基于分时协商的认知网络MAC协议研究与实现

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认知网络中的MAC协议规定了通信节点对无线频谱资源的分配与接入方式，对网络节点间的通信性能有较大影响。在分布式的网络体系结构中，节点往往通过全局信息来进行频谱分配，但这需要较多额外的通信开销且影响网络灵活性，而为了完成信道接入一般要求节点在数据传输的同时持续的侦听控制信道，对节点通信能力要求较高且可能造成控制信道带宽的浪费。目前针对认知网络MAC协议的研究大部分仍停留在理论研究或仿真实验阶段，并未对研究内容进行物理实验验证。本文针对目前研究现状中存在的上述题目，进行了分析并展开以下工作。论文根据认知网络的特点，从时隙划分、信道接入、传输控制三方面考虑，设计并实现了认知网络中分时接入MAC协议。协议采用节点竞争发送信标帧的方式完成传输时隙的划分，达到节点间的时间同步，采用物理载波侦听和虚拟载波侦听相结合的方法来完成信道接入，并通过握手机制保证通信的可靠性。为了进一步提高协议性能，论文在协议中加入了信道分配过程中的信道选择及带宽调节。通信双方会综合考虑信道选择给整个网络环境带来的干扰，选择产生干扰最小的信道作为此次协商的结果，用于本时隙内的数据传输。另外为了适应不同的节点密度，充分利用有限的频谱资源，论文研究并实现了以节点吞吐量为优化目标的带宽调节，通过网络中节点规模来选择适当的带宽进行传输。论文在上述工作的基础上，设计并实现了基于物理节点的认知网络分时协商MAC协议。通过使协议工作在通信能力有限的物理节点上来验证真实无线通信环境下协议的工作性能。仿真实验结果表明，论文提出的基于分时协商的认知网络MAC协议具有良好的公平性，节点能够在加入网络后获取该场景中的带宽等参数，并完成时间同步。与随机频谱分配协议相比较，本文提出的MAC协议可以获得更好的网络吞吐量及信道利用率。在加入信道选择后，协议能够更好地适应高负载网络环境；在加入带宽调节后，协议在低密度网络环境中的吞吐量和信道利用率均有提高。基于物理节点的协议实现及验证表明协议能够适应真实无线频谱环境，完成信道分配及信道接入功能。

基于分时协商的认知网络MAC协议研究与实现

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