無線自組織網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制機制研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)與無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線自組織網(wǎng)絡(luò)因其特有的自組織、分布式、無需依賴基礎(chǔ)設(shè)施、魯棒性好等特性，越來越得到廣泛的應(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，缺少一個中心化的控制機制協(xié)調(diào)節(jié)點的信道接入，因此需要通過信令交互預(yù)留信道，建立通信連接，并且在通信過程中，采取退避算法協(xié)調(diào)節(jié)點的競爭接入，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。本文以無線自組網(wǎng)中的媒體接入控制機制為研究對象，著重討論了信令交互模式和退避算法對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
　　 ⑴隱終端問題廣泛存在于無線自組網(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信令交互模式來解決隱終端問題。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，作為隱終端問題的一個常

3、見實例，隱接收終端問題始終無法得到解決。
　　 ⑵MAC協(xié)議采用基于競爭窗口的退避策略解析網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突。實際上，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)有退避算法并沒有對網(wǎng)絡(luò)中存在的分組沖突進行深入分析，忽略了不同沖突產(chǎn)生的根本原因，對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了帶寬，消耗了能量，而且增加了延遲，降低了吞吐量，對系統(tǒng)性能造成了很大影響。傳統(tǒng)沖突解

4、析算法通過改變節(jié)點競爭窗口的大小來增加退避機制的隨機性，從概率的角度進行沖突解析。該策略只能從一定程度上緩解沖突，并不能達到理想的沖突解析效果，特別是無法完全消除網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突。
　　 本文研究無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的媒體接入控制技術(shù)。研究從三個方面展開：①隱接收終端問題的分析研究；②基于競爭的無線自組織網(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。以上工作得到國家自然科學(xué)基金“可重構(gòu)MIMO的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息處理

5、與傳輸”(No.60572049)和“認知無線電關(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方面：⑴隱接收終端問題解決方案：分析了網(wǎng)絡(luò)中隱接收終端問題產(chǎn)生的原因，基于傳統(tǒng)RTS/CTS/DATA/ACK信令交互模式，提出一個顯示阻塞通知機制EBN，通過增加一個控制信令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題。⑵沖突分類模型的建立：傳統(tǒng)退避算法僅僅通過改變競爭窗口的大小來解析分組沖突，并沒有對沖突類型進行區(qū)分。我們根據(jù)沖突節(jié)點所處退避階段的不同，首次提出一個沖突分類模型，將網(wǎng)絡(luò)中的分組沖突分成兩類：交叉沖突和同級沖突，并且針對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制SDWD實現(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；同時通過設(shè)置合適的分布窗口大小在同級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和無沖突分類解析算法CF-CCR。兩個算法均以順序離散窗口分布機制SDWD為基礎(chǔ)，對沖突節(jié)點采取離散化分布策略，而對于成功節(jié)點則采取了不同的處理方式。CCR將成功節(jié)點在當(dāng)前競爭窗口范圍內(nèi)隨機分布，而CF-CCR則通過為成功節(jié)點分配獨立的分布空間來保證整個網(wǎng)絡(luò)的無沖突狀態(tài)。兩個算法適用場景不同，同IEEE 802.11 DCF協(xié)議相比，均可獲得性