面向临近空间网络的动态多信道MAC协议

发布时间：2020-09-15 10:08

　　 临近空间网络以其覆盖范围广、传输延迟小、机动灵活、便于部署、抗毁性强等优势,逐渐成为实现高效可靠数据传输的最佳选择之一,已在应急通信及军事通信等场景下得到广泛的应用。由于临近空间网络中的信道资源是有限的,合理的媒体接入控制(Media Access Control,MAC)协议可以实现高效的无线信道资源共享。本文面向临近空间网络,考虑高速飞行器节点接入准静态飞艇平台这一模式,为了解决高速飞行器节点的动态特性带来的接入节点数目、节点业务负载量变化快以及信道利用率不高等问题,对多信道MAC协议开展研究。具体工作如下:针对现有的固定信道长度多信道MAC协议无法有效适应高速飞行器节点动态特性的问题,设计了一种适用于临近空间网络的动态多信道MAC协议。该协议将高速飞行器节点的一次数据成功传输过程建模为二维马尔可夫模型,利用高速飞行器节点数目和业务负载量等信息计算每个周期内的最优信道分配参数,自适应地调整控制信道与数据信道的长度。论文的理论分析(网络的吞吐量和传输时延分析)以及仿真结果表明,相比于固定信道长度多信道MAC协议,所提出的动态多信道MAC协议能够降低传输时延,提高网络的吞吐量。在此基础上,针对由于高速飞行器节点数目增加所带来的碰撞概率增大和传输时延过大的问题,提出了一种基于预测的碰撞避免动态多信道MAC协议。主要包括:1)准静态飞艇平台根据接收到的各高速飞行节点的历史信息,利用复杂度较低的贝叶斯估计预测下一时刻各高速飞行器节点的参数;2)准静态飞艇平台根据计算出的参数给各高速飞行器节点分配下一时刻的数据信道,并将拟分配数据信道的位置信息通过控制信道广播给各节点,避免控制信道上的碰撞,从而进一步提高信道利用率,降低传输时延。仿真结果表明,相比于上述提出的动态多信道MAC协议,基于预测的碰撞避免动态多信道MAC协议的传输时延更小。研究结果表明本文所提出的动态多信道MAC协议能适应临近空间网络的动态特性,有效降低传输时延并提高网络的吞吐量。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92

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本文编号：2818830