机群自组织网络MAC层时隙分配算法及跨层路由研究

论文摘要

无线自组织（Ad hoc）网络是一种不依赖于固定基础设施的新型无线移动通信网络,具有天然的军事运用背景,已成为军事数据链研究发展的方向。因此,本文提出了基于Ad hoc网络的机群作战网络,重点研究了机群网络中MAC层和路由层技术。首先,对有中心节点的无线自组织网络MAC协议进行了研究和设计。在传统TDMA协议的基础上,实现了一种可扩展的动态时分多址协议（DTDMA）。该协议可以根据网络中业务流的情况动态调节时帧的长度,不存在空闲时隙。中心节点根据各个节点数据量的大小及优先级的高低合理地分配时隙,且各个节点可以在分得的时隙中进行无冲突的传输。其次,研究了适用于分布式组网环境的多跳自组织网络的MAC协议。本文首先对分时隙传输中的相关问题进行分析,在E-TUTM协议的基础上提出了一种能够实现区分优先级传输的混合自适应时分MAC协议（PB-HATD）。该协议提出针对有冲突的分配时隙和未使用的分配时隙特点的竞争策略,同时通过应答报文携带预约的机制,实现了报文的优先级传输。针对网络节点高速运动,网络拓扑快速变化的应用场景,本文提出了一种基于多普勒代价及负载度的自适应跨层路由协议（DOLAR）。该协议利用收发节点之间信号的多普勒频移来估计节点的相对移动性,同时在网络层与MAC层之间采用跨层技术估计各个节点的负载度。在路由选择时,综合考虑了节点的负载度、相对移动性及跳数等因素,以链路的质量为因子选择最稳定、有效的路由。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 无线自组织网络技术
• 1.2.1 无线自组织网络概述
• 1.2.2 无线自组织网络结构
• 1.3 论文主要研究内容及意义
• 1.4 论文结构
• 第二章 MAC 层时分多址协议及路由协议研究
• 2.1 MAC 层时分多址协议研究
• 2.1.1 MAC 协议面临的问题
• 2.1.2 信道接入协议的分类
• 2.2 Ad hoc 网络路由协议研究
• 2.2.1 先验式路由协议
• 2.2.2 按需路由协议
• 2.2.3 先验式路由与按需路由之间的性能比较
• 2.3 跨层协议栈设计研究
• 2.3.1 跨层设计的必要性
• 2.3.2 跨层协议栈优点
• 2.4 本章小结
• 第三章 一种适用于可扩展Ad hoc 网络的动态时隙分配算法
• 3.1 引言
• 3.2 相关工作
• 3.3 DTDMA 算法的基本思想
• 3.3.1 网络模型
• 3.3.2 时间帧和时隙的结构
• 3.3.3 引入Request 帧统计各节点时隙需求
• 3.3.4 中心节点对时隙的分配
• 3.3.5 新节点加入网络
• 3.3.6 节点退出网络
• 3.4 QualNet 网络仿真软件介绍
• 3.4.1 QualNet 网络仿真软件的特点
• 3.4.2 QualNet 仿真运行机制
• 3.4.3 QualNet 协议栈架构
• 3.4.4 QualNet 中消息处理流程
• 3.5 仿真与结果分析
• 3.5.1 无突发流业务
• 3.5.2 有突发流业务
• 3.5.3 应用层业务存在优先级
• 3.5.4 动态网络仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 一种具有优先级策略的Ad hoc 网络混合时分MAC 协议
• 4.1 引言
• 4.2 时隙传输相关问题分析
• 4.2.1 时隙传输中的冲突问题
• 4.2.2 TSMA 协议中时隙分配问题
• 4.3 PB-HATD 协议的基本思想
• 4.3.1 PB-HATD 协议中TSMA 协议帧长的选择
• 4.3.2 PB-HATD 协议中竞争退避机制
• 4.3.3 PB-HATD 协议中的优先级策略
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于多普勒代价及负载度的自适应跨层路由协议研究
• 5.1 引言
• 5.2 相关工作
• 5.3 DOLAR 路由协议
• 5.3.1 多普勒频移及其在路由选择中的应用
• 5.3.2 跨层设计机制
• 5.3.3 节点负载度
• 5.3.4 DOLAR 协议在AODV 中的实现
• 5.4 仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文