支持多业务的无线自组织网QoS MAC协议研究

摘要

Ad Hoc网络是由一系列带有无线收发装置的移动主机结点组成的多跳、无固定基站和中心结点的临时性自治网络系统,具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的特点,具有广阔的应用前景。随着多媒体应用的发展,在Ad Hoc网中提供服务质量(QoS)支持已经成为不可回避的问题。Ad Hoc网络中,所有移动结点共享一个无线信道,信道资源非常有限,每个节点在确保自身QoS的同时,将不可避免地阻止其他节点访问该媒介以实现相应的QoS保障,因而一个有效的MAC机制是上层各种协议和机制所提供的QoS能否得到最终保障的一个关键因素。
　　Ad Hoc网中的MAC层机制主要使用的是IEEE802.11标准提供的DCF。该协议使用了载波监听机制、NAV机制、RTS/CTS握手机制以及退避机制等多种机制来提高协议性能,如网络吞吐量等。但该协议存在一些问题,由于采用二进制指数退避算法而引起不同节点之间的不公平性,在网络负载很重的情况下,这种不公平性更加严重。而且该协议不支持具有不同延迟和带宽要求的应用,不能为综合业务提供QoS。
　　本文主要研究了典型的支持QoS的MAC协议,如EDCF、AEDCF和DC机制。EDCF是在DCF基础上发展起来的,主要通过不同业务采用不同的帧间隔时间的方法来提供区分优先级的服务;AEDCF在EDCF基础上做了改进,能够根据网络环境动态计算当前竞争窗口的大小,提高了吞吐量;DC机制为不同业务提供不同的帧间隔时间,并采用不同的退避算法,以达到支持多业务QoS的目的。分析研究了上述典型机制的优缺点后,本文提出了一种基于业务区分的自适应加权公平MAC机制(AWF)。该机制能够提供多业务QoS支持,有效的改善节点竞争信道的公平性,并且能自适应提供动态QoS,即根据网络状况自适应的调整相关参数,改善网络性能。通过仿真分析,结果表明,与DCF等机制相比,本文所提出的机制有效的提高了Ad Hoc网络信道接入的公平性,能够为综合业务提供QoS保障,并且能根据网络状态自适应的调整竞争窗口值,在网络性能、提供QoS和公平性三方面达到较好的折衷效果。
　　最后,给出了研究工作总结,并提出了进一步研究的展望。

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1 绪 论

1.1 Ad Hoc网络概述

1.2 Ad Hoc网络的QoS

1.3 本文主要内容及章节安排

2 Ad Hoc网络MAC层协议研究

2.1 Ad Hoc网络MAC层协议概述

2.2 IEEE802.11的MAC机制

2.3 衡量MAC协议的关键性能指标

2.4 本章小结

3 Ad Hoc网络的QoS MAC协议及其改进

3.1 QoS MAC协议概述

3.2 现有的QoS MAC机制研究

3.3 一种基于业务区分的自适应加权公平MAC改进机制AWF

3.4 本章小结

4 Ad Hoc网络QoS MAC协议的仿真及结果分析

4.1 基于OPNET的Ad Hoc网络仿真

4.2 基于业务区分的自适应加权公平MAC机制仿真及结果分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献