论文摘要
无线自组织(Ad hoc)网是一种由带有无线收发装置的移动节点组成的具有自组织能力的分布式多跳无线网络,有着广阔的应用前景和现实价值。无线自组织网中,竞争是节点获取共享信道资源的一种方式,干扰来自一个区域的众多节点同时发送数据而产生的相互影响。传输链路所占用的区域大小,决定了竞争节点的个数和局部信道的竞争程度,涉及到发送节点周围的暴露终端问题;干扰主要来自于接收节点的周围,涉及到隐藏终端和扩展隐藏终端问题。这两类问题都会使网络的吞吐量下降,延迟增加,严重影响节点传输能力及性能。当前,对于竞争和干扰控制研究的挑战主要集中在设计合理的MAC协议去有效分配空间和信道资源,划分合理的竞争区域,减少冲突、干扰和数据重传。本文针对无线自组织网共享无线信道的竞争和干扰问题,在网络物理层(Physical Layer)和MAC(Medium Access Control)协议上对载波监听机制、隐藏终端、暴露终端、竞争和干扰控制问题进行研究,通过载波监听机制的合理设计,达到优化信道竞争水平,化解干扰,提高网络性能的目的。本文主要研究工作包括两部分:1)局部优化的动态协作载波监听机制。现有分布式控制策略(Distributed Coordination Function, DCF)关注于正在传输链路的特性及吞吐量的提高,但缺乏对周围邻居节点的协作调节。本部分内容关注于暴露终端导致的传输延迟和隐藏终端导致的干扰和冲突,将传输链路周围划分为三个区域:隐藏区域、暴露区域和重合区域。同时,提出的动态协作载波监听机制通过邻居节点之间的信息和状态交换,得以同步调节周围节点的感知门限值,达到局部优化,提高网络性能的目的。2)减少暴露终端的最优载波监听机制。该部分关注隐藏终端和暴露终端的平衡问题。在保证一定网络吞吐量和干扰较小的前提下,尽可能地降低暴露终端导致节点的延迟发送。本文在理论上提出了减少暴露终端的吞吐量惩罚函数,随后,在这一惩罚函数的基础上经过推导代换,设计了一个启发式的载波监听动态调节算法用以搜索最优感知门限值。此算法通过统计传输节点的状态持续时间,搜索出最优感知门限。因为不需要信息的交换和中心控制,所以此算法的网络开销较小且易于实现。