基于glomosim的移动自组织网络mac协议的研究

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1、基于Glomosim的移动自组织网络MAC协议的研究摘要：无线移动AdHoc网络(MANET)是一种不依赖任何固定设施的移动无线多跳网络。由于AdHoc网络的拓扑结构和资源限制,一个有效和分布式的MAC协议是一个挑战性研究工作。本文运用Glomosim仿真软件分析了典型的AdHoc网络MAC协议。然后根据这些协议的设计机制、解决问题的方法进行讨论和性能对比。关键词：AdHoc；MAC协议；Glomosim0引言移动自组织网络(MANET)在军事、商业和教育环境中的应用,尤其是在战争、野外活动中有着其他

2、各种固定网络无法比拟的优势,使得多跳、无线自组网络成为近年来研究的热点。由于它具有自组性、临时性、无基础设施要求及易于架设等特点,被广泛应用于战场信息系统建设、紧急救援救灾指挥、会议交流、野生动物追踪、海底及空间探索等领域。无线网络多以多路复用信道作为通信基础,与采用点到点连接的网络相比,存在一个关键的技术问题,即当信道的使用发生竞争时,如何分配信道的使用权。在无线网络中,完成该功能的是数据链路层DLC的介质访问控制(MAC)子层。无线网络的性能(吞吐量、时延等)完全取决于MAC子层的接入协议。因而制

3、定适当的MAC子层协议规则,根据网络业务特性有效地配置信道资源,提高无线资源的使用效率,提高系统的容量和传输质量一直是国内外学术界研究的重要课题之一。。本文运用Glomosim仿真软件分析了典型的AdHoc网络MAC协议。然后根据这些协议的设计机制、解决问题的方法进行讨论和性能对比。1AdHoc网络MAC协议介绍1.1MAC协议简介AdHoc网络的链路协议可以被划分为两个子层：链路控制子层LLC和信道接入子层MAC，链路控制子层完成链接控制、分簇等与信道无关的链路控制功能。信道接入子层控制节点访问无线

4、信道，为上层提供快速、可靠的报文传送支持。当发送数据时，MAC层要完成以下任务：首先按照某种规则从逻辑链路层接收数据，然后执行媒体访问规程，查看网络是否可以发送；一旦网络可以发送，它将给数据附加上一些控制信息，把数据及控制信息以规定的格式(帧)送往物理层。当接收数据时，MAC要完成以下任务:首先它从物理层接收数据帧并检查数据帧中的控制信息，从而判断是否发生传输错误。如数据正确，则去掉控制信息后将其送至逻辑链路层。由于AdHoc网络没有中央控制机制，与普通的单跳网络(无线局域网、蜂窝网络)相比，网络冲突

5、可能更容易发生。传统的MAC协议需要进行改进才能适用于AdHoc网络中。目前针对媒质共享竞争的问题，已经有ALOHA、时隙ALOHA、CSMA(载波侦听多路访问)，以及IEE802.11所采用的CSMA。MAC层主要就是由这些媒质接入方案充当。由于ALOHA、时隙ALOHA、CSMA都存在媒质冲突、终端暴露以及终端隐藏等严重的问题，所以，后来就有带冲突检测和冲突避免的CSMA媒质接入方案的提出，被用在了当前的IEE802.11无线局域网方案中。我们将在下一节中对这几种信道接入协议进行分析和介绍。1.2

6、MAC协议的性能指标MAC协议是AdHoc网络组网的基础，也是网络节点通信的第一步，只有高效、公平、有序地组织网络中的所有通信节点的链路层通信能力，才能保证上层路由协议的正常运行，从而保证网络的整体性能。运用准确的理论分析方法有效地度量MAC协议的性能好坏，对我们研究并改进协议的工作有重要的现实意义。对MAC协议接入性能的评价，主要是从它对网络整体性能(吞吐量和时延)的影响来进行的，也定性地分析节点的信道接入效率的公平性指标。一种好的MAC协议应在下述方面达到最优：1)、获得尽可能高的网络吞吐量；2)

7、、延迟尽可能小；3)、公平、有效地使用无线信道的有限带宽资源，改善信道接入的公平性。但是，在AdHoc网络环境中使以上各方面指标都达到最优是不可能的，只能根据不同种类通信业务对网络性能要求进行折中。从上述三个方面做出评估，将对一个MAC协议在实用中是否可行给出衡量，这些对于研究协议十分重要。人们常用定性办法评估协议，定量方面给出衡量办法不多，下面具体描述几个MAC协议的性能指标：1.2.1吞吐量把单位时间内在信道上成功传输的信息量定义为吞吐量。假设帧长固定，帧长度为Lbit，且单位时间(以下设为s)内

8、成功传输的帧数为n，则吞吐量可表示为nLbps(比特/秒)。通常，用信道传输速率R(bps)，对吞吐率归一化，归一化的吞吐率S表示，即S==nT这里T=L/R是指每帧在信道上的发送时间。如果在信道上帧不发生碰撞，且帧间隙为零的话，信道将被最大限度地使用，这时nL=R，即吞吐率S=1。相反，如果信道上所有的帧发生碰撞，即成功传输的帧数n=0的话，吞吐率达最小值S=0，这里信道传输速率是指消息在信道上的传输过程中，每单位时间内所传输的理论信息量。通常情况下，