ieee 802.11无线ad hoc网络mac层自私行为研究

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1、天津大学博士学位论文IEEE802.11无线adhoc网络MAC层自私行为研究姓名：刘春凤申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：舒炎泰20081201摘要无线网络IEEE802．11是当前比较流行的一种MAC层协议，目前网络中有多设备都与之兼容。随着无线网卡等设备可编程性的提高，使得节点在MAC层采取自私行为变得越来越容易实现。MAC层节点的自私行为可能会严重影响网络的性能，因此研究和解决无线网络MAC层节点的自私行为问题具有非常重要的理论意义和应用价值。在有自私节点存在的无线adhoc网络中，自私节点可

2、以通过一系列自私行为提高对无线信道的分享，这种自私行为可能减少良好行为节点成功接入信道的概率，从而严重降低网络的性能。本文对节点在MAC层的自私行为进行了系统深入的理论分析、量化，建立了描述节点在饱和状态及不饱和状态下吞吐量性能的二维Markov数学模型。同时，在节点饱和状态下，分析了节点在MAC层的接入延迟。通过仿真结果验证了数学模型的正确性。自私行为检测是解决节点自私行为问题的重要前提。检测节点自私行为所面临的最大挑战是检测节点在退避阶段的自私行为。由于退避机制的随机特性，很难确定节点退避值的变化是由于节点随机

3、选择了一个较小的退避值，还是由于节点的自私行为所致。本文使用统计学方法，基于CUSUM检验原理提出了一个无参数的序列检测算法，SWN—CUSUM。该算法具有统计健壮性，可以应用于任何一种MAC层随机接入协议。仿真及计算结果表明了所提出的检测算法在具有较短检测延迟的同时，具有较高的检测准确性。为了控制节点的自私行为，本文使用经济学领域的ERC博弈理论，分析了节点行为，给出了节点在互利、竞争、公平环境中的博弈论解决方案，分析了达到单个节点及整个网络性能优化时的ERC均衡状态以及节点应采取的策略。提出了一种新的分布式协议

4、，实现自私行为节点的检测，该协议通过干扰自私节点数据包传输，驱使自私节点选择的竞争窗口值逐渐趋近于均衡状态下的竞争窗口值。仿真结果证明了该新分布式协议的有效性。关键词：无线adhoc网络，IEEE802．1l，自私行为，建模，检测，博弈论ABSTRACTIEEE802．1lDCFisoneofthemostpopularprotocolsinMAClayerofwirelessadh。cnel、vorks力owa幽【ys．Mostlypesofwjrelessdevicesarecompatiblewiththis

5、protoc01．HoweVer，withthedeVices，suchasnetworkadapters，becomingmoreandmoreprogrammable，itbecomesmucheasierforsomesemshnodest0modi母thebehaVioroftheirwirelessimerface．SelnshbehaviorinMACIayermayleadt0thepe墒n11ancede铲adationseriously．Therefore，itisverynecessa呵tos臼

6、ⅡdyandresolvetheSelfishbehaViorprobleminMAClayer0fwireIessadhocne觚orks．Sel6shnodesmayadoptarangeofstrategiestoimprovetheirsharet0wirelesschannelinMACJayer．Asasideef艳ctofthisbehavior，well-behavednodescannotuset11echannelfor仃ansmission．ThisdissertationinVestigat

7、esthesaturatedandnon—satumtedloadthroughputsofIEEE802．11DCFinthepresenceofselfishnodes．UsingamodifiedMarkoVmodel，wehaVederiVedmethrou曲putmodeIofanodeunderV“ous仃a衢cloads．Meanwhile，basedonatwo-dimensionalMarkovchainmodel．wehaveanalyzed￡hemediumaccessdelaywhenthe

8、nodesaresaturated．TheanaJ州calmodelshaVebeenVal．datedbyanumberofsimulations．SemshbehaViordetectionisaVe叮importantproblemtores01ve．However’itisahardtask．ThemaindifncuI够comesf而mtheran