無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制機(jī)制研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)與無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)因其特有的自組織、分布式、無(wú)需依賴基礎(chǔ)設(shè)施、魯棒性好等特性，越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。作為自組網(wǎng)協(xié)議中重要的組成部分，媒體接入控制協(xié)議是分組在信道上發(fā)送和接收的直接控制者，對(duì)系統(tǒng)性能起著決定性作用。由于自組網(wǎng)的分布式操作特性，缺少一個(gè)中心化的控制機(jī)制協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的信道接入，因此需要通過(guò)信令交互預(yù)留信道，建立通信連接，并且在通信過(guò)程中，采取退避算法協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)接入，優(yōu)化信道資源調(diào)度，避免分組沖

2、突，維持良好的通信秩序。本文以無(wú)線自組網(wǎng)中的媒體接入控制機(jī)制為研究對(duì)象，著重討論了信令交互模式和退避算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　 ⑴隱終端問(wèn)題廣泛存在于無(wú)線自組網(wǎng)中，造成了網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降，降低了信道利用率，增加了分組延遲，對(duì)系統(tǒng)性能造成很大影響。傳統(tǒng)的MAC協(xié)議利用RTS/CTS/DATA/ACK信令交互模式來(lái)解決隱終端問(wèn)題。然而，由于控制信令的通信協(xié)調(diào)范圍有限，使得在單信道條件下，作為隱終端問(wèn)題的一個(gè)常

3、見(jiàn)實(shí)例，隱接收終端問(wèn)題始終無(wú)法得到解決。
　　 ⑵MAC協(xié)議采用基于競(jìng)爭(zhēng)窗口的退避策略解析網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突。實(shí)際上，分組沖突的產(chǎn)生原因不盡相同，其解析方式也應(yīng)該有所區(qū)別。然而現(xiàn)有退避算法并沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的分組沖突進(jìn)行深入分析，忽略了不同沖突產(chǎn)生的根本原因，對(duì)所有的沖突采取同一種解析策略，影響了沖突解析效果。
　　 ⑶沖突的存在不僅浪費(fèi)了帶寬，消耗了能量，而且增加了延遲，降低了吞吐量，對(duì)系統(tǒng)性能造成了很大影響。傳統(tǒng)沖突解

4、析算法通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小來(lái)增加退避機(jī)制的隨機(jī)性，從概率的角度進(jìn)行沖突解析。該策略只能從一定程度上緩解沖突，并不能達(dá)到理想的沖突解析效果，特別是無(wú)法完全消除網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突。
　　 本文研究無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的媒體接入控制技術(shù)。研究從三個(gè)方面展開(kāi)：①隱接收終端問(wèn)題的分析研究；②基于競(jìng)爭(zhēng)的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突分析與建模；③基于沖突分類模型的退避算法研究。以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金“可重構(gòu)MIMO的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息處理

5、與傳輸”(No.60572049)和“認(rèn)知無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)研究”(No.60602029)的資助。
　　 本文取得的研究成果包括如下幾個(gè)方面：⑴隱接收終端問(wèn)題解決方案：分析了網(wǎng)絡(luò)中隱接收終端問(wèn)題產(chǎn)生的原因，基于傳統(tǒng)RTS/CTS/DATA/ACK信令交互模式，提出一個(gè)顯示阻塞通知機(jī)制EBN，通過(guò)增加一個(gè)控制信令BN，采取RTS/CTS/BN/DATA/ACK握手控制序列，明確隱終端的當(dāng)前狀態(tài)，利用查詢/等待模式消除盲目的分組發(fā)送，

6、從而解決隱接收終端問(wèn)題。⑵沖突分類模型的建立：傳統(tǒng)退避算法僅僅通過(guò)改變競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小來(lái)解析分組沖突，并沒(méi)有對(duì)沖突類型進(jìn)行區(qū)分。我們根據(jù)沖突節(jié)點(diǎn)所處退避階段的不同，首次提出一個(gè)沖突分類模型，將網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突分成兩類：交叉沖突和同級(jí)沖突，并且針對(duì)這兩種不同類型的沖突，分別提出了解決方案：利用順序離散窗口分布機(jī)制SDWD實(shí)現(xiàn)分布窗口的離散化，避免了網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位的交叉沖突；同時(shí)通過(guò)設(shè)置合適的分布窗口大小在同級(jí)沖突概率和分組延遲之間取得折衷

7、。⑶基于沖突分類模型的退避算法：基于沖突分類模型，提出兩種沖突解析算法：沖突分類解析算法CCR和無(wú)沖突分類解析算法CF-CCR。兩個(gè)算法均以順序離散窗口分布機(jī)制SDWD為基礎(chǔ)，對(duì)沖突節(jié)點(diǎn)采取離散化分布策略，而對(duì)于成功節(jié)點(diǎn)則采取了不同的處理方式。CCR將成功節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)窗口范圍內(nèi)隨機(jī)分布，而CF-CCR則通過(guò)為成功節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的分布空間來(lái)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)沖突狀態(tài)。兩個(gè)算法適用場(chǎng)景不同，同IEEE 802.11 DCF協(xié)議相比，均可獲得性