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                        您的位置> 我就爱电子网 维修技术 家电维修 单元电路介绍 通信电路路由特性对IEEE 802.11 DCF多跳网络容量的影响 -- 正文
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                        路由特性对IEEE 802.11 DCF多跳网络容量的影响

                        [03-27 05:28:09]   来源http://www.mkld.icu  通信电路   阅读9612

                        概要(其中最主要的是网络中MAC协议的差别)笔者认为对于网络性能所进行的分析应根据?#23548;?#30340;网络条件来进行不存在普遍适用的准则在多跳网络中路由协议和MAC协议的互动会对网络性能产生很大的影响因此将这两个层次的技术结合起来进行性能分析是必要的近年来IEEE 802.11已经成为无线局域网中一个主要的国际标准其中基本的接入机制是分布式协调功能(DCF)随着Ad Hoc网络技术在军事商业等领域的应用IEEE 802.11DCF作为主流接入协议之一受到了更多关注因此本文研究的多跳网络则基于这种MAC协议使用数学分析方法研究了在IEEE 802.11 DCF多跳网络中路由策略和节点传输半径设置对网络容量的影响问题1 路由特性对多跳网络容量的影响在多跳网络中主要有两种不同的因素会对最终生成的路由长跳短跳特性产生影响(1)节点功率(传输半径)设置的影响如果节点功率设置较低传输距离较短必然会造成传输路由为短跳路由这会对网络容量带来双重影响有利的方面包括小的传输距离意味着信道的空间复用能力提高网络中可以有更多的传输同时发生节点传输范围内的平均邻节点减少由于分组碰撞而导致传输失败的概?#22987;?#23567;不利的方面则是分组需要更多的跳数才能到达最终的目的节点传输过

                        路由特性对IEEE 802.11 DCF多跳网络容量的影响,http://www.mkld.icu
                        0  引言

                        对于Ad Hoc或传感器网络这样的多跳无线网络来说信源节点与信宿节点通常不在对方的传输覆盖范围内因此在传送信息时需要经过中间节点的转发在转发过程中对路由的选择可以有两种策略短跳路由策略即数据转发过程使用由多个短距离链路组成的路由长跳路由策略即数据转发过程使用由少量的长距离链路组成的路由

                        不同路由策略对网络传输容量带来的影响是一个值得关注的问题对此一些研究给出了不同的观点文献[1]认为在一个干扰受限的网络中每跳的距离越短网络的传输容量越高文献[2-4]则从分析网络干扰的角度研究了长跳短跳路由问题认为网络中可能存在一个最佳的传输半径设置能够使网络的容量达到最大尽管这些文献的观点并不相同但是它们之间并不存在直接的对立原因是它们所假设的网络条件不同(其中最主要的是网络中MAC协议的差别)笔者认为对于网络性能所进行的分析应根据?#23548;?#30340;网络条件来进行不存在普遍适用的准则

                        在多跳网络中路由协议和MAC协议的互动会对网络性能产生很大的影响因此将这两个层次的技术结合起来进行性能分析是必要的近年来IEEE 802.11已经成为无线局域网中一个主要的国际标准其中基本的接入机制是分布式协调功能(DCF)随着Ad Hoc网络技术在军事商业等领域的应用IEEE 802.11DCF作为主流接入协议之一受到了更多关注因此本文研究的多跳网络则基于这种MAC协议使用数学分析方法研究了在IEEE 802.11 DCF多跳网络中路由策略和节点传输半径设置对网络容量的影响问题

                        1  路由特性对多跳网络容量的影响

                        在多跳网络中主要有两种不同的因素会对最终生成的路由长跳短跳特性产生影响

                        (1)节点功率(传输半径)设置的影响

                        如果节点功率设置较低传输距离较短必然会造成传输路由为短跳路由这会对网络容量带来双重影响有利的方面包括小的传输距离意味着信道的空间复用能力提高网络中可以有更多的传输同时发生节点传输范围内的平均邻节点减少由于分组碰撞而导致传输失败的概?#22987;?#23567;不利的方面则是分组需要更多的跳数才能到达最终的目的节点传输过程中出现失败而丢弃分组的概率增加为完成同样数量的端到端业务传输网络节点的平均转发?#38382;?#22686;加致使网络内部更加繁忙这在?#27426;?#31243;度上抵消了由于空间复用能力增加而带来的好处如果节点功率设置较高则情况相反

                        (2)路由策略的影响

                        在网络节点功率设置?#33539;?#30340;情况下不同的路由策略?#19981;?#36896;成最终生成的路由特性不同倘若发送节点使用的路由协议(或策略)倾向于选择距离自?#33322;?#30340;邻节点作为下一跳的转发节点则最终生成的路由必然是短跳路由反之则会导致长跳路由

                        路由协议对网络性能的影响可参照图1来说明在多跳网络中基于载波监听的MAC协议(如IEEE 802.11 DCF)都需要面对隐藏终端问题当节点S发起传输后处于节点D独占区(用B(SD)表示)的节点无法监听到节点S的信号因此可能在此次传输进行期间发起新的干扰传输造成SD之间传输失败显然B(SD)区域的面积越大隐藏终端的数量越多传输失败概率也就越大?#27426;B(SD)区域的面积大小则受到路由策略的影响


                        基于以上原因在多跳网络中对于MAC层性能的研究应结合特定的路由策略以及功率控制方案来进行才更有意义此外虽然路由策略和节点功率设置都可能造成路由的短跳长跳特性变化但是这两种因素对网络性能的影响机制是有差别的例如当节点的发送功率?#33539;?#26102;改变路由策略可以造成路由长跳短跳的特性不同但通常对网络中信道的空间复用能力没有影响在进行研究时应该对这两种因素的影响进行区分

                        本文所进行的研究基于如下的网络条件假设

                        (1)网络范围无限大忽略边际效应的影响

                        (2)节点依照密度为的2维?#27492;?#28857;过程分布

                        (3)MAC层接入协议使用IEEE 802.11 DCF

                        (4)网络处于饱和条件下每个节点在任?#38382;?#20505;都有等待发送的分组

                        (5)业务均匀每个节点等概率地向其他所有节点发送且业务量相同

                        (6)所有节点拥有相同的传输半径R节点的平均邻节点数量为n=˦R2

                        (7)网络节点使用相同的路由协议不考虑多种路由策略混合使用的问题

                        一些研究多跳网络的工作中使用节点的(一跳)吞吐量作为衡量网络性能的尺度?#27426;?#36825;一个适用于WLAN的指标无法反应出多跳网络中的一些特性在文献[23]中使用了平均发送前进量为指标来衡量网络性能较好地解决了这一问题但由于这些文?#36164;?#38024;对slotted ALOHA协议的网络其定义平均发送前进量时用到的时隙概念并不适合IEEE 802.11 DCF的?#23548;是?#20917;因此本文重新定义平均前进量为在单位时间内一个节点能够成功发送的分组数量与这些分组在前进方向上前进距离之积的期望值该指标综合考虑了传输距离与传输成功率之间的折衷问题显然该值越大表明网络?#24615;?#19994;务的能力越强

                        2 数学分析模型描述

                        ?#28304;?#25552;出IEEE 802.11以来对它的性能分析成为?#25628;?#31350;焦点其中文献[7]开创性地使用基于Markov链的模型来描述[EEE 802.11 DCF所有的指数退避协议细节构造单跳全连通网络下的协议分析模型由于该模型具有很好的结构和精确性使得其后很多关于WLAN网络的研究主要基于该模型并且产生了很多改进和变型的分析模型

                        文献[10]在文献[7]的基础上进行改进考虑了多跳环境下节点的空间分布隐藏终端空间复用等因素对分组传输成功概率的影响使得该模型能够被用于进行多跳网络本?#33041;?#35813;模型基础上进行网络容量分析该模型最终可表达为一个方程组对其求解后可得到所有变量值其中包括变量ӣ表示网络节点在一个空闲时隙内发送分组的概率变量p表示发送分组失败的概率变量?#36965;?#34920;示网络节点监测到一次空闲时隙的平均时间间隔模型推导过程不是本文主题不再详述仅解释其中与本文研究目标相关的几个重要控制?#38382;?12)的物理意义

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