了无线自组网的特点以及讨论了低功耗应用方法。

分别对SimpliciTI网络协议及其拓扑结构进行了分析，并在此基础上进行软件设计，最终实现了基于SimpliciTI网络协议的网络通信系统。

关键词：CC430 F5137；无线自组网；低功耗；AbstractWith the rapid development of Internet technology, network technology increasingly becomes diverse, and Wired Network has been unable to satisfy people‟s needs who want to have reliable and fast communication in anytime or anywhere. As a result ,wireless network technology came into being. Wireless Ad Hoc network is one of the new wireless networks. Unlike other wireless networks, Ad Hoc network has many features including communication, self-organization, self-management, which does not rely on fixed infrastructure.With the continuous development of China's electronic technology ,the communication technology of wireless ad hoc network based on the microcontroller which works as the core processor , has undoubtedly become one of the trends of Communication .In this paper，CC430F5137 is adopted as the microprocessor，coordinating with its embedded CC1101 wireless transceiver and some of the basic interfacing circuits；the node hardware system is composed．The network system includes centrer node and terminal node,The characteristics of wireless Ad Hoc networks and the application method for the low-power is discussed. SimpliciTI network protocol and its topological structure are analyzed，and the software is designed based on the analysis．Thus，the network communication system based on SimpliciTI network protocol is implemented．Keywords:CC430 F5137; Wireless ad hoc network; low-power;目录第一章绪论................................................. 错误！未定义书签。

基于OPNET的无线网络仿真综合实验设计

基于OPNET的无线网络仿真综合实验设计李默;赵亮【摘要】The wireless communication experimental instruments have many shortages such as scarce, expensive and large in size, which couldn't satisfy the need of teaching.In order to solve this problem, the method that brings OPNET simulation software to the experimental teaching is proposed.Three kinds of experiments are designed, including the wireless transceiver configuration experiment, the wireless pipeline stage programming experiment and the antenna modeling experiment.Through these experiments, the general method of OPNET simulation could be studied by the students.The practice indicates that OPNET wireless network simulation experiments can make up the drawbacks of experiment hardware environment effectively, and the teaching effect is improved.%针对无线通信实验教学受设备数量、成本、场地等因素限制,难以满足实验教学的需要的问题,提出利用大型网络仿真软件OPNET开展无线通信类课程实验的教学思路,设计了无线收发信机设置、无线管道阶段编程以及天线建模3个大项实验,使学生掌握OPNET无线网络仿真建模的一般方法.实践结果表明,基于OPNET的无线网络仿真实验不但有效弥补了实验条件的不足,也取得了较好的教学效果.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】4页(P120-123)【关键词】无线网络仿真;定向天线;OPNET;管道阶段【作者】李默;赵亮【作者单位】公安海警学院电子技术系, 浙江宁波 315801;海军东海舰队信息化处,浙江宁波 316000【正文语种】中文【中图分类】TP393近年来,无线通信技术迅猛发展,新体制、新标准不断出现和完善,无线通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分,并影响着人们的生活方式。

基于定向天线无线Mesh网络拓扑控制研究

ＨＵＡＮＧＷｅｎ－ｄｏｎｇ，ＬＩＴａｏ－ｓｈｅｎ，ｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＧｕｎｇａｘｉＵｉｖｎｅｒｓｉｔｙ，Ｎｎｎａｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎＯｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｓｅｉｏｒｕｓｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｆｅｒｒｅｎｃｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓＭｅｓｈｂａｃｋｂｏｎｅｎｅｔｗｏｒｋｄｕｅｏｔｏｍｎｉ —ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌａａｎｔｅｎｎａｃｏｍｍｕｎｉｃａ —
ｈｅｔｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｈｅｔｔｏｐｏｌｏｇｙｃｏｎｒｏｔｌｃｏｍｂｉｎｅｄｈｅｔｐｏｗｅｒｃｏｎｒｏｔ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓＭｅｓｈｎｅｔｗｏｒｋ；ｔｏｐｏｌｏｇｙｃｏｎｒｏｔｌ；ＧＧ；ｄｉｒｅｃｉｏｔｎａｌｎｔａｅｎｎａ；ｐｏｗｅｒｃｏｎｒｔｏｌ；ｓｉｇｎｌａｉｎｔｅｆｅｒｒｅｎｃｅ
黄文东，李陶深，葛志辉
（广西大学计算机与电子信息学院，广西南宁５３０００４）

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法
研究
作者姓名：孙茜
指导教师：刘军副教授
单位名称：信息科学与工程学院
专业名称：通信工程
东北大学
2011 年6月
Research on Topology Control Algorithm in Ad Hoc Networks Based Directional
Antenna
By Sun Qian
Supervisor：Associate Professor Liu Jun
Northeastern University
June 2011
东北大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
设计（论文）的基本内容：
论文主要提出了一种无线自组网的异构拓扑控制算法。

算法借鉴了现存的网络拓扑控制算法DRNG，在其基础上提出一种基于定向天线的K-DRNG拓扑控制算法，采用定向天线能够降低网络中的节点平均能耗，提高无线资源空间复用性，改善网络性能。

毕业设计课题研究的内容主要包括以下几个方面：
1.深入了解无线自组网的拓扑控制算法；
2.学习了定向天线的基本知识及基于定向天线的拓扑控制算法；
3.提出一种适于异构网络基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法；
4.利用NS2网络模拟软件对算法进行了测试，进行性能分析；
5.撰写毕业论文。

毕业设计（论文）专题部分：
题目：
设计或论文专题的基本内容：
学生接受毕业设计（论文）题目日期
第周指导教师签字
年月日
基于定向天线的无线自组网拓扑控制算法研究
摘要
拓扑控制技术是改善无线自组织网络性能的重要手段之一，然而随着网络大规模、多应用和泛在化的发展，定向天线的高增益，节省功率和抗干扰等特点日益引起关注，对采用定向天线的异构自组织网络进行拓扑控制成为研究热点。

提出一种基于定向天线的异构无线自组网拓扑控制算法K-DRNG。

算法主要包括三个阶段：信息收集阶段，节点控制发射功率，通过扇区转换机制收集邻域拓扑信息；拓扑构建阶段，节点在邻域内构建定向邻近图，初步确定在所生成拓扑内的邻居节点；拓扑优化阶段，节点间通过删除和添加方向性链路，确保生成拓扑的双向连通性。

使用NS2网络模拟软件对所提出的拓扑控制算法进行测试，结果证明，K-DRNG算法相比基于UDG和DRNG图的拓扑控制算法，能够降低网络中的节点平均能耗，提高无线资源空间复用性，改善网络性能。

关键词：无线自组织网络；拓扑控制；定向天线；异构；NS2
Research on Topology Control Algorithm in Ad Hoc
Networks Based Directional Antenna
Abstract
Topology control is one of important means to improve the performance of wireless Ad Hoc networks. However, with the development of network scale and multi-application, directional antenna with high-gain, power savings and strong anti-interference is drawing attention. For heterogeneous wireless Ad Hoc network, topology control based directional antenna becomes a research hotspot.
A topology control algorithm K-DRNG based directional antenna in heterogeneous wireless Ad Hoc network is proposed. The algorithm is mainly composed of three phases. In the stage of information collection, each node collects the information of neighborhood by adjusting the transmitting power and controlling sector conversion. In the stage of topology construction, each node constructs directed relative neighbor graph based neighborhood information and primarily identifies its neighbor nodes in the generated topology. In the stage of topology optimization, each node deletes or adds directional links with neighborhood to guarantee bidirectional connectivity of the network.
The performance of the proposed topology control algorithm is evaluated by NS2 network simulation software. The results prove that, compared with UDG and DRNG, K-DRNG algorithm can reduce the average energy consumption of nodes in the network, increase the spatial reuse of radio resource, and thus improve integral network performance.
Key words：Ad Hoc networks; topology control; directional antenna; heterogeneous; NS2
目录
毕业设计（论文）任务书 (I)
摘要........................................................................................................................................... I I Abstract. (III)
第一章绪论 (1)
1.1 研究背景与意义 (1)
1.1.1无线自组网的特点 (1)
1.1.2无线自组网的应用 (3)
1.2 无线自组网拓扑控制问题的提出 (4)
1.3 拓扑控制的研究目的与意义 (6)
1.4 本文的研究内容及主要工作 (7)
第二章无线自组网的拓扑控制现状 (9)
2.1 拓扑控制概述 (9)
2.1.1 拓扑控制的概念 (9)
2.1.2 拓扑控制的优化目标 (9)
2.1.3 拓扑控制算法的设计准则 (10)
2.2 拓扑控制算法分类 (12)
2.2.1 同质算法和非同质算法 (12)
2.2.2 同构算法和异构算法 (13)
2.2.3 基于全向天线和定向天线的算法 (16)
2.3 典型拓扑控制算法 (16)
2.3.1 DRNG拓扑控制算法 (16)
2.3.2 CBTC拓扑控制算法 (17)
2.3.3 K-DABTC拓扑控制算法 (18)
2.3.4 CMPGA-DO拓扑控制算法 (19)
2.3.5 SLTC-E拓扑控制算法 (20)
2.3.6 基于邻近图的拓扑控制算法 (21)
2.4 本章小结 (22)
第三章基于定向天线的拓扑控制算法 (23)
3.1 符号说明 (23)
3.2 算法的基本思想 (24)
3.3 信息收集 (28)
3.4 拓扑构建 (31)
3.5 拓扑优化 (32)
3.6 本章小结 (34)
第四章 K-DRNG算法的仿真性能分析 (35)
4.1 仿真环境 (35)
4.2 仿真参数设置 (36)
4.3 节点平均能耗 (37)
4.4 时延 (38)
4.5 网络吞吐量 (40)
4.6 本章小结 (42)
第五章总结与展望 (43)
5.1 论文工作总结 (43)
5.2 未来研究方向 (44)
参考文献 (47)
致谢 (49)。