无线Ad Hoc网络的新型随机多址协议分析与研究

作     者：韩泽军 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁洪伟

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：Ad hoc网络 N-CSMA NP-CSMA 多优先级 自适应 

摘      要：Ad Hoc网络在恶劣的信道条件下仍具有良好的信息传输能力,在军用、民用及商用都扮演着重要角色。Ad Hoc网络由众多分布式运行的节点组成,这些节点可以任意加入或退出,使得网络具有自组织性。但由于生存周期短这一不良特性,提高节点的传输效率便成为重中之重。Adhoc网络接入媒体介入控制层(MAC)对整个系统吞吐率和其他性能指标有着重要影响。MAC协议作为重点研究方向,其关键技术之一便是从ALOHA协议演变而来的CSMA协议。随着无线Ad Hoc网络日益频繁的应用和信息技术的普及,大量的信息分组在信道中发送必然会导致信道中信息分组发生碰撞的概率大幅增加。本文主要开展了以下研究工作:考虑发生碰撞的时隙长度(下面简称碰撞长度)过长导致系统性能不佳,为减少由此对信道的占用时间,本文提出基于碰撞长度可变的三时钟非坚持CSMA(简称N-CSMA),并在此基础上加入多优先级机制和带监控功能的三次握手机制,得出多优先级N-CSMA协议和带监控功能的三次握手机制的N-CSMA协议。通过平均周期法推导出吞吐率等关键性能指标的数学表达式,并通过仿真实验来验证理论推导。在碰撞长度较小时,这三种协议的性能比传统的双时钟非坚持CSMA协议都有较大幅度的提升。因N-CSMA协议采用全概率传输方式,无法根据到达率的高低来合理控制信道内信息分组到达的个数。本文在N-CSMA协议的基础上提出一种改进型CSMA协议:基于碰撞长度可变的三时钟非坚持型P-CSMA(简称NP-CSMA),并在此基础上加入自适应机制、多优先级机制和带监控功能的三次握手机制,得出具有自适应功能的NP-CSMA协议、多优先级NP-CSMA协议、具有自适应功能的多优先级NP-CSMA协议和具有自适应功能的带监控功能的三次握手机制的多优先级NP-CSMA协议。在碰撞长度较小时,这五种协议的性能比传统的双时钟P-CSMA协议都有较大幅度改善。本文采用平均周期法对上述协议进行理论推导,并通过仿真实验验证了理论分析的正确性。与传统协议进行比较,可以清晰地看出这些协议性能较佳,可根据不同的需求选择本文的不同协议,来满足人们的使用需求。