基于碰撞控制的自组织应急通信MAC协议研究

发布时间：2020-11-12 13:18

　　 应急通信作为保障人们应对紧急事件的特殊通信机制,往往面临着通信地域、规模和设备损毁程度不确定等问题。移动自组织网络作为一种分布式网络,具备组网快、抗毁性强等优点,已成为支撑应急通信的重要手段之一。同时,在应急通信中,MAC协议的好坏直接影响网络的通信质量和组网效率,进而影响应急指挥和救援工作。因此,对这部分技术的研究是至关重要的。本文着重基于节点传输碰撞控制,从数据传输控制和信道接入控制两方面对MAC协议进行改进,以提升系统性能。一方面,针对应急通信中优先级用户和普通用户共存的情况,根据信道预留策略遗留的分组碰撞及阻塞问题,设计一种适用于应急通信场景的,基于动态空间预留策略的MAC协议。首先,分布在网络覆盖区域的应急指挥车基于单兵系统的传输请求,周期性地调控信道上数据的发送或接收。其次,利用网络瞬时节点密度和节点干扰范围动态确定优先级业务的空间预留半径。此外,基于马尔科夫链路模型和概率论知识,从数学角度对分组碰撞概率,系统的吞吐量等进行理论分析,并进一步用仿真验证推论的正确性。结果表明,动态空间预留策略能有效缓解分组传输碰撞问题,大幅度提升系统的吞吐量及紧急消息传输的有效性。另一方面,针对人员不易介入的场景,现有应急通信系统只能按照预设的规划进行操作,缺乏自适应、自学习和自配置能力,通信效率不佳,难以满足多样化的通信需求等问题,设计一种具有认知能力的,基于捕获效应的信道交会建立策略。首先,根据认知无线电技术的认知性、智能性和适变性,现场应急指挥车感知自组织应急通信网络中的信道使用状况,并进行分类统计。其次,单兵系统通过邻居距离感知和位置确认,计算出自身的信道捕获概率。在同一时刻,有多个节点竞争同一个信道时,通过对比各节点的信道捕获概率获取信道使用权,以提升信道接入的成功率。仿真结果表明,在认知自组织应急通信系统中采用基于捕获效应的信道接入方式,可有效提高应急通信服务的可靠性。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 自组织应急通信研究现状
        1.2.2 MAC协议研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文结构安排
第2章 自组织应急通信MAC协议概述
    2.1 自组织应急通信常见拓扑
    2.2 应急通信中自组织网络MAC协议关键技术
        2.2.1 节能机制
        2.2.2 冲突避免机制
        2.2.3 接入优先级机制
    2.3 应急通信中CRAHNs的 MAC协议关键技术
        2.3.1 感知技术
        2.3.2 信道协商
    2.4 关键问题
    2.5 性能分析模型
    2.6 本章小结
第3章 基于优先级碰撞调节的多信道MAC协议
    3.1 链路干扰模型
    3.2 SC-MAC协议的设计
        3.2.1 SC-MAC的设计思路
        3.2.2 帧结构划分
        3.2.3 空间预留策略
    3.3 性能评估
        3.3.1 碰撞概率
        3.3.2 吞吐量
    3.4 仿真验证与分析
        3.4.1 仿真平台介绍
        3.4.2 仿真场景与参数设置
        3.4.3 仿真结果与分析
    3.5 本章小结
第4章 CRAHNs中基于捕获效应的信道交会建立
    4.1 信道交会问题分析
        4.1.1 交会碰撞
        4.1.2 握手碰撞
        4.1.3 阻塞问题
    4.2 CRR-MAC协议的设计
        4.2.1 CRR-MAC的设计思路
        4.2.2 CRR-MAC协议的认知周期
        4.2.3 RTS/CTS/NTS帧结构
    4.3 性能评估
        4.3.1 捕获概率
        4.3.2 吞吐量
        4.3.3 时延
    4.4 仿真验证与分析
        4.4.1 仿真参数设置
        4.4.2 仿真结果与分析
    4.5 本章小结
第5章 结束语
    5.1 主要工作与创新点
    5.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 刘权;赵光胜;王晓东;周兴铭;;认知无线电网络信道交汇研究综述[J];软件学报;2014年03期

2 蒋富;彭军;;应急通信系统中协作中继选择与功率分配优化[J];计算机工程;2011年23期

本文编号：2880788