基于功率控制的移动Ad Hoc网络MAC分协议研究

摘要

移动Ad Hoc网络(MANET)是一种由多个不依赖于任何基础设施的无线移动终端分布式构成的多跳自治网络。近年来,随着移动通信技术的飞速发展和普及,这种新型网络技术引起了广泛的重视,逐渐从最开始的军用领域转到民用领域。移动Ad Hoc网络与传统无线网络相比,在组网方式、分布式管理、动态拓扑等很多方面有着其独特的特征,同时这些特征也给网络协议的设计带来极大挑战。信道接入技术(MAC)的设计面临能量效率、隐藏终端与网络空间复用率等诸多问题。一种解决的办法是采用功率控制机制,试图在发送节点与接收节点间用最合适的功率发送各种数据分组。
　　 现有研究在分析干扰问题时,大多数只考虑了单干扰源的问题,事实上多个节点干扰信号的累加问题也应该加以考虑,而在考虑干扰信号累加的研究中,大多考虑单个信号传输过程,而一次数据传输过程有DATA/ACK两个或者RTS/CTS/DATA/ACK四个信号传输过程。本文以IEEE802.11 DCF协议为基础,构建了一个扩展的Honey-grid模型,分析一对节点在通信时所受全网干扰,进而分析节点的平均信道速率。并且参考前人的方法构建了一个马尔科夫链模型,分析节点信道利用率。理论上分析了网络吞吐量和能量效率。
　　 最后以上述理论分析为基础,提出了一种功率控制算法—TPC-MAC协议,以发送节点和接收节点收到的干扰信号功率值为依据调整CTS分组的发送功率,以调整过后的预留范围为基础,估算接收节点接收DATA时可能受到的最大干扰值,来计算发送节点发送DATA分组所需的最小必要的功率值,试图减小通信节点预留的范围,提高空间复用率,并且通过减小DATA分组发送功率来降低对邻节点的干扰和降低能耗。并针对802.11 MAC协议中RTS和CTS载波侦听带中的隐藏节点不能准确获知传输时间的问题,提出根据DATA分组的长度对应的变长RTS和CTS帧的方法告知不能正确解析无线信号的隐藏节点。最后经过网络仿真证明了该算法的某些网络性能在多数场景下比传统的算法性能要好。
　　 最后对论文进行了总结和下一步工作的开展指出了方向。