一种具有可靠控制信道的动态混合认知无线电自组织网络MAC协议

摘要

随着无线技术的不断发展，无线频谱资源的需求越来越大，然而现有的频谱固定分配政策使得无线频谱资源变得日益短缺。同时频谱资源在一些频段上存在着利用率低的现象，比如模拟电视频段;在一些频段上使用率很高，比如移动通信频段;在一些频段上已经拥挤不堪，比如ISM频段。现有的频谱资源大部分已经分配，当新的无线应用和无线技术出现时，很难有足够的频谱资源来满足新的需求。
　　认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术能够有效的解决上述问题。CR是一种智能频谱共享技术，能够动态感知无线环境中的频谱空穴，并合理加以利用。因此在无线网络中，利用CR的优势解决网络中频谱资源紧张的方法便应运而生。
　　认知无线电网络（Cognitive Radio Network，CRN）是一种能够对外部无线电环境感知，并且具有自适应调节功能的网络。在CRN中每个节点都集成了无线认知模块，能够动态感知周围的无线环境，发现频谱空穴，并通过一定的机制合理的利用该资源。高效率的、可靠的MAC协议是实现这些功能的关键技术之一。现有的无线MAC协议并不适用于信道动态变化的状况，而且在CRN中次级用户不能干扰主用户使用授权信道，因此需要新的MAC方案来适应这种情况。相对比蜂窝架构的CRN，自组织架构的CRN由于没有基础设施的支持，其MAC协议的研究更具有挑战性。
　　本文以认知无线电自组织网络（Cognitive Radio Ad Hoc Network，CRAHN）MAC协议为研究目标，寻求更加有效地解决控制信道选择和动态信道分配等问题的方法。
　　首先，本文对CRAHN做出了相关阐述，并介绍了几种现有的MAC协议。
　　其次，本文指出了现有相关协议的不足之处，并在其基础上提出了一种具有可靠控制信道的动态混合认知无线电自组织网络MAC协议，简称RCCDH-MAC。该协议在OMC-MAC和DDH-MAC的基础上做出了大量的改进，RCCDH-MAC是一种动态混合MAC协议，采用双天线模式，一个用于实时感知频谱空穴，另一个用于数据传输;信道编号、空闲信道列表和公共空闲信道列表保存在表Channel-Table中，Channel-Table保存在网络内每个次级用户上;协议前期通过公共控制信道交换控制信息，当主用户重新占用数据信道或者其他因素导致数据发送失败时，引入辅助公共控制信道选择机制，该机制实现了辅助公共控制信道的自动同步过程;辅助公共控制信道选择机制使得动态控制信道的选择具有更高的可靠性;同时为了尽量避免碰撞，RCCDH-MAC引入了退避机制。
　　本文通过理论和仿真对新的MAC协议做出了分析，理论和仿真结果表明新的MAC协议相对比现有协议在吞吐量和平均传输延迟上有所改善，提高了网络的性能。
　　最后，对全文的工作进行了总结与展望。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 相关工作

1．3 论文主要内容及章节安排

第二章 认知无线电自组织网络MAC协议基础

2．1 认知无线电网络概述

2．1．1 认知无线电网络

2．1．2 认知无线电网络架构

2．2 IEEE 802．11 MAC协议

2．2．1 帧间间隔(IFS)

2．2．2 RTS／CTS机制

2．2．3 分布式协调功能(DCF)

2．3 多信道频谱接入技术

2．3．1 单天线多信道MAC协议

2．3．2 多天线多信道MAC协议

2．4 认知无线电自组织网络MAC协议

2．4．1 DDH-MAC协议

2．4．2 OMC-MAC协议

2．5 本章小结

第三章 一种具有可靠控制信道的动态混合认知无线电自组织网络MAC协议

3．1 问题的提出

3．2 RCCDH-MAC

3．2．1 公共控制信道竞争阶段

3．2．2 数据传输阶段

3．2．3 辅助公共控制信道选择机制

3．3 本章小结

第四章 协议仿真和性能分析

4．1 仿真场景及参数设置

4．2 性能评价指标

4．3 理论分析

4．4 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第五章 工作总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间研究成果