IEEE 802.11无线ad hoc网络MAC层自私行为研究

摘要

无线网络IEEE802.11是当前比较流行的一种MAC层协议，目前网络中有多设备都与之兼容。随着无线网卡等设备可编程性的提高，使得节点在MAC层采取自私行为变得越来越容易实现。MAC层节点的自私行为可能会严重影响网络的性能，因此研究和解决无线网络MAC层节点的自私行为问题具有非常重要的理论意义和应用价值。
　　 在有自私节点存在的无线ad hoc网络中，自私节点可以通过一系列自私行为提高对无线信道的分享，这种自私行为可能减少良好行为节点成功接入信道的概率，从而严重降低网络的性能。本文对节点在MAC层的自私行为进行了系统深入的理论分析、量化，建立了描述节点在饱和状态及不饱和状态下吞吐量性能的二维Markov数学模型。同时，在节点饱和状态下，分析了节点在MAC层的接入延迟。通过仿真结果验证了数学模型的正确性。
　　 自私行为检测是解决节点自私行为问题的重要前提。检测节点自私行为所面临的最大挑战是检测节点在退避阶段的自私行为。由于退避机制的随机特性，很难确定节点退避值的变化是由于节点随机选择了一个较小的退避值，还是由于节点的自私行为所致。本文使用统计学方法，基于CUSUM检验原理提出了一个无参数的序列检测算法，SWN-CUSUM。该算法具有统计健壮性，可以应用于任何一种MAC层随机接入协议。仿真及计算结果表明了所提出的检测算法在具有较短检测延迟的同时，具有较高的检测准确性。
　　 为了控制节点的自私行为，本文使用经济学领域的ERC博弈理论，分析了节点行为，给出了节点在互利、竞争、公平环境中的博弈论解决方案，分析了达到单个节点及整个网络性能优化时的ERC均衡状态以及节点应采取的策略。提出了一种新的分布式协议，实现自私行为节点的检测，该协议通过干扰自私节点数据包传输，驱使自私节点选择的竞争窗口值逐渐趋近于均衡状态下的竞争窗口值。仿真结果证明了该新分布式协议的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1无线ad hoc网络概述

1.2无线ad hoc网络中的自私行为

1.2.1物理层自私行为

1.2.2 MAC层自私行为

1.2.3网络层自私行为

1.2.4传输层自私行为

1.2.5应用层自私行为

1.3博弈论

1.3.1博弈论的基本要素及有关概念

1.3.2无线ad hoc网络的博弈形式

1.4无线ad hoc网络中MAC层自私行为研究

1.4.1无线网络MAC协议性能研究

1.4.2节点自私行为的检测相关研究

1.4.3基于博弈理论的节点自私行为的相关研究

1.5选题动机

1.6论文目标

1.7研究途径和方法

1.8论文主要贡献

1.9论文结构

第二章节点自私行为的吞吐量模型及性能分析

2.1引言

2.2 IEEE 802.11 DCF协议及自私策略

2.3节点自私行为的吞吐量模型

2.3.1二维Markov分析模型

2.3.2参数ρ和q的估计

2.3.3吞吐量的计算

2.4性能评价

2.4.1仿真设置

2.4.2性能分析

2.5本章小结

第三章饱和状态下节点自私行为的延迟模型及性能分析

3.1引言

3.2饱和状态下节点自私行为的延迟模型

3.2.1二维Markov分析模型

3.2.2 MAC层接入延迟分析

3.3性能评价

3.4本章小结

第四章节点自私行为的检测方法

4.1引言

4.2相关研究

4.3特征序列的选取及测量

4.3.1特征序列的选取

4.3.2特征序列的测量

4.4 CUSUM算法

4.5基于CUSUM(Cumulative Sum)统计量的自私行为检测方法

4.5.1无参数CUSUM算法

4.5.2 SWN-CUSUM算法

4.6性能评价

4.6.1参数的选择

4.6.2仿真场景

4.6.3算法性能

4.7本章小结

第五章基于ERC理论的无线网络MAC协议性能改进

5.1引言

5.2相关研究

5.3基于ERC理论的博弈模型

5.3.1 ERC理论简介

5.3.2博弈模型

5.3.3 ERC均衡

5.4分布协议设计

5.4.1分布式协议

5.4.2协议中参数的确定

5.5性能分析

5.5.1仿真场景设置

5.5.2协议性能分析

5.5.3公平性分析

5.6本章小节

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢