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《哈尔滨工业大学》 2007年
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基于Ad hoc网络的MAC协议的研究

岳然  
【摘要】: Ad hoc网络指的是由若干带有无线收发信机的节点构成的一个无中心的、多跳的、自组织的对等式通信网络,它可以不依赖预先存在的网络基础设施而快速展开,自适应组网,各节点可以在不进行通知的情况下自由进入网络和离开网络且不会导致整个网络陷入瘫痪。 Ad hoc网络是目前无线通信学术界研究的热点问题,尤其是该网络在民用领域的应用受到越来越多的关注。媒体接入控制(MAC)协议的设计是Ad hoc网络的关键技术之一,直接影响到网络的性能,比如接入公平性,吞吐量,延时,丢包率等等。由于Ad hoc网络自身的一些特性,如无中心的网络结构、网络拓扑的动态变化、业务产生的随机性以及能量受限等,使得MAC协议的设计面临许多富有挑战性的技术问题。 本文围绕Ad hoc网络的实际应用,首先介绍了Ad hoc网络的体系结构、需要解决的关键技术问题以及未来的应用前景;然后针对Ad hoc网络对MAC协议的特殊性要求,在现有的研究成果基础上,对MAC协议需要研究的重点问题进行了深入地分析。在此基础上对采用不同的控制机制对系统信干比的影响以及进而带来的对系统性能的影响进行了研究,并以此为前提,提出了两种协议,即数据包净荷长度-速率控制(LCRC)协议和数据包净荷长度-功率控制(LCPC)协议;综合上述两种协议的优点并且根据Ad hoc网络实际应用的业务分类以及不同业务对QoS的要求,提出了一种按业务区分接入并保证QoS的MAC协议,即TDQG协议。 本文的主要内容和创新性结果如下: 第一,深入分析Ad hoc网络特点,针对其特殊性,提出该网络对MAC协议设计的特殊性要求。同时,提出平均信干比的概念,以此衡量网络状况,为评价系统性能提供判据。 第二,深入研究了采用不同的控制机制(速率控制/功率控制)带来的发送功率与系统性能之间的变化关系,给出不同控制机制下,二者的关系曲线,为协议设计提供坚实的基础。 第三,提出一种优化系统吞吐量的MAC协议。针对Ad hoc网络的特点,透彻分析不同优化机制对系统性能的影响,确定用系统允许的适当的大功率发送、自适应调整数据包净荷长度以及发送速率的优化策略,提出一种数据包净荷长度-速率控制的MAC协议,即LCRC协议。LCRC协议在发挥速率控制机制长处的基础上,结合数据包净荷长度自适应控制机制的优点,在吞吐量性能方面进行了充分地优化,同时最大化地体现了Ad hoc网络的优势。在此基础上给出一种QoS解决方案,为LCRC协议应用于实际Ad hoc网络提供了有力保障。 第四,提出一种优化能量有效性的MAC协议。针对LCRC协议在能量有效性方面的不足,对Ad hoc网络中发送功率与可用传输速率之间的关系进行了深入研究,为该系统的QoS保障方案提供了依据。针对能量有效性的最优化提出了一种数据包净荷长度-功率控制的MAC协议,即LCPC协议,该协议在利用功率控制机制长处的基础上,进一步发挥数据包净荷长度自适应控制机制的优点,在能量有效性方面进行了充分地优化,突出体现了Ad hoc网络的优势以及该协议对信道资源的合理分配和充分利用能力。 第五,提出一种适用于Ad hoc网络的有效的按业务区分接入并提供高质量QoS保障的MAC协议。随着无线自组网的发展,Ad hoc网络越来越多地应用于移动会议、家庭联网、个人域通信等方面。按照这样的需要,综合LCRC协议和LCPC协议的优点,提出一种具体的MAC协议(TDQG),并给出其适用于Ad hoc网络的QoS解决方案。该协议充分考虑了Ad hoc网络的特点,对未来到达业务进行资源预留,同时为了充分利用系统资源,对其进行动态分配,可以为业务提供更高级别的QoS保证。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN929.51

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