面向双层架构移动自组网的接入技术研究

作     者：李浩林 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任鹏

授予年度：2022年

学科分类：11[军事学] 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] 1109[军事学-军事装备学] 

主      题：移动自组网 双层架构 麻雀搜索算法 接入控制协议 时隙分配机制 

摘      要：随着科技的发展,无人集群作战的发展思路已经应用于军事行动中,无人系统作战平台之间联网通信能力将至关重要。移动自组网(Mobile Ad-hoc Network,MANET)因其自组织、无中心等特点自问世以来就被广泛应用于军事作战领域。传统移动自组网采用扁平化的网络架构,其拓展性差,而分层式网络架构通过对网络分层并合理分割不同层之间的功能,提升了网络的稳定性和可扩充性。在移动自组网协议栈中,媒介访问控制(Media Access Control,MAC)协议作用于物理层之上,直接关系到信道资源的分配,影响着网络所有节点通信的公平性与网络传输性能。为了保证在战场复杂通信环境下,信息能够快速、可靠的传输,网内节点间能够高效利用有限信道资源传输信息,对移动自组网MAC接入技术的研究显得极具现实意义。本文以移动自组网作为研究切入点,具体的工作如下:(1)分析了MANET的网络拓扑结构对性能的影响,设计了针对移动自组网的双层网络架构,将网络中的节点分为主干节点与普通节点两类,规划了相应的节点入网工作机制,并提出了基于链路质量的节点动态分配策略,同时对网络中节点根据其承担业务进行了优先级的划分。(2)研究了当今主流的MANET接入协议,仿真并分析比较了几种接入技术的性能,总结了各类协议中存在的优缺点。同时引入了群智能优化算法,以时分多址接入技术(Time Division Multiple Access,TDMA)为基础,创新性的将麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)应用到移动自组网的时隙分配机制中,并对原算法进行了优化,在麻雀搜索算法中加入优先级机制,根据移动自组网时隙分配机制的特点对位置更新公式进行了改进,继而提出了基于麻雀搜索算法的MANET时隙分配机制,本文将该时隙分配算法命名为SSA-TDMA。(3)本文利用OMNet++与Matlab对所设计的双层架构移动自组网进行网络建模,网络中通信节点采用文章中所提的基于麻雀搜索算法的MANET时隙分配机制,进而对比分析了不同网络仿真场景下的SSA-TDMA与现有TDMA类协议的性能。仿真结果表明,本文提出的时隙分配机制,有效提升了信道利用率与节点传输成功率,降低了端到端传输时延,从整体上优化了网络性能。