基于协同通信的移动自组网关键技术研究.pdf

摘要

移动自组网（MobileAd-HocNetworks,MANET）是一种不依赖于现有网络基

础设施的无中心多跳网状网络，因为其分布式、部署成本低、自适应能力强等优点，

被越来越广泛的应用在军事通信、应急救援以及环境监测等场景中，但是无线信道

的衰落和时变特性造成了传输性能下降，使得传统自组网无法满足部分场景通信

需求。协同通信技术可以在避免信道冲突的同时充分利用空间分集改善传输性能，

但其苛刻的协同条件极大的限制了协同技术在移动自组网中的应用。基于随机相

位旋转的协同通信技术结合现代纠错编码和相位抖动，能够以较低的协同代价避

免信道冲突并带来空间分集增益，在此背景下，本文研究了基于协同通信技术的移

动自组网，并对单播和广播场景下的网络方案进行了优化和改进。

阻继网络(BarrageRelayNetworks,BRNs)结合基于随机相位旋转的协同通信技

术，通过受控拦截区域(ControlledBarrageRegions，CBR)建立算法建立协同路径，

是一种低延时、低开销和高可靠的移动自组网单播网络，但协同路径中过多的协同

节点带来了低用户容量以及高平均功耗问题。本文将VBF(VectorBasedForwarding)

地理路由协议中的“路由管道”概念与阻继网络中受控拦截区域建立算法结合，通

过地理位置参数限制过多转发节点，提出基于地理路由协议的阻继网络优化方案。

仿真结果表明，优化方案能够明显增加阻继网络的用户容量，降低平均功耗。

目前移动自组网中的广播方案大多基于载波侦听多址访问协议（CSMA）避免

信道冲突，这些广播方案在较低任务负载时有着良好的网络性能，但当传输负载增

加或节点密度较高时，数据冗余、信道冲突等问题导致广播方案性能下降明显。针

对这些问题，本文提出基于协同通信的广播网络方案。该广播网络方案结合协同通

信技术与动态时隙分配技术，分为竞争、时隙分配、数据传输三个阶段。竞争阶段

利用基于CSMA的广播网络在低负载下的传输优势洪泛少量竞争报文，分配广播

权限；时隙分配阶段利用动态时隙分配算法结合协同通信技术完成节点的时隙分

配；数据传输阶段利用协同通信带来的传输优势，节点间能够避免信道冲突，充分

利用信道资源进行数据发送。将三个阶段周期化，解决节点移动带来的网络拓扑动

态变换问题。仿真结果显示，基于协同通信的广播网络方案相较于传统广播方案在

网络负载、投递率、传输延时等方面有明显优势。

关键词：移动自组网，协同通信，阻继网络，广播网络，TDMA

ABSTRACT

Mobileadhocnetworks(MANET)isacenterlessmultihopmeshnetworkthatdoes

notdependontheexistingnetworkinfrastructure.Becauseofitsadvantagesof

distribution,lowdeploymentcostandstrongadaptability,itismoreandmorewidelyused

inmilitarycommunication,emergencyresponseandenvironmentalmonitoring.However,

inpracticalapplication,thefadingandtime-varyingcharacteristicsofwirelesschannel

leadtothedeclineoftransmissionperformance,whichmakesthetraditionaladhoc

networkunabletomeettheneedsofhigh-speedcommunication.Cooperative

communicationtechnologycanmakefulluseofspatialdiversitytoimprovetransmission

performance,butitsharshcooperativeconditionsgre