Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多速率MAC協(xié)議的研究.pdf

1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)起源于美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的PRNET項(xiàng)目，由于這種分布式網(wǎng)絡(luò)具有可臨時(shí)組網(wǎng)、快速展開(kāi)、無(wú)控制中心、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，在軍事通信中的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、單兵個(gè)人電臺(tái)等場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，其應(yīng)用也正在迅速地向民用系統(tǒng)擴(kuò)展。近年來(lái)，國(guó)外許多著名實(shí)驗(yàn)室紛紛設(shè)立Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)方面的研究項(xiàng)目，并認(rèn)為這是一種極具吸引力的未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)構(gòu)架。
　　在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，存在許多關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：MAC協(xié)議、路由協(xié)議、自組網(wǎng)中

2、網(wǎng)絡(luò)與信息的安全性、QoS保障框架與技術(shù)、功率控制與管理、傳輸層協(xié)議等。本論文重點(diǎn)研究了MAC層、傳輸層、和路由協(xié)議的性能。MAC協(xié)議的好壞直接影響到網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時(shí)延等性能指標(biāo)的優(yōu)劣，因此設(shè)計(jì)適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的MAC協(xié)議是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。由于TCP協(xié)議是目前應(yīng)用最廣泛的傳輸層協(xié)議，如何提高其在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)下的性能也是迫切需要解決的問(wèn)題。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)?、傳輸帶寬、?jié)點(diǎn)能力、安全性、擴(kuò)展性等方面與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存在的差

3、異決定了在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中必須采用獨(dú)特的路由技術(shù)。近些年已經(jīng)提出了很多種Ad Hoc路由協(xié)議，如何客觀地比較這些協(xié)議的性能也是Ad Hoc領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　鑒于IEEE802.11協(xié)議是目前Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的MAC協(xié)議，以隨機(jī)過(guò)程中的馬爾科夫理論為基礎(chǔ)，歸納整理了802.11協(xié)議的一跳范圍內(nèi)模型、二跳范圍內(nèi)模型。對(duì)最新出現(xiàn)的基于拯救節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的MASA協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出該協(xié)議存在的問(wèn)題，同時(shí)考慮到NS下MA

4、SA代碼的不可實(shí)現(xiàn)性，提出了一種改進(jìn)的MASA協(xié)議MASA+。在直線(xiàn)鏈路和隨機(jī)拓?fù)湎路謩e對(duì)MASA+進(jìn)行仿真，得到各種節(jié)點(diǎn)密度、各種速度下的吞吐量和平均延遲曲線(xiàn)，并將這些曲線(xiàn)同802.11的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)MASA+協(xié)議的平均延遲優(yōu)于802.11，但在低節(jié)點(diǎn)密度下的吞吐量比802.11差。在分析造成這種現(xiàn)象的成因后，發(fā)現(xiàn)如果采用多速率發(fā)包可能會(huì)改善MASA+協(xié)議性能。基于此設(shè)想，對(duì)RBAR協(xié)議進(jìn)行了分析。在假定信道模型為雙線(xiàn)信道模

5、型的前提下，深入分析了RBAR在RTS/CTS機(jī)制下的性能。首先在理論上證明了RBAR協(xié)議的吞吐量一定優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議；然后考慮到MASA+協(xié)議不包含RTS/CTS機(jī)制，在RBAR協(xié)議的基礎(chǔ)上通過(guò)去除其RTS/CTS機(jī)制得到一種改進(jìn)的多速率協(xié)議，通過(guò)仿真比較它與802.11在吞吐量和平均延遲方面的性能，發(fā)現(xiàn)該協(xié)議在這兩種指標(biāo)方面較802.11差，指出了問(wèn)題的根源。最后將MASA+協(xié)議與改進(jìn)的多速率協(xié)議相結(jié)合，并加入分析隱藏節(jié)

6、點(diǎn)區(qū)域的算法，得到RM-MAC協(xié)議，仿真結(jié)果表明RM-MAC協(xié)議在吞吐量和平均延遲方面均優(yōu)于IEEE802.11協(xié)議。
　　為了比較表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議的性能，通過(guò)編制代碼得到了修正運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景發(fā)生器。并在Tracy Camp提出的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景和修正運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下分別對(duì)兩類(lèi)協(xié)議的代表協(xié)議DSDV和AODV進(jìn)行了仿真，統(tǒng)計(jì)了協(xié)議包開(kāi)銷(xiāo)、吞吐量、平均包延遲。結(jié)果表明：使用穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景可以減少仿真時(shí)間，能更加客觀地體現(xiàn)兩種協(xié)議在各種移動(dòng)

7、程度下的性能；DSDV協(xié)議和AODV協(xié)議各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景進(jìn)行選擇。
　　為了提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中TCP協(xié)議的吞吐量，從重傳定時(shí)器這個(gè)新視角分析了TCP在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中性能變差的原因，指出由Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的一切負(fù)面影響均可歸結(jié)到重傳定時(shí)器不能正確地識(shí)別虛假重傳，重傳定時(shí)器不能及時(shí)跟蹤鏈路的最新延遲。通過(guò)仿真分析了兩種傳統(tǒng)的更新往返時(shí)間方案的吞吐量特性，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的定時(shí)方案。理論分析和仿真表明這