无线自组织网协同同步方法与信道接入技术研究

【摘要】无线自组织网络(Adhoc)是一种无中心、多跳、分布式部署的无线网络,具有可快速、独立组网的特点。无线自组织网络的通信节点之间独立平等,无需固定设备支持,因此抗毁能力较强,可适应多种情况需求,具有广阔的应用前景。无线自组织网络的信道接入(MediaAccessControl)协议掌管节点如何获取信道,对网络性能有着重大影响。和基于竞争的协议相比,基于时分的接入协议有着时延可控、无冲突传输等优势。但在提高基于时分的接入协议性能时,仍有两个难点需要解决：如何保证全网时间同步以及如何提高网络吞吐率。在基于时分的分布式协议中,时间同步是实现其他功能的重要前提,因此研究网络的同步速率具有重大意义。当分布式网络中出现同步异常节点时,将无法实现全网收敛同步,如何快速检测出异常节点是保证全网同步的一个难题。此外,提高网络的吞吐率也是改善无线自组网性能的一个重要方面。针对上述无线自组织网络的特点,本文对其MAC层时间同步问题和信道分配问题进行了深入的研究。借鉴复杂网络研究方法,考察了网络拓扑结构对网络同步速度的影响；提出了基于统计相关的同步异常检测算法；此外,论文以跳频预留多址接入(HRMA)协议为基础,研究分析了多信道接入协议的吞吐率性能。论文的主要工作如下：(1)复杂网络领域的研究发现网络的拓扑结构对网络的同步收性能度有着较大影响。因此本文借鉴复杂网络研究同步问题的方法,分析无线自组网拓扑结构对同步的影响,重点考察了网络的介数和结构熵在表征网络收敛速度时的作用。(2)若自组织网络采用分布式的同步算法,那么节点的时间状态值只由自身和邻居节点的状态决定,无法获知全网信息。因此如果有一个节点发生异常时,将导致整个网络无法同步收敛。本文针对这个问题提出了一种基于统计学相关性分析的算法,通过计算节点间时间状态的相关性强弱来寻找状态异常的节点。仿真结果表明,在缓冲区长度、节点密度、通信半径三个参数中,缓冲区长度对检测能力的影响最大,只要缓冲区足够长,便可实现在任意节点密度和通信半径情况下的准确识别。当缓冲区一定时,节点密度越大则识别能力越弱。随着节点覆盖半径的增大,识别性能会先降后升。(3)论文针对HRMA协议使用固定退避窗口,在高负载情况下吞吐性能下降的问题,引入二进制指数退避(BEB)算法,使得改进后的HRMA协议在高负载下仍能保持较高吞吐率。并分析了在多信道情况下,不同参数对协议吞吐率的影响,并给出了理论公式。通过仿真结果的分析表明,改进后的HRMA协议在达到吞吐峰值后仍能保持吞吐率不下降。且使用较大的平均分组长度,能提高系统的吞吐率；系统节点数小于可用信道频率数时,节点越多,则系统性能越差。
【作者】钱静丰；
【导师】杨琦；
【作者基本信息】厦门大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线自组织网络；时间同步；收敛速度；异常检测；信道分配；

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