移動自組網(wǎng)MAC協(xié)議性能的研究與優(yōu)化.pdf

1、隨著移動通信技術的飛速發(fā)展和普及,新技術不斷涌現(xiàn),針對無中心控制的移動自組網(wǎng)(Mobile Ad Hoc Networks)已經(jīng)成為了一個研究熱點。在移動自組網(wǎng)的協(xié)議棧中,信道接入控制(MAC)協(xié)議運行在物理層之上,直接控制著報文的發(fā)送和接收,其性能的好壞直接影響整個網(wǎng)絡的性能和效率。由于移動自組網(wǎng)的獨立性,不可避免地會出現(xiàn)多個節(jié)點同時爭用無線信道空間的使用權(quán),從而導致節(jié)點之間的信號干擾和報文沖突的情況發(fā)生。因此,采用何種有效的信道接入

2、協(xié)議來避免或減少沖突,提高網(wǎng)絡的效率和容量,成為了研究的重點。
　　 移動自組網(wǎng)對信道資源的分配使用,不僅體現(xiàn)在時分復用,而且也體現(xiàn)在空分復用上,即在使用一個通信頻率的情況下,允許有多對節(jié)點同時進行通信,這是自組網(wǎng)的優(yōu)勢之一。無線信道的空分復用是否合理決定了網(wǎng)絡運行的性能,良好的信道接入?yún)f(xié)議應該在保證通信能夠可靠進行的基礎上,盡可能提高頻率的空間復用度。本文綜述了MAC協(xié)議的特點、性能指標和研究概況,在詳細介紹IEEE802.1

3、1 DCF的工作原理以及移動自組網(wǎng)中傳輸速率和載波偵聽機制等相關研究現(xiàn)狀的基礎上,針對IEEE802.11 DCF協(xié)議中靜態(tài)空間傳輸機制的缺點,建立移動自組網(wǎng)的空間復用模型和干擾模型,并分析了空間復用與MAC協(xié)議的開銷及其網(wǎng)絡吞吐量的關系。
　　 在此基礎上,本文提出了一種基于功率-速率自適應調(diào)整(PRA:Power and RateAdaptation)的動態(tài)空間退避算法,以優(yōu)化MAC協(xié)議的性能。該算法通過偵聽控制報文的信號強

4、度,估算收發(fā)節(jié)點之間的距離,進而動態(tài)預測信道的繁忙程度和接收節(jié)點的信噪比水平。根據(jù)預測的結(jié)果,自適應調(diào)整傳輸功率和信道速率,在提高無線信道空間復用度的情況下又能保證一定的傳輸速率,使網(wǎng)絡逐漸調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)。另外,針對MAC層的功耗和時延特性,將遺傳算法的原理和自組網(wǎng)的網(wǎng)絡模型結(jié)合起來,提出一種采用可變長度染色體編碼,利用遺傳算法優(yōu)化路徑選擇的方案。分析和仿真結(jié)果表明,與802.11 DCF和DSB算法相比,PRA動態(tài)空間退避方案能有效降