超宽带无线adhoc网络mac协议及功率控制研究

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1、ClassifiedIndex:TN929.5U.D.C:621.39DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMACPRTOCOLANDPOWERCONTROLOFWIRELESSUWB-ADHOCNETWORKCandidate:YuminWangSupervisor:Prof.WuZhiluAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:Affiliation:DateofDef

2、ence:InformationandCommunicationEngineeringSchoolofElectronicsandInformationEngineeringJuly,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要AdHoc网络是一种无基础设施支持的移动网络，具有自组织、无中心、动态多跳、自适应等特点。UWB(Ultra-Wideband,超宽带)作为一种拥有广阔应用前景的物理层无线通信技术，具有极高的传输速率、精

3、确的定位能力、传输距离较短等特点。以UWB为AdHoc物理层的UWB-AdHoc网络能够将二者优势互补，更好的发挥这两种技术的优势，具有重要的现实研究意义。针对UWB-AdHoc网络自身特点，木文重点研究UWB-AdHoc网络以下几项关键技术：MAC协议的设计、MAC协议的功率控制、跨层功率控制。首先,从UWB-AdHoc网络的物理层特性入手，研究一种针对该网络的并发通信MAC协议——CT-MAC(CurrentTransmission-MAC)协议，设计要点一是对不同用户的数据帧和应答帧采取特定伪随机码，使

4、报文在不同信道上传输而实现并发通信；二是在数据帧长度较小时宜接发送数据，提高效率；三是动态设定冲突域范围，减少冲突和碰撞。通过对最优冲突域的研究发现，带宽越大则冲突域越小，对带宽极宽的UWB・AdHoc网络制定的CT-MAC协议将有更小的冲突域范围。通过与IEEE802.11DCF协议相比较，验证了CT-MAC协议在吞吐量和平均帧时延的性能更为优越。其次，在CT-MAC协议基础上加入功率控制机制，研究CT-MAC/PC协议，设计要点一是通过在控制帧中附加功率值来动态调整发送功率，保证发送数据时采取的是所需的最

5、小功率。二是以最大功率发送CTS帧来通知邻节点其所能容忍的最大噪声功率，保证更多节点的并发通信。CT-MAC/PC协议的目标是尽量降低能耗的同吋提高吞吐量，即提升网络的能量有效性。仿真结果表明CT-MAC/PC协议比IEEE802.11DCF协议、BASIC协议在能量消耗、吞吐量、时延以及能量有效性四个参数上都更为卓越。最后，针对UWB-AdHoc网络传输距离短但定位精度高的特点，研究多跳环境下的跨层功率控制机制。在建立UWB・AdHoc网络跨层功率控制模型后，利用蚁群算法进行求解：首先在网络层根据蚁群算法按

6、照能耗最小原则找到最优路径，接着在链路层采取CT-MAC/PC协议，仿真结果表明基于蚁群算法的跨层功率控制比目前成熟应用的PARO协议的能量有效性更好。尖键词：AdHoc网络；超宽带；MAC协议；功率控制；蚁群算法AbstractAdHocnetworkisamobilenetworkwithoutinfrastructure,whichhasthecharacteristicsofself-organization,nocenter,dynamicmultihop,adaptiveandsoon.Asaki

7、ndofphysicallayerwirelesscommunicationtechnologywithwideapplicationprospect,utrawideband(UWB)hasthecharacteristicsofhightransmissionrate,precisepositioningcapability,shorttransmissiondistanceandsooneTheUWB-AdHocnetworkwhichusesUWBasthephysicallayerofanAdHoc

8、networkcantaketheadvantagesofbothtechnologiesandithasimportantresearchsignificance.AccordingtothecharacteristicsofHocUWB-Adnetwork,thisdissertationfocusesonthefollowingkeytechnologiesofHocUWB-Adnetwork