移動自組織網(wǎng)絡(luò)是一種無需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、可以自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆植际綗o線網(wǎng)絡(luò),因?yàn)槠渥越M織的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于軍事、救災(zāi)等領(lǐng)域。移動自組織網(wǎng)絡(luò)利用無線信道進(jìn)行通信,因此無線信道的廣播特性和自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式控制特點(diǎn)使得為自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一個高效的MAC(Multiple Access Control)協(xié)議變得十分困難。TDMA(Time Division Multiple Access)協(xié)議具有較高的吞吐量,但是在傳統(tǒng)的單信道移動自組織網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)工作在半雙工的方式,多跳的情況下端到端時延仍然難以得到保障,因此通過使用多個獨(dú)立的信道,節(jié)點(diǎn)可以工作在頻分全雙工的方式。節(jié)點(diǎn)在不同信道上同時收發(fā)數(shù)據(jù)可以顯著降低多跳情況下的端到端時延,而且網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也會得到提升。本文研究節(jié)點(diǎn)發(fā)送機(jī)會更大的鏈路調(diào)度問題。本文首先分析了多信道鏈路調(diào)度的相關(guān)問題,然后參考圖論的知識建立了多信道鏈路調(diào)度的模型,并使用這些模型求解出多信道鏈路調(diào)度的數(shù)量上限,為后文的分布式鏈路調(diào)度算法提供了理論參考。最后,針對現(xiàn)有多信道鏈路調(diào)度算法存在的問題,本文提出了一種基于預(yù)約的分布式多信道TDMA鏈路調(diào)度算法—BR-DMC(Based on Reservation-Distributed Multi-channel)鏈路調(diào)度算法。算法使用多個獨(dú)立的信道使節(jié)點(diǎn)工作在頻分全雙工的方式,采用三步握手的預(yù)約方式保證了鏈路調(diào)度不存在沖突。算法在公共信道上為每個節(jié)點(diǎn)分配固定時隙,使得每次預(yù)約成功之前仍然有時隙可以發(fā)送數(shù)據(jù),一旦預(yù)約成功則使用動態(tài)時隙進(jìn)行發(fā)送。算法還可以根據(jù)鏈路上業(yè)務(wù)量的變化來不斷進(jìn)行動態(tài)時隙的預(yù)約和釋放。BR-DMC算法在時分復(fù)用和空分復(fù)用的基礎(chǔ)上增加了頻分復(fù)用,增加了同一時隙所能調(diào)度的鏈路數(shù),增大了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,降低了節(jié)點(diǎn)的接入時延。本文使用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET對BR-DMC鏈路調(diào)度算法進(jìn)行了仿真,觀察負(fù)載對網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時延以及同時隙下所能調(diào)度的鏈路數(shù)的影響。首先在靜止場景的不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎?觀察增加可用信道數(shù)對協(xié)議性能的影響,以及與USAP-MA協(xié)議和TFMAC協(xié)議進(jìn)行對比來觀察不同協(xié)議間的性能差異。最后在移動場景下,進(jìn)行各協(xié)議的移動性分析以及協(xié)議間的對比分析。仿真的結(jié)果表明BR-DMC鏈路調(diào)度算法有效地降低了端到端時延,提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,增加了同時隙下能夠調(diào)度鏈路的數(shù)量,驗(yàn)證了算法的優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

靈活的移動性，這就造成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩嘧冃�，但是移動自組織網(wǎng)絡(luò)仍然可以保證節(jié)點(diǎn)之間的正常通信，所以移動自組織網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、救災(zāi)以及軍事等領(lǐng)域。圖1.1 移動自組織網(wǎng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)不同于其它網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)如下[2]：（1）網(wǎng)絡(luò)不包含集中管理設(shè)施：移動自組織網(wǎng)絡(luò)沒有專門的集中管理設(shè)施，所有的節(jié)點(diǎn)具有同等的地位。各個節(jié)點(diǎn)擁有一套完整的協(xié)議棧，相當(dāng)于一臺獨(dú)立的主機(jī)，只不過由于節(jié)點(diǎn)還可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，相當(dāng)于多了路由的功能。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的獨(dú)立性，所以即使某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障也不會影響其它節(jié)點(diǎn)的功能，使網(wǎng)絡(luò)不易被毀壞，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

節(jié)點(diǎn)模型和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錈o關(guān)，網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)都具有相同的節(jié)點(diǎn)模型，即相同的協(xié)議棧，下圖為本算法的節(jié)點(diǎn)模型：圖4.2 算法的節(jié)點(diǎn)模型圖 4.2 中包含多種不同的模塊，各模塊之間通過有向的線段相連，線段的方向表

進(jìn)程負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)一些相關(guān)的信息并進(jìn)行計(jì)算，得出例如網(wǎng)絡(luò)的吞吐量要指標(biāo)。進(jìn)程負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行模擬，包括對來自上層的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分組的幀進(jìn)行重裝、提供路由、上傳數(shù)據(jù)到 sink 進(jìn)程等功能，本文對其行介紹。a 進(jìn)程比較核心，除了需要完成節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)、時隙和信道資源的劃之間的數(shù)據(jù)交互、為物理層提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能，本文設(shè)計(jì)的為鏈預(yù)約和釋放功能也需要由此進(jìn)程來完成。本文的鏈路調(diào)度算法使用多個獨(dú)立的收發(fā)信機(jī)，所以 tdma 模塊需 4 臺）發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相連。上圖中右下角的連接框展示了 tdma不同收發(fā)信機(jī)之間的數(shù)據(jù)流向。） tdma 進(jìn)程模型本文提出的鏈路調(diào)度算法服務(wù)于 tdma 進(jìn)程，所以下文只對 tdma 進(jìn)機(jī)做出詳細(xì)介紹，不對其它進(jìn)程內(nèi)部的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行介紹。

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本文編號：2827639