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无线自组网MAC及物理层协议优化

作　者: 吴亮华
导　师: 付宇卓
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线自组网 IEEE802.11 信道接入公平性 QPSK
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文针对多跳无线自组网采用IEEE802.11协议时在MAC,PHY两个协议层产生的问题作出优化。IEEE802.11协议用于无线自组网,在MAC协议层存在信道接入公平性问题。本文提出了基于多跳环境的公平算法(ARS),该方法使得BEB算法在重负载情况下,仍旧能够保持节点间信道接入的公平性。OPNET的仿真证明了ARS算法在不同的网络拓扑中,能够将端到端吞吐量相比BEB提高5%～10%左右。本文还对ARS算法进行了硬件验证。Ad Hoc网络中信道的共享方式为多跳共享广播信道,导致发送节点和接收节点感知到的信道状况不一定相同,这样就会带来隐藏终端问题。本文针对隐藏接收端问题提出了一种解决思路(ACTS),该方法允许节点在NAV静默期间回复CTS和ACK信号,从而将RTS机制下隐藏接收终端情况的网络吞吐量提高了15%左右。本文最后利用OPNET对无线自组网物理层进行仿真并进行优化,通过改变物理层参数(调制和解调方式)来影响网络协议栈高层的性能(网络吞吐量和端到端延迟)。在自组网PHY中采用QPSK/CDMA协议,不仅能够增加传输距离,而且缩短了节点的干扰距离和多跳网络的端到端延迟,由此证明可以通过协议栈底层来改善网络性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
插图清单  9-11
表格清单  11-12
第1章绪论  12-16
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 课题研究意义  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-15
    1.3.1 信道接入公平性问题  14
    1.3.2 隐藏终端问题  14-15
  1.4 本课题的研究工作  15-16
第2章无线多跳自组网端到端吞吐量优化  16-28
  2.1 BEB 算法基本思想  16-17
  2.2 BEB 算法的缺点：信道接入不公平性  17-20
    2.2.1 OPNET 仿真验证  18-19
    2.2.2 多跳网络场景中的信道接入不公平现象  19
    2.2.3 相关工作  19-20
  2.3 算法改良：主动退让策略ARS（ACTIVE RELINQUISH SCHEME）  20-24
    2.3.1 基本思想  20-22
    2.3.2 单跳场景仿真  22-23
    2.3.3 多跳场景仿真  23-24
  2.4 ARS 算法硬件移植和验证  24-27
    2.4.1 验证平台简介：WRT54G 无线路由器和OpenWRT 开源项目  25
    2.4.2 主动退避算法（ARS）移植  25-27
  2.5 结论  27-28
第3章无线自组网隐藏终端问题研究  28-40
  3.1 问题描述  28-35
    3.1.1 隐藏发送终端问题  29-31
    3.1.2 隐藏接收终端问题  31-32
    3.1.3 暴露发送终端问题  32-34
    3.1.4 暴露接收终端问题  34-35
  3.2 相关工作  35-36
  3.3 问题解决思路——ACTS  36-39
    3.3.1 ACTS 基本思想  36-38
    3.3.2 ACTS 仿真结果  38-39
  3.4 结论  39-40
第4章基于OPNET 的自组网物理层仿真和优化  40-59
  4.1 OPNET 的物理层概述  40-43
    4.1.1 OPNET 协议栈  41-42
    4.1.2 OPNET 中的数据包错误模型——ERROR 分布建模  42-43
  4.2 提高MAC 吞吐量方法-增加纠错门限  43-44
  4.3 扩大传输距离  44-52
    4.3.1 功率衰减模型  44
    4.3.2 传输距离  44-46
    4.3.3 载波监听距离  46
    4.3.4 仿真验证  46-50
    4.3.5 IEEE802.11 标准支持的自组网节点最大传输距离  50-52
  4.4 缩小干扰距离  52-55
    4.4.1 干扰距离理论推导  52-53
    4.4.2 仿真验证  53-55
  4.5 降低多跳网络端到端延迟  55-58
  4.6 结论  58-59
第5章结论与研究展望  59-61
  5.1 结论  59
  5.2 研究展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  66-67
上海交通大学学位论文答辩决议书  67-70

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