基于OPNET的MAC協(xié)議仿真分析.pdf

1、隨著工業(yè)控制技術(shù)的快速發(fā)展，智能工業(yè)控制部署的網(wǎng)絡(luò)對于實時性要求越來越高，網(wǎng)絡(luò)時延成為目前研究關(guān)注的焦點。雖然有線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相對比較成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗技術(shù)也在不斷得到提高，但有限的網(wǎng)絡(luò)資源還未得到充分地利用，如何通過進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)時延、抖動，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，以間接提高有線和無線網(wǎng)絡(luò)有限帶寬利用率，及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗效率仍是傳輸控制領(lǐng)域研究熱點。
　　論文首先論述以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中MAC協(xié)議的特點、體系結(jié)構(gòu)和能量管理

2、方法;接著基于網(wǎng)絡(luò)時延模型分析影響以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時延的關(guān)鍵因素，對現(xiàn)有的MAC協(xié)議改進(jìn)算法進(jìn)行比較?；谝陨系睦碚摶A(chǔ)，可知選擇合宜的發(fā)送概率p是提高CSMA/CD協(xié)議性能的關(guān)鍵。針對此問題，論文提出一種依據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和性能要求動態(tài)調(diào)整發(fā)送概率p的思想，將該思想應(yīng)用于以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計兩種自適應(yīng)改變發(fā)送概率p和最大避退上限的MAC協(xié)議算法?；贠PNET仿真軟件，對以上兩種協(xié)議的時延、端到端時延、排隊時延、吞吐量和總線

3、利用率進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明，與目前新提出的協(xié)議相比，這兩種協(xié)議算法能有效降低時延、消除抖動。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　1、論文首先論證運用馬爾科夫理論的可行性，然后基于離散時間馬爾科夫鏈理論模型，建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和發(fā)送概率p之間的關(guān)系，得出影響發(fā)送概率p和吞吐量的影響因子，將影響因子映射為四個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測量，通過聯(lián)合判斷狀態(tài)監(jiān)測量來調(diào)整p值和最大避退上限，為后面協(xié)議的研究仿真奠定理論基礎(chǔ)。
　　2、將第一點建立的理

4、論基礎(chǔ)應(yīng)用于有線以太網(wǎng)MAC協(xié)議中，提出一種新的自適應(yīng)CSMA/CD協(xié)議算法。該算法根據(jù)以太網(wǎng)信道和數(shù)據(jù)分布概率的特點來設(shè)置四個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測量的閾值，通過聯(lián)合判斷狀態(tài)監(jiān)測量來調(diào)整p值和最大避退上限。然后基于OPNET仿真平臺，對協(xié)議的時延、端到端時延、排隊時延、吞吐量和總線利用率進(jìn)行仿真。最后將仿真結(jié)果分別與經(jīng)典的CSMA/CD協(xié)議、最新的自適應(yīng)CSMA/CD協(xié)議的仿真結(jié)果進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明，在相同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同的節(jié)點數(shù)場景中，論文提

5、出新的自適應(yīng)CSMA/CD協(xié)議具有更小的時延、更高的信道利用率。
　　3、減小時延是提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的有效途徑之一。論文提出一種適用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的MAC層協(xié)議RCA-CSMA/CA。在對比了有線環(huán)境和無線環(huán)境MAC協(xié)議的區(qū)別后，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信道和數(shù)據(jù)分布概率的特點設(shè)置四個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測量的閾值，通過聯(lián)合判斷狀態(tài)監(jiān)測量來調(diào)整p值和最大避退上限。然后基于OPNET仿真平臺，分別對簇形、星型和Mesh型三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢?/p>