基于传输调度的无线多跳网络节能路由策略研究

• 作 者: 李赛
• 出 处: 山东科技大学
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 无线多跳网络 并发传输集 性能评价 最佳跳距 节能路由

路由算法与协议设计是无线多跳网络的核心技术之一。目前研究者在此方面已取得丰富成果,设计了大量适用于不同场景的路由协议。路由协议的性能评价一般采用仿真的方法进行。仿真方法能够比较不同协议在不同场景下的性能优劣,但却不能得出路由协议的性能上限,即针对一个特定网络需求,路由协议能构造出的最优路由是什么。本文借助传输调度的思想研究了上述问题。将无线多跳网络节点、节点间可能存在的传输、传输间存在的干扰进行建模,形成一个干扰图模型,并在此基础上设计传输调度算法,求出网络内所有可能存在的最大并发传输集合,这些集合反映了某一时刻网络的最大传输能力。本文将路由策略问题转变为最大并发传输集选择问题,通过选择最大并发传输集合满足路由需求,并使得相应性能指标达到最优。此方法能够求取特定要求下的近似最佳路由,由此可以推知特定网络环境下设计网络协议的性能上限,由此可以对网络协议设计提供指导。本文的主要工作包含以下几个方面:1)针对于传输的并发调度问题,设计一种基于干扰图和背包问题的传输调度模型。本文分析了并发吞吐量及其影响因素,并提出一种选择并发传输集的方法来调度传输,实现吞吐量的最大化。经过证明,选择并发传输集使吞吐量最优的问题是NPC问题,并无法找到完全解决的方法。最后提出一种近似算法解决这个问题,实现网络的吞吐量最优。2)对单一路径与多路径路由性能评价设计了不同评价方法:1)对单一路径路由,分别定义路径效率、标准每比特能量和每比特时间三个指标,用于评价冗余程度、能量消耗和端到端传输速度;2)对于多路径路由性能,本文结合传输调度模型,定义网络消耗总能量和并发吞吐量等指标进行评价。另外,本文证明了最优跳距的存在,能够为网络设计和路由设计提供指导。3)针对几种节能策略,应用传输调度方法求取了实际路由,并对路由进行了性能评价。这些策略包括:1)结合Dijkstra算法,以能耗作为权重的最小能耗路由策略;2)最短路径算法;3)综合考虑协议开销、能耗的最佳跳距路由策略;4)权衡跳数和能耗的最小跳数路由策略。结果表明,传输调度方法可以根据路由策略求取实际路由并评估路由性能,并可以实现能耗、跳数、协议开销等指标与吞吐量的联合优化。