认知无线电网络MAC协议的研究

发布时间：2017-10-08 17:30

  本文关键词：认知无线电网络MAC协议的研究

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【摘要】：认知无线电(Cognitive Radio,CR)作为一种智能的频谱共享技术,采用“见缝插针”的方式使用授权频谱,实现高可靠通信以及对频谱资源的有效利用,很大程度上解决了当前频谱资源面临的问题。认知无线电网络的介质访问控制(Medium Access Control,MAC)层作为CR技术在无线网络中应用的重要实现部分,其包含了多种CR关键技术。然而,由于其频谱的动态性、多样性等特点,使得其MAC协议相对于传统的无线网络研究起来更加复杂,且大多数基于传统无线网络的思想机制不能直接吸收利用,纵观当前认知无线电领域MAC研究仍处于初级阶段,还存在很多不足与空白领域,因此对认知无线电网络MAC协议的研究具有重大挑战和重要意义。论文首先针对CR技术的研究背景以及研究意义、CR定义以及当前研究状况、认知无线电网络的概念及其关键技术进行了介绍,在对无线网络MAC协议功能与基本理论概述的基础上,结合认知无线电网络自身特性,给出其MAC协议的关键技术及性能指标,并对当前存在的认知无线电网络MAC协议基于控制信道进行分类和详细分析、取利寻弊,明确论文中MAC协议的研究方向。其次,针对基于静态公共控制信道的认知无线电网络MAC协议的不足以及一些有效的传统无线网络协议机制无法直接用于认知无线电网络中等问题,在CR-MMAC(Multi-channel MAC Protocol in CR Networks)协议基础上,引入同步策略、不等待传输机制、多数据不重申机制,提出一种基于动态公共控制信道的分布式小区认知无线电网络MAC协议。该协议通过建立DCCC(Dynamic Common Control Channel)方法减少信道资源开支,采用连续多数据包传输不重申机制和不等待传输机制降低控制信道上负载量与冲突发生概率,相对提高ATIM(Ad Hoc Traffic Indication Message)窗中完成信道协商的CR用户对量,改善网络数据传输能力。通过在NS2中CRCN平台上进行协议模型搭建,对提出的协议在系统吞吐量、频谱利用率等性能上进行仿真分析,证明协议在改善系统性能上的相对优越性。最后,基于认知用户的目标数据信道分配机制和公平性冲突退避机制两方面对分布式认知无线电网络MAC协议进行研究。从影响信道通信速率、通信时延、通信碰撞率等的主要因素出发,提出一种综合考虑信道增益,历史空闲时间和信道热度三种因素的多参数决策的目标信道选择机制。该机制能有效减少多选一的目标信道上拥塞概率和通信中信道切换次数且具有低计算复杂度;针对经典的二进制指数退避机制进行研究分析,对不足之处进行改进,提出基于发送概率的改进二进制退避机制,能进一步提高接入的公平性并且减少接入后的冲突发生概率。最后通过NS2仿真并对结果进行分析,证明提出机制的相对优越性。
【关键词】：认知无线电网络 MAC协议 控制信道 信道选择机制 退避机制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 缩略词8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景与研究意义10-11
• 1.2 认知无线电概述11-15
• 1.2.1 CR的定义11-13
• 1.2.2 认知无线电国内外研究现状13
• 1.2.3 认知无线电网络基础及其关键技术13-15
• 1.3 论文主要研究内容15-16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 第二章 认知无线电网络MAC协议基础与分析18-30
• 2.1 无线网络MAC协议功能18-19
• 2.2 IEEE802.11 MAC协议基础19-22
• 2.2.1 载波侦听机制20
• 2.2.2 四次握手机制20-21
• 2.2.3 帧间间隔和节能机制21-22
• 2.2.4 二进制指数退避机制22
• 2.3 CRNs MAC协议关键技术及主要性能指标22-26
• 2.3.1 认知无线电网络MAC协议关键技术23-26
• 2.3.2 认知无线电网络MAC协议主要性能指标26
• 2.4 CRNs MAC协议的分类26-28
• 2.4.1 固定CCC的MAC协议26-27
• 2.4.2 动态CCC的MAC协议27
• 2.4.3 无CCC的MAC协议27-28
• 2.5 认知无线电网络MAC协议研究方向28
• 2.6 章节小结28-30
• 第三章 基于动态控制信道的认知无线电网络MAC协议30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 系统模型30-31
• 3.3 CR-DCMAC协议设计31-34
• 3.3.1 SUs结构和系统时间架构31-32
• 3.3.2 认知用户同步机制和DCCC的建立32-34
• 3.4 协议执行过程34-37
• 3.4.1 协议过程概述34-35
• 3.4.2 用户接入过程改进35-37
• 3.5 NS2仿真平台简介及协议实现37-43
• 3.5.1 NS2原理37-38
• 3.5.2 NS2主要模块与功能38-39
• 3.5.3 CR-DCMAC协议仿真模型实现39-43
• 3.6 仿真结果与分析43-46
• 3.7 章节小结46-48
• 第四章 基于信道选择与公平性的认知无线电网络MAC协议研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 系统模型48-50
• 4.3 目标信道选择机制设计50-52
• 4.3.1 基于最大化网络吞吐量的信道选择机制50-51
• 4.3.2 多属性决策信道选择机制51-52
• 4.4 退避机制52-56
• 4.4.1 传统退避机制分析52-54
• 4.4.2 改进的退避机制54-56
• 4.5 仿真分析56-60
• 4.5.1 针对提出的目标信道选择机制仿真57-58
• 4.5.2 针对退避机制仿真58-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 主要工作和结论62
• 5.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文69

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本文编号：995380