基于速率控制的Ad Hoc网络协作式MAC协议研究

摘要

移动AdHoc网络是一种由多个不依靠基础设备而独立运行的无线终端组成的多跳分布式自治网络。近年来，随着通信技术的不断发展和硬件设备性能的不断完善，AdHoc网络逐渐引起广泛的关注。相比于传统的无线网络，移动AdHoc网络在节点管理、网络拓扑结构、组网形式等方面有自己的特点，这些特殊性也给网络协议的设计带来了极大的挑战。信道接入技术主要由MAC协议来实现，需要解决隐终端和暴露终端、网络空间复用率、冲突的检测与避免等问题，为此引入了虚拟载波侦听、功率控制、速率控制等机制。
　　 协作式MAC协议利用信息传输过程中的广播特性，使发送节点到接收节点的传输更可靠，同时协作通信过程中由于引入新的通信节点，带来协作节点选择、引入额外暴露终端和隐藏终端、信道接入复杂、通信周期过长等问题。本文以IEEE802.11DCF协议为基础，针对协作节点的选择、发送速率的调节问题进行研究，根据协作节点选取时间将协作节点分为两类:发送节点发送数据报文前确定的协作节点和发送节点发送数据报文后确定的协作节点。针对这两类协作节点分别设计了基于相对位置的协作节点选择算法和相对距离优先的协作节点选择算法。两种协作节点选择算法可以在不同情况下快速、准确的选择合适的协作节点。在解决协作节点选取问题的基础上，近一步通过速率控制机制解决协作通信中存在的隐藏终端、暴露终端和通信周期过长的问题。
　　 在研究协作节点选择算法和速率控制机制基础上，设计了基于速率控制的TRC-MAC协议。发送节点通过RTS/CTS控制报文确定合适发送速率，当一次通信失败时，接收节点通过NACK确认报文开启重传机制。候选协作节点利用NACK报文通过协作节点选择算法竞争选取合适的协作节点，并在此基础上计算出所需发送速率。TRC-MAC协议通过利用协作节点选择算法和速率控制机制，提高了网络复用率，增加了网络吞吐量。最后经过网络仿真实验验证TRC-MAC协议比传统的IEEE802.11DCF协议性能优良许多，在节点密度较大的情况下平均吞吐量优于CoopMAC协议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 移动Ad Hoc网络概述

1．2 协作通信技术概述

1．3 关键技术研究

1．3．1 Ad Hoc网络关键问题研究

1．3．2 协作通信关键问题研究

1．4 本文研究内容及意义

1．5 本文的结构安排

2 移动Ad Hoc网络MAC协议

2．1 移动Ad Hoc网络MAC协议总概

2．2 共享无线信道引起的问题

2．2．1 隐藏终端和暴露终端

2．2．2 不可靠的无线信道

2．2．3 节点移动的影响

2．3 几种MAC协议介绍

2．3．1 单信道MAC协议

2．3．2 双信道协议

2．3．3 多信道协议

2．4 移动Ad Hoc网络协作式MAC协议

2．5 移动Ad Hoc网络MAC协议的功率控制机制

2．5．1 功率控制意义

2．5．2 功率控制应用范围

2．6 Ad Hoc网络MAC协议的速率控制机制

2．6．1 速率控制意义

2．6．2 速率控制研究现状

2．7 本章小结

3 现有协作MAC协议存在的问题及解决方法

3．1 协作通信模型

3．2 现有协作MAC协议存在的问题

3．3 协作MAC协议中存在问题的解决方案

3．3．1 协作节点的选择算法

3．3．2 速率控制机制

3．4 本章小结

4 基于速率控制的协作式MAC协议

4．1 协议假设

4．2 TRC-MAC协议描述

4．3 TRC-MAC协议的基本流程

4．4 TRC-MAC协议实现

4．4．1 协议帧格式

4．4．2 协议状态图

4．5 协议优点与缺点

4．6 本章小结

5 协议仿真与结果分析

5．1 网络仿真环境介绍

5．1．1 MTALAB仿真软件介绍

5．1．2 NS2仿真软件介绍

5．2 仿真参数设置及实验结果

5．3 结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 下一步工作

致谢

参考文献