多功率無線自組網(wǎng)MAC吞吐量建模研究.pdf

1、無線自組網(wǎng)作為一種新型的無線通信網(wǎng)絡(luò)，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。由于其具有可靠性高、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，無線自組網(wǎng)在軍事和民用領(lǐng)域得到了大規(guī)模應(yīng)用。然而無線自組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)主要由電池供電，能量資源有限。如何節(jié)省能耗、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量一直是無線自組網(wǎng)急需解決的問題。功率控制機(jī)制是節(jié)省能耗、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的主要措施之一。目前已有大量研究工作圍繞功率控制機(jī)制設(shè)計(jì)展開，這些研究工作在節(jié)能方面已取得了重大進(jìn)展。從 MAC層角度看，功率控制機(jī)制即以不同的功率

2、發(fā)送數(shù)據(jù)包。MAC層處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的底層，為網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)提供無線信道的共享方式，功率的選擇決定了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍、檢測范圍、沖突干擾等，對網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能有重要影響。本文旨在對多功率環(huán)境下無線自組網(wǎng) MAC層吞吐量進(jìn)行建模研究，主要內(nèi)容為：
　?。?）分析了單跳多功率網(wǎng)絡(luò)中的捕獲效應(yīng)。借助捕獲模型計(jì)算了單跳場景下捕獲一個(gè)節(jié)點(diǎn)，捕獲兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的捕獲概率，并利用中心極限定理給出了捕獲多個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率表達(dá)式。然后在G. Bianchi模型

3、的基礎(chǔ)上結(jié)合多功率，提出了一個(gè)三維馬爾科夫鏈模型并給出了捕獲效應(yīng)下節(jié)點(diǎn)發(fā)送成功的概率表達(dá)式。借助模型可以求解出單跳多功率網(wǎng)絡(luò)的飽和吞吐量。QualNet環(huán)境下的仿真結(jié)果和數(shù)值結(jié)果比較證明了模型的有效性。同時(shí)引入捕獲率的概念，分析了單跳多功率網(wǎng)絡(luò)的飽和吞吐量性能。
　　（2）分析了多跳多功率網(wǎng)絡(luò)MAC吞吐量建模中掛起過程和沖突概率這兩個(gè)難點(diǎn)。然后根據(jù)協(xié)議規(guī)約和信道狀態(tài)變化提出了一個(gè)四維馬爾科夫鏈模型。該模型由退避過程、傳輸過程和掛起

4、過程三部分構(gòu)成，傳輸過程區(qū)分了節(jié)點(diǎn)以不同概率選擇多檔功率發(fā)送的情況。整個(gè)四維馬爾科夫鏈模型的每個(gè)時(shí)隙長度都是定長的，等于一個(gè)退避時(shí)隙長度。接著討論了多功率條件下引起傳輸失敗的多種沖突情況，給出沖突概率的一般表達(dá)式，并借助連續(xù)時(shí)間馬爾科夫鏈模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)的掛起概率以及平均掛起時(shí)間。通過建立四維馬爾科夫鏈模型和連續(xù)時(shí)間馬爾科夫鏈模型之間的聯(lián)系，迭代計(jì)算出每條鏈路的吞吐量。最后結(jié)合仿真結(jié)果和數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了模型的有效性并分析了不同發(fā)送功率對每條鏈