基于无线Mesh的无线体域网关键问题研究

摘要

无线体域网作为无线传感器网络的一个重要分支，是一种新的交叉学科。其整合了许多高新技术，如分布式信息计算与处理技术、传感器技术、嵌入式技术、无线网络和通信技术等，被广泛应用于很多领域，如医疗保健、身体康复、助老助残、军事、体育运动等。无线Mesh网络技术截然不同于传统无线网技术，其是一种多跳网络技术。具有结构灵活的特点使之能够与其他网络组成混合网络，从而最大限度发挥两者的优势。无线体域网与无线Mesh技术都是当下研究的热点，将无线Mesh技术引入到无线体域网中，能够把这两种技术的优势相结合，将使得无线体域网具有更加优秀的表现，这将会成为一个新的研究方向。
　　 本文的研究主要从无线Mesh体域网中存在的关键问题展开。目前对无线体域网的研究方兴未艾，但还是有很多亟待解决的问题。如在IP地址分配、移动性支持和路由协议等方面仍面临严峻挑战。针对以上问题，本文在前人研究的基础上，提出基于改进的伙伴系统的IP地址分配策略用以解决无线Mesh体域网中的IP地址分配问题。同时，给出一种利用节点缓存信息来提高无线Mesh骨干网对客户端节点移动性支持不好的问题，通过仿真实验和分析并与传统方法进行比较，该方法取得了较好效果。
　　 在本文中我们主要做了以下三个方面工作:
　　 (1)简要介绍了无线Mesh网络的结构组成、优点、应用前景以及和Ad hoc网的对比等。然后着重分析了无线体域网中常用的四种拓扑结构，得出每种拓扑结构的优缺点和适用条件，突出了Mesh结构适用于通信量较大、稳定性要求较高的应用场景，为我们下文中无线体域网采用Mesh结构提供了理论依据。
　　 (2)指出了以往多数有关无线体域网的研究中，假设所有节点都已经事先分配好了IP地址的不合理性。结合无线Mesh体域网的特点提出了本文中基于改进的伙伴系统的IP地址分配策略。该方法可以有效的解决IP地址分配问题并且可以对IP地址的泄露进行检查和回收。最后从通信开销、收敛速度、可扩展性、有无重复地址和有无周期消息五个方面把该方法和其他方法进行了比较。尽管该方法存在周期消息，但在IP地址分配过程中不需要询问其他节点，在网络规模比较大的情况下也适用，更符合目前网络的发展趋势。
　　 (3)详细介绍了本文的移动性支持方法，该方法利用节点缓存信息来提高无线骨干网对客户端节点移动性的支持，主要包括入网注册步骤、路由步骤、查找步骤和移动性支持模型四个方面。结合移动性支持模型给出了仿真结果和分析，可以看出随着客户节点移动频率的增加，其最新的位置信息被缓存在骨干网节点中的可能性就越大，从而当客户节点之间发起会话的时候执行查询步骤的概率就越低。因此，该方法对客户节点的移动具有良好支持性。最后从信令开销角度把本文移动性支持方法与集中式数据库方法和移动IP方法进行了比较。结果表明本文方法的综合表现优于集中式数据库方法和移动IP方法。
　　 最后，详细总结了本文的主要研究内容，并指出了研究中存在的一些不足以及接下来的研究内容与方向。