一种大规模时分复用无线自组织网络协议仿真与优化设计

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传统的移动自组织网络受限于技术和成本,大多采用单信道的竞争类MAC(Media Access Control)协议,当网络规模或网络负载变大时,网络性能急剧下降,且难以提供QoS支持。为了满足大规模节点同时通信、网络最大吞吐量12Mbps、分组投递成功率不低于90%和QoS支持的需求,本文提出了一种多信道TDMA自组织网络协议,主要研究内容如下:第一,通过对目前已有的自组网路由和MAC技术现状进行分析,提出了一种可满足需求自组织网络协议。为了满足最大吞吐量12Mbps的需求,该协议被设计为拥有8个跳频通道,其中通道1负责控制信息和数据信息的交互,通道2~7只负责数据信息交互。时间轴被划分为时帧,时帧又被分割成固定的时隙。在时隙结构划分中,每个节点都拥有专属的勤务(控制)时隙,通过信道监听、时隙预约和预约确认完成时隙的占用,这种设计有效的限制了控制信息的开销。第二,为了满足大规模节点同时通信的需求,需要设计一套时间同步方案。时间同步分为入网前的粗同步、精同步和入网后的信道周期同步。由于真实设备的时钟不够理想,运行久了会出现时间偏差,因此在时间同步时隙,全网节点进行信道周期同步。第三,设计了一种多信道时隙资源分配算法。节点通过时隙监听构建时隙状态占用表,通过时隙状态占用表计算信道占用率来确定预约的通道号和时隙号。并且通过对不同优先级业务预约的时隙数进行限制保障了QoS支持。同时设计了一种带有碰撞检测的路由申请方式,提高了分组投递成功率。本文利用MATLAB和NS3对提出的协议进行了仿真测试。在MATLAB上构建了仿真模型,完成了入网粗同步、入网精同步和信道周期同步的测试。在NS3上构建了仿真模型,对各项指标进行了性能分析。网络最大吞吐量设计目标为12Mbps,论文中达到了9.2Mbps;在静止状态,以及20个节点同时发送数据的网络负载下,分组投递成功率达到98%以上,在移动状态,以及20个节点同时发送数据的网络负载下,分组投递成功率达到94%以上;保障了QoS服务支持,关键指标皆达到了设计要求。
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