面向无线网络协作传输的MAC协议和路由算法

摘要

无线网络应用日益普遍，用户对网络服务质量的要求越来越高。单个网络节点能力有限，其在信号的传输质量和网络吞吐量方面，都难以保证用户的高标准需求。一方面，无线信道中的信号衰落问题会对数据传输质量产生很大的影响。由源节点直接向目的节点传输数据的无线信道，若信号衰落严重或干扰较大，传输的可靠性无法保证。另一方面，网络业务量大量增加，单节点能提供的下载速率有限，难以满足用户的需求。采用协作传输方式是解决单节点能力受限的一种有效途径。通过网络中其他节点的协作传输，增加信号传输的路径，能够有效抵抗信道衰落，提高网络的吞吐量。本文研究无线网络中的协作传输，对物理层的协作通信这一协作传输方式的信道接入问题进行了研究，并对应用层的多源协作传输方式的源节点选择、路由选择和信道分配问题进行了研究。论文的主要工作和创新如下:
　　针对协作通信中复杂的信道接入问题，设计一种RTS/CTS与忙音结合的MAC信道接入方案。该方案使用三个忙音来标识信道的使用状态，并解决协作通信中的隐藏终端和暴露终端问题。基于忙音信号，还设计了一种带宽节俭的协作节点选择算法。通过侦听忙音信号，源节点可分布式的选择最优的协作节点。仿真实验表明所提方案能有效地提高协作通信中的信道利用率，很好地解决了协作通信中的隐藏终端和暴露终端问题。
　　针对多源协作传输中的源节点选择、路由选择和信道分配问题，提出一种干扰感知的联合源节点、路由和信道选择的算法，以最大化网络聚合吞吐量。算法包括三个子算法。第一个子算法为最大吞吐量路由查找算法，能够找到当前网络拓扑下的一条吞吐量最大的路径。第二个子算法是信道选择算法，在路由查找的同时，对路径上的每一跳进行信道分配。第三个子算法是局部路由调整算法，通过对瓶颈链路的调整，使得新路径能成为路径解集的一部分。实验结果表明，所提算法能够最大化网络的聚合吞吐量。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 相关技术研究现状

1．3 本文研究内容及主要工作

1．4 本文结构

第2章 协作传输基本理论

2．1 协作通信基本理论

2．1．1 协作通信基本原理

2．1．2 协作分集技术

2．1．3 协作通信协议

2．2 多源协作传输介绍

2．3 无线MAC协议

2．3．1 ALOHA与时隙ALOHA协议

2．3．2 CSMA与CSMA／CA协议

2．3．3 IEEE802．11DCF协议

2．4 路由协议

2．4．1 先验式路由协议

2．4．2 反应式路由协议

2．4．3 混合式路由协议

2．5 小结

第3章 面向协作通信的忙音信道接入机制

3．1 研究动机

3．2 RTS／CTS+忙音信道接入机制概览

3．3 基于忙音的协作节点选择

3．3．1 协作节点选择算法

3．3．2 盲区问题处理

3．3．3 RTH丢失处理

3．4 忙音定时器的设置

3．5 网络场景实例分析

3．6 理论分析

3．7 实验仿真

3．7．1 实验设置

3．7．2 实验结果

3．8 小结

第4章 干扰感知的源节点和路由选择算法

4．1 引言

4．2 系统模型与问题分析

4．3 问题形式化定义和算法流程

4．3．1 路由指标

4．3．2 算法流程

4．4 路由查找和信道选择算法

4．4．1 算法设计

4．4．2 算法执行过程示例

4．5 局部路由调整算法

4．6 算法开销与实例分析

4．6．1 算法开销分析

4．6．2 算法实例分析

4．7 实验仿真

4．7．1 实验设置

4．7．2 实验结果

4．8 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间所参与的科研活动