Ad Hoc网络MAC层协议研究及算法改进

摘要

现代社会无线通信技术、个人通信技术发展迅速，传统的蜂窝网络系统已经无法满足现代通信技术的发展，因此移动自组网（MobileAd HocNetworks， MANETs）孕育而生。无线网络系统中，MAC层协议控制着各个节点对信道的接入性能，MAC层协议的好坏直接决定网络性能的好坏。因为MAC协议是采用分布式系统，在当网络节点数较多的情况下，网络系统无法避免报文冲突的情况发生。因此，采用什么样的退避算法来减少报文冲突现象的发生，保证各个节点公平的接入信道、并且提高系统的吞吐性能成为业界的重要研究课题。IEEE802.11协议体系是MANEYs的主要支撑协议，也是本文的重点研究对象， IEEE802.11体系中，MAC层采用了CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突检测)MAC协议。CSMA/CA使用了二进制指数退避算法（BEB），在现实应用中，BEB算法的饱和吞吐量性能以及公平性能较差，并且没有考虑到重传次数限制、信道误码等因素。这些问题节点接入信道产生了直接的影响。而且BEB算法不适用于多跳环境。
　　本研究主要内容包括：⑴对Ad Hoc网络各个MAC接入协议进行了系统研究，并分析了这些协议的优缺点，论文重点分析了BEB算法的缺陷，并研究了影响BEB算法性能的主要因素，论文特别针对BEB算法在重传次数限制和单跳多跳环境下进行了模拟仿真验证。⑵对四种主流退避算法进行了仿真实验。通过实验得出结论：信道在不同的状况下应采用不同的退避值，并对信道的状态估计非常关键。论文提出如果利用不同的退避算法的性能优点，将不同的退避算法结合，将能够有效的提高系统性能。⑶提出了三种动态自适应退避算法，基于传输状态变化自适应退避算法；基于信道节点冲突概率预测自适应算法；基于传输限制自适应算法。基于传输状态变化自适应退避算法，在BEB算法的基础之上，结合了对数退避算法，将BEB算法未考虑到的信道误码情况、重传限制情况融入到算法之中，尽量在有限的重传次数中，保证信道接入公平性并提高系统饱和吞吐量性能。基于信道节点冲突概率预测自适应退避算法，通过 CSMA/CA对信道进行监听，将信道中的忙碌、空闲、冲突时隙进行统计，计算信道冲突概率，根据冲突概率来动态适应信道不同状态，从而保证系统性能的提高。基于传输限制自适应退避算法结合了线性退避算法以及指数退避算法。算法旨在节点能在三次重传次数限制下，能尽量接入信道，并且使得各个节点的 CW窗口值尽量不一致。这样当信道竞争情况激烈的情况下，算法利用其它节点退避时隙，有意识的使得退避窗口值较小的节点接入信道，这样能极大限度的提高信道饱和吞吐量，但基于传输限制自适应退避算法在一定程度上牺牲了公平性。⑷通过实验仿真比较了基于传输状态变化自适应退避算法，基于信道节点冲突概率预测自适应算法，基于传输限制自适应算法三种算法的性能。针对系统性能将三种算法与BEB算法进行对比分析，实验数据表明三种算法都能有效的提高系统饱和吞吐量性能，以及公平系数性能。

目录

声明

第一章绪论

1.1Ad Hoc网络简介

1.2Ad Hoc网络研究现状

1.3 研究目标及方案设计

1.4论文的结构

第二章MAC层协议研究

2.1 MAC协议概述及分类介绍

2.2 IEEE802.11MAC层协议

第三章BEB退避算法的研究与仿真分析

3.1 BEB退避算法分析

3.2 BEB退避算法影响因子的仿真研究

3.3 退避算法的性能比较及仿真实验

3.4 本章小结

第四章 基于传输状态变化自适应退避算法设计

4.1 对数据传输失败和重传次数的解析

4.2 参数的获取与分析

4.3 竞争窗口调整策略

4.4算法描述

4.5本章小结

第五章 基于信道节点冲突自适应退避算法设计

5.1 算法影响因子

5.2 冲突概率计算

5.3 竞争窗口调整策略

5.4 本章小结

第六章 基于传输限制自适应退避算法设计

6.1 参数获取与分析

6.2算法描述

6.3本章小结

第七章 改进算法仿真实验

7.1 NS2仿真工具简介

7.2 仿真参数设定

7.3 基于信道节点冲突概率预测自适应退避算法性能仿真

7.4 基于传输状态变化自适应退避算法性能仿真

7.5 基于传输限制自适应退避算法性能仿真

7.6 本章小结

第八章 总结与展望

8.1研究工作总结

8.2展望

致谢

参考文献