无线自组织多跳网CSMA/CA控制协议分析

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随着网络通信技术的日益发展,用户对通信的质量提出了更高的要求。如何对网络资源进行有效的分配利用、如何在保证服务质量的前提下提高通信效率成为亟须解决的问题。自从上个世纪七十年代初ALOHA系统在夏威夷大学出现,随机多址接入技术取得了突飞猛进的发展,形成了ALOHA多址接入技术、CSMA多址接入技术、CSMA/CD多址接入技术和CSMA/CA多址接入技术的技术体系。随机多址是一种高效的接入技术,它采用用户终端随机竞争通道资源,控制灵活且能保证较高的传输效率,在一定条件下能够有效占用通道资源、减小转换时延,因此在计算机通信网络、卫星通信、无线自组织通信网络、无线传感器网络等得到广泛应用。然而,传统随机多址接入控制方式的系统性能急剧恶化,随机争用的用户终端碰撞机率增大,转发过程中控制信号的增加使通道传输效率变差,这些都引发了对新型高效的接入控制协议的深入研究。本文以随机多址系统为基础,查阅了无线自组织网技术和随机多址接入控制技术等大量相关的文献和著作,对无线自组织网络特点、网络拓扑结构、MAC协议、路由协议、分析方法以及CSMA/CA协议的工作原理进行了详细的介绍,对多种较为典型的随机多址协议的性能进行了比较分析,并从提高无线多跳网络节点之间通信效率的角度提出了一种通过ACK信号并行控制的多跳无线自组织网络协议PCMAHN (Parallel Control protocol for Multi-Hop Ad Hoc Networks)。协议主要针对无线多跳网络间数据传输的特点,通过修改IEEE802.11DCF协议里CTS和ACK信号的帧结构,改进了无线多跳网络节点间握手信号的部分交互方式,利用上游节点间的CTS和ACK信号作为下一跳通信的握手信号:下游节点通过侦听上游节点的CTS或ACK信号,在上游节点通信结束后即回复上游节点CTS来快速建立数据传输,有效的提高了数据传输的吞吐量,降低了传输时延。论文以平均周期的数学方法建立了归一化的多跳系统分析模型,得出了新协议和IEEE802.11DCF协议多跳间通信的吞吐量解析式。在理论分析的基础上,根据协议的工作原理在MATLAB平台上对所得出的结果进行了数值计算和仿真实验,给出了多幅吞吐量分析曲线图。这些分析曲线和数值较好的反映了控制协议的特性,总结出重要结论,对进一步完善和优化无线网络CSMA/CA控制协议的理论建模分析,以及协议的开发应用都有着重要的科学意义。最后,对全文进行总结,并对今后课题的研究方向做了展望。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第一章 绪论第10-19页
    1.1 无线自组织网络第10-11页
    1.2 无线自组织网的特点及拓扑结构第11-14页
    1.3 无线自组织网的相关技术第14-15页
    1.4 无线自组织网的应用前景第15-16页
    1.5 论文的章节内容介绍第16-18页
    1.6 本章小结第18-19页
第二章 随机多址接入技术第19-29页
    2.1 随机多址技术的演进第19-27页
        2.1.1 经典的ALOHA系统第19-21页
        2.1.2 减小冲突时间的CSMA系统第21-22页
        2.1.3 有线到无线的随机多址接入技术第22-27页
    2.2 随机多址接入控制协议的分析方法第27-28页
    2.3 本章小结第28-29页
第三章 无线自组织网常见路由协议及多层技术第29-36页
    3.1 无线自组织网路由简述第29页
    3.2 无线自组织网常见路由协议第29-34页
        3.2.1 表驱动路由协议第30-31页
        3.2.2 按需路由协议第31页
        3.2.3 无线传感器网络常见路由协议第31-34页
    3.3 多层技术的结合设计第34-35页
    3.4 本章小结第35-36页
第四章 无线自组织多跳网CSMA/CA控制协议分析第36-65页
    4.1 IEEE 802.11 DCF及MARCH协议概要第36-37页
    4.2 PCMAHN机制描述第37-39页
    4.3 协议分析第39-45页
        4.3.1 系统模型假设第39-40页
        4.3.2 分析过程及公式中出现的符号说明第40页
        4.3.3 吞吐量分析第40-45页
    4.4 控制协议的数值计算与仿真实验第45-63页
    4.5 PCMAHN协议在公平性和通信质量保证方面的讨论第63页
    4.6 分析结论第63-64页
    4.7 本章小结第64-65页
第五章 全文总结与展望第65-67页
    5.1 主要研究工作第65页
    5.2 课题今后的发展方向第65-67页
参考文献第67-74页
附录 攻读硕士学位期间完成的研究课题和论文第74-75页
致谢第75-76页
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