Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多速率MAC協(xié)議的研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)起源于美國國防高級研究計劃局的PRNET項目，由于這種分布式網(wǎng)絡(luò)具有可臨時組網(wǎng)、快速展開、無控制中心、抗毀性強等特點，在軍事通信中的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、單兵個人電臺等場合得到了廣泛應(yīng)用。同時，其應(yīng)用也正在迅速地向民用系統(tǒng)擴展。近年來，國外許多著名實驗室紛紛設(shè)立Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)方面的研究項目，并認為這是一種極具吸引力的未來移動通信系統(tǒng)構(gòu)架。
　　在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，存在許多關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：MAC協(xié)議、路由協(xié)議、自組網(wǎng)中

2、網(wǎng)絡(luò)與信息的安全性、QoS保障框架與技術(shù)、功率控制與管理、傳輸層協(xié)議等。本論文重點研究了MAC層、傳輸層、和路由協(xié)議的性能。MAC協(xié)議的好壞直接影響到網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時延等性能指標的優(yōu)劣，因此設(shè)計適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的MAC協(xié)議是一項富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。由于TCP協(xié)議是目前應(yīng)用最廣泛的傳輸層協(xié)議，如何提高其在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)下的性能也是迫切需要解決的問題。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在拓撲、傳輸帶寬、節(jié)點能力、安全性、擴展性等方面與有線網(wǎng)絡(luò)存在的差

3、異決定了在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中必須采用獨特的路由技術(shù)。近些年已經(jīng)提出了很多種Ad Hoc路由協(xié)議，如何客觀地比較這些協(xié)議的性能也是Ad Hoc領(lǐng)域的一個研究熱點。
　　鑒于IEEE802.11協(xié)議是目前Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的MAC協(xié)議，以隨機過程中的馬爾科夫理論為基礎(chǔ)，歸納整理了802.11協(xié)議的一跳范圍內(nèi)模型、二跳范圍內(nèi)模型。對最新出現(xiàn)的基于拯救節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的MASA協(xié)議進行了詳細分析，指出該協(xié)議存在的問題，同時考慮到NS下MA

4、SA代碼的不可實現(xiàn)性，提出了一種改進的MASA協(xié)議MASA+。在直線鏈路和隨機拓撲下分別對MASA+進行仿真，得到各種節(jié)點密度、各種速度下的吞吐量和平均延遲曲線，并將這些曲線同802.11的仿真結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)MASA+協(xié)議的平均延遲優(yōu)于802.11，但在低節(jié)點密度下的吞吐量比802.11差。在分析造成這種現(xiàn)象的成因后，發(fā)現(xiàn)如果采用多速率發(fā)包可能會改善MASA+協(xié)議性能。基于此設(shè)想，對RBAR協(xié)議進行了分析。在假定信道模型為雙線信道模

5、型的前提下，深入分析了RBAR在RTS/CTS機制下的性能。首先在理論上證明了RBAR協(xié)議的吞吐量一定優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議；然后考慮到MASA+協(xié)議不包含RTS/CTS機制，在RBAR協(xié)議的基礎(chǔ)上通過去除其RTS/CTS機制得到一種改進的多速率協(xié)議，通過仿真比較它與802.11在吞吐量和平均延遲方面的性能，發(fā)現(xiàn)該協(xié)議在這兩種指標方面較802.11差，指出了問題的根源。最后將MASA+協(xié)議與改進的多速率協(xié)議相結(jié)合，并加入分析隱藏節(jié)

6、點區(qū)域的算法，得到RM-MAC協(xié)議，仿真結(jié)果表明RM-MAC協(xié)議在吞吐量和平均延遲方面均優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議。
　　為了比較表驅(qū)動路由協(xié)議和按需路由協(xié)議的性能，通過編制代碼得到了修正運動場景發(fā)生器。并在Tracy Camp提出的穩(wěn)態(tài)運動場景和修正運動場景下分別對兩類協(xié)議的代表協(xié)議DSDV和AODV進行了仿真，統(tǒng)計了協(xié)議包開銷、吞吐量、平均包延遲。結(jié)果表明：使用穩(wěn)態(tài)運動場景可以減少仿真時間，能更加客觀地體現(xiàn)兩種協(xié)議在各種移動

7、程度下的性能；DSDV協(xié)議和AODV協(xié)議各有優(yōu)缺點，要根據(jù)實際應(yīng)用背景進行選擇。
　　為了提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中TCP協(xié)議的吞吐量，從重傳定時器這個新視角分析了TCP在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中性能變差的原因，指出由Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)帶來的一切負面影響均可歸結(jié)到重傳定時器不能正確地識別虛假重傳，重傳定時器不能及時跟蹤鏈路的最新延遲。通過仿真分析了兩種傳統(tǒng)的更新往返時間方案的吞吐量特性，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的定時方案。理論分析和仿真表明這