移动Ad Hoc网络MAC协议研究——基于分布式并行的轮询接入

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过去20年来,计算机技术、通信技术得到迅猛发展和广泛应用,极大地推动了社会的发展。在计算机通信网络发展过程中,轮询多址接入控制协议促进了网络的发展,成为IEEE802.3、802.11等协议标准的核心,对以太网、令牌环网、Internet、无线局域网和移动通信网络起到了重要的支撑作用。 在宽带无线通信领域,AdHoc网络是发展很快、应用也越来越普遍的一种网络形式。由于AdHoc网络的自组织特性,在设计分布式网络时,与之相适应的多址接入协议的好坏直接关系到系统的工作效率。典型的多址协议有固定分配、随机多址和轮询接入三种。目前,在分布式无线网络中使用的多址协议大多是基于带冲突避免和冲突分解的随机多址接入技术。随机多址接入技术可以克服固定分配多址协议中的资源浪费问题,然而,当用户数或业务量增加时,分组碰撞的概率也会随之增大,从而信息分组的平均等待时间变长,降低网络的吞吐量;采用传统的轮询方式可以避免分组碰撞的情况,并能保证多点大业务时系统稳定的吞吐量,但是在小业务量和业务量不均衡的情况下,由于无选择的依次服务,又会增大系统的时延。因此,研究多址协议对提高AdHoc网络的性能有着重要意义,文中作者重点研究了基于轮询接入的多址协议。 本文深入研究的内容:系统数学模型和相关性能参数解析式,为媒体接入控制协议MAC的应用和性能测试提供理论依据;基于分布式并行策略的轮询方式的多址协议的控制机制、接入方法、服务规则等。取得的创新性成果如下: (1)提出了分布式并行控制机制 轮询是宽带无线网络MAC层重要的服务策略,能够提供较强的系统稳定性和高的系统吞吐量。本文提出了适用于移动AdHoc网络的分布式并行控制机制,解决了传统轮询网络如PCF以及无线令牌环协议WTRP中查询转换时间对系统性能的影响。 (2)提出分布式并行无线轮询协议,建立了系统的数学模型本文采用嵌入Markov链和概率母函数的分析方法,用限定服务规则进行系统建模,推导分布式并行无线轮询接入协议DPWPAP的数学模型,得出各项性能参数指标的解析式。理论分析和实验结果一致,效果良好。 (3)提出了基于通信节点状态检测结果进行选择性服务的分布式并行MAC协议 在DPWPAP基础上,本文提出了基于动态优先级的缓冲区队列参数控制的分布式并行MAC协议DP-BSCP,并分析了各优先级队列的性能。理论分析和实验表明,该协议适合具有不同业务类型的综合服务系统。 (4)提出了适用于分布式并行AdHoc服务器网络的混合服务规则的MAC协议DPACP 针对分布式并行AdHoc服务器网络,并根据应用环境,给出了2种网络服务模型和控制机制,即AP工作方式DPACP-AP(对称系统)和对等工作方式DPACP-PP(非对称系统)。实验表明,DPACP能够有效地使用有限的带宽,满足不同业务不同性质节点的QoS需求,为分布式并行服务器开辟了一个新的应用领域。
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