多信道TDMA自组织网络链路调度算法研究与开发

发布时间：2020-09-27 08:15

　　移动自组织网络是一种无需网络基础设施、可以自适应网络拓扑的分布式无线网络,因为其自组织的特点被广泛应用于军事、救灾等领域。移动自组织网络利用无线信道进行通信,因此无线信道的广播特性和自组织网络的分布式控制特点使得为自组织网络设计一个高效的MAC(Multiple Access Control)协议变得十分困难。TDMA(Time Division Multiple Access)协议具有较高的吞吐量,但是在传统的单信道移动自组织网络中,节点工作在半双工的方式,多跳的情况下端到端时延仍然难以得到保障,因此通过使用多个独立的信道,节点可以工作在频分全双工的方式。节点在不同信道上同时收发数据可以显著降低多跳情况下的端到端时延,而且网络的吞吐量也会得到提升。本文研究节点发送机会更大的链路调度问题。本文首先分析了多信道链路调度的相关问题,然后参考图论的知识建立了多信道链路调度的模型,并使用这些模型求解出多信道链路调度的数量上限,为后文的分布式链路调度算法提供了理论参考。最后,针对现有多信道链路调度算法存在的问题,本文提出了一种基于预约的分布式多信道TDMA链路调度算法—BR-DMC(Based on Reservation-Distributed Multi-channel)链路调度算法。算法使用多个独立的信道使节点工作在频分全双工的方式,采用三步握手的预约方式保证了链路调度不存在冲突。算法在公共信道上为每个节点分配固定时隙,使得每次预约成功之前仍然有时隙可以发送数据,一旦预约成功则使用动态时隙进行发送。算法还可以根据链路上业务量的变化来不断进行动态时隙的预约和释放。BR-DMC算法在时分复用和空分复用的基础上增加了频分复用,增加了同一时隙所能调度的链路数,增大了网络的吞吐量,降低了节点的接入时延。本文使用网络仿真软件OPNET对BR-DMC链路调度算法进行了仿真,观察负载对网络吞吐量、时延以及同时隙下所能调度的链路数的影响。首先在静止场景的不同网络拓扑下,观察增加可用信道数对协议性能的影响,以及与USAP-MA协议和TFMAC协议进行对比来观察不同协议间的性能差异。最后在移动场景下,进行各协议的移动性分析以及协议间的对比分析。仿真的结果表明BR-DMC链路调度算法有效地降低了端到端时延,提高了网络的吞吐量,增加了同时隙下能够调度链路的数量,验证了算法的优越性。
【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】：TN929.5
【部分图文】：

移动自组织网络,节点,设施,包含集

灵活的移动性，这就造成了网络拓扑的多变性，但是移动自组织网络仍然可以保证节点之间的正常通信，所以移动自组织网络被广泛应用于农业、救灾以及军事等领域。图1.1 移动自组织网移动自组织网络不同于其它网络的特点如下[2]：（1）网络不包含集中管理设施：移动自组织网络没有专门的集中管理设施，所有的节点具有同等的地位。各个节点拥有一套完整的协议栈，相当于一台独立的主机，只不过由于节点还可以转发数据，相当于多了路由的功能。因为节点的独立性，所以即使某些节点发生故障也不会影响其它节点的功能，使网络不易被毁坏，增强了网络的健壮性。

节点模,线段

节点模型和网络的拓扑无关，网络中的每一个节点都具有相同的节点模型，即相同的协议栈，下图为本算法的节点模型：图4.2 算法的节点模型图 4.2 中包含多种不同的模块，各模块之间通过有向的线段相连，线段的方向表

进程,收发信机,调度算法,链路

进程负责统计一些相关的信息并进行计算，得出例如网络的吞吐量要指标。进程负责对网络层进行模拟，包括对来自上层的数据报进行分组的帧进行重装、提供路由、上传数据到 sink 进程等功能，本文对其行介绍。a 进程比较核心，除了需要完成节点的入网、时隙和信道资源的划之间的数据交互、为物理层提供数据校验等功能，本文设计的为链预约和释放功能也需要由此进程来完成。本文的链路调度算法使用多个独立的收发信机，所以 tdma 模块需 4 台）发射机和接收机相连。上图中右下角的连接框展示了 tdma不同收发信机之间的数据流向。） tdma 进程模型本文提出的链路调度算法服务于 tdma 进程，所以下文只对 tdma 进机做出详细介绍，不对其它进程内部的状态机进行介绍。

【相似文献】