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作者：朱马君南京航空航天大学

学位级别：硕士

无线mesh网络是一种具备自组织特征的新型宽带网络结构。节点采用定向天线收发信号可以有效增大空分复用度和网络吞吐量,并获得更大的节点单跳传输距离,减少数据转发跳数,降低传输时延,显著提高无线mesh网络的整体性能。然而,节点定向... 详细信息

无线mesh网络是一种具备自组织特征的新型宽带网络结构。节点采用定向天线收发信号可以有效增大空分复用度和网络吞吐量,并获得更大的节点单跳传输距离,减少数据转发跳数,降低传输时延,显著提高无线mesh网络的整体性能。然而,节点定向传输数据又带来了“聋”和“定向隐终端”等问题。如何设计高效可靠的无线mesh网络定向信道接入控制(MAC)协议成为了改善网络性能的关键。本文紧密结合定向无线mesh网络的典型特征,分别针对定向单跳和定向多跳两种应用场景,提出了两种不同的定向MAC协议。主要创新点概述如下:1.针对无线mesh网络定向单跳传输应用场景,提出了一种基于链路调度的定向时分MAC协议。该协议将网络时间轴划分为一系列固定长度的连续时帧,每一时帧又进一步划分为调度子时帧和传输子时帧,节点在调度子时帧中通过信道侦听完成链路调度,在传输子时帧中实现定向并发传输。在定向天线条件下,文中提出的并发链路调度算法使用最少的调度时隙分配尽可能多的不冲突链路,实现了全网定向链路传输容量最大化。同时,本文在并发链路调度算法基础上提出了时隙的周期性轮转策略,为网络中的所有传输链路提供了公平性保障。EXata网络仿真软件中的仿真证明,与其它典型定向MAC协议相比,该协议充分利用了定向天线的空间复用优势,显著提高了网络总吞吐量,有效降低了数据端到端传输时延。2.针对无线mesh网络定向多跳传输应用场景,提出了一种基于多节点并发传输的定向MAC协议。网络局部范围内基于临时同步将时间轴划分为主节点竞争产生、从节点预约接入和主从节点数据并发传输三个阶段。第一阶段中,首先完成退避的节点向目的节点发送全向的ORTS控制帧,目的节点在接收到ORTS控制帧之后向源节点回复全向的OCTS控制帧应答(该全向OCTS帧中包含节点的接收天线波束等信息),发送节点在收到OCTS帧后再次向目的节点发送定向的DRTS控制帧(该定向DRTS帧中包含节点的发送天线波束等信息)。由此收发节点通过ORTS/OCTS/DRTS三次握手完成信道预约以及波束对准,并成功成为该局部范围内的主节点对。第二阶段中,主节点在定向数据传输之前预留固定长度的等待时间,允许其邻居范围内有传输业务的从节点同时接入信道。第三阶段中,主从节点无冲突的同步并行传输数据分组。仿真结果显示,在无线mesh网络多跳传输环境中,该协议实现了网络邻居范围内多节点定向并发传输,有效地提高了信道带宽利用率和网络总吞吐量。

关键词：无线mesh网络定向天线信道接入控制协议链路调度局部同步网络吞吐量

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基于节点剩余能量的无线传感器网络MAC协议

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上海交通大学学报 2007年第11期41卷 1788-1791页

作者：陈国铭蒋铃鸽何晨郑春雷上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 中科院上海微系统与信息技术研究所上海200050

提出了一种基于节点剩余能量的MAC(REA-MAC)协议用于无线传感器网络.该协议改进了SMAC的竞争退避机制,考虑了节点的剩余能量来动态选择竞争退避时间,让剩余能量大的节点获得接入信道的优先权,从而使全网负载均衡,延长网络生存期.同时,... 详细信息

提出了一种基于节点剩余能量的MAC(REA-MAC)协议用于无线传感器网络.该协议改进了SMAC的竞争退避机制,考虑了节点的剩余能量来动态选择竞争退避时间,让剩余能量大的节点获得接入信道的优先权,从而使全网负载均衡,延长网络生存期.同时,它采用了自适应占空比调整的方法来适应网络流量的变化,减小了同步帧的开销.仿真结果表明,REA-MAC比SMAC减小了79%的冲突次数,延长了17%的网络生存期并且正确接收到的数据包增加了51%.

关键词：无线传感器网络信道接入控制协议低能耗竞争机制

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无人机蜂群自组网信道接入与相对定位协议研究

无人机蜂群自组网信道接入与相对定位协议研究

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作者：周军南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来,无人机蜂群作战的新概念受到了研究人员的广泛关注。无人机蜂群由大量小型化、廉价、高机动的无人机节点组成。节点间通过无线自组织网络技术实现互联,构建功能分布化的智能作战体系,具有重要的军事应用价值。紧密结合无人机蜂... 详细信息

近年来,无人机蜂群作战的新概念受到了研究人员的广泛关注。无人机蜂群由大量小型化、廉价、高机动的无人机节点组成。节点间通过无线自组织网络技术实现互联,构建功能分布化的智能作战体系,具有重要的军事应用价值。紧密结合无人机蜂群的特点和作战需求,设计灵活、高效的无人机蜂群自组网协议栈是一项富有挑战性的研究工作,已成为当前该领域的研究热点。本文的研究工作即针对无人机蜂群自组网协议栈设计的两个难点问题:信道接入协议和相对定位协议展开,取得的主要研究成果包括:(1)无人机蜂群节点数量多,且在执行任务的过程中无人机易被敌人击毁,需要不断快速补充。节点频繁退网/入网导致全网节点互同步开销大,因而难以采用时分多址(TDMA)的信道接入和共享方式获得较高的信道利用率。相比之下,基于载波检测(CSMA)机制的信道接入方式不依赖于节点同步,灵活性高,并能够支持节点快速入网,因而更加适用于无人机蜂群自组织网络。目前,载波检测信道接入协议已在短距离无线网络中获得广泛的应用,该类协议普遍采用了随机退避的方法避免信号冲突。然而,在无人机蜂群节点远距离组网的条件下,上述信道接入策略是否依然能够获得最优的网络性能?本文针对载波检测/随机退避的信道接入协议机理展开深入研究,通过数学建模,定量分析了无人机蜂群自组织网络饱和吞吐量性能与随机退避时隙长度之间的关系,说明了最优随机退避时隙长度取值与网络拓扑结构的相关性。由于无人机蜂群自组织网络拓扑结构快速动态变化,因而在实际应用中,随机退避时隙长度的最优取值难以准确设定。本文进一步采用P坚持的冲突避免方法代替随机退避方法,建模分析了载波检测/P坚持协议的网络饱和吞吐量性能,揭示了网络节点数量与最优竞争发送概率P之间的关系,证明了P坚持与随机退避策略相比能获得更优的网络饱和吞吐量性能。实际应用中,在无人机蜂群自组织网络规模保持相对稳定的条件下,即可依据本文的研究结论,由网络节点总数量确定最优竞争发送概率P的取值。(2)相对定位是无人机蜂群自组织网络节点避撞、对敌密集覆盖和智能作战的基础。本文在节点间测距信息已知的基础上,提出了一种高效的无人机蜂群自组织网络相对定位协议。该协议采用分布式竞争的方法,随机产生当前定位周期内的四个坐标基准节点,并保证网络中的其余节点均正确收到四个坐标基准,实现相对定位。相对定位协议的执行周期由网络拓扑变化的快慢程度决定。本文进一步采用马尔可夫链建模的方法,分析了分布式竞争参数的取值与相对定位完成时间之间的关系,确定了一定网络规模条件下最优分布式竞争参数的取值。仿真结果证明了协议的有效性和建模分析的正确性。

关键词：无人机蜂群自组织网络信道接入控制协议随机退避 P坚持相对定位协议

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一种改进的Ad hoc网络中动态TDMA时隙分配方法

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电子世界 2011年第12期 50-52页

作者：王宝康陈强解放军理工大学通信工程学院研三队总参谋部第61研究所

无线自组织网络(Ad hoc)是一种不依赖基础设施的网络,网络中的节点均是有移动主机构成。文中提出了一种改进的TDMA时隙分配方法,根据网络拓扑结构及带宽需求,本方法可以动态的改变帧长和发送机制,而且允许发送者预约邻居节点中未分配的... 详细信息

无线自组织网络(Ad hoc)是一种不依赖基础设施的网络,网络中的节点均是有移动主机构成。文中提出了一种改进的TDMA时隙分配方法,根据网络拓扑结构及带宽需求,本方法可以动态的改变帧长和发送机制,而且允许发送者预约邻居节点中未分配的时隙,仿真结果表明此协议优于USAP及802.11协议。

关键词：时分多址统一时隙分配协议 Ad hoc 信道接入控制协议

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