Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議模型分析及路由協(xié)議問題研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線射頻的可移動終端組建的多跳自治系統(tǒng)。由于其具有易部署、自組織、無需借助基礎(chǔ)設(shè)施等特點(diǎn)，可廣泛用于軍事、災(zāi)后救援、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，然而網(wǎng)絡(luò)受帶寬資源有限、分布式的競爭接入、動態(tài)拓?fù)涮匦缘扔绊懀沟眯诺澜尤雲(yún)f(xié)議與路由協(xié)議的設(shè)計(jì)受到極大挑戰(zhàn)。論文分別從Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層DCF協(xié)議建模、信道接入?yún)f(xié)議設(shè)計(jì)、路由度量、備份路由協(xié)議以及適用于多射頻多信道Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法等問題展開深入分析和探討，主要研究貢

2、獻(xiàn)歸納如下：
　　 當(dāng)前，對于802.11的DCF非飽和性能分析大多是采用二維馬爾可夫鏈進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。根據(jù)協(xié)議補(bǔ)充版本提出的Post-backoff過程，同時(shí)考慮到DCF機(jī)制對競爭節(jié)點(diǎn)的具有公平服務(wù)特征，推導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)相鄰兩個(gè)包服務(wù)的時(shí)間間隔，從而求出節(jié)點(diǎn)工作在非飽和態(tài)下的傳輸周期，并得到吞吐量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這就大大簡化了模型的復(fù)雜性。仿真驗(yàn)證了該方法能夠有效地預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能。
　　 隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多，每次傳輸碰撞的概率

3、隨之增大，導(dǎo)致DCF機(jī)制的性能下降。在最佳窗口機(jī)制OCB(Optimal Constant Backoff)的基礎(chǔ)上，為降低傳輸沖突概率，提出一個(gè)新的信道接入?yún)f(xié)議OCB-VCS。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)的退避計(jì)數(shù)器同時(shí)遞減到0，它們應(yīng)進(jìn)入一個(gè)包含多個(gè)競爭周期的虛擬沖突解決階段；在每個(gè)競爭周期內(nèi)，各競爭節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送突發(fā)分組來聲明對信道的占有，如果節(jié)點(diǎn)在此期間發(fā)現(xiàn)信道繁忙，它將退出競爭；最后，通過對該過程的數(shù)學(xué)建模，表明OCB-VCS具有較高的接入成功

4、效率，仿真也證實(shí)了與DCF和OCB相比，OCB-VCS能夠有效降低沖突概率，并提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 基于802.11協(xié)議MAC層重傳策略，提出一個(gè)衡量節(jié)點(diǎn)接入能力的參數(shù)CAM，以體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)周圍信道的繁忙程度及其搶占信道能力。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合MAC層和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)，提出了一個(gè)擁塞感知路由CAOR(Congestion Aware On-demand Routing)協(xié)議。仿真表明，該協(xié)議能夠在降低開銷的前提下，顯著增加網(wǎng)絡(luò)吞

5、吐量，并降低平均端到端的時(shí)延
　　 傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，路由回復(fù)RREP包的丟失或者已建立路由的失效，都會使源節(jié)點(diǎn)再次洪泛RREQ包以重建路由，這在加劇網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的同時(shí)增加了節(jié)點(diǎn)能量、帶寬等資源的消耗。在綜合采用路由偵聽和MAC層緩存技術(shù)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)層和媒介訪問控制層進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)，提出了按需網(wǎng)狀路由ODMR(On Demand Mesh Routing)協(xié)議。通過路由回復(fù)階段BRREP包的傳遞，構(gòu)建多條到達(dá)目的節(jié)

6、點(diǎn)的旁路路由來增加協(xié)議的魯棒性，從而降低了路由重建頻率以提高網(wǎng)絡(luò)性能。路由維護(hù)過程中，通過在節(jié)點(diǎn)的MAC層構(gòu)建鄰居節(jié)點(diǎn)表來實(shí)時(shí)監(jiān)測與周圍節(jié)點(diǎn)的連通性，能夠避免廣播HELLO包與有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突。模擬實(shí)驗(yàn)表明，與AODV、AOMDV、AODV-BR相比，該協(xié)議能夠在不增加網(wǎng)絡(luò)開銷的情況下顯著降低網(wǎng)絡(luò)端到端的時(shí)延、路由發(fā)現(xiàn)頻率以及提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的性能受限于節(jié)點(diǎn)之間的傳輸干擾，通過給不同節(jié)點(diǎn)分配相互正交的信

7、道，這些節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)在不同的信道上進(jìn)行傳輸，這就有效消除了節(jié)點(diǎn)之間的干擾。首先提出信道利用率cuP(Channel Utilization Percentage)概念，它能有效地衡量當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域各信道的競爭激烈程度，并推導(dǎo)出以判斷信道是否過載的臨界值。然后提出一個(gè)信道選擇度量CSM(channel Selection Metric)，該度量不僅能夠反映信道狀態(tài)，還能體現(xiàn)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)獲取該信道的能力，在此基礎(chǔ)上，提出一個(gè)適用于多射頻多信道