（計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）移動(dòng)ad+hoc網(wǎng)絡(luò)mac協(xié)議研究及性能仿真.pdf

摘要 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)是指由若干帶有無(wú)線收發(fā)信機(jī)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一 個(gè)無(wú)中心、多跳的和自組織的對(duì)等式通信網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榫哂薪M網(wǎng)靈活、 分布實(shí)施等特點(diǎn)，使它擁有了廣闊的應(yīng)用前景，一直成為國(guó)內(nèi)外研究 的一個(gè)熱點(diǎn)。在移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中，可能會(huì)有多個(gè)無(wú)線設(shè)備同時(shí)接 入信道，導(dǎo)致信道資源浪費(fèi)，吞吐量顯著下降。為了解決這些問(wèn)題， 就需要適當(dāng)?shù)拿襟w接入控制( m a c ) 協(xié)議來(lái)更有效、有序和公平地使用 共享媒體。 本文首先對(duì)傳統(tǒng)窄帶a dh o c 網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制協(xié)議c s m a 信道 利用率、公平性、吞吐量性能進(jìn)行了分析。 其次重點(diǎn)研究了i e e e 8 0 2 1 1d c f 協(xié)議的退避算法，指出 i e e e 8 0 2 1 1d c f 協(xié)議傳統(tǒng)的二進(jìn)制指數(shù)退避算法b e b 存在極大的不 公平現(xiàn)象，利用乘性增加、線性減少退避算法( m i l d ) 和指數(shù)增加、 指數(shù)減小的退避算法( e i e d ) 來(lái)改變b e b 算法的公平性。本文在 g l o m o s i m 仿真平臺(tái)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了m i l d 和e i e d 算法，并通過(guò)仿真 對(duì)比分析了三種退避算法的吞吐量和公平性。仿真結(jié)果表明：在本文 參數(shù)條件下，三種退避算法吞吐量性能相當(dāng)，而m i l d 公平性最好， 其次是e i e d ，b e b 最差。但是隨著流量負(fù)荷的增加，在重負(fù)荷下 三種算法的公平性趨于相當(dāng)?？梢?jiàn)在中等負(fù)荷或輕負(fù)荷情況下，m i l d 是移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)首選退避算法。 最后，研究了碼分多址a dh o c 網(wǎng)絡(luò)( c d ma dh o c 網(wǎng)絡(luò)) 的 m a c 協(xié)議性能。通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的馬爾可夫模型，提出一種存在 多址干擾和背景噪聲情況下，基于c d m a 的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能 分析方法。這種新的分析方法能更精確反映真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，具 有更加普遍的適用范圍，數(shù)值仿真結(jié)果為c d m aa dh o c 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和 參數(shù)優(yōu)化提供有價(jià)值的理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞：移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)、m a c 協(xié)議、退避算法、公平性、吞吐量 a b s t r a c t t h em o b i i ea dh o cn e t w o r k s2 u r eb yan u m b e rw i t haw i r e l e s s t r a n s c e i v e rn o d e c o n s i s t i n g o fa n o n c e n t e r ，n 1 u l t i h o p a n d s e l f - o r g a n i z a t i o n o f 也ep e e r - t o p e e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i nt h e m o b i l ea dh o cn e t w o r k s ，t h e r em a yb em u l t i p l ew i r e l e s sd e v i c e s s i m u l t a n e o u s l y a c c e s sc h a 衄e l ，w h i c hc a u s ew a s t eo fr e s o u r c e s ，a s i g n i f i c a n td r o pi nt h r o u 曲p u t i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ， t h e m e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o i st om o r ee 瓶c i e n t ， o r d e r l ya n d e q u i t a b l eu s eo fs h a r e dm e d i aa r en e c e s s a 巧 1 1 1t h i sp a p e r ，t h em e d i aa c c e s sc o n t r o lp r o t o c o lo ft h et r a d i t i o n a l n a 玎o w - b a n da dh o cn e t w o r k so fc h a n n e lu t i l i z a t i o nf a i m e s s ， 缸o(hù) u g h p u t p e r f - 0 r m a n c ea r ea n a l y z e df i r s t l y t h es e c o n df o c u s e do nt h ep r o t o c o io fn 三e e 8 0 2 11d c fb a c k o f r a l g o r i t h m ，p o i n t i n go u tt h a tt h et r a d i t i o n a lp r o t o c o lo fi e e e 8 0 2 11d c f b i n a l ye x p o n e n t i a l b a c k o f f a l g o r i t u n b e be x i s t e n c eo f g r e a t i n e q u a l i t i e s ，a na n a l y s i so ft h eu s eo fm u l t i p l i c a t i v ei n c r e a s e ， 1 i n e a rt o r e d u c et h eb a c k o f fa 1 重o r i t h m ( m i l d ) a n di n d e xi n c r e a s e ，t h ei n d e x d e c r e a s e st h eb a c k o f fa l g o r i t h n ( e 正d ) t oc h a n g et h ea l g o r i t l mb e b f a i m e s s i nt h i s p a p e ，o n g l o m o s i ms i m u i a t i o np i a t f i o n nd e s i g na n d i m p l e m e m a t i o no f t h em i l da n de i e da l g o r i t h ma n dt h r o u g hs i m u l a t i o n c o m p a r a t i v ea n a l y s i s o f缸e eb a c k o f fa l g o r i t h m t h r o u 曲p u t a n d f a i m e s s u n d e rt h ep a r a m e t e r sc o n d i t i o n ss e ti nt h ep a p e r ，t h et h r o u g h p u t o f 缸e eb a c k o f f a i g o r i t h mi sc o n s i d e m b l e ， a n dt h ef a i m e s sm i l db e s t ， f o l l o w e db ye i e d ，b e bw o r s t h o w e v e r ，w i mt h ei n c r e a s ei nc h a n n e l n o wl o a d ，u n d e rh e 2 r v y1 0 a dt 1 1 ef a i m e s so ft h et h r e ea l g o r i t h m sb e c o m e c o n s i d e r a b l e m i l di nm o b i l ea dh o cn e t w o r k si st h ep r e f e r r e db a c k o f f i i a l g o r i t h mi nm i d d l e l o a do rl i g h tl o a dc o n d i t i o n f i n a l l y ， t h es t u d yo ft h ep e r f o 咖a n c eo fm a c p r o t o c o la b o u t t h e c o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s sa dh o cn e t w o r k s( c d m aa dh o c n e t w o r k s ) t h r o u 曲m ee s t a b l i s h m e n to f m en e 觚o r ks t a t u so ft h em a r k o v m o d e l ，t h ec d m a - b a s e da dh o cn e t w o r kt h r o u g h p u tp e r f o m a n c e a n a l y s i sm e t h o d sa r ep r o p o s e di nt h em u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c ea n d b a c k g r o u n d n o i s e c o e x i s t ，t h i s n e w a n a l y s i s m e t h o d sc a nm o r e r e a l i s t i c a l l yr e f l e c tt h e n e 似，0 1 kt r a n s m i s s i o np e r f o r n a a n c ea n dm o r e g e n e r a ls c o p eo fa p p l i c a t i o n ，a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v i d ea v a l u a b l et h e o r e t i c a lb a s i sf o rc d m aa dh o cn e m o r kd e s i g i la n d o p t i m i z a t i o n k e y w o r d s ：m o b i l ea dh o cn e t w o r k s ，m a cp r o t o c o l ，b a c k o f f a l g o r i t h m ， f a i m e s s ，t h j ? o u g h p u t i i i 湖南師范大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方 式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：忒歲勸戈 加聽(tīng) 年月l 玉日 湖南師范大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南師范大學(xué)可以將本學(xué)位論文的 全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃 描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1 ，保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 2 、不保密囪。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“ ”) 黧箏：；0 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 1 緒論 1 1 課題研究背景 1 1 1a dh o c 網(wǎng)絡(luò)綜述 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn)是它不需要固定通信設(shè)備( 如基站) 的 支持，不依賴于一個(gè)固定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)能隨著節(jié) 點(diǎn)的加入、離開(kāi)，以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)自組織、自管理。由于a dh o c 網(wǎng) 絡(luò)具有組網(wǎng)靈活、分布實(shí)施、抗毀能力強(qiáng)、可快速組網(wǎng)等特點(diǎn)，使它 擁有了廣闊的應(yīng)用前景，成為國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的前身是d a ) a 的無(wú)線分組網(wǎng)絡(luò)( p r n e t ：p a c k e t r a d i o 卜k 觚o r k ) 【l - 3 】研究計(jì)劃。p r n e t 計(jì)劃的目的是在沒(méi)有基礎(chǔ)通信 設(shè)施的環(huán)境中為移動(dòng)通信終端之間建立一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò)。p i 州e t 的 可行性在1 9 8 0 年得到證實(shí)，但是，由于受當(dāng)時(shí)無(wú)線電技術(shù)的限制， p r n e t 的移動(dòng)終端的體積大，而且耗電。同時(shí)，由于采用距離矢量路 由協(xié)議，p r n e t 存在嚴(yán)重的可擴(kuò)展性問(wèn)題。 到2 0 世紀(jì)9 0 年代，基于射頻和紅外的各種無(wú)線通信設(shè)備的出 現(xiàn)、筆記本電腦的流行，以及信息家電的發(fā)展，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)在民用 通信領(lǐng)域有了巨大的應(yīng)用空間。隨著m e e8 0 2 1 1 委員會(huì)采用“a dh o e n e t w o r k s ”，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)有了商用的概念。隨著各種非軍事應(yīng)用領(lǐng)域 的發(fā)現(xiàn)，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)引起了越來(lái)越多的人的關(guān)注，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入 了一個(gè)新的研究發(fā)展階段。 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)作為一種無(wú)中心、自組織的無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，從 技術(shù)以及環(huán)境方面來(lái)看，主要具有以下些特點(diǎn)n 3 ： 網(wǎng)絡(luò)自組性：即網(wǎng)絡(luò)的布置不需要依賴于任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng) 絡(luò)設(shè)施。節(jié)點(diǎn)開(kāi)機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立地網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)中心：所有節(jié)點(diǎn)地位平等，節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，任 意節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，是一個(gè)無(wú)中心結(jié)構(gòu)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)， 碩士學(xué)位論文 抗毀性強(qiáng)。 多跳路由：固定的節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率限制了節(jié)點(diǎn)的通信距離，節(jié)點(diǎn) 的覆蓋范圍是有限的。當(dāng)要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需 要中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即要經(jīng)過(guò)多跳。 動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：即網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以任意移動(dòng)，并且可 以隨時(shí)關(guān)閉。發(fā)送裝置的天線類型多種多樣，發(fā)送功率的變化，無(wú)線 信道間的相互干擾，地形和天氣等綜合因素的影響，造成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?結(jié)構(gòu)變化難測(cè)。 有限的傳輸帶寬、容量時(shí)變：由于拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化導(dǎo)致每個(gè)節(jié)點(diǎn) 轉(zhuǎn)發(fā)的非自身作為目的地的業(yè)務(wù)量隨時(shí)間而變化，因此與有線網(wǎng)絡(luò)不 同，它的鏈路容量表現(xiàn)出時(shí)變特征。 存在單向信道：由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影 響，網(wǎng)絡(luò)中可能產(chǎn)生單向無(wú)線信道。 能源限制：由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特征，其中大多數(shù)節(jié)點(diǎn)以電池 作為動(dòng)力，因而在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)能就成為一個(gè)非常重要的指標(biāo)。 安全性差：a dh o c 網(wǎng)絡(luò)原則性面臨的安全性威脅主要來(lái)自無(wú) 線信道和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無(wú)線信道容易被竊聽(tīng)和干擾，而無(wú)中心和 無(wú)組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很容易受到主動(dòng)攻擊。由于a dh o c 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理 能力有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的加密算法，更增加了被竊密的可能性。 1 1 2a dh o c 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 與o s i 模型相對(duì)應(yīng)，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)如圖1 1 所示。 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 上層應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用層 u d pt c p 表示層 多播路網(wǎng)間q o s路由 由協(xié)議互聯(lián)支持安全會(huì)話層 單播路由協(xié)議 傳輸層 i p v 4 、i p v 6 其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 鏈路媒體接入控制 _ 網(wǎng)絡(luò)層 天線控功率控 制接口制接口 無(wú)線控制接口數(shù)據(jù)鏈路層 天線控功率控調(diào)制解信號(hào)處 制技術(shù)制技術(shù)調(diào)技術(shù)理技術(shù) 物理層 a dh o c 模型o s i 模型 圖l la d h o c 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 在該體系中，物理層主要使用各種先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、信號(hào) 處理技術(shù)、功率控制技術(shù)和天線技術(shù)來(lái)完成無(wú)線信號(hào)的發(fā)送和接收。 數(shù)據(jù)鏈路層主要完成控制無(wú)線信道的共享訪問(wèn)、流量控制等功能，同 時(shí)還要考慮到物理層所使用的信號(hào)處理技術(shù)、功率控制技術(shù)和天線技 術(shù)對(duì)該層協(xié)議設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響，留下相應(yīng)的控制接口。網(wǎng)絡(luò)層中， i p v 4 、i p v 6 或其它協(xié)議提供網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層的單播路由協(xié)議 維護(hù)路由表，使其與當(dāng)前的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持一致或者動(dòng)態(tài) 的發(fā)起路由查詢等；多播路由協(xié)議提供對(duì)群組通信的支持；網(wǎng)間互聯(lián) 則支持a dh o c 網(wǎng)絡(luò)與其它現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通；q o s 支持可提供有 保證的服務(wù)質(zhì)量；路由安全則提供對(duì)路由協(xié)議的安全保障。傳輸層仍 然主要使用u d p 和t c p 兩種協(xié)議，但是針對(duì)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線運(yùn) 行環(huán)境，這兩種協(xié)議需要進(jìn)行相應(yīng)的修改，尤其是t c p 協(xié)議。上層 應(yīng)用協(xié)議則是指面向用戶的各種服務(wù)。 1 1 3a dh o c 網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) a dh o c 網(wǎng)絡(luò)無(wú)中心、自組織、多跳路由等特點(diǎn)使得它要面臨很 碩士學(xué)位論文 多其他無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)所沒(méi)有的特殊問(wèn)題，這些問(wèn)題都成了a dh o c 網(wǎng) 絡(luò)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。 信道接入技術(shù)：a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線信道不同于普通網(wǎng)絡(luò)的共享 廣播信道、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線信道和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中由基站控制的無(wú)線 信道，它是多跳共享的廣播信道，這會(huì)帶來(lái)隱藏終端和暴露終端問(wèn)題， 這些問(wèn)題為a dh o c 網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議的設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。因 此，如何設(shè)計(jì)高效的信道接入?yún)f(xié)議，滿足多跳共享無(wú)線廣播信道的要 求，是a dh o c 網(wǎng)絡(luò)研究面臨的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。 無(wú)線多跳路由：多跳性是a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的主要特征，要實(shí)現(xiàn)分組 的多跳轉(zhuǎn)發(fā)，必須有路由協(xié)議的支持。而a dh o c 網(wǎng)絡(luò)使用帶寬較窄 的無(wú)線信道，且由于主機(jī)的移動(dòng)造成拓?fù)渥兓容^頻繁，如果直接將 傳統(tǒng)路由協(xié)議應(yīng)用于a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中，這些周期性的控制信息將會(huì)占 用大量的無(wú)線信道資源，降低系統(tǒng)效率。因此，必須為它設(shè)計(jì)專門的 路由協(xié)議。 功率控制和節(jié)能：由于不存在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的中心控制節(jié) 點(diǎn)，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的功率控制算法必須是分布式的，通過(guò)各節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào) 完成。簡(jiǎn)單、有效、開(kāi)銷小的分布式功率控制算法也是a dh o c 網(wǎng)絡(luò) 的關(guān)鍵技術(shù)之一。節(jié)能問(wèn)題是a dh o c 網(wǎng)絡(luò)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。 1 1 4a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議綜述 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)既是信源或信宿點(diǎn)又充當(dāng)鄰居節(jié) 點(diǎn)的路由器，通過(guò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的通信。由于 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的特殊性，傳統(tǒng)的基于廣播信道的多址接入技術(shù)無(wú) 法直接應(yīng)用到a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中。移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有類似基站這樣的 控制中心，a dh o c 網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一就是m a c 協(xié)議的設(shè)計(jì)。 m a c 協(xié)議對(duì)服務(wù)質(zhì)量( q o s ) 、網(wǎng)絡(luò)容量和復(fù)雜度等都有著重要的影 響。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)共享有限的無(wú)線信道資源來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)高速傳輸和提高信道利用率是m c 協(xié)議設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能和要達(dá) 1 到的目標(biāo)。a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議的功能是控制節(jié)點(diǎn)的報(bào)文傳輸對(duì)無(wú) 移動(dòng)a d h o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 線媒體的占用，保證網(wǎng)絡(luò)的整體性能【5 。如圖1 1 所示，a dh o c 網(wǎng) 絡(luò)的鏈路層協(xié)議可以被劃分為兩個(gè)子層：鏈路控制子層l l c 和媒體 接入控制子層m a c 。鏈路控制子層完成連接控制、分簇等與信道無(wú) 關(guān)的鏈路層控制功能。m a c 子層控制節(jié)點(diǎn)接入無(wú)線信道，為上層提 供快速、可靠的報(bào)文傳送支持。 m a c 層處在協(xié)議棧中的軟件最底層。它控制節(jié)點(diǎn)接入無(wú)線信道， 是報(bào)文在信道上發(fā)送和接收的直接控制者。因此，信道接入?yún)f(xié)議對(duì)信 道狀態(tài)的感知是最快的，對(duì)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的性能起著決定性的作用。 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)具有特殊的網(wǎng)絡(luò)組織形式，且具有動(dòng)態(tài)性。因此，其信 道接入?yún)f(xié)議面臨很多新的問(wèn)題。這些問(wèn)題包括：m c 相關(guān)的無(wú)線接 收問(wèn)題、不同的信道共享方式、隱藏終端問(wèn)題、暴露終端問(wèn)題、節(jié)點(diǎn) 移動(dòng)的影響等。a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的m 忪c 協(xié)議必須盡量消除這些因素的影 響。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期與廣泛的研究，研究人員己提出了數(shù)十種a dh o c 網(wǎng)絡(luò) 信道接入?yún)f(xié)議。由于m a c 協(xié)議是傳輸信道相關(guān)的，因此，不同的 m a c 協(xié)議具有各自不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可使用各種不同的信道復(fù)用技 術(shù)，對(duì)適用的應(yīng)用環(huán)境也是多種多樣的。即使未來(lái)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)化，不同傳輸環(huán)境的m a c 協(xié)議也是不同的。 1 1 5i 匪e8 0 2 11d c f 協(xié)議綜述 i e e e8 0 2 1 lm a c 協(xié)議本身是為無(wú)線局域網(wǎng)( w l a n ：晰r e l e s s l a n ) 制定的m a c 規(guī)范。然而，如今m e e8 0 2 1 1m a c 協(xié)議己被廣 泛應(yīng)用于a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的各種仿真和測(cè)試平臺(tái)中。i e e e8 0 2 1 ld c f ( d i s t m u t e dc o o r d i n a t ef u n c t i o n ) 是i e e e8 0 2 1 1 媒體接入控制的最 重要成員。 i e e e8 0 2 1 1m a c 協(xié)議采用c s m c a 機(jī)制，加入了a c k 控制 報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路層的確認(rèn)。它采用載波監(jiān)聽(tīng)機(jī)制，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文之 前先監(jiān)聽(tīng)信道的忙閑狀況。如果信道空閑并持續(xù)一個(gè)d i f s ( d c fi n t e r f m m es p a c e ) 的時(shí)間，就開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。如果信道忙或在d i f s 內(nèi)信 碩士學(xué)位論文 道變忙，就執(zhí)行退避算法，計(jì)算一個(gè)隨機(jī)的退避時(shí)間，一直等到信道 空閑，并持續(xù)空閑d i f s 時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)開(kāi)始以時(shí)隙為單位遞減退避時(shí) 間。如果遞減到o ，節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。如果在遞減過(guò)程中信道變 忙，節(jié)點(diǎn)就凍結(jié)退避時(shí)間，等待信道變閑并持續(xù)空閑了d i f s 的時(shí)間 后繼續(xù)遞減。 1 1 6 基于c d m a 的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議綜述 傳統(tǒng)的窄帶a dh o c 網(wǎng)絡(luò)為了解決“隱藏終端 和“暴露終端” 問(wèn)題，通常采用載波監(jiān)聽(tīng)技術(shù)，限制發(fā)射節(jié)點(diǎn)數(shù)量，在同一覆蓋區(qū)域 任何時(shí)候最多只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射狀態(tài)，否則將發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞， 導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)都不能被成功檢測(cè)。這種通信方式嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的吞 吐量及信道的利用率。隨著a dh o c 技術(shù)的不斷發(fā)展，具有更高無(wú)線 資源利用率的接入?yún)f(xié)議逐漸成為研究熱點(diǎn)。c d m a 是一種多址接入 技術(shù)，多個(gè)用戶可以通過(guò)互相關(guān)性很小的擴(kuò)頻序列相互區(qū)分，進(jìn)而共 享無(wú)線資源，可以在相同的頻段同時(shí)進(jìn)行通信，徹底打破了在窄帶通 信網(wǎng)絡(luò)中定義的傳輸范圍的概念，其安全性能和信道利用率遠(yuǎn)高于傳 統(tǒng)的窄帶a dh o c 網(wǎng)絡(luò)。學(xué)術(shù)界對(duì)基于c d m a 技術(shù)的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)有 了越來(lái)越濃厚的興趣【8 13 1 ，將c d m a 技術(shù)引入a dh o c 網(wǎng)絡(luò)成為可行 的高效無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 1 2 論文所完成的工作和主要貢獻(xiàn) 本文主要取得以下研究成果和創(chuàng)新： ( 一) 研究了無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議隱藏終端和暴露終端問(wèn)題， 對(duì)各種a dh o cm a c 協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出了各種協(xié)議的性能比 較。 ( 二) 研究了i e e e8 0 2 1 1 協(xié)議分片接入方式、隨機(jī)退避機(jī)制、四 次握手機(jī)制等問(wèn)題，并研究了退避算法的協(xié)議公平性問(wèn)題，分析了改 進(jìn)公平性能的退避算法。 ( 三) 對(duì)i e e e8 0 2 1 1d c f 協(xié)議b e b 退避算法和改進(jìn)算法進(jìn)行了 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 詳細(xì)仿真分析，分別仿真了三種算法下的吞吐量性能及公平性。 ( 四) 基于c d m a 技術(shù)的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)頻碼的分配方案對(duì)系統(tǒng) 吞吐量性能有著重要的影響，如何充分利用c d m a 多址接入能力提 高a dh o c 信道利用率等網(wǎng)絡(luò)性能，是一項(xiàng)具有很強(qiáng)挑戰(zhàn)性的研究。 通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的馬爾可夫模型，提出一種分析吞吐量性能的方 法，所提出的方法適用于同時(shí)存在背景噪聲和多址干擾的情況。最后 通過(guò)數(shù)值仿真分析了擴(kuò)頻增益和信噪比對(duì)吞吐量性能的影響，并對(duì)網(wǎng) 絡(luò)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化配置。本文研究成果對(duì)基于c d m a 技術(shù)的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 1 3 論文組織結(jié)構(gòu) 論文的組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章緒論，分別對(duì)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)、 m a c 協(xié)議問(wèn)題、i e e e 8 0 2 1 1d c f 協(xié)議以及c d m a a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議性能進(jìn)行了綜述，并歸納了本文的主要貢獻(xiàn)。 第二章研究了移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的m a c 協(xié)議，分別研究了無(wú)線 多跳網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議隱藏終端和暴露終端問(wèn)題，最后對(duì)各種a dh o c m a c 協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析。 第三章分析了i e e e8 0 2 1 1d c f 協(xié)議，對(duì)i e e e8 0 2 1 1d c f 協(xié)議 b e b 退避算法和改進(jìn)算法進(jìn)行了詳細(xì)仿真分析，分別仿真了三種算 法下的吞吐量性能及公平性。仿真結(jié)果表明，在本文仿真環(huán)境下，三 種退避算法吞吐量性能相當(dāng)，而m i l d 公平性最好，其次是e i e d ， 最差的是b e b 。但是隨著流量負(fù)荷的增加，在重負(fù)荷下三種算法的 公平性趨于相當(dāng)?？梢?jiàn)在中等負(fù)荷或輕負(fù)荷情況下，m i l d 是移動(dòng) a dh o c 網(wǎng)絡(luò)首選退避算法。 第四章分析基于c d m a 的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議性能，通過(guò)建 立網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的馬爾可夫模型，提出一種分析吞吐量性能的方法，所提 出的方法適用于同時(shí)存在背景噪聲和多址干擾的情況。最后通過(guò)數(shù)值 仿真分析了擴(kuò)頻增益和信噪比對(duì)吞吐量性能的影響j 。并對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn) 碩七學(xué)位論文 行了優(yōu)化配置。 8 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 2 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議 2 1a dh o cm a c 協(xié)議面臨的問(wèn)題 2 1 1 隱藏終端和暴露終端問(wèn)題 多跳共享方式使得a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的信道接入問(wèn)題變得非常復(fù)雜。 在a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文沖突只是局部事件，并非所有節(jié)點(diǎn)都能感知到， 一個(gè)節(jié)點(diǎn)正確接收了報(bào)文，而該報(bào)文可能會(huì)在另一個(gè)節(jié)點(diǎn)處發(fā)生沖 突。也可能報(bào)文在接收節(jié)點(diǎn)處發(fā)生了沖突，但發(fā)送節(jié)點(diǎn)并不一定能覺(jué) 察到，也就是說(shuō)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)感知到的信道狀況不一定相同， 這就會(huì)帶來(lái)隱藏終端、暴露終端等問(wèn)題。一 ( 1 ) 隱藏終端 隱藏終端是指處在接收節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)、發(fā)射節(jié)點(diǎn)的覆蓋范 圍外的節(jié)點(diǎn)。隱藏終端由于監(jiān)聽(tīng)不到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的的發(fā)送而可能向同樣 的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，造成報(bào)文在接收節(jié)點(diǎn)處沖突，隱藏終端示意圖 如圖2 1 所示。 圖2 1 隱藏終端示意圖 在圖2 1 中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)a 向節(jié)點(diǎn)b 發(fā)送報(bào)文時(shí)，節(jié)點(diǎn)c 處在節(jié)點(diǎn) a 的覆蓋范圍以外，但節(jié)點(diǎn)c 發(fā)送半徑覆蓋了節(jié)點(diǎn)b ，因此c 是隱 藏終端。當(dāng)a 要向b 發(fā)送報(bào)文時(shí)， c 感知不到a 正在給b 發(fā)送報(bào)文， 由于c 處在a 的覆蓋范圍以外， 此時(shí)c r 蟲(chóng)可能給b 發(fā)送報(bào)文從而 碩士學(xué)位論文 造成沖突。這種情況下因?yàn)閏 是作為發(fā)送者而造成的隱藏終端，稱 為隱發(fā)送終端。隱發(fā)送終端問(wèn)題可以通多址訪問(wèn)與碰撞避免( m a c a ， m u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ) 協(xié)議解決，m a c 協(xié)議采用 兩種固定長(zhǎng)度的短控制報(bào)文，即請(qǐng)求發(fā)送( i 盯s ，r e q u e s tt os e n d ) 報(bào)文和允許發(fā)送( c l e a rt 0s e n d ) 報(bào)文。當(dāng)a 要向b 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，a 先向b 發(fā)送一個(gè)i 玎s 控制報(bào)文，b 收到i 玎s 后，以c t s 控制報(bào)文響 應(yīng)；a 收到c t s 后才開(kāi)始向b 發(fā)送數(shù)據(jù)，收不到c t s ，a 就認(rèn)為發(fā) 生了沖突，就要重發(fā)r t s 報(bào)文。這樣，隱發(fā)送終端c 就能夠聽(tīng)到b 發(fā)送的c t s ，知道a 要向b 發(fā)送報(bào)文，c 不能發(fā)送任何信息，它就 延遲發(fā)送。 還有一種情況為隱接收終端，圖2 1 中節(jié)點(diǎn)d 即為隱接收終端。 采用m a c a 協(xié)議，當(dāng)c 收到b 發(fā)送的c t s 控制報(bào)文而延遲發(fā)送時(shí)， 如果此時(shí)d 向c 發(fā)送r t s 控制報(bào)文請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)閏 此時(shí)不能 發(fā)送任何信息，所以d 就無(wú)法收到c 回應(yīng)的c t s ，這就是隱接收終 端問(wèn)題( 隱終端c 作為接收者) 。d 無(wú)法判斷是r t s 控制報(bào)文發(fā)生了 沖突還是c 沒(méi)有開(kāi)機(jī)，或者c 是隱藏終端。d 只能認(rèn)為i h s 控制報(bào) 文發(fā)生了沖突，就重新向c 發(fā)送r t s 。顯然，d 在a 和b 通信期間 不可能收到來(lái)自c 的c t s ，這就造成了不必要的重發(fā)。 隱藏終端問(wèn)題可能會(huì)引起報(bào)文沖突，從而影響信道利用率，所 以必須設(shè)法加以解決。 ( 2 ) 暴露終端 暴露終端是指在發(fā)送節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍之內(nèi)而在接收節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍 之外的節(jié)點(diǎn)。暴露終端因聽(tīng)不到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送而延遲發(fā)送。但因?yàn)?它在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍之外，它的發(fā)送實(shí)際上并不會(huì)造成沖突。這 就引入了不必要的延遲，需要想辦法解決。 在圖2 2 中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)b 向節(jié)點(diǎn)a 發(fā)送報(bào)文時(shí)，節(jié)點(diǎn)c 處在b 的 覆蓋范圍內(nèi)而處在a 的覆蓋范圍外，c 是暴露終端。c 因聽(tīng)到了b 的發(fā)送而可能會(huì)延遲向d 的發(fā)送報(bào)文，但實(shí)際上c 向d 發(fā)送并不會(huì) 影響b 向a 的發(fā)送。 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 圖2 2 暴露終端不意圖 如果仍然采用解決隱終端問(wèn)題提出的握手機(jī)制。當(dāng)b 發(fā)向a 發(fā) 送數(shù)據(jù)時(shí)，c 聽(tīng)到了b 發(fā)送的i 盯s 報(bào)文，但沒(méi)有聽(tīng)到a 發(fā)送的c t s 報(bào)文。此時(shí)，c 便知道自己是暴露終端，它向d 發(fā)送數(shù)據(jù)并不會(huì)影響 b 與a 的通信。暴露終端也可分為暴露發(fā)送終端和暴露接收終端兩 種。 在b 向a 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，c 只聽(tīng)到了i s 控制報(bào)文，知道自己是 暴露終端，認(rèn)為自己可以向d 發(fā)送數(shù)據(jù)，c 向d 發(fā)送r t s 控制報(bào)文。 如果采用單信道，來(lái)自d 的c t s 會(huì)與b 發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文在c 處發(fā)送 沖突，即c 收不到d 的c t s 報(bào)文。同樣，由于c 不知道d 的當(dāng)前狀 態(tài)，就重發(fā)r t s 。顯然，如果使用單信道，在b 與a 通信期間，c 無(wú)論發(fā)送多少次r t s ，它都不可能收到來(lái)自d 的c t s 。c 不但沒(méi)有 向d 成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，反而重發(fā)了很多無(wú)用的r t s 。這就是暴露 發(fā)送終端問(wèn)題。從上文可知，如果采用發(fā)送數(shù)據(jù)前握手機(jī)制，因暴露 終端c 無(wú)法和d 成功握手，它還是不能向d 成功把送報(bào)文。因此， 暴露發(fā)送終端問(wèn)題在單信道條件下使用握手機(jī)制無(wú)法解決。 2 1 2 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的影響 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)的，這會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變 化。a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議要適應(yīng)這種動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供 正確的路由。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)信道接入?yún)f(xié)議也有一定的影響。當(dāng)一對(duì)節(jié)點(diǎn) 正在通信時(shí)。因移動(dòng)而進(jìn)入接收節(jié)點(diǎn)通信范圍的節(jié)點(diǎn)( 被成為入侵節(jié) 點(diǎn)) 可能會(huì)發(fā)送( 或正在發(fā)送) 數(shù)據(jù)而引起報(bào)文沖突。已有文獻(xiàn)n 們通過(guò)理 論和仿真分析證明了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)信道接入?yún)f(xié)議的影響是微乎其微的， 碩士學(xué)位論文 甚至可以被忽略。因此，在后續(xù)的內(nèi)容中，將不考慮節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的 影響，只對(duì)節(jié)點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下a dh o c 網(wǎng)絡(luò)的信道接入?yún)f(xié)議進(jìn)行描述和 分析。 2 2 幾種m a c 協(xié)議的比較分析 己有的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議分為基于單信道、基于雙信道 和基于多信道協(xié)。在本節(jié)中只介紹前兩種，另外，本節(jié)還將介紹由接 收者發(fā)起預(yù)約信道的接入?yún)f(xié)議和節(jié)能意識(shí)多址接入?yún)f(xié)議。 2 2 1 單信道m(xù) a c 協(xié)議 基于單信道的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議用于只有一個(gè)共享信道 的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)。所有的控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文都在同一個(gè)信道上發(fā)送 和接收。受傳播時(shí)延、隱終端和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等因素的影響，單信道的 a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中有可能發(fā)生控制報(bào)文之間、控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文、數(shù) 據(jù)報(bào)文之間的沖突。由于數(shù)據(jù)報(bào)文一般要比控制報(bào)文長(zhǎng)得多，數(shù)據(jù)報(bào) 文的沖突會(huì)嚴(yán)重影響信道的利用率。所以，這種m a c 協(xié)議的主要目 標(biāo)之一就是通過(guò)使用控制報(bào)文，盡量減少數(shù)據(jù)報(bào)文的沖突。典型的基 于單信道的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議有c s m a ，m a c a ，m a c a w ， i e e e8 0 2 1 1d c f 和f a m a 等。 ( 1 ) c s m a 協(xié)議n 5 1 c s m a ( c a 盯i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s ) 協(xié)議是首次使用載波監(jiān) 聽(tīng)的分組無(wú)線網(wǎng)信道接入?yún)f(xié)議。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先監(jiān)聽(tīng)信道。 根據(jù)不同的監(jiān)聽(tīng)策略，c s m a 分為非堅(jiān)持、1 堅(jiān)持、p 堅(jiān)持。從吞吐 量、時(shí)延、實(shí)現(xiàn)難度幾方面綜合考慮，非堅(jiān)持c s m a 是最佳的選擇， 它的應(yīng)用也最廣泛。 ( 2 ) m a c a 協(xié)議n 6 3 m a c a ( m u l t ia c c e s sc o l l i s i o na v o i d a n c e ) 是第一個(gè)使用 r t s c t s 控制報(bào)文握手來(lái)解決a dh o c 網(wǎng)絡(luò)中隱終端和暴露終端問(wèn)題 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 的信道接入?yún)f(xié)議，它源于c s m c a ( c o l l i s i o na v o i d a n c e ) 。m a c a 不使用載波監(jiān)聽(tīng)，降低了硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。在單信道條件下，m a c a 通過(guò)i 珂s c t s 控制報(bào)文部分地解決了隱終端問(wèn)題，但無(wú)法解決暴露 終端問(wèn)題。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)之前，它首先向?qū)Ψ桨l(fā)送r t s 幀，幀中包含將要發(fā)送的報(bào)文的長(zhǎng)度，當(dāng)接收站收到i 盯s 后，將回 送一個(gè)捎帶長(zhǎng)度信息的c t s 幀。收到r t s 的其它站要延遲一段時(shí)間 以保證發(fā)送站能夠接收并響應(yīng)c t s 幀，聽(tīng)到c t s 的站知道有一個(gè)站 正在接收一定長(zhǎng)度的報(bào)文，并實(shí)施退避算法，延遲發(fā)送來(lái)避免沖突。 發(fā)送站只有在收到c t s 后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，否則執(zhí)行二進(jìn)制指數(shù)退避 算法( b e b ) ，延遲重發(fā)i 玎s 。m a c a 協(xié)議處理流程如圖2 3 所示。 圖2 3m a c a 協(xié)議流程示意圖 m a c a 協(xié)議具有以下優(yōu)點(diǎn)： 碩士學(xué)位論文 提高了無(wú)線信道的利用率：采用普通的c s m 協(xié)議時(shí)，一旦 發(fā)生沖突，沖突的各方都需要重傳數(shù)據(jù)，這樣就降低了無(wú)線信道的利 用率。采用m a c a 協(xié)議，盡管仍有可能發(fā)生i 盯s 幀和c t s 幀的沖突， 但由于i 汀s 幀和c t s 幀的長(zhǎng)度比數(shù)據(jù)分組短得多，從而大大縮短了 沖突的概率和時(shí)間。當(dāng)然，如果數(shù)據(jù)本身很短，就沒(méi)有必要發(fā)送i 玎s 消息。因此，可以在鏈路層設(shè)置i 玎s 發(fā)送門限，只有數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于 該門限，才發(fā)送i 汀s 幀。 解決了隱終端問(wèn)題：如圖2 3 所示，采用i 盯s c t s 機(jī)制后，b 在收到a 的i 玎s 幀會(huì)向a 發(fā)送c t s 幀，該c t s 幀同樣會(huì)被c 聽(tīng)到， 因此c 此時(shí)就知道有節(jié)點(diǎn)將向b 發(fā)送數(shù)據(jù)，并根據(jù)c t s 幀中攜帶的 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，等待相應(yīng)的時(shí)間后再請(qǐng)求發(fā)送，從而解決了隱終端問(wèn)題。 m a c a 雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但也存在如下問(wèn)題： 與c s m a 相比，m a c a 減少了數(shù)據(jù)報(bào)文的沖突。但是，雖然 i s c t s 幀的長(zhǎng)度很小，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷比較大時(shí)，在i s c t s 交互 期間也存在沖突。它不能解決a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議控制分組之間 的沖突問(wèn)題，這種控制分組之間沖突問(wèn)題包括：i 汀s 之間的沖突，r t s 和c t s 之間的沖突，以及c t s 之間的沖突等。 m a c a 不具備鏈路層確認(rèn)機(jī)制，當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)需要上層超時(shí) 重發(fā)，從而降低了效率。 由于采用的是二進(jìn)制指數(shù)退避( b e b ) 策略，信道接入的公平性 很差。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的退避計(jì)數(shù)器值較大，那么在后續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)中，它 失敗的可能性也較大，從而使得退避值進(jìn)一步增大，造成“餓死 現(xiàn) 象。 ， ( 3 ) m a c a w 協(xié)議n 鉑 、m a c 刪( m a c af o rw i r e l e s sl a n s ) 對(duì)m a c a 進(jìn)行了改進(jìn)。 m a c a w 采用r t s c t s d s d a t a a c k 的幀交換方式，i 汀s 、c t s 幀的作用同m a c a 中i 盯s 、c t s 幀的作用相同，a c k 幀用于目的節(jié) 點(diǎn)在正確收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)源節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)，d s 幀由源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù) 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 幀之前發(fā)送，用于告訴源節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)后續(xù)d a t a a c k 幀的發(fā)送 所需的時(shí)間，收到d s 幀的節(jié)點(diǎn)將根據(jù)d s 幀給出的時(shí)間作延遲等待。 另外，不同于m a c a ，m a c a w 對(duì)競(jìng)爭(zhēng)窗口( c w ：c o n t e n t i o nw i n d o w s ) 采用乘性增加，線性減小的策略。m a c a w 會(huì)話機(jī)制如圖2 - 4 所示。 圖2 4 m a c a w 會(huì)話機(jī)制 對(duì)m a c a 協(xié)議的具體改進(jìn)如下幾個(gè)方面： 增加了鏈路層確認(rèn)機(jī)制 m a c a w 采用r t s c t s d 悶巳t a c k 握手機(jī)制。如果發(fā)送站沒(méi)有 收到來(lái)自接收站的c t s ，它超時(shí)重發(fā)r t s ：如果接收站沒(méi)有收到 d a l 隗，它回應(yīng)c t s ；如果正確收到d a t a ，它認(rèn)為c t s 被發(fā)送站正 確接收，回應(yīng)a c k 。重發(fā)r t s 時(shí)，如果沒(méi)有收到任何數(shù)據(jù)，退避計(jì) 數(shù)器增加；若收到a c k ，退避計(jì)數(shù)器減??；若收到c t s ，退避計(jì)數(shù) 器不變。采用這種方法能夠進(jìn)一步提高信道的利用率。 碩士學(xué)位論文 對(duì)退避算法的改進(jìn) 在某節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，報(bào)文頭部包含本節(jié)點(diǎn)的退避計(jì)數(shù)器 值，收到報(bào)文的節(jié)點(diǎn)可將此值作為自己的退避計(jì)數(shù)器值。這樣可使兩 者獲得相同的退避計(jì)數(shù)器值。當(dāng)傳輸完成后，所有的退避計(jì)數(shù)器恢復(fù) 到最小值。這種方法能夠在一定程度上防止“餓死”現(xiàn)象，但是忽略 了網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)激烈狀況，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很大時(shí)，增加了分組沖突的 可能性。另外，m a c a w 不是采用的二進(jìn)制指數(shù)退避b e b 算法，而 采用了乘法增加線性減少退避m i l d ( m u l t i p l ei n c r e a s e l i n e a u r d e c r e a s e ) 算法，在m i l d 算法中，計(jì)數(shù)器值以1 5 的比例增加，以1 的步長(zhǎng)減少，可以獲得較好的公平性。但是這種算法使用單一的退避 計(jì)數(shù)器會(huì)使擁塞問(wèn)題過(guò)度傳播，例如當(dāng)某節(jié)點(diǎn)關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器值會(huì)急 劇增長(zhǎng)，從而將降低系統(tǒng)的效率。另外，m a c a w 還可以為不同的目 的站維護(hù)和拷貝多個(gè)退避計(jì)數(shù)器值。 在其他方面的改進(jìn) 在r t s 和c t s 成功交互后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送一個(gè)簡(jiǎn)短的d s 消息，來(lái)通知其他站此時(shí)停止發(fā)送信號(hào)。暴露終端在收到d s 信號(hào)后， 不再發(fā)送信號(hào)，這樣便解決了m a c a 中的暴露終端退避計(jì)數(shù)器連續(xù) 增加的問(wèn)題。此外為了判斷r t s 和c t s 交互失敗的原因，可以在i 盯s 和c t s 頭部包含本次交互發(fā)送的i 玎s 和c t s 報(bào)文的數(shù)目，通過(guò)計(jì)算 一次成功交互i 玎s 和c t s 需要重發(fā)的次數(shù)可以判斷沖突的具體情況， 從而合理調(diào)整雙方的退避計(jì)數(shù)器的值。m a c a w 的主要缺點(diǎn)是在一次 通信中控制信息交互次數(shù)太多，過(guò)多的握手信號(hào)占用了大量的網(wǎng)絡(luò)資 源，如果考慮無(wú)線收發(fā)裝置的轉(zhuǎn)換時(shí)間，其效率并不理想。m i l d 退 避可以在一定程度上解決公平性問(wèn)題，但是，使用單一的計(jì)數(shù)器會(huì)使 擁塞問(wèn)題過(guò)度擴(kuò)散。所以，盡管m a c a w 提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，但 是網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷和傳輸時(shí)延比m a c a 大，另外m a c a w 也不適合用于多 播環(huán)境。 m a c a w 的主要缺點(diǎn)是通信中控制信息交互次數(shù)太多，如果考 慮無(wú)線設(shè)備的發(fā)送和接收的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這種方法的效率并不高，并且 移動(dòng)a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 協(xié)議研究與性能仿真 它也不能完全解決暴露終端問(wèn)題。 ( 4 ) f a m a 協(xié)議u 副 齜對(duì)m c a 和m a c a w 作了進(jìn)一步改進(jìn)。它通過(guò)延長(zhǎng)c t s 控制報(bào)文的長(zhǎng)度來(lái)消除控制報(bào)文的沖突，比較好地解決了隱發(fā)送終端 問(wèn)題。f a m a 還允許一次r t s c t s 成功握手，節(jié)點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)送多 個(gè)報(bào)文，從而增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，提高了信道的利用率。f a m a 是 基于單信道的a dh o c 網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議中較成功的一種。美軍在無(wú) 線互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)( w i n g ) 中使用的信道接入?yún)f(xié)議就是m a 。 ( 5 ) i e e e 8 0 2 1 1d c f 協(xié)議u 引 i e e e 8 0 2 1 1d c f 協(xié)議對(duì)c s m c a 進(jìn)行了擴(kuò)展，加入了a c k 控制報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路層的確認(rèn)，采用的報(bào)文交互順序是 i 玎s c t s d a r a a c k 。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文前先監(jiān)聽(tīng)信道的忙閑狀況。 如果信道空閑，并持續(xù)d i f s 的時(shí)間，它就開(kāi)始發(fā)送報(bào)文；否則執(zhí)行 退避算法，計(jì)算一個(gè)隨機(jī)的退避時(shí)間，一直等到信道空閑，并持續(xù)空 閑了d i f s 的時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)開(kāi)始以時(shí)隙為單位遞減退避時(shí)間。如果退 避到o ，節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始發(fā)送報(bào)文；如果在遞減過(guò)程中信道變忙，節(jié)點(diǎn)就 凍結(jié)退避時(shí)間，等待信道變閑并持續(xù)空閑了d i f s 的時(shí)間后繼續(xù)遞減。 i e e e8 0 2 1 1d c f 是目前應(yīng)用最廣的無(wú)線a dh o c 網(wǎng)絡(luò)m a c 機(jī)制，它 已被眾多無(wú)線網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)為無(wú)線局域網(wǎng)的m a c 協(xié)議。同時(shí)， i e e 8 0 2 1 1d c f 也被廣泛應(yīng)用于無(wú)線a dh o c 網(wǎng)絡(luò)研究的仿真和實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)中。本文的第三章將對(duì)其基本原理作詳細(xì)介紹。 2 2 2 雙信道m(xù) a c 協(xié)議 基于雙信道的信道接入?yún)f(xié)議用于有兩個(gè)共享信道的a dh o c 網(wǎng)， 兩個(gè)信道分別為控制信道和數(shù)據(jù)信道?？刂菩诺乐粋魉涂刂茍?bào)文，而 數(shù)據(jù)信道只傳