移動(dòng)自組網(wǎng)MAC協(xié)議性能的研究與優(yōu)化.pdf

1、隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展和普及,新技術(shù)不斷涌現(xiàn),針對無中心控制的移動(dòng)自組網(wǎng)(Mobile Ad Hoc Networks)已經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。在移動(dòng)自組網(wǎng)的協(xié)議棧中,信道接入控制(MAC)協(xié)議運(yùn)行在物理層之上,直接控制著報(bào)文的發(fā)送和接收,其性能的好壞直接影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和效率。由于移動(dòng)自組網(wǎng)的獨(dú)立性,不可避免地會(huì)出現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)爭用無線信道空間的使用權(quán),從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)干擾和報(bào)文沖突的情況發(fā)生。因此,采用何種有效的信道接入

2、協(xié)議來避免或減少?zèng)_突,提高網(wǎng)絡(luò)的效率和容量,成為了研究的重點(diǎn)。
　　 移動(dòng)自組網(wǎng)對信道資源的分配使用,不僅體現(xiàn)在時(shí)分復(fù)用,而且也體現(xiàn)在空分復(fù)用上,即在使用一個(gè)通信頻率的情況下,允許有多對節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行通信,這是自組網(wǎng)的優(yōu)勢之一。無線信道的空分復(fù)用是否合理決定了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的性能,良好的信道接入?yún)f(xié)議應(yīng)該在保證通信能夠可靠進(jìn)行的基礎(chǔ)上,盡可能提高頻率的空間復(fù)用度。本文綜述了MAC協(xié)議的特點(diǎn)、性能指標(biāo)和研究概況,在詳細(xì)介紹IEEE802.1

3、1 DCF的工作原理以及移動(dòng)自組網(wǎng)中傳輸速率和載波偵聽機(jī)制等相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對IEEE802.11 DCF協(xié)議中靜態(tài)空間傳輸機(jī)制的缺點(diǎn),建立移動(dòng)自組網(wǎng)的空間復(fù)用模型和干擾模型,并分析了空間復(fù)用與MAC協(xié)議的開銷及其網(wǎng)絡(luò)吞吐量的關(guān)系。
　　 在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于功率-速率自適應(yīng)調(diào)整(PRA:Power and RateAdaptation)的動(dòng)態(tài)空間退避算法,以優(yōu)化MAC協(xié)議的性能。該算法通過偵聽控制報(bào)文的信號(hào)強(qiáng)

4、度,估算收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離,進(jìn)而動(dòng)態(tài)預(yù)測信道的繁忙程度和接收節(jié)點(diǎn)的信噪比水平。根據(jù)預(yù)測的結(jié)果,自適應(yīng)調(diào)整傳輸功率和信道速率,在提高無線信道空間復(fù)用度的情況下又能保證一定的傳輸速率,使網(wǎng)絡(luò)逐漸調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)。另外,針對MAC層的功耗和時(shí)延特性,將遺傳算法的原理和自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合起來,提出一種采用可變長度染色體編碼,利用遺傳算法優(yōu)化路徑選擇的方案。分析和仿真結(jié)果表明,與802.11 DCF和DSB算法相比,PRA動(dòng)態(tài)空間退避方案能有效降