基于IEEE802.11的无线Ad Hoc网络的接入性能研究

摘要

无线Ad Hoc网络是一种由无线节点通过分布式协议连接而成的自主网络，不依赖于现有的网络基础设施，具有多跳性、分布性和移动性等特点。这种网络在许多场合(如军事通信、灾难恢复以及分布式计算等)将具有越来越重要的作用。作为无线Ad Hoc网协议栈的重要组成部分，介质访问控制协议(Media AccessControl，MAC)能否高效地利用有限的无线信道资源对网络性能有决定性的影响。目前，IEEE802.11 MAC协议是在研究、实验和实际中应用最广泛的协议。 围绕如何优化基于IEEE 802.11的无线Ad Hoc网络MAC协议，本文深入分析了影响信道接入性能的关键因素。针对二进制指数退避算法的缺陷，提出了一种基于博弈模型的信道接入方法以改善IEEE 802.11 MAC协议的性能。 论文主要研究工作包括： 1.通过理论分析和实验仿真，研究了IEEE802.11 DCF(DistributedCoordination Function)协议的性能。首先，对DCF的退避过程建立了二维马尔可夫链模型，然后利用此模型对饱和吞吐量作了定量分析；最后仿真分析了竞争节点数目和初始窗口大小对接入性能的影响，并推导了特定网络规模下最优初始竞争窗口的表示式。 2.引入博弈论对无线Ad Hoc网络的信道接入进行研究，重点分析了竞争接入博弈中效用函数的选择问题，并证明了满足选择的效用函数的博弈存在唯一的非平凡纳什均衡。 3.针对IEEE802.11 DCF协议的缺陷，提出了一种改进的信道接入方法，并通过仿真与现有的IEEE802.11 DCF进行了性能比较。实验结果表明，相比DCF基本接入方式，基于博弈的信道接入机制有更低的条件冲突概率，更好的吞吐性能。

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英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2无线Ad Hoc网络简介

1.2.1无线Ad Hoc网络的基本概念

1.2.2无线Ad Hoc网络的协议体系结构

1.2.3无线Ad Hoc网络的研究热点

1.3无线MAC协议概述

1.3.1 MAC协议性能指标与要求

1.3.2无线MAC协议的研究现状

1.4本论文研究对象、内容和方法

1.5本论文的章节安排

第2章 IEEE802.11MAC协议概述

2.1 IEEE802.11 MAC协议原理

2.1.1 DCF 工作方式

2.1.2帧间间隔

2.1.3载波侦听

2.1.4随机退避

2.2 IEEE 802.11 MAC协议存在的主要问题

2.2.1 DCF机制的缺陷

2.2.2退避改进算法综述

2.3 小结

第3章 IEEE802.11协议接入性能分析与仿真

3.1 IEEE802.11 DCF性能分析模型

3.1.1关于模型的几点假设

3.1.2 DCF性能分析模型

3.2 IEEE802.11 DCF接入性能分析

3.2.1系统饱和吞吐量

3.2.2竞争节点数目对接入性能的影响

3.2.3初始竞争窗口对接入性能的影响

3.3小结

第4章基于博弈模型的信道接入机制

4.1博弈论的背景及定义

4.1.1合作博弈论

4.1.2非合作博弈论

4.2无线Ad Hoc网络的竞争接入博弈模型

4.3效用函数的选择

4.3.1效用函数的逆向设计

4.3.2效用函数的前向设计

4.4接入最优化问题及求解算法

4.5仿真结果与分析

4.6 小结

总结与展望

参考文献

致谢

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