基于Ad hoc網(wǎng)絡的MAC協(xié)議的研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡指的是由若干帶有無線收發(fā)信機的節(jié)點構成的一個無中心的、多跳的、自組織的對等式通信網(wǎng)絡，它可以不依賴預先存在的網(wǎng)絡基礎設施而快速展開，自適應組網(wǎng)，各節(jié)點可以在不進行通知的情況下自由進入網(wǎng)絡和離開網(wǎng)絡且不會導致整個網(wǎng)絡陷入癱瘓。
　　Ad hoc網(wǎng)絡是目前無線通信學術界研究的熱點問題，尤其是該網(wǎng)絡在民用領域的應用受到越來越多的關注。媒體接入控制(MAC)協(xié)議的設計是Ad hoc網(wǎng)絡的關鍵技術之一，直接影響到網(wǎng)絡的性能，

2、比如接入公平性，吞吐量，延時，丟包率等等。由于Ad hoc網(wǎng)絡自身的一些特性，如無中心的網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化、業(yè)務產(chǎn)生的隨機性以及能量受限等，使得MAC協(xié)議的設計面臨許多富有挑戰(zhàn)性的技術問題。
　　本文圍繞Ad hoc網(wǎng)絡的實際應用，首先介紹了Ad hoc網(wǎng)絡的體系結構、需要解決的關鍵技術問題以及未來的應用前景；然后針對 Ad hoc網(wǎng)絡對MAC協(xié)議的特殊性要求，在現(xiàn)有的研究成果基礎上，對MAC協(xié)議需要研究的重點問題進行了

3、深入地分析。在此基礎上對采用不同的控制機制對系統(tǒng)信干比的影響以及進而帶來的對系統(tǒng)性能的影響進行了研究，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)點并且根據(jù)Ad hoc網(wǎng)絡實際應用的業(yè)務分類以及不同業(yè)務對QoS的要求，提出了一種按業(yè)務區(qū)分接入并保證QoS的MAC協(xié)議，即TDQG協(xié)議。
　　本文的主要內容和創(chuàng)新性結果如下：
　　第一，深

4、入分析Ad hoc網(wǎng)絡特點，針對其特殊性，提出該網(wǎng)絡對MAC協(xié)議設計的特殊性要求。同時，提出平均信干比的概念，以此衡量網(wǎng)絡狀況，為評價系統(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)性能之間的變化關系，給出不同控制機制下，二者的關系曲線，為協(xié)議設計提供堅實的基礎。
　　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)絡的特點，透徹分析不同優(yōu)化機制對系統(tǒng)性能的影響

5、，確定用系統(tǒng)允許的適當?shù)拇蠊β拾l(fā)送、自適應調整數(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)揮速率控制機制長處的基礎上，結合數(shù)據(jù)包凈荷長度自適應控制機制的優(yōu)點，在吞吐量性能方面進行了充分地優(yōu)化，同時最大化地體現(xiàn)了Ad hoc網(wǎng)絡的優(yōu)勢。在此基礎上給出一種QoS解決方案，為LCRC協(xié)議應用于實際Ad hoc網(wǎng)絡提供了有力保障。
　　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)絡中發(fā)送功率與可用傳輸速率之間的關系進行了深入研究，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制長處的基礎上，進一步發(fā)揮數(shù)據(jù)包凈荷長度自適應控制機制的優(yōu)點，在能量有效性方面進行了充分地優(yōu)化，突出體現(xiàn)了Ad hoc網(wǎng)絡的優(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)絡的有效的按業(yè)務區(qū)分接入并提供高質量QoS保障的MAC協(xié)議。隨著無線自組網(wǎng)的發(fā)展，Ad hoc網(wǎng)絡越來越多地應用于移動會議、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，提出一種具體的MAC協(xié)議（TDQG），并給出其適用于Ad hoc網(wǎng)絡的QoS解決方案。該協(xié)議充分考慮了Ad hoc網(wǎng)絡的特點，對未來到達業(yè)務進行資源預留，同時為了充分利用系統(tǒng)資源，對其進行動態(tài)