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，受到了學術界的廣泛關注。由于其具有可靠性高、抗毀性強等特點，無線自組網(wǎng)在軍事和民用領域得到了大規(guī)模應用。然而無線自組網(wǎng)中的節(jié)點主要由電池供電，能量資源有限。如何節(jié)省能耗、提高網(wǎng)絡吞吐量一直是無線自組網(wǎng)急需解決的問題。功率控制機制是節(jié)省能耗、提高網(wǎng)絡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制設計展開，這些研究工作在節(jié)能方面已取得了重大進展。從 MAC層角度看，功率控制機制即以不同的功率

2、發(fā)送數(shù)據(jù)包。MAC層處于網(wǎng)絡協(xié)議棧的底層，為網(wǎng)絡中各節(jié)點提供無線信道的共享方式，功率的選擇決定了網(wǎng)絡中節(jié)點的傳輸范圍、檢測范圍、沖突干擾等，對網(wǎng)絡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層吞吐量進行建模研究，主要內容為：
　　（1）分析了單跳多功率網(wǎng)絡中的捕獲效應。借助捕獲模型計算了單跳場景下捕獲一個節(jié)點，捕獲兩個節(jié)點的捕獲概率，并利用中心極限定理給出了捕獲多個節(jié)點的概率表達式。然后在G. Bianchi模型

3、的基礎上結合多功率，提出了一個三維馬爾科夫鏈模型并給出了捕獲效應下節(jié)點發(fā)送成功的概率表達式。借助模型可以求解出單跳多功率網(wǎng)絡的飽和吞吐量。QualNet環(huán)境下的仿真結果和數(shù)值結果比較證明了模型的有效性。同時引入捕獲率的概念，分析了單跳多功率網(wǎng)絡的飽和吞吐量性能。
　?。?）分析了多跳多功率網(wǎng)絡MAC吞吐量建模中掛起過程和沖突概率這兩個難點。然后根據(jù)協(xié)議規(guī)約和信道狀態(tài)變化提出了一個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、過程三部分構成，傳輸過程區(qū)分了節(jié)點以不同概率選擇多檔功率發(fā)送的情況。整個四維馬爾科夫鏈模型的每個時隙長度都是定長的，等于一個退避時隙長度。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式，并借助連續(xù)時間馬爾科夫鏈模型計算節(jié)點的掛起概率以及平均掛起時間。通過建立四維馬爾科夫鏈模型和連續(xù)時間馬爾科夫鏈模型之間的聯(lián)系，迭代計算出每條鏈路的吞吐量。最后結合仿真結果和數(shù)值結果驗證了模型的有效性并分析了不同發(fā)送功率對每條鏈