【摘 要】
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在过去十年里,由于当今社会创造、共享和消费信息的方式的改变,无线数据流量急剧增加。这种变化伴随的是随时随地高速无线通信日益增长的需求。基于此,大量从事通信领域的学者将目标放在了拥有大量带宽的太赫兹频段。但现有的太赫兹技术还不太成熟,存在许多问题,例如由于频率较高导致其通信距离较短等。因此,学者们在现有太赫兹技术的研究基础之上,提出了太赫兹双信道MAC协议,该类协议的主要核心思想是在低频段通过全向传
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在过去十年里,由于当今社会创造、共享和消费信息的方式的改变,无线数据流量急剧增加。这种变化伴随的是随时随地高速无线通信日益增长的需求。基于此,大量从事通信领域的学者将目标放在了拥有大量带宽的太赫兹频段。但现有的太赫兹技术还不太成熟,存在许多问题,例如由于频率较高导致其通信距离较短等。因此,学者们在现有太赫兹技术的研究基础之上,提出了太赫兹双信道MAC协议,该类协议的主要核心思想是在低频段通过全向传输控制帧来进行太赫兹信道的预约,并进行太赫兹波束的对准,完成后切换到太赫兹信道进行数据的定向传输。太赫兹双信道MAC协议所提出的定向数据传输相较于原有的太赫兹全向数据传输来说大大地提升了通信距离,但此种方式仍然存在一些弊端,例如存在冗余控制开销、波束重叠干扰等。本文在太赫兹双信道MAC协议的研究基础上,解决了其存在的一些主要问题,具体研究工作如下:1.当前太赫兹多波束双信道MAC协议中使用空分复用的方法进行通信,即允许多对节点同时在太赫兹信道上进行数据传输,这对于MAC层吞吐量的增加无疑是巨大的,但这将引发新的问题,即可能会存在任意两对节点间造成波束重叠干扰,并且在通信过程中还存在较大的控制开销。基于此,本文提出了一种基于中继协作转发的高效太赫兹双信道MAC协议（High Efficiency Dual channel MAC Protocol Based on Relay Cooperative Forwarding in Terahertz Networks,HERCFMAC）。HE-RCFMAC协议包含三种新机制,首先通过“精简RTS/CTS帧”机制在Wi Fi信道进行控制帧的交互,目的在于减小控制帧中冗余的控制开销,在此过程中通过“基于位置信息自适应协作转发”机制判断是否存在波束重叠干扰,若存在则通过中继节点转发数据,否则源节点直接向目的节点发送数据。发送数据过程中使用“动态帧聚合”机制对数据帧进行帧聚合,并将聚合数据帧发送给目的节点,此机制目的在于进一步地减小数据帧中冗余的控制开销。仿真结果表明,HERCFMAC协议在MAC层吞吐量、数据传输成功率、信道利用率和控制开销这四个性能上相较于原协议均有显著提升。2.当前太赫兹双信道MAC协议中,不含有数据帧的优先级调度策略,即发送每个数据帧的节点都能够以相同的概率竞争到信道,但在实际通信过程中,有些数据帧必须要优先发送出去。基于此,本文提出了一种基于优先级调度的低开销太赫兹双信道MAC协议（Low Overhead Dual Channel MAC Protocol Based on Priority Scheduling in Terahertz Networks,LO-PSMAC）。LO-PSMAC协议包含三种新机制:首先有数据传输请求的源节点通过“优先级调度策略的CSMA/CA”机制竞争Wi Fi信道,竞争信道成功的源节点向目的节点发送RTS帧,目的节点接收到RTS帧后通过“通信距离预判”机制判断源节点发送功率是否足够与目的节点进行通信,若不够则取消此次传输,否则正常传输。最后通过“精简THz频段MAC帧”机制在太赫兹信道进行TTT、DATA和ACK帧的交互（THz频段MAC帧即在THz频段传输的MAC帧）。仿真结果表明,LO-PSMAC协议在MAC层吞吐量、信道利用率和控制开销这个三个性能上相较于原有协议均有显著提升。
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