Ad Hoc网络中的混合类MAC协议研究

论文摘要

Ad hoc网络由于无需固定基础设施支撑、组网快速、灵活,因而受到人们的广泛关注和研究。其中,MAC（Medium Access Control）协议决定了节点接入共享无线信道的方式与所能获得的信道资源,其性能的优劣直接影响ad hoc网络的整体性能,是当前ad hoc网络研究领域中的热点。针对于此,本文将研究重点集中到如何改善ad hoc网络中的MAC协议性能,旨在设计可以在一定网络环境下较好地保持稳定性与有效性的混合类MAC协议,主要研究工作和成果包括以下几个方面:1.对混合类MAC协议的退避算法进行了研究,提出了基于节点密度的BEB-M算法（Node-degree-based BEB-M Backoff Algorithm,NBEB-M）。该退避算法主要包括竞争节点数估计和初始退避窗口计算两个部分,能根据当前所估计的竞争节点数来动态调整初始退避窗口,从统计上改变了混合类MAC协议的初始退避窗口,进而改善了混合类MAC协议中所使用的竞争机制性能。2.对ad hoc网络中的时隙分配问题与基于拓扑依赖特性的MAC协议进行了研究,提出了采用动态时隙分配策略的基于拓扑依赖特性的混合类MAC协议（Topology-dependent Hybrid MAC Protocol,TDHM）。该协议无需精确地预先估计网络的拓扑信息,当节点有发送需求时,可以有效地根据节点当前两跳范围内的邻节点信息为其获取合适的分配时隙与帧长,同时能及时地释放不再被其使用的分配时隙供其他节点使用,充分利用空闲时隙以及有效解决节点分配时隙之间的冲突,因此能够较好地适应ad hoc网络的拓扑与负载变化。仿真表明,相对于典型的采用固定时隙分配策略的混合类MAC协议而言,所提出的TDHM协议可以更加有效地利用无线信道资源,获得较大的性能提升。3.对ad hoc网络中基于拓扑透明特性的MAC协议进行了研究,提出了基于拓扑透明特性的混合类MAC协议（Topology-transparent Hybrid MAC Protocol,TTHM）。该协议将TDHM协议与基于拓扑透明特性的时隙分配算法有效地相结合,不仅可以尽可能地保证节点周期性地接入无线信道,还克服了基于拓扑透明特性的MAC协议信道利用率较低的缺点。当节点有发送需求时,可充分利用分配时隙与空闲时隙,从而能够更好地适应ad hoc网络的拓扑与负载变化。仿真表明,相对于当前典型的基于拓扑透明特性的MAC协议而言,TTHM协议可以更加有效地利用无线信道资源,获得一定的性能提升。4.针对MIMO技术的应用,提出了基于MIMO技术的混合类MAC协议（MIMO-based Topology-transparent Hybrid MAC Protocol,MIMO-TTHM）。该协议将TTHM协议与MIMO技术相结合,不仅具有拓扑透明特性,还拥有并行数据流传输与干扰抑制能力,可一定程度地缓解节点获取时隙使用权时所遇到的冲突,从而能更加有效地利用分配时隙与空闲时隙。仿真表明,相对于TTHM协议而言,MIMO-TTHM协议更加适用于采用MIMO技术的ad hoc网络。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 Ad hoc 网络MAC 协议研究现状
• 1.2.1 MAC 协议的设计问题
• 1.2.2 Ad hoc 网络MAC 协议分类
• 1.3 论文的研究思路和组织结构
• 1.4 论文的主要贡献
• 第二章 基于节点密度的BEB-M 算法
• 2.1 引言
• 2.2 影响退避算法性能的因素
• 2.3 基于节点密度的BEB-M 算法
• 2.3.1 网络模型
• 2.3.2 ADAPT 协议性能分析
• 2.3.3 BEB-M 算法性能分析
• 2.3.4 NBEB-M 算法描述
• 2.4 性能评估
• 2.5 小结
• 第三章 基于拓扑依赖特性的混合类MAC 协议
• 3.1 引言
• 3.2 Ad hoc 网络中的时隙分配问题分析
• 3.3 基于拓扑依赖特性的MAC 协议分析
• 3.4 基于拓扑依赖特性的混合类MAC 协议
• 3.4.1 网络模型
• 3.4.2 基本概念
• 3.4.3 协议描述
• 3.4.4 协议性能分析
• 3.5 性能评估
• 3.6 小结
• 第四章 基于拓扑透明特性的混合类MAC 协议
• 4.1 引言
• 4.2 基于拓扑透明特性的MAC 协议分析
• 4.3 基于拓扑透明特性的混合类MAC 协议
• 4.3.1 网络模型
• 4.3.2 基本概念
• 4.3.3 协议描述
• 4.3.4 协议性能分析
• 4.4 性能评估
• 4.5 小结
• 第五章 基于MIMO 技术的混合类MAC 协议
• 5.1 引言
• 5.2 MIMO 概述
• 5.3 基于MIMO 技术的混合类MAC 协议
• 5.3.1 网络模型
• 5.3.2 协议描述
• 5.3.3 协议性能分析
• 5.4 性能评估
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 后续研究方向的展望
• 缩略词
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间作者完成的主要论文
• 攻读博士学位期间作者所从事的科研工作