1、毕业论文文献综述 计算机科学与技术 一种基于 SOTDMA 的无线自组网信道接入方法 1 前言 Ad Hoc 网络，又称为自组织网络，是不依赖于网络基础设施，移动节点之间通过无线通信相互协作进行路由，临时构成的一种多跳无线通信网络。这种网络具有机动性高、部署快速等诸多特点，可应用于现代化战场、救灾、会议等许多场合，因而引起了军方和学术界的广泛关注。尽管如此，这种网络还存在诸多问题，特别是信道接入协议，目前 MAC 层还有许多问题未解决，比如、节点移动的影响、不同信道共享方式、 MAC 相关的无线接收问题等，其中，隐藏终端和 暴露终端问题一直存在于 AD Hoc 网络中，是当今主要研究问题。 1
2、 本文是对移动 Ad Hoc 网络 MAC 接入技术的一种探索性研究。通过本课题的研究，可以对移动 Ad Hoc 网络 MAC 接入技术的性能和特点有清楚的了解，同时，本文所做的工作也为移动Ad Hoc 网络 MAC 接入技术的进一步研究提供一定的帮助。 2 2 Ad Hoc 网络概述 Ad Hoc 网络又称为自组网、自愈网，是一种对等网络。它不依赖于固定的基础网络设施，并且网络中各节点的地位平等，无中心控制节点，是一个分布式系统。它可以由无线移动终端在一定的范围 内自由搭建。 “Ad Hoc“一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的”。由于自组网快速、灵活，使用方便，目前 Ad Hoc 网络
3、已经成为移动通信技术向前发展的一个重要方向，并将在未来的通信技术中占据重要地位。 3 与其它通信网络相比，移动 Ad Hoc 网络的主要特征主要有以下几点： (1)网络自主性。 (2)动态拓扑。 (3)带宽有限，链路容量易变。 (4)节点能量有限。 (5)多跳通信。 (6)分布式控制。 (7)安全性有限。 3 Ad Hoc 网络中的 MAC 协议 在无线自组网中，数据链路层占据着十分 重要的地位，它分为 MAC 层和 LLC 层。 LLC 层负责向网络提供统一的服务，用于屏蔽底层不同的 MAC 方法 4。 MAC 层决定了数据链路层的绝大部分功能，其主要的功能是解决对共享信道接入的控制问题。
4、MAC 协议可以分为同步协议和异步协议两类。在同步 MAC 协议中，所有节点需要确保时间的同步。异步 MAC协议采用分布式的控制机制，其信道接入多是基于竞争模式的。早期的 Ad Hoc网络常采用同步通信技术，如 TDMA 时分复用 5，在 TDMA 时分复用中不同的节点占用不同的时隙，每一个节点所占用的时隙是周期性地出现（周期时间由 帧长度决定）。这种方法能够在一定程度上保证信道接入的公平性，但是需要确保时钟的同步、时隙的合理分配和调度，但是当网络中节点的数量较多时，用这种方式实现就非常困难，所以目前多数 Ad Hoc 网络都采用异步信道共享技术。异步共享接入可以分为受控接入和随机接入两种方式
5、。其中，受控接入包括令牌环技术 (token-based)和轮询技术 (multiple access)。但是 Ad Hoc 是一种无中心的网络，所以 Ad Hoc网络不宜采用轮询接入。随机接入中较常使用的协议包括 ALOHA协议和 CSMA协议。 ALOHA 协议的基 本原理如下 :它允许站点在任何时刻进行广播。如果两个信号发生碰撞，各站点只需等待一段随机时间后重试。 ALOHA 特别适合于传播时延比较长的网络环境，如卫星通信 ;在地面链路中，一般使用 CSMA 接入协议来获得较高的信道利用率。 6 MAC 协议也可以分为发方驱动协议和收方驱动协议。收方驱动协议是由收方通知发方自己经准备好接
6、收数据，如 MACA-BI。发方驱动协议是发方通知收方自己有数据需要发送，如 MACA。现有的大多数协议都是发方驱动的，也有少数协议是棍合式的 7。 MAC 协议还可以分为单信道、双信道和多信道协议。单 信道协议中，所有的信号都在同一个信道上传给。为了减少冲突，可以把信道分成控制信道和数据信道，分别传输控制信号和数据信号，避免数据信号和控制信号的冲突。 ISM 频带是一个典型的多信道环境，采用多信道 MAC 协议更能适应 Ad Hoc 网络环境的要求。 8 4 DS-MAC 协议 DS-MAC 协议是基于双信道的无竞争的 MAC 协议，所谓无竞争，即所有自组网中的节点不是通过竞争争用信道而得到
7、发送数据的权力，而是利用控制信道进行广播，向所有网络中的节点发送信息以告知它们对这一个时隙的预约，同时建立一张时隙映像表，用来记录时隙 的预约状况，从而实现协议的无竞争 9。 DS-MAC 协议最重要步骤之一是网络中每个节点的时间同步，只有在时间同步的基础上，才能保证信道时隙预约，否则，时隙的预约就无意义了，会造成数据信道上数据发送的混乱。DS-MAC 协议中的每个节点都需要配备一部 GPS 接收机来保证时间同步，同时能报告节点的位置。在开始阶段，节点需要在控制信道中争用一个空闲时隙，以开始时隙预约。在争用到空闲时隙后，就按照如 DS-MAC 协议控制信道的时隙预约方法进行时隙的预约。 DS-
8、MAC 协议的另一个重要部分就是时隙映像表，节点根据时隙映像表 进行数据的发送，数据信道数据发送，该信道与广播信道的时隙选择策略相同，即也采用 SOTDMA10，只是每个节点把已经选取的 NTS作为基本数据信道 BCH（ Basic Channel），也就是 AISF（ AIS Frame）原有的超时 TMO（ Time Out）不再起作用。这里，每个 AISF 依然按照原来的发送速率（ RR）发送数据帧 11，这样就可以保持与原有的广播信道兼容。如果需要知道其他节点的广播信息，只需要侦听该数据信道内其他节点的时隙并周期性地取出 AISF 即可。从而做到无竞争发送数据，同时也能够解决低效率传输
9、问题，同时也为 QoS 问题提供了更好的支持。 12 5 总结 本文首先对无线自组网现状进行了介绍，说明了研究自组织网络的目的，对 MAC 接入协议的现状和问题进行了简单的分析，对 MAC 接入协议的技术原理进行了简单的归纳。讨论DS-MAC 协议的核心：自组织时分多址（ SOTDMA）技术，对其工作流程进行重点分析。并利用SOTDMA 技术和双信道通信的优点，提出了一种新的 MAC 接入技术： DS-MAC 协议。双信道不仅保证信道的可靠接入，而且达到了分布式组网的目的。不过在时隙均衡化、可预测的接入机制，与 IEEE802.11 的兼容性，时延的精确分析等方面，有待将来做进一步研究。参考资
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