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无线协同通信中的MAC协议研究

作　者: 严培军
导　师: 马东堂
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 军事通信学
关键词: 协同通信 MAC协议 OPNET 分布式网络
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要

由于无线信号传输的广播特性,邻居节点能够旁听到由源节点发往目的节点的信号。当前,利用这些邻居节点转发旁听的信号来获得分集增益逐渐成为无线通信研究的热点。它可以降低无线链路的衰落和不稳定性带来的影响,提高网络的可靠性和数据传输速率,扩展通信网络的覆盖范围。但是,由于协同传输的引入,其MAC协议变得更为复杂。对已有协同MAC协议进行了比较分析,重点研究了基于即时信道状态的协同MAC协议。分析了协同MAC协议设计中的传输模式选择、协同节点选择、节点协作方式和数据合并接收等关键环节,提出了在源节点利用信噪比策略来选择传输模式的思想。提出了一种单节点协同MAC协议(SCN-CoopMAC)。该协议利用协同中继思想,根据即时信道信息选择一个协同节点帮助源节点传输。其主要特点为:(1)在源节点利用目的节点反馈的信道信息选择传输模式;(2)邻居节点综合考虑其和源节点、目的节点三者之间的信道信息,如果符合协同条件则参与协同节点的竞争。协同节点的选择引入竞争时窗,该时窗以参与竞争的邻居节点的剩余能量为基础设计,剩余能量最高的被选为协同节点。(3)目的节点对源节点和协同节点的数据信号进行最大比合并处理。对该协议进行了详细描述和理论推导,建立了OPNET仿真模型并对协议进行了仿真分析。仿真结果表明,在节点发送功率分别受限的情况下,该协议的分组递交率和时延性能比传统的IEEE802.11DCF协议提高15%左右。在SCN-CoopMAC协议的基础上,提出了一种两节点协同MAC协议(TCN-CoopMAC)。该协议利用协同MIMO思想,根据即时信道信息选择两个性能最好的协同节点帮助源节点传输。其主要特点为:(1)在协同节点的选择过程中,剩余能量高于最低门限的候选协同节点参与协同节点的竞争。协同节点的选择同样引入竞争时窗,该时窗以参与竞争的候选协同节点到目的节点的信道状态为基础设计,信道状态最优的两个被选为协同节点。(2)协同节点利用空时编码技术前传数据,在目的节点对协同节点的数据信号进行解码,获得分集增益。本文对该协议进行了详细描述和理论推导,建立了OPNET仿真模型并对协议进行了仿真分析。仿真结果表明,在各节点发送功率分别受限的情况下,相对于SCN- CoopMAC协议,分组递交率和时延性能提高10%左右。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景  12
  1.2 协同通信技术发展概况  12-14
  1.3 协同MAC 协议研究现状  14-17
  1.4 论文主要工作和章节安排  17-18
第二章无线协同MAC 协议设计基础  18-30
  2.1 无线MAC 协议设计原理  18-20
    2.1.1 无线MAC 协议概述  18
    2.1.2 无线MAC 协议设计方法和要求  18-20
  2.2 IEEE 802.11DCF 协议  20-21
  2.3 协同MAC 协议设计关键环节  21-29
    2.3.1 传输模式选择策略  21-23
    2.3.2 协同节点选择策略  23-27
    2.3.3 协同节点的协作方式  27-28
    2.3.4 目的节点处理方式  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章单节点协同MAC 协议的设计与仿真  30-59
  3.1 SCN-CoopMAC 协议设计  30-45
    3.1.1 SCN-CoopMAC 协议的提出  30-31
    3.1.2 SCN-CoopMAC 协议协同策略  31-34
    3.1.3 SCN-CoopMAC 协议细节描述  34-42
    3.1.4 SCN-CoopMAC 协议理论分析  42-45
  3.2 OPNET 仿真平台  45-46
  3.3 SCN-CoopMAC 协议仿真模型设计  46-53
    3.3.1 仿真模型中节点模型设计  47-48
    3.3.2 仿真模型MAC 层模块设计  48-52
    3.3.3 仿真模型物理层模块设计  52-53
  3.4 仿真结果与性能分析  53-57
    3.4.1 仿真场景及参数设置  53-55
    3.4.2 性能评价指标  55
    3.4.3 仿真结果及分析  55-57
  3.5 本章小结  57-59
第四章两节点协同MAC 协议的设计与仿真  59-75
  4.1 TCN-CoopMAC 协议设计  59-69
    4.1.1 TCN-CoopMAC 协议基本思想  59-60
    4.1.2 TCN-CoopMAC 协议协同策略  60-61
    4.1.3 TCN-CoopMAC 协议细节描述  61-65
    4.1.4 TCN-CoopMAC 协议理论分析  65-69
  4.2 TCN -CoopMAC 协议仿真模型设计  69-70
  4.3 仿真结果与性能分析  70-73
  4.4 本章小结  73-75
第五章总结与展望  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-83
作者在学期间取得的学术成果  83

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