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Ad Hoc网络中基于突发业务的MAC协议与路由协议研究

作　者: 谭巍
导　师: 沙学军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: Ad Hoc网络自相似突发度 MAC协议路由协议
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

Ad Hoc网络是一种由若干无线通信设备临时自由组合形成的一种无线分组网络,它不需要固定通信设施的支持,网络节点可以自由移动,每个节点是对等的实体,它们既是通信终端,又是路由器。网络能随着节点的加入、离开、移动进行自组织、自管理。Ad Hoc网络广泛地应用于诸如紧急搜救、临时会议会场、无线家庭网络等通信领域。目前Ad Hoc网络技术已成为一个新的研究热点。制约目前Ad Hoc网络广泛应用的主要原因之一是缺乏能够适合真实场景,高效简单的MAC协议和路由协议。目前针对Ad Hoc网络的研究,往往采用服从泊松分布短程相关的业务模型。大量的对实际网络业务的测量表明,网络中的业务存在着自相似特性,Ad Hoc网络中的业务同样具有该特性。不同的业务模型对网络性能有很大的影响,现有基于Ad Hoc网络这方面的研究仅限于验证和定性的仿真分析,并没有针对Ad Hoc网络在自相似模型下进行深入研究,提出更加适合的协议。本文对以下几个相关问题进行了深入研究:第一,研究了自相似业务对Ad Hoc网络性能的影响。通过理论分析解释了Ad Hoc网络中业务具有自相似特性的原因,利用相位法对自相似模型的网络性能进行了理论上的分析,证实了突发特性是影响网络性能的最根本原因,得到了影响网络性能的具体参数。通过仿真进一步研究了自相似业务的突发性对Ad Hoc网络性能的影响。基于上述分析提出了MAC协议和路由协议的研究方向,为后文的展开打下了基础。第二,提出了一种基于突发度的退避算法BDB(Burst Degree based Backoff)。该算法充分考虑了业务突发特性的影响,在IEEE 802.11二进制退避算法的基础上,引入了节点突发度作为竞争参量,根据节点业务和竞争的情况采用更加合理的退避窗口。该算法能够减少网络各节点的平均队列长度,提高吞吐量和时延等网络性能,适用于不同的业务源。第三,提出了一种快速转发MAC协议PFFMAC(Packet Fast Forward MAC)。中间节点在收到未分段或分段最后一帧的数据分组时,在应答ACK的同时携带RTS多播发送,并选取突发度小的节点作为下一跳的转发节点。该协议能够尽快的把数据分组发送到目的节点,减少时延,提高信道的空间利用率,减轻了流内竞争和队头阻塞等问题带来的影响。理论和仿真分析发现,对于不同的业务模型,网络的吞吐量和时延性能均有所提高。第四,提出了一种基于突发度和节点度的路由协议BNBR(Burst d egree and Node’s degree Based Routing )。该协议采用链路监测方式来判断当前链路的质量,当监测到链路质量较差时,以最佳的备用路由发起路由替换。将路由流经节点的突发度和节点度的加权统计量作为路由的选择参数,依据路由的选择参数值来选择最佳路由,所有的备用路由保存在每个节点的路由缓存表中。BNBR充分考虑了业务突发成批到达以及节点周围的竞争情况,因此能够选择一条更加稳定的路由作为最佳路由。该协议能够减少路由修复和重寻,提高数据分组交付率和时延性能,对于不同的业务源具有较好的适用性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-32
  1.1 课题的目的和意义  12-13
  1.2 Ad Hoc网络的特点  13-15
  1.3 Ad Hoc网络的应用领域  15-16
  1.4 Ad Hoc网络的国内外研究现状和重点  16-30
    1.4.1 业务的自相似特性  17-21
    1.4.2 MAC协议  21-24
    1.4.3 路由协议  24-27
    1.4.4 QoS问题  27-29
    1.4.5 组播技术  29-30
  1.5 本文研究内容  30-32
第2章网络业务自相似特性的研究  32-53
  2.1 自相似特性的定义  32-35
    2.1.1 自相似定义  32-34
    2.1.2 长程相关  34-35
  2.2 自相似流量模型  35-39
  2.3 Ad Hoc网络业务自相似特性分析  39-41
  2.4 自相似业务模型的数学分析  41-48
  2.5 针对自相似特性的仿真与分析  48-52
  2.6 本章小结  52-53
第3章基于突发度的退避算法  53-69
  3.1 退避算法研究现状  53-57
  3.2 基于突发度的退避算法  57-63
    3.2.1 BDB算法描述  57-59
    3.2.2 理论分析  59-63
  3.3 基于突发度的退避算法仿真分析  63-68
  3.4 本章小结  68-69
第4章基于快速转发的MAC协议  69-84
  4.1 研究动机  69-71
  4.2 IEEE802.11DCF协议分析  71-74
    4.2.1 四握手机制  71-72
    4.2.2 载波侦听机制  72
    4.2.3 帧间间隔的定义  72-73
    4.2.4 退避算法  73-74
  4.3 快速转发MAC协议描述.  74-76
  4.4 快速转发MAC协议性能分析  76-80
  4.5 快速转发MAC协议仿真分析  80-83
  4.6 本章小结  83-84
第5章基于突发度和节点度的路由协议  84-99
  5.1 路由状态监测模型和AODV协议简介  84-88
    5.1.1 路由状态监测模型  84-86
    5.1.2 AODV路由协议简介  86-88
  5.2 BNBR协议描述  88-92
    5.2.1 路由搜寻  88-89
    5.2.2 路由维护  89-90
    5.2.3 路由选择准则  90-92
  5.3 BNBR帧结构  92-95
    5.3.1 BNBR的RREQ帧结构  92-93
    5.3.2 BNBR的RREP帧结构  93-94
    5.3.3 BNBR的RERR帧结构  94-95
  5.4 BNBR协议的性能评估  95-98
  5.5 本章小结  98-99
结论  99-101
参考文献  101-112
攻读博士学位期间所发表的学术论文  112-114
致谢  114-115
个人简历  115

Ad Hoc网络中基于突发业务的MAC协议与路由协议研究

内容摘要

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