基于认知无线电Ad Hoc网络的多用户接入及通信调度的研究

摘要

近年来，多媒体数字集群系统已广泛的应用于各行各业，基于自组织Ad Hoc网络的集群通信系统因为能提高传统数字集群系统组网的方便灵活性，成为了该领域的研究热点之一。本文主要是对基于认知无线电Ad Hoc网络的多用户接入及通信调度方案进行探讨和研究。
　　本文首先分析了TETRA等数字集群系统以及Ad Hoc网络的优缺点，发现数字集群系统组网不够灵活且由于速率低对多业务并发传输的支持很弱。数字集群系统中节点通常只能进行一对一通信，针对以上问题本文提出了对基于认知无线电Ad Hoc网络中MAC协议研究的重要意义。针对目前应急通信的应用环境和业务需求，本文提出了一种多级分簇的Ad Hoc网络结构，该结构能增强网络的延伸性。通过在网络中机动部署固定节点的方式，优先使用这些固定节点来担当网络中的主控节点、簇头节点等骨干节点，并依靠这些节点来担当 Ad Hoc网络与以太网相连接的网关。针对Ad Hoc网络的分簇、多跳等特点，本文采用了基于时隙分配接入和竞争接入相结合的混合接入方式，并设计了合理的复帧结构。
　　本文设计的无线Ad Hoc网络中的多信道MAC协议使用一个控制信道和多个数据信道，节点自组织成分簇网络，且相邻的簇中的节点在不同的数据信道进行通信。普通节点使用一对收发器来收发数据，另一个接收器扫描控制信道，在接收器空闲的时候还要兼顾扫描空闲信道的任务；簇间中继节点由于要为不同簇中的节点转发数据，两个接收机通常工作在两个不同的数据信道上。本文在混合接入方式的基础上设计了节点开机后网络初始化、节点接入网络、网络结构的维护以及节点通信时隙安排的方案。在完成具体的接入协议方案设计之后，本文对所提出 MAC协议的网络初始化方案、吞吐量等指标进行了仿真，结果表明本文所设计的多级分簇Ad Hoc网络和MAC协议具有一定的现实意义。
　　本文还对Ad Hoc分簇网络中的协作重传机制做了大量的调研，发现现存的协作重传方案中存在开销大、不能解决隐藏终端等问题，提出了两种新的协作重传方案并对其做了仿真分析，论述了方案在解决隐藏终端问题以及开销上的可行性。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2课题研究的对象

1.3论文的组织结构

第二章 Ad Hoc网络MAC层技术现状

2.1 Ad Hoc网络MAC协议概述

2.2 Ad Hoc网络多信道MAC协议设计面临的问题

2.3本章小结

第三章 多用户混合信道接入机制

3.1 IEEE 802.11e混合协调功能

3.2基于多级分簇网络的混合信道接入机制

3.3 CFP时段时隙管理

3.4本章小结

第四章 分簇网络中基于一发双收的多信道MAC协议

4.1多级分簇结构中的节点接入控制

4.2多级分簇结构的形成

4.3多级分簇结构中的节点通信调度

4.4性能仿真研究

4.5本章小结

第五章 Ad hoc分簇网络中的协作重传

5.1协作重传原理

5.2常见的协作重传方案

5.3基于发送顺序检测的协作重传

5.4基于OFDMA的协作重传

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢