基于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議的研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)指的是由若干帶有無線收發(fā)信機(jī)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一個無中心的、多跳的、自組織的對等式通信網(wǎng)絡(luò)，它可以不依賴預(yù)先存在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而快速展開，自適應(yīng)組網(wǎng)，各節(jié)點(diǎn)可以在不進(jìn)行通知的情況下自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)和離開網(wǎng)絡(luò)且不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓。
　　Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是目前無線通信學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問題，尤其是該網(wǎng)絡(luò)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。媒體接入控制(MAC)協(xié)議的設(shè)計(jì)是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能，

2、比如接入公平性，吞吐量，延時(shí)，丟包率等等。由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)自身的一些特性，如無中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化、業(yè)務(wù)產(chǎn)生的隨機(jī)性以及能量受限等，使得MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)面臨許多富有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。
　　本文圍繞Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用，首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題以及未來的應(yīng)用前景；然后針對 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)對MAC協(xié)議的特殊性要求，在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，對MAC協(xié)議需要研究的重點(diǎn)問題進(jìn)行了

3、深入地分析。在此基礎(chǔ)上對采用不同的控制機(jī)制對系統(tǒng)信干比的影響以及進(jìn)而帶來的對系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了研究，并以此為前提，提出了兩種協(xié)議，即數(shù)據(jù)包凈荷長度-速率控制（LCRC）協(xié)議和數(shù)據(jù)包凈荷長度-功率控制（LCPC）協(xié)議；綜合上述兩種協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用的業(yè)務(wù)分類以及不同業(yè)務(wù)對QoS的要求，提出了一種按業(yè)務(wù)區(qū)分接入并保證QoS的MAC協(xié)議，即TDQG協(xié)議。
　　本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新性結(jié)果如下：
　　第一，深

4、入分析Ad hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，針對其特殊性，提出該網(wǎng)絡(luò)對MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的特殊性要求。同時(shí)，提出平均信干比的概念，以此衡量網(wǎng)絡(luò)狀況，為評價(jià)系統(tǒng)性能提供判據(jù)。
　　第二，深入研究了采用不同的控制機(jī)制（速率控制/功率控制）帶來的發(fā)送功率與系統(tǒng)性能之間的變化關(guān)系，給出不同控制機(jī)制下，二者的關(guān)系曲線，為協(xié)議設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　第三，提出一種優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量的MAC協(xié)議。針對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，透徹分析不同優(yōu)化機(jī)制對系統(tǒng)性能的影響

5、，確定用系統(tǒng)允許的適當(dāng)?shù)拇蠊β拾l(fā)送、自適應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)包凈荷長度以及發(fā)送速率的優(yōu)化策略，提出一種數(shù)據(jù)包凈荷長度-速率控制的MAC協(xié)議，即LCRC協(xié)議。LCRC協(xié)議在發(fā)揮速率控制機(jī)制長處的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)包凈荷長度自適應(yīng)控制機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)，在吞吐量性能方面進(jìn)行了充分地優(yōu)化，同時(shí)最大化地體現(xiàn)了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上給出一種QoS解決方案，為LCRC協(xié)議應(yīng)用于實(shí)際Ad hoc網(wǎng)絡(luò)提供了有力保障。
　　第四，提出一種優(yōu)化能量有效性的M

6、AC協(xié)議。針對LCRC協(xié)議在能量有效性方面的不足，對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送功率與可用傳輸速率之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究，為該系統(tǒng)的QoS保障方案提供了依據(jù)。針對能量有效性的最優(yōu)化提出了一種數(shù)據(jù)包凈荷長度-功率控制的MAC協(xié)議，即LCPC協(xié)議，該協(xié)議在利用功率控制機(jī)制長處的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)據(jù)包凈荷長度自適應(yīng)控制機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)，在能量有效性方面進(jìn)行了充分地優(yōu)化，突出體現(xiàn)了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢以及該協(xié)議對信道資源的合理分配和充分利用能力。

7、r>　　第五，提出一種適用于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的有效的按業(yè)務(wù)區(qū)分接入并提供高質(zhì)量QoS保障的MAC協(xié)議。隨著無線自組網(wǎng)的發(fā)展，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)越來越多地應(yīng)用于移動會議、家庭聯(lián)網(wǎng)、個人域通信等方面。按照這樣的需要，綜合LCRC協(xié)議和LCPC協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，提出一種具體的MAC協(xié)議（TDQG），并給出其適用于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS解決方案。該協(xié)議充分考慮了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對未來到達(dá)業(yè)務(wù)進(jìn)行資源預(yù)留，同時(shí)為了充分利用系統(tǒng)資源，對其進(jìn)行動態(tài)