ad+hoc网络多速率mac协议的研究

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1、博士学位论文AdHoc网络多速率MAC协议的研究RESEARCHONMULTI-RATEMACPROTOCOLFORADHOCNETWORKS张文彬哈尔滨工业大学2008年3月国内图书分类号：TN919.72国际图书分类号：621.396.2工学博士学位论文AdHoc网络多速率MAC协议的研究博士研究生：张文彬导师：张中兆教授申请学位：工学博士学科、专业：信息与通信工程所在单位：电子与信息技术研究院答辩日期：2008年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN919.72U.D.C:621.396.2DissertationfortheDoctoralDegreein

2、EngineeringRESEARCHONMULTI-RATEMACPROTOCOLFORADHOCNETWORKSCandidate:ZhangWenbinSupervisor:Prof.ZhangZhongzhaoAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:InformationandCommunicationEngineeringAffiliation:SchoolofElectronicsandInformationTechnologyDateofDefence:March,2008Degree-Conferring-I

3、nstitution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要AdHoc网络起源于美国国防高级研究计划局的PRNET项目，由于这种分布式网络具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点，在军事通信中的战术互联网、单兵个人电台等场合得到了广泛应用。同时，其应用也正在迅速地向民用系统扩展。近年来，国外许多著名实验室纷纷设立AdHoc网络方面的研究项目，并认为这是一种极具吸引力的未来移动通信系统构架。在AdHoc网络中，存在许多关键技术，主要包括：MAC协议、路由协议、自组网中网络与信息的安全性、QoS保障框架与技术、功率控制与管理、传输层协议等。本论文重点研究了MAC

4、层、传输层、和路由协议的性能。MAC协议的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等性能指标的优劣，因此设计适用于AdHoc网络环境的MAC协议是一项富有挑战性的任务。由于TCP协议是目前应用最广泛的传输层协议，如何提高其在AdHoc网络下的性能也是迫切需要解决的问题。AdHoc网络在拓扑、传输带宽、节点能力、安全性、扩展性等方面与有线网络存在的差异决定了在AdHoc网络中必须采用独特的路由技术。近些年已经提出了很多种AdHoc路由协议，如何客观地比较这些协议的性能也是AdHoc领域的一个研究热点。鉴于IEEE802.11协议是目前AdHoc网络中普遍采用的MAC协议，以随机过程中的马尔科夫理论为基础，

5、归纳整理了802.11协议的一跳范围内模型、二跳范围内模型。对最新出现的基于拯救节点转发的MASA协议进行了详细分析，指出该协议存在的问题，同时考虑到NS下MASA代码的不可实现性，提出了一种改进的MASA协议MASA+。在直线链路和随机拓扑下分别对MASA+进行仿真，得到各种节点密度、各种速度下的吞吐量和平均延迟曲线，并将这些曲线同802.11的仿真结果进行对比，发现MASA+协议的平均延迟优于802.11，但在低节点密度下的吞吐量比802.11差。在分析造成这种现象的成因后，发现如果采用多速率发包可能会改善MASA+协议性能。基于此设想，对RBAR协议进行了分析。在假定信道模型为双线信道模

6、型的前提下，深入分析了RBAR在RTS/CTS机制下的性能。首先在理论上证明了RBAR协议的吞吐量一定优于IEEE802.11协议；然后考虑到MASA+协议不包含RTS/CTS机制，在RBAR协议的基础上通过去除其RTS/CTS机制得到一种改进的多速率协议，通过仿真比较它与802.11在吞吐量和平均延迟方面的性能，发现该协议在这两种指标方面较802.11差，指出了问题的根源。最I哈尔滨工业大学工学博士学位论文后将MASA+协议与改进的多速率协议相结合，并加入分析隐藏节点区域的算法，得到RM-MAC协议，仿真结果表明RM-MAC协议在吞吐量和平均延迟方面均优于IEEE802.11协议。为了比较表

7、驱动路由协议和按需路由协议的性能，通过编制代码得到了修正运动场景发生器。并在TracyCamp提出的稳态运动场景和修正运动场景下分别对两类协议的代表协议DSDV和AODV进行了仿真，统计了协议包开销、吞吐量、平均包延迟。结果表明：使用稳态运动场景可以减少仿真时间，能更加客观地体现两种协议在各种移动程度下的性能；DSDV协议和AODV协议各有优缺点，要根据实际应用背景进行选择。为了提高AdHoc网络