DIY编程器网

标题: 基于UWB的Ad hoc无线网络 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 13:37
标题: 基于UWB的Ad hoc无线网络
　　UWB(Ultra Wide Band)超宽带技术在无线Internet网络的高速接入、个人通信多媒体业务以及军事无线通信网络等方面有着广泛的应用前景。UWB作为一种未来无线电共用技术，具有系统容量大、抗干扰强、隐蔽性好、穿透力强、传输速率高和低功耗等优点，非常适用于Ad hoc网络。超宽带Ad hoc网络不仅可以实现节点间的多跳通信，而且提供的通信服务在质量、可靠性和功能上不亚于目前的以太网，建设成本大大降低，安装更加简单。更重要的是，它既可以作为一种独立的网络运行，也可以作为当前固定网络的一种有效补充。对超宽带Ad hoc网络的研究，将为Internet的无线延伸、家庭和办公无线网络、移动无线网络、无线多媒体网络等提供重要的科学依据和技术基础。本文将针对UWB超宽带Ad hoc网络中MAC协议和路由协议算法两个关键技术进行探讨。

　　1 网络的MAC协议

　　在UWB网络中，MAC层的主要功能是调整协调多址接入。要建立一个既能充分发挥UWB优点的网络，又能应用于Ad hoc网络，并能与其他无线系统共存，则主要的研究集中在对无线资源的管理控制(RRC)上。一般来说，MAC对资源的管理在逻辑上分为两部分：由网络层分配的预留带宽(RB)，用作IP层的QoS业务，一旦分配好只能由网络层更改；由MAC层动态分配带宽(DB)，用来传输IP层更多业务。

　　1.1 功能模型

　　RRC组成——RRC调整：调整无线资源控制RRC，分配无线网络容量，计算系统的可用容量，区分RB和DB两类服务来控制无线资源。容量管理：处理RB和DB的流量值，根据RRC调整实体的指令分配两部分容量。多址接人：根据RRC调整实体的指令，选择适当的UWB传输参数处理无线链路的接人。信令管理：管理传输信令和用户与MAC域状态相关的信令。RLC控制：为RB和DB两种服务类型配置合理的ARQ参数，向信令管理发送信令，监测重传缓存器的状态，接收RRC调整指令并向其提供相应报告。

　　物理层组成——UWB收发：处理所有与UWB收发相关的功能。物理测量：测量MAC域内的干扰及能量，并报告给多址接入管理模块。信令传送／监听：传送从信令管理的信令到公共控制信道，接收从MAC域传来的其他信令。

　　1.2 RRC工作过程

　　图2举例说明了系统实现RRC的工作过程：TNA通信前，询问MAC域内所有的TN以选择合适的能量等级和传输参数；TNA向目的地TNB发送建立通信连接请求；TNB检查传人的能量等级是否适合其MAC域的干扰情况，如果适合则执行下一步，若不适合，它将向其MAc域中的所有TN发送一个警告信息，是否降低能量等级；TNB响应TNA的这个请求，双方协商调整传输参数，如果一致转入下一步。否则建立连接失败并重新回到起始位，重新选择参数与能量等级；建立过程结束，开始通信。

　　2 网络路由算法协议

　　UWB通信网络比起其他短距离通信网络最大的优势是可以实现多跳通信，在Ad hoc网络的路由协议中，AODV路由协议能够很好的支持多跳通信网络，因此它特别适合UWB无线Ad hoc网络。AODV不仅能保持网络任意两点间的路由，而且可按需发现并保持路由，这样大大增加了网络的机动、安全性能，同时也降低了网络开销。AODV提供了单点通信、多点通信和广播3种通信方式。本文重点对单点通信进行讨论。

　　2.1 寻找路由

　　当网络中的某一节点(源节点)向另一节点(目标节点)发信时，先检查路由表，判断是否存在通往两者的路由。如果有将建立通信；如果没有，则开始寻找。源节点构造一个RREQ(请求)数据包，包含源节点和目标节点的IP地址以及两者在网络中的序号及一个广播的标识符ID。RREQ构造完毕后，源节点广播数据包并开始计时等待答复；当网络中某一节点收到该RREQ时，检查是否首次收到RREQ。若是，则在规定的时间内保存源节点的IP地址和广播ID，并向前传RREQ，直至目标节点收到RREQ。若不是，则放弃该数据包；RREQ传送过程中，各节点在其路由表中为源节点建立反向路由。反向路由包含源节点的IP地址和序号、各点到源节点的跳数和收到RREQ的邻点IP地址，将应答RREP传回源节点。注意反向路由有时间限制，一旦超出未使用，将删除以减少路由表的冗余量。图3表示RREQ的传播过程和反向路由建立过程；如果RREQ中途丢失，源节点尝试重发RREQ，重新寻找路由。若重发失败，则告知不能到达目标节点。

　　2.2 建立路由

　　当寻找到通往目标节点的路由时，目标节点沿这条路径发送RREP答复源节点。RREP包含源节点和目标节点的IP地址以及它们的序号。初始化跳数为0，将路由的有效时间放人RREP的寿命字段中；当中间结点收到RREP时，本节点跳数=上个节点跳数+1。并在自己的路由表中建立到目标节点的前向路由信息(包含目标节点IP地址、RREP要去的邻点IP地址、跳数和到目标节点的距离)。这个路由有自己的寿命，一旦使用，立即更新。如在规定时间内未用，则将其删除；RREP继续回转，直到目标节点。图4表示RREP的传播过程和前向路由建立过程。

　　2.3 保持路由

　　一旦源与目标建立路由，只要源需要与目标通信，该路由一直保持；当Ad hoc无线网络中的节点移动时，如果非本条路由内的节点在移动，路由继续保持；如果源节点移动导致通路中断，将重新寻找路由并建立路由；如果中间部分节点或目标节点在移动时，造成通路中断，有一条路由出错信息将转回给源节点，这条信息由中断节点的上游点(即给中断节点发送RREQ的点)发出。这个上游点统计所有的前跳点(即在它前一跳收到RREQ的节点)，并向这些前跳点广播RERR，当这些前跳点收到RERR时，令它们到目标节点的距离=∞，表示这些路由已经无效，并向其各自的前跳点发送RERR，源节点收到RERR后开始重新寻找建立路由。

　　图5给出了路由保持的过程。(a)图表示源与目标原路径经过了1、2、3。如3移动到3’，导致与2的中断，2注意到中断并发送RERR给1，1收到后标记该路由无效并广播RERR给源节点。若源节点仍需要这条路由，则重新寻找建立路由。 (b)图表示源找到—条经过1、2、4的新路由。

　　3 结束语

　　本文提出了一种基于UWB技术的Ad hoc无线网络，并对网络实现中的关键技术媒体访问控制MAC协议和路由协议进行了重点阐述。由于UWB具有不可比拟的技术优势，相信不久将来会给我们的生活带来无穷的乐趣和方便。

欢迎光临 DIY编程器网 (http://diybcq.com/)