基于行为约束的MAC层协议优化研究

发布时间：2020-08-31 12:28

　　 近些年来无线网络发展迅速,无线网络已经遍布人们的生活,但是无线网络给人们的生活和工作带来无限便利时,也伴随着危险。网络安全问题一直是研究的重点,科研人员大多针对网络窃取行为和恶意攻击行为问题进行研究,但是自私行为也是网络安全问题的一部分,自私行为严重影响着网络性能和通信的公平性,因此自私行为也是不可忽略的网络安全问题,针对自私行为的防御策略研究具有重要意义。本文重点研究了MAC层自私行为及其防御策略,针对危害较大的修改退避值自私行为提出了基于行为约束的MAC(Misbehavior Constraint MAC,MC-MAC)优化方案;然后对软件无线电平台进行了研究,在GNU Radio和USRP平台上实现并测试了MC-MAC优化方案。研究内容主要包括以下两方面:1.MC-MAC优化方案以IEEE802.11 DCF为基础,修改RTS/CTS的帧结构,添加信誉机制以及惩罚退避值生成函数。然后利用Markov模型验证了MC-MAC优化方案惩罚机制的有效性。通过NS3仿真表明,该方案在无自私节点网络中的表现和IEEE802.11协议相近。在包含自私节点的网络中,该方案在1%-80%自私程度下都可以保持良好节点的吞吐量,并且对自私节点有抑制作用。2.MC-MAC优化方案的实现利用了网络分层模型思想,物理层和MAC层在GNU Radio和USRP平台上通过软件实现,使用虚拟网络设备TUN/TAP作为中间接口连接操作系统的协议层。测试阶段,由于软件无线电平台的时延问题会影响MAC协议的性能,因此首先对平台的时延进行了测试,然后分析了时延修正参数beta的取值对协议的影响,结果表明随着beta的提高,虽然可以有效的降低协议的丢包率,但是协议的吞吐量却在大幅度下降。最后对MC-MAC优化方案进行了功能测试,针对方案的检测机制,测试了不同beta值下检测机制的偏离值,测试结果表明beta的值越大偏离值越小。最后对MC-MAC优化方案的信誉机制进行功能测试,测试结果显示,MC-MAC优化方案的信誉机制对自私节点有约束能力。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92
【部分图文】：

于该测试是通过计算帧的平均发送时间来作为帧的发送时间，且控制帧的大小在 20 字节左右，故将数据包设置为 20 字节能够保证各个帧的大小差距不大，减小测试误差。在进行测试时，如图 4.17 发送端的信息被打印到终端，发送成功一次便打印一次消耗的时间，该时间从发送端发送 RTS 帧开始，到接收到 ACK 帧结束，但是当发生重传时，需要重新记录开始传输的时间点。图 4.17 时延测试发送终端信息图 4.18 为接收端在运行时打印到终端的信息。接收成功一次便打印一次消耗的时间，从接收端接收 RTS 帧开始，到发送 ACK 帧结束。之后利用公式(4.1)计算出传输一次帧的时延。在求取发送时延时共统计了 100 次成功传输的时间，然后求取平均值作为本课题使用的 GNU Radio 和 USRP 平台的传输时延。经过测试和计算得出传输时延为 1.6ms

图 4.18 时延测试接收终端信息图 4.19 不同 beta 值下协议的丢包率 时，如果将 beta 设置过高，虽然可以有效降低平台吞吐量的下降。这是由于当协议的时隙变长时，节点

图 4.21 检测机制测试接收终端信息测试时发送端打印到终端的信息，包括重传次数以及心是验证发送端实际的退避值是否偏离分配的退避统计多次实际退避值偏离分配退避值的数值。不同本文在不同的 beta 值下分别进行了测试。如图 4.2

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本文编号：2808799