基于拟生灭过程的无线ad+hoc网络若干技术研究

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1、万方数据博士学位论文基于拟生灭过程的无线AdHoc网络若干技术研究作者：夏文洁指导教师：刘凤玉教授南京理工大学2014年12月万方数据Ph．D．DissertationResearchontechnologiesinwirelessAdHocnetworkbasedonQuasi—birth·and—deathprocessByWenjieXiaSupervisedbyProf．FengyuLiuNanjingUniversityofScience&TechnologyDecember,2014万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本

2、学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名：i我亟熊乙。蟛年阻月7日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：型bty年t2月哆日万方数据博士论文基于拟生灭过程的无线AdHoc网络若干技术研究

3、摘要无线AdHoc网络的组网灵活性及抗毁性等特点，使其在军用和民用领域内得到了广泛的应用，但是其剧烈变化的拓扑结构、有限的带宽资源以及共享信道上的竞争冲突给AdHoc网络技术的发展带来T战，也使得无线AdHoc网络的相关技术成为研究的热点。本文利用生灭过程和拟生灭过程对AdHoc网络的分簇算法、节点故障维护策略以及MAC层接入协议技术进行了建模和分析，具体体现在以下几个方面：1)建立了多信道接入的分簇网络中簇头节点处理数据请求过程的生灭模型。利用概率分析的方法，引入阻塞概率和信道的平均利用率作为额外的簇头选举因子对分簇AdHoc网络中的按需加权自适应分簇算法(Ad

4、aptiveOn．demandWeighted，AOW)进行了改进，并进行了仿真实验，实验结果表明，改进算法后，减少了数据请求阻塞，提高了簇头的平均服务时间，使网络拓扑结构更加稳定。2)建立了无线AdHoc网络中按需路由协议路由发现过程中源节点生成子树生灭过程模型(Sub．Tree．BD模型)，利用矩阵分析方法进行求解，推导出了生成子树规模变化以及生存时间的概率表达式；基于该模型，建立了AdHoc网络节点故障及生成子树维护过程的拟生灭模型，利用概率分析方法，推导了在系统达到稳定状态下，节点故障率、维护过程空闲策略以及系统载荷之间的关系式，对空闲策略对网络性能和网络

5、载荷的影响进行了分析，并通过仿真实验进行了验证，实验结果表明，该模型可优化AdHoc网络中的资源分配，为制定维护策略提供参考。3)在对单跳和多跳AdHoc网络中MAC层上分布式协调功能(DistributedCoordlinationFunction，DCF)协议的节点数据发送过程分析的基础上，依次建立了单跳网络无限队长拟生灭模型、单跳网络有限队长拟生灭模型、多跳网络无限队长拟生灭模型和多跳网络有限队长拟生灭模型，利用矩阵分析和数学归纳方法对模型进行分析求解，推导了节点缓冲队列无限大时避免网络达到饱和的控制条件，并建立了数据速率的阈值方程；推导了节点缓冲队列为有限

6、时过程的平稳分布，建立了丢包率、平均延迟等网络指标的概率表达式。并通过仿真实验进行了验证，实验结果表明，理论结果与实验数据吻合较好，表明该模型可以描述AdHoc网络节点数据发送过程中的竞争退避过程，该模型为AdHoc中通过数据速率控制避免网络拥塞提供了一个量化依据，也为特定网络规模下路由协议的选择提供了一种参考。4)在多跳网络有限队长拟生灭模型和二进制指数退避(BinaryExponentialBackoff,BEB)算法的基础之上，提出了一种基于拟生灭过程的动态最大重试次数退避算法。引入动态最大重试次数以及节点数据发送速率作为影响因子对BEB算法进行改进，推导万

7、方数据摘要博士论文出了考虑延迟和丢包率约束的平衡方程，并进行了仿真实验，实验结果表明，改进算法后，与标准退避算法相比，延迟和丢包率显著改善，为网络服务质量控制提供了一种参考。关键词：AdHoc，生灭过程，拟生灭过程，按需路由，分簇算法，DCF协议，速率控制，退避算法II万方数据博士论文基于拟生灭过程的无线AdHoc网络若干技术研究AbstractWirelessAdHocnetworkiSwidelyusedinbothmilitaryandcivilareaduetoitsinherentdeploymentflexibilityandsurvivability

8、chara