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：
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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)。