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Ad Hoc网络MAC协议中自适应退避算法研究

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第一章 绪论

1.1 Ad Hoe网络概述

1.1.1 Ad Hoe网络的含义与特点

1.1.2 Ad Hoe网络的关键技术

1.1.3 Ad Hoe网络的发展及应用

1.2 Ad Hoc网络MAC协议概述

1.2.1 Ad Hoc网络MAC协议简介

1.2.2 Ad Hoe网络MAC协议设计难点

1.3 论文研究的目的及意义

1.4 论文的工作及内容安排

第二章 Ad Hoc网络的MAC协议

2.1 Ad Hoc网络MAC协议的分类

2.2 几种典型的Ad Hoe网络MAC层协议

2.2.1 ALOHA和CSMA协议

2.2.2 MACA和MACAW协议

2.2.3 DBTMA协议

2.2.4 IEEE 802.11 MAC协议

2.3 IEEE 802.11 DCF机制

2.3.1 帧间间隔

2.3.2 CSMA/CA技术

2.3.3 随机退避机制

2.3.4 信道接入模式

2.4 本章小结

第三章 退避算法

3.1 退避算法的性能指标

3.2 二进制指数退避(BEB)算法

3.2.1 BEB算法的描述

3.2.2 BEB算法的不足

3.3 现有改进的退避算法

3.4 对数退避(LB)算法

3.5 本章小结

第四章 自适应对数退避(ALB)算法

4.1 DCF的数学模型分析

4.2 竞争节点数目对网络性能的影响

4.3 ALB算法中自适应竞争窗口调整因子的设计

4.4 ALB算法中竞争节点数目的估计方法

4.5 ALB算法的描述

4.6 仿真结果与性能分析

4.6.1 仿真场景与参数设置

4.6.2 仿真与分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

Ad Hoc网络作为一种不依赖预设基础设施的多跳无线网络,具有组网快速灵活、自愈能力强、扩展性好等特点,因此得到了人们的广泛关注。介质访问控制(Media Access Control,MAC)层协议的设计是Ad Hoc网络的关键技术之一,它决定了多个用户如何公平、有效地共享有限的无线信道资源。由于Ad Hoc网络采用分布式控制方式,多个用户在网络中同时发送报文时会导致冲突,而采用何种退避算法来降低冲突概率,提高网络的吞吐量,保证用户接入信道的公平性成为MAC协议设计的难点。
  本文在分析各类MAC协议和退避算法的基础上,针对IEEE802.11分布式协调功能(Distributed Coordination Function,DCF)中现有退避算法的不足,提出了一种改进的退避算法—自适应对数退避(Adaptive Logarithmic Backoff,ALB)算法。论文的主要研究工作如下:
  (1)分析了Ad Hoc网络的特点及其MAC协议的设计难点,并对Ad Hoc网络的MAC协议进行了分类研究,其中重点剖析了IEEE802.11 MAC协议中DCF机制的实现原理。
  (2)分析了DCF机制中二进制指数退避(Binary Exponential Backoff,BEB)算法在节点接入信道公平性、吞吐量等方面存在的不足,并对现有的改进退避算法进行了分类研究,其中重点剖析了对数退避(Logarithmic Backoff,LB)算法的实现原理及其优缺点。
  (3)针对BEB算法和LB算法的不足,提出了一种改进的退避算法—自适应对数退避(ALB)算法。在ALB算法中,当节点发送成功或失败时会采用自适应调整因子对竞争窗口的大小进行调整,由于该自适应竞争窗口调整因子是以竞争节点数目为变量的函数,可以随网络中信道的争用状况而动态改变,因此节点的竞争窗口大小能够自适应Ad Hoc网络的动态变化,这降低了节点之间的冲突概率,改善了节点接入信道的公平性。仿真结果表明,ALB算法在网络吞吐量、公平性、延时、丢包率方面的性能均优于BEB、LB退避算法,提高了Ad Hoc网络的整体性能。

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