移动Ad Hoc网络MAC性能分析与退避算法改进

论文摘要

移动Ad Hoc网络是由多个无线节点形成的一个复杂的分布式系统,网络中的每个节点都具有足够的智能连续侦听、寻找其它节点、动态确定数据分组的传输路径和逐跳的转发到其它节点的能力。Ad Hoc具有无需固定基础设施、组网快捷、灵活、不受有线网络约束,在军事和灾害营救等方面具有广泛的应用前景,近年来日益成为一个非常活跃的研究领域。首先,本文对Ad Hoc的MAC层网络协议进行了归纳总结。详细分析了设计MAC协议需要解决的问题,以及相应的解决方案,重点研究了IEEE802.11DCF标准的基本原理、性能模型,从理论模型推导出采用BEB退避算法会引起不同节点之间的不公平性。其次,分析了退避机制原理,讨论了MILD、SD、FCR等典型算法的特点和需改善的问题。提出了一种基于FCR方案最大饱和吞吐量的退避算法(SMFCR),该算法通过调整竞争窗口大小,减轻了IEEE802.11中BEB算法遇到的公平性与吞吐量的矛盾问题。基于EDCF机制,把SMFCR的退避原理应用到802.11e,研究了一种有服务区分的MAC机制,该机制有助于满足Ad Hoc网络实时多媒体业务的传输需求。最后,为验证提出的算法,采用NS2分析了MAC层BEB算法实现过程,编写了BEB改进算法。仿真结果表明所提出的改进算法的性能较BEB算法有较大的提高,具有很好的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 移动AdHoc网络概述
• 1.1.1 移动Ad Hoc网络的发展
• 1.1.2 移动Ad Hoc网络的特点
• 1.1.3 移动Ad Hoc网络体系结构
• 1.2 Ad Hoc网络MAC中的问题
• 1.2.1 不同的信道共享方式
• 1.2.2 载波侦听机制带来的问题
• 1.2.3 不公平性问题
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 论文主要内容和结构安排
• 第2章 移动Ad Hoc网络MAC协议分析
• 2.1 MAC协议设计中的难点
• 2.1.1 隐藏和暴露节点问题
• 2.1.2 入侵节点问题
• 2.2 隐藏和暴露节点问题的解决方法
• 2.2.1 RTS-CTS方案
• 2.2.2 忙音方案
• 2.3 入侵节点问题的解决方法
• 2.3.1 Sousa的MAC协议
• 2.3.2 一种新的基于侦听的扩频方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 MAC协议分类和性能分析
• 3.1 基于竞争的MAC协议
• 3.1.1 ALOHA
• 3.1.2 载波监听多址访问协议（CSMA）
• 3.1.3 从CSMA/CD到CSMA/CA
• 3.1.4 MACA
• 3.1.5 DBTMA协议
• 3.2 基于调度的MAC协议
• 3.2.1 时分多址访问协议
• 3.2.2 FPRP协议
• 3.3 混合类MAC协议
• 3.3.1 ADAPT协议
• 3.3.2 TDMA和CSMA的混合协议
• 3.4 IEEE802.11协议
• 3.4.1 802.11协议概况
• 3.4.2 CSMA/CA机制
• 3.4.3 基本接入方式和RTS/CTS接入方式
• 3.4.4 IEEE802.11DCF的性能分析模型
• 3.4.5 对于模型的分析
• 3.4.6 最大饱和吞吐量分析
• 3.4.7 由模型分析得到的原协议的不足
• 3.5 本章小结
• 第4章 Ad Hoc网络退避算法分析及改进
• 4.1 退避算法及研究现状
• 4.2 退避机制的工作原理
• 4.3 现有的退避算法
• 4.3.1 BEB算法
• 4.3.2 MILD算法
• 4.3.3 缓慢减少CW方案（SD方案）
• 4.3.4 快速解决碰撞方案（FCR方案）
• 4.4 一种新的融合算法SMFCR
• 4.5 退避算法性能评价指标
• 4.6 QoS的定义及概述
• 4.6.1 QoS定义及概述
• 4.6.2 移动Ad Hoc网络的QoS
• 4.6.3 EDCF中的退避算法
• 4.7 一种基于EDCF的新QoS算法
• 4.8 本章小结
• 第5章 改进协议的仿真实现与分析
• 5.1 移动Ad Hoc网络的仿真
• 5.2 移动Ad Hoc网络仿真工具的比较
• 5.2.1 Network Simulator（NS2）
• 5.2.2 OPNET
• 5.2.3 NS2和OPNET仿真软件比较
• 5.3 改进算法的NS2实现
• 5.3.1 IEEE802.11MAC在NS2中的实现
• 5.3.2 NS2中仿真实现步骤和参数设置
• 5.3.3 仿真实验一
• 5.3.4 仿真实验二
• 5.4 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