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基于环境认知的无线Mesh网络MAC协议的研究

黄联芬  
【摘要】: 当前,宽带无线通信是通信领域研究的热点。本文研究一种基于环境认知的宽带无线网络——认知无线Mesh网,它将认知无线电技术应用于无线Mesh网中,是具备环境认知、高频谱效率、高度灵活性、宽覆盖范围的新型宽带无线网络。本文在研究认知无线Mesh网络多信道MAC协议的基础上,重点针对基于频谱感知、基于信道质量感知及基于路由感知的MAC协议进行了相关的研究。 首先在介绍IEEE802.11无线Mesh网MAC协议的基础上,对单网卡多信道MMAC协议与双网卡多信道DCA协议进行详细介绍和性能仿真分析,提出了无线Mesh网多信道MAC协议的数学模型,其包含Bernoulli模型和M/M/K排队模型,针对DCA协议进行了建模性能仿真验证,仿真结果和数学分析结果很接近,建立的模型比较准确。 在研究认知无线电频谱感知技术的基础上,将其引入到无线Mesh网的MMAC和DCA多信道协议中,提出基于频谱感知的CWMN-MMAC和CWMN-DCA多信道MAC协议。在协议中增加一个专门控制窗口进行频谱探测的信息发布,建立了主用户信道利用率模型;采用基于随机感知策略的动态检测信道模型,得到网络饱和吞吐量数学公式;且针对主用户活动情况,对信道利用率及次用户对主网络性能影响等方面进行验证分析;针对同频干扰,在信道协商前增加频点识别功能,提出了基于频点感知的多信道CC-MMAC协议,仿真验证协议有效地减轻了同频干扰。 受衰落和色散的影响,信道质量是随时间变化的,从而对网络的性能造成一定的影响,因此建立了高斯信道和衰落信道的MAC协议模型;在研究速率自适应的基础上,对速率自适应的MAC协议进行性能分析,提出基于机会速率自适应的OAR—DCA多信道协议,有效地提高了网络的吞吐量。 在研究多径路由AODV协议的基础上,将路由层的下一跳思想引入到MAC层上,提出建立多个下一跳的MNH—MMAC协议:并对AODV路由协议进行改进,建立无连接限制的NDL-AODV路由协议,将NDL-AODV+MNH-MMAC协议与原有AODV+MMAC协议进行仿真分析和比较,它可在频率资源比较紧张条件下,改善网络的性能。


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