adhoc网络支持协同工作的MAC层协议设计

摘要

在无线通信环境中,信道的衰落干扰问题比较严重,如频率选择性衰落和时间选择性衰落。怎样克服衰落的影响,提高信号的传输质量,是一个难题。分集技术是比较有效的一种技术,但传统的分集技术需要有多天线,这对单天线系统是不现实的。因此,用户协同分集技术成为了比较热门的研究方向。用户协同分集是这样一种传输技术,它用多个终端实现虚拟天线阵列,从而以分布式的方式获得空间分集增益。而在IEEE 802.11系统中,协作的思想已经用于MAC层协议设计和优化。但目前用于MAC层协议设计的协作的概念与用户协同的概念是不一样的。所以,在MAC层支持用户协同工作方式是比较有意义的。通过研究工作,我们分析了基于时分多址的三种协同协议的性能和实现复杂度。在我们的工作中,我们提出了一种新颖的MAC协议,对应于基于时分多址的协同协议,我们称之为CMAC。CMAC是基于IEEE 802.11b MAC协议的,它可以支持协同工作方式中的最基本的工作单元。换言之,在CMAC中,源节点如果可以找到中继节点,则源节点就邀请这个中继节点参与数据传输。数据传输分为两个时隙,第一个时隙中源节点给目的节点发送数据帧,而中继节点则监听这个数据包。第二个时隙,源节点保持沉默,中继节点将第一个时隙中监听到的数据包发送给目的节点。这样,目的节点在两个时隙中收到分别从源节点和目的节点的发送的两个信号。通过对这两个信号进行联合解码,目的节点可以获得空间分集来抵消信道衰落的影响。很容易看到,CMAC的的性能不仅仅受MAC层工作方式的影响,它更受物理层技术的影响。因为协同工作方式其实是物理层的协作方式,而且在目的节点的对两个信号进行解码的过程也是很关键的,它确定了MAC层收到的数据帧的包错误概率。因为CMAC是基于IEEE 802.11b MAC协议的,利用了802.11b的部分特性,所以CMAC向后和IEEE 802.11b保持兼容。在我们的工作中,我们把CMAC和802.11b很好地融合在了一起。CMAC本身根据中继节点的信息可以退化为IEEE802.11b,同时根据信道的包错误概率和阈值的关系,我们让CMAC和IEEE802.11b可以互相切换。本文研究工作量的一个重要部分在于实现CMAC协议的代码和对CMAC和IEEE 802.11b进行相应的仿真。由于CMAC是基于IEEE 802.11b的,我们对NS-2中的IEEE 802.11b代码进入深入分析,并且通过修改不同类文件中的大量源代码实现了CMAC的工作机制。同时通过对合理仿真场景的仿真我们比较CMAC和IEEE 802.11b的性能差异,证明了CMAC在比较高的数据包差错率(即信道衰落比较严重)的情况下,CMAC可以比IEEE 802.11b提高更高的网络饱和容量,更低的平均延时。

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摘要

ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 用户协作(User Cooperation)

1.1.2 IEEE 802.116 MAC的协作概念

1.2 研究动机和意义

1.3 论文的结构安排

第二章 IEEE 802.11(Wi-Fi)技术标准

2.1 IEEE 802.11x 标准

2.2 IEEE 802.11协议框架

2.2.1 物理层(PHY)

2.2.2 媒介接入控制(MAC)

2.3 本章小结

第三章 协同工作方式在MAC层的实现

3.1 中继信道中基于时分协同协议的分析

3.1.1 协议描述和信道和信号模型

3.1.2 AF模式下各协议的性能分析

3.1.3 DF模式下各协议的性能分析

3.2 协同方式在MAC层上的实现

3.2.1 CMAC综述

3.2.2 CMAC的实现

3.2.3 数据传输过程

3.3 本章小结

第四章 CMAC模型的理论分析和系统仿真

4.1 对CMAC模型的理论分析

4.1.1 MAC层饱和容量

4.1.2 MAC层平均延时

4.1.3 掉包率

4.2 802.11和CMAC的融合

4.3 系统仿真实现与结果分析

4.3.1 仿真软件环境

4.3.2 仿真场景

4.3.3 仿真结果分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要成果

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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