超宽带无线Ad Hoc网络MAC协议及功率控制研究

发布时间：2017-11-22 01:19

  本文关键词：超宽带无线Ad Hoc网络MAC协议及功率控制研究

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【摘要】：Ad Hoc网络是一种无基础设施支持的移动网络,具有自组织、无中心、动态多跳、自适应等特点。UWB(Ultra-Wideband,超宽带)作为一种拥有广阔应用前景的物理层无线通信技术,具有极高的传输速率、精确的定位能力、传输距离较短等特点。以UWB为Ad Hoc物理层的UWB-Ad Hoc网络能够将二者优势互补,更好的发挥这两种技术的优势,具有重要的现实研究意义。针对UWB-Ad Hoc网络自身特点,本文重点研究UWB-Ad Hoc网络以下几项关键技术:MAC协议的设计、MAC协议的功率控制、跨层功率控制。首先,从UWB-Ad Hoc网络的物理层特性入手,研究一种针对该网络的并发通信MAC协议——CT-MAC(Current Transmission-MAC)协议,设计要点一是对不同用户的数据帧和应答帧采取特定伪随机码,使报文在不同信道上传输而实现并发通信;二是在数据帧长度较小时直接发送数据,提高效率;三是动态设定冲突域范围,减少冲突和碰撞。通过对最优冲突域的研究发现,带宽越大则冲突域越小,对带宽极宽的UWB-Ad Hoc网络制定的CT-MAC协议将有更小的冲突域范围。通过与IEEE 802.11DCF协议相比较,验证了CT-MAC协议在吞吐量和平均帧时延的性能更为优越。其次,在CT-MAC协议基础上加入功率控制机制,研究CT-MAC/PC协议,设计要点一是通过在控制帧中附加功率值来动态调整发送功率,保证发送数据时采取的是所需的最小功率。二是以最大功率发送CTS帧来通知邻节点其所能容忍的最大噪声功率,保证更多节点的并发通信。CT-MAC/PC协议的目标是尽量降低能耗的同时提高吞吐量,即提升网络的能量有效性。仿真结果表明CT-MAC/PC协议比IEEE 802.11DCF协议、BASIC协议在能量消耗、吞吐量、时延以及能量有效性四个参数上都更为卓越。最后,针对UWB-Ad Hoc网络传输距离短但定位精度高的特点,研究多跳环境下的跨层功率控制机制。在建立UWB-Ad Hoc网络跨层功率控制模型后,利用蚁群算法进行求解:首先在网络层根据蚁群算法按照能耗最小原则找到最优路径,接着在链路层采取CT-MAC/PC协议,仿真结果表明基于蚁群算法的跨层功率控制比目前成熟应用的PARO协议的能量有效性更好。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5

【参考文献】

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本文编号：1212965