MIMO鏈路Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的多址接入?yún)f(xié)議研究.pdf

1、AdHoc網(wǎng)絡(luò)無需固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，能夠靈活組網(wǎng)，具有誘人的應(yīng)用前景。然而，在具有便捷、低成本組網(wǎng)等優(yōu)勢的同時，這種高度靈活、可控資源豐富的網(wǎng)絡(luò)也為技術(shù)的實現(xiàn)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常廣泛，目前仍存在著諸多需要徹底研究的問題。媒體接入控制(MAC)協(xié)議主要解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點如何接入共享無線信道的問題，因此直接影響網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的傳輸效率。MIMO技術(shù)引入AdHoc網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)帶來了新的可利用資源，然而，其也對MAC協(xié)議的設(shè)計

2、提出了新的要求。本文中研究了AdHoc網(wǎng)絡(luò)中支持MIMO的媒體接入控制協(xié)議，主要的內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下幾個方面:
　　(1)基于PRPMAC，結(jié)合動態(tài)分配預(yù)約型協(xié)議提出了一種預(yù)約與競爭相結(jié)合的MAC協(xié)議FPR-PRPMAC。FPR-PRPMAC采用同步的時間結(jié)構(gòu)，通過五階段預(yù)約使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲得傳輸時隙號。在信息時隙，根據(jù)預(yù)約的結(jié)果，一部分節(jié)點可以優(yōu)先發(fā)送RTS分組，其它節(jié)點再通過競爭發(fā)送RTS分組。接收節(jié)點根據(jù)收到的全部RTS決定允許

3、各發(fā)送節(jié)點使用的數(shù)據(jù)流數(shù)目，并將此允許值攜帶在CTS中回復(fù)給發(fā)送節(jié)點。FPR-PRPMAC將預(yù)約與競爭相結(jié)合的機(jī)制減少了網(wǎng)絡(luò)中RTS沖突，同步的時間結(jié)構(gòu)消除了控制分組和數(shù)據(jù)分組的沖突，因此可以有效增加網(wǎng)絡(luò)中流控方式發(fā)送的分組數(shù)，并提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　(2)針對采用MIMO鏈路的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，提出了基于協(xié)議線程化技術(shù)的節(jié)點激活型拓?fù)湮粗嘀方尤雲(yún)f(xié)議MIMO-T-TTMA，并理論分析了MIMO-T-TTMA協(xié)議的吞吐量。MIMO-

4、T-TTMA由一個時間擴(kuò)展多址接入?yún)f(xié)議和一個時分多址接入?yún)f(xié)議以時間共享的方式組合而成。在分配的時隙中，節(jié)點通過與目的節(jié)點交互RTS/CTS分組來確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)目;而當(dāng)RTS/CTS交互失敗，節(jié)點依一定概率發(fā)送1個數(shù)據(jù)流。對于未分配給節(jié)點的時隙，節(jié)點也依概率發(fā)送1個數(shù)據(jù)流，以提高時隙利用率。MIMO-T-TTMA消除了節(jié)點移動引起網(wǎng)絡(luò)最大度變化時某些節(jié)點無法成功傳輸?shù)膯栴}，且在節(jié)點度較大時具有較高的吞吐量，適用于拓?fù)浣?jīng)常變化的AdHo

5、c網(wǎng)絡(luò)。
　　(3)針對采用MIMO鏈路的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，提出了鏈路激活型拓?fù)湮粗嘀方尤雲(yún)f(xié)議MIMO-LATTMA。MIMO-LATTMA利用正交拉丁方來為網(wǎng)絡(luò)鏈路分配傳輸時隙，保證每個鏈路在1幀中至少有1個時隙可以成功傳輸。同時推導(dǎo)了MIMO-LATTMA的平均吞吐量，并以最大化平均吞吐量為準(zhǔn)則給出了選擇協(xié)議參數(shù)的方法。理論結(jié)果表明，MIMO-LATTMA協(xié)議可以提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的吞吐量。
　　(4)針對采用MIMO鏈路的A

6、dHoc網(wǎng)絡(luò)，提出了充分利用MIMO空間復(fù)用能力的集中式TDMA協(xié)議E-MIMO-CTDMA。該協(xié)議通過在初始時隙分配中考慮MIMO的空間復(fù)用能力而有效地減小了調(diào)度幀長，通過允許節(jié)點發(fā)送多個數(shù)據(jù)流而高效利用了MIMO的空間復(fù)用能力。推導(dǎo)分析了E-MIMO-CTDMA的吞吐量和時延性能，結(jié)果表明，E-MIMO-CTDMA可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，減小網(wǎng)絡(luò)的平均時延和最大時延。
　　(5)提出了一種適用于MIMO鏈路AdHoc網(wǎng)絡(luò)的分布式

7、自適應(yīng)TDMA協(xié)議MIMO-DATDMA，該協(xié)議充分考慮MIMO空間復(fù)用，合理地為節(jié)點分配時隙和數(shù)據(jù)流，保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳话l(fā)生變化的情況下實現(xiàn)無沖突傳輸;而當(dāng)有新節(jié)點加入或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，協(xié)議能夠利用MIMO帶來的空間自由度，快速發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并根?jù)網(wǎng)絡(luò)局部拓?fù)浜蜁r隙信息的交互動態(tài)調(diào)整節(jié)點時隙和數(shù)據(jù)流數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)盡快恢復(fù)到無沖突的狀態(tài)。仿真結(jié)果表明，MIMO-DATDMA能充分利用MIMO帶來的優(yōu)勢，顯著減小網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時隙和