基于控制信道的认知Ad Hoc网络信道分配协议研究

论文摘要

近年来，随着科技的不断进步和网络的迅速扩张，可随时随地进行接入的、无固定基础设施的无线自组织Ad Hoc网络技术也取得了长远进展。而在网络用户群体数量迅猛增长的同时，全世界范围内的无线通信频谱目前都面临着同样的问题：日益紧缺的资源以及愈发凸显的不均衡问题。为了提高频谱利用率，解决资源短缺问题，各国学者在深入研究之后提出了几种可行的方案，其中，认知无线电技术被公认为是最有效的方法。其基本出发点是用具有认知功能的用户在授权用户没有或只有少量通信的情况下，对空闲的频段进行伺机接入，实现对授权用户无影响的频谱共享过程。认知Ad Hoc网络结合了传统Ad Hoc网络与认知无线电的优势，受到了人们越来越多的关注。在多信道认知Ad Hoc网络MAC协议中，信道分配是最关键的技术之一，它对网络性能和频谱利用率有着巨大的影响作用。本文首先对已有的认知Ad Hoc网络多信道分配协议进行了理论研究，尤其是对基于控制信道的CRM-MAC分配协议的优点和存在的不足着重作了分析。结合网络中发送数据包的实际情况，本文在其基础上提出了一种基于控制信道的信道分配协议。在所提出的新协议中，主要考虑控制信道的拥塞问题，不再根据数据包的长短来对选择信道实施严格控制，而是采取对控制信道的状态进行实时监控，根据实际需要发送的数据信息进行动态地信道选择，实现控制信道功能的良好转换，从而达到信道选择与数据传输之间的平衡。本文首先对认知Ad Hoc网络的多信道模型进行讨论，然后使用NS2网络仿真工具完成对经典模型的实现过程。然后在这个多信道模型的基础上，对提出的多信道分配协议进行实现和验证，用网络吞吐量、数据包到达率和端到端时延三种网络性能参数，验证所提出新协议的可行性。结果表明，本文提出的信道分配新协议能够增加频谱利用率，对网络性能有所改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 认知无线 Ad Hoc 网络研究现状
• 1.3 论文研究内容和内容安排
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文结构安排
• 第2章 认知 Ad Hoc 网络及 MAC 协议基础
• 2.1 认知 Ad Hoc 网络概述
• 2.1.1 认知 Ad Hoc 网络特点
• 2.1.2 认知 Ad Hoc 网络与传统 Ad Hoc 网络的区别
• 2.2 无线网络 MAC 协议的功能
• 2.3 IEEE802.11MAC 协议基础
• 2.3.1 CSMA/CA 机制
• 2.3.2 四次握手机制
• 2.3.3 帧间间隔
• 2.4 认知 Ad Hoc 网络的 MAC 协议分类
• 2.4.1 基于控制信道的 MAC 协议
• 2.4.2 基于分离时隙的 MAC 协议
• 2.4.3 基于共同跳频的 MAC 协议
• 2.5 认知 Ad Hoc 网络 MAC 协议的设计方向
• 2.5.1 信道接入
• 2.5.2 信道分配
• 2.5.3 功率控制
• 2.6 本章小结
• 第3章 认知 Ad Hoc 网络仿真及多信道模型实现
• 3.1 NS2 网络仿真工具
• 3.1.1 NS2 基础介绍
• 3.1.2 NS2 主要模块与功能
• 3.2 多信道技术的优点
• 3.3 NS2 经典的多信道协议实现模型
• 3.4 NS2 多信道模型的实现
• 3.4.1 NS2 主要模块与功能
• 3.4.2 多信道实现的仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于控制信道的信道分配协议
• 4.1 基于控制信道分配协议的优点与缺点
• 4.2 基于控制信道分配 CRM-MAC 协议
• 4.2.1 CRM-MAC 协议的工作机制
• 4.2.2 CRM-MAC 协议的流程
• 4.2.3 CRM-MAC 协议的不足
• 4.3 改进的信道分配协议——PDMAC 协议
• 4.3.1 PDMAC 协议的控制信息
• 4.3.2 PDMAC 协议的控制信道状态
• 4.3.3 PDMAC 协议的流程
• 4.4 PDMAC 协议的仿真实现与结果分析
• 4.4.1 PDMAC 协议的仿真场景
• 4.4.2 PDMAC 协议仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢