MIMO 鏈路 ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中的多址接入?yún)f(xié)議研究.pdf

1、 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)無(wú)需固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，能夠靈活組網(wǎng)，具有誘人的應(yīng)用前景。然而，在具有便捷、低成本組網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，這種高度靈活、可控資源豐富的網(wǎng)絡(luò)也為技術(shù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常廣泛，目前仍存在著諸多需要徹底研究的問(wèn)題。媒體接入控制(MAC)協(xié)議主要解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)如何接入共享無(wú)線信道的問(wèn)題，因此直接影響網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的傳輸效率。MIMO技術(shù)引入Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了新的可利用資源，然而，其也對(duì)M

2、AC協(xié)議的設(shè)計(jì)提出了新的要求。本文中研究了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中支持MIMO的媒體接入控制協(xié)議，主要的內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面：
(1)基于 PRP MAC，結(jié)合動(dòng)態(tài)分配預(yù)約型協(xié)議提出了一種預(yù)約與競(jìng)爭(zhēng)相結(jié)合的MAC協(xié)議FPR-PRP MAC。FPR-PRP MAC采用同步的時(shí)間結(jié)構(gòu)，通過(guò)五階段預(yù)約使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲得傳輸時(shí)隙號(hào)。在信息時(shí)隙，根據(jù)預(yù)約的結(jié)果，一部分節(jié)點(diǎn)可以?xún)?yōu)先發(fā)送RTS分組，其它節(jié)點(diǎn)再通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送RTS分組。接收節(jié)點(diǎn)根

3、據(jù)收到的全部RTS決定允許各發(fā)送節(jié)點(diǎn)使用的數(shù)據(jù)流數(shù)目，并將此允許值攜帶在 CTS 中回復(fù)給發(fā)送節(jié)點(diǎn)。FPR-PRP MAC將預(yù)約與競(jìng)爭(zhēng)相結(jié)合的機(jī)制減少了網(wǎng)絡(luò)中RTS沖突，同步的時(shí)間結(jié)構(gòu)消除了控制分組和數(shù)據(jù)分組的沖突，因此可以有效增加網(wǎng)絡(luò)中流控方式發(fā)送的分組數(shù)，并提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
(2)針對(duì)采用MIMO鏈路的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，提出了基于協(xié)議線程化技術(shù)的節(jié)點(diǎn)激活型拓?fù)湮粗嘀方尤雲(yún)f(xié)議 MIMO-T-TTMA，并理論分析了 MIM

4、O-T-TTMA 協(xié)議的吞吐量。MIMO-T-TTMA由一個(gè)時(shí)間擴(kuò)展多址接入?yún)f(xié)議和一個(gè)時(shí)分多址接入?yún)f(xié)議以時(shí)間共享的方式組合而成。在分配的時(shí)隙中，節(jié)點(diǎn)通過(guò)與目的節(jié)點(diǎn)交互 RTS/CTS 分組來(lái)確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)目；而當(dāng)RTS/CTS交互失敗，節(jié)點(diǎn)依一定概率發(fā)送1個(gè)數(shù)據(jù)流。對(duì)于未分配給節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)也依概率發(fā)送 1 個(gè)數(shù)據(jù)流，以提高時(shí)隙利用率。MIMO-T-TTMA 消除了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起網(wǎng)絡(luò)最大度變化時(shí)某些節(jié)點(diǎn)無(wú)法成功傳輸?shù)膯?wèn)題，且在節(jié)點(diǎn)度

5、較大時(shí)具有較高的吞吐量，適用于拓?fù)浣?jīng)常變化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。
(3) 針對(duì)采用MIMO鏈路的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，提出了鏈路激活型拓?fù)湮粗嘀方尤雲(yún)f(xié)議MIMO-LATTMA。MIMO-LATTMA利用正交拉丁方來(lái)為網(wǎng)絡(luò)鏈路分配傳輸時(shí)隙，保證每個(gè)鏈路在1幀中至少有1個(gè)時(shí)隙可以成功傳輸。同時(shí)推導(dǎo)了MIMO-LATTMA的平均吞吐量，并以最大化平均吞吐量為準(zhǔn)則給出了選擇協(xié)議參數(shù)的方法。理論結(jié)果表明，MIMO-LATTMA協(xié)議可以提高

6、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的吞吐量。
(4)針對(duì)采用MIMO鏈路的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，提出了充分利用MIMO空間復(fù)用能力的集中式TDMA協(xié)議E-MIMO-CTDMA。該協(xié)議通過(guò)在初始時(shí)隙分配中考慮MIMO的空間復(fù)用能力而有效地減小了調(diào)度幀長(zhǎng)，通過(guò)允許節(jié)點(diǎn)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流而高效利用了MIMO的空間復(fù)用能力。推導(dǎo)分析了E-MIMO-CTDMA的吞吐量和時(shí)延性能，結(jié)果表明，E-MIMO-CTDMA可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，減小網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延和最大時(shí)延。 <

7、br> (5)提出了一種適用于 MIMO 鏈路 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的分布式自適應(yīng) TDMA 協(xié)議MIMO-DATDMA，該協(xié)議充分考慮MIMO空間復(fù)用，合理地為節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙和數(shù)據(jù)流，保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳话l(fā)生變化的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)沖突傳輸；而當(dāng)有新節(jié)點(diǎn)加入或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，協(xié)議能夠利用 MIMO 帶來(lái)的空間自由度，快速發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓⒏鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)局部拓?fù)浜蜁r(shí)隙信息的交互動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)時(shí)隙和數(shù)據(jù)流數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)盡快恢復(fù)到無(wú)沖突的狀態(tài)。仿真