动态自组网方向性媒质接入控制与网络通信协议研究

摘要

近年来，随着移动互联网的蓬勃发展，人们对网络移动性、开放性以及高效性等的需求也变得愈发强烈。移动自组网（Mobile Ad-hoc Networks，MANET）是一种无中心结构通信网，具有铺设成本低、不依赖固定基础设施、可在移动终端间快速组网等优势。MANET的媒质接入控制（Media Access Control，MAC）协议对移动端的网络接入及服务质量影响重大，其中，基于时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）的MAC协议频率利用率高，在时间同步技术的支持下，设计良好的TDMA接入机制能够合理分配信道资源，实现移动端的高效信道接入。 资源分配是MAC协议设计的重点，它在摊薄网络开销、提升网络性能、提高信道利用率等方面具有重要作用。不同类型MANET的具体性能要求不尽相同，如在节点移动性、网络连通性、抗毁能力、信息传输效率等方面。然而，高效可靠的资源分配策略是所有类型MANET的共同诉求。本文提出两种适用于MANET的时隙资源分配算法。第一种算法按照一定的规则将时隙组织为时隙块，利用节点间的并发传输关系复用时隙块，提高了资源的空间复用度，并通过改变原算法中时隙块搜索规则，优化了时隙块二叉树时隙分配算法的均匀性。另一种则是建立在多目标优化数学模型的基础上，综合考虑多个目标，以达到提升网络吞吐量和公平性性能的目的。当两个目标存在折中关系时，本文设计了根据需求实时变化的权重因子，在优化出的一组非绝对占优解中选择一个最符合要求的解。 本文的研究工作以及取得的成果如下： 1、描述了动态自组网的应用及其相关技术的发展，详细介绍了影响网络性能的MAC协议，以及在MAC协议中占有重要地位的资源分配技术。 2、详细阐述了时隙块二叉树时隙分配算法的原理，基于此提出一种基于并发集的改进算法。新算法改变了时隙块搜索规则，且节点间依据并发传输关系复用时隙块，这种改进提升了时隙资源的空间复用度，改善了时隙分配的均匀性，减少了节点时隙请求被拒绝的次数，使得网络中能容纳更多有通信需求的节点。 3、针对前期研究成果“一种关注吞吐量与公平性的MANET MAC协议”中资源分配技术的不足，提出一种基于多目标优化的时隙分配算法，该算法的目的在于改善吞吐量和公平性。简要介绍了“一种关注吞吐量与公平性的MANET MAC协议”，其时隙分配算法资源空间复用度低，是吞吐量性能提升的瓶颈；且分配决策不能根据实际应用对两个目标之间的倾向性做出灵活调整。当二者无法同时提升时，本文所提算法能够采用优化方法得到一组非绝对占优解，然后根据实际需要从中选择一个最符合要求的解，即本算法在决策时具有高度的灵活性。

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