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基于功率控制的移动Ad Hoc网络MAC协议研究

作　者: 孙江蓉
导　师: 顾一禾
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 移动Ad Hoc网络功率控制冲突与干扰模型 TPC-MAC
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要

移动Ad Hoc网络(MANET)是一种由多个不依赖于任何基础设施的无线移动终端分布式构成的多跳自治网络。近年来,随着移动通信技术的飞速发展和普及,这种新型网络技术引起了广泛的重视,逐渐从最开始的军用领域转到民用领域。移动Ad Hoc网络与传统无线网络相比,在组网方式、分布式管理、动态拓扑等很多方面有着其独特的特征,同时这些特征也给网络协议的设计带来极大挑战。信道接入技术(MAC)的设计面临能量效率、隐藏终端与网络空间复用率等诸多问题。一种解决的办法是采用功率控制机制,试图在发送节点与接收节点间用最合适的功率发送各种数据分组。现有研究在分析干扰问题时,大多数只考虑了单干扰源的问题,事实上多个节点干扰信号的累加问题也应该加以考虑,而在考虑干扰信号累加的研究中,大多考虑单个信号传输过程,而一次数据传输过程有DATA/ACK两个或者RTS/CTS/DATA/ACK四个信号传输过程。本文以IEEE 802.11 DCF协议为基础,构建了一个扩展的Honey-grid模型,分析一对节点在通信时所受全网干扰,进而分析节点的平均信道速率。并且参考前人的方法构建了一个马尔科夫链模型,分析节点信道利用率。理论上分析了网络吞吐量和能量效率。最后以上述理论分析为基础,提出了一种功率控制算法—TPC-MAC协议,以发送节点和接收节点收到的干扰信号功率值为依据调整CTS分组的发送功率,以调整过后的预留范围为基础,估算接收节点接收DATA时可能受到的最大干扰值,来计算发送节点发送DATA分组所需的最小必要的功率值,试图减小通信节点预留的范围,提高空间复用率,并且通过减小DATA分组发送功率来降低对邻节点的干扰和降低能耗。并针对802.11 MAC协议中RTS和CTS载波侦听带中的隐藏节点不能准确获知传输时间的问题,提出根据DATA分组的长度对应的变长RTS和CTS帧的方法告知不能正确解析无线信号的隐藏节点。最后经过网络仿真证明了该算法的某些网络性能在多数场景下比传统的算法性能要好。最后对论文进行了总结和下一步工作的开展指出了方向。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-15
  1.1 移动Ad Hoc网络概述  7-10
  1.2 关键技术研究  10-13
  1.3 本文研究内容与创新点  13-14
  1.4 论文结构  14-15
2 移动Ad Hoc网络MAC协议引论  15-23
  2.1 移动Ad Hoc网络MAC协议简介  15-16
  2.2 移动Ad Hoc网络MAC协议研究重点  16-19
    2.2.1 隐藏终端和暴露终端问题  16-17
    2.2.2 MAC协议的公平性  17-18
    2.2.3 MAC协议的QoS保障  18-19
  2.3 几种MAC协议介绍  19-20
  2.4 移动Ad Hoc网络MAC协议的功率控制机制  20-22
    2.4.1 功率控制作用  20-21
    2.4.2 功率控制MAC协议综述  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 移动Ad Hoc网络模型分析  23-41
  3.1 移动Ad Hoc网络的干扰模型  23-30
    3.1.1 无线传播模型  23-24
    3.1.2 大干扰范围问题  24-27
    3.1.3 干扰模型分析  27-30
  3.2 信道利用率分析模型  30-34
    3.2.1 信道冲突分析  30-31
    3.2.2 基于马尔科夫链的分析模型  31-34
  3.3 空间复用分析  34-35
  3.4 数值分析  35-40
    3.4.1 网络吞吐量  36-39
    3.4.2 能量消耗  39-40
    3.4.3 分析结论  40
  3.5 本章小结  40-41
4 采用功率控制的MAC协议  41-54
  4.1 关键问题分析  41-45
    4.1.1 干扰模型优化分析  41-43
    4.1.2 空间复用优化分析  43-45
  4.2 TPC-MAC协议的基本思想  45-48
  4.3 TPC-MAC协议实现  48-53
    4.3.1 协议假设  48
    4.3.2 协议帧格式  48-49
    4.3.3 协议接入过程  49-53
    4.3.4 算法描述  53
  4.4 本章小结  53-54
5 网络仿真与结果分析  54-62
  5.1 网络仿真环境介绍  54-55
  5.2 参数设置及评估参数  55-56
  5.3 两种仿真场景  56-57
    5.3.1 链式拓扑结构  56
    5.3.2 随机拓扑结构  56-57
  5.4 结果分析  57-61
    5.4.1 链式拓扑仿真结果  57-59
    5.4.2 随机拓扑仿真结果  59-61
  5.5 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 本文总结  62-63
  6.2 下一步工作  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68

基于功率控制的移动Ad Hoc网络MAC协议研究

内容摘要

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