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随着移动通信的迅速发展,移动通信业务从传统的话音业务向以Internet接入和多媒体业务为主方向发展的趋势已经清晰可见。未来移动通信的目标在于建立一个无处不在的全IP分组数据无线通信系统,联合优化时间、频率、空间、功率等资源,结合多媒体业务信道特性、多种服务质量需求和多用户应用环境,提供无缝连接的高质量无线服务。
同时,随着用户数的增长、多业务的发展,对无线通信网络的服务质量QoS提出了更多要求。面对越来越紧张的无线频谱资源,合理的MAC协议仍是改善无线通信系统性能并满足不同业务的QoS的关键。由于无线通信网络的随机多址接入技术具有在一定条件下能够有效占用通道资源,减小转接时延的特点,因此在无线通信网络中已得到了越来越广泛的应用。
然而,在卫星通信系统、无线分组网络和计算机通信网络迅速发展的今日,随机多址技术也面临着新的挑战和发展。多通道随机多址协议可使无线通信网络具备降低延时、增加吞吐量、充分利用通道资源和易于支持Qos等优点,因此,利用多信道随机多址协议,尽可能地提高频谱资源利用率,并根据各种优先级业务的服务质量要求合理分配资源,将对未来移动通信的发展起到深远的影响作用。国内外许多学者已对此作了大量研究,并取得一定成果。但研究重点主要集中在单一业务上,而对支持多种业务QoS的多通道随机多址协议的研究还很少。本文以多通道无线通信网络为研究对象,对带优先级控制的多通道随机多址MAC协议进行了深入的分析和研究。论文共分为四章。
第一章从ALOHA系列、CSMA系列及协议扩展三个方面分别阐述了随机多址协议的发展,并对无线传感器网络中的随机多址接入协议的发展进行了探讨,同时着重分析了多通道多址技术在无线通信网络中的应用。在此基础上,重点阐述了本论文研究内容的来源,提出本文的研究课题。
第二章从满足并提高无线通信网络中多种业务QoS的角度出发,完成了连续与离散时间控制的多通道CSMA(CSMCP)协议分析,设计了离散时间接入和连续时间接入相结合的方式,采用概率p的选择、负载均衡技术,对多通道优先级业务控制的随机多址系统进行了研究。由于综合了时隙式接入控制和连续时间型接入控制的优点,使得连续与离散时间控制的多通道CSMA系统的性能得到了提高。采用平均周期分析方法,对无线网络中负载均衡控制方式下的CSMCP协议进行了数学建模、理论分析与比较。从仿真实验的分析比较可以看出CSMCP协议进一步改善了系统吞吐量性能,同时,可保证较高的吞吐量以及支持多种业务的QoS需求。最后,通过对CSMCP,SPDMCMA,PDMCMA仿真比较,说明CSMCP协议有更优的系统吞吐量性能和负载能力,是一种更优越的接入协议。第三章在CSMCP的基础上,完成了自适应连续与离散时间控制的CSMA(SACSP)协议,在SACSP协议中,系统根据通道负载的轻重,自适应地动态调整检测概率P,使得轻负载时采用较大检测概率P,重负载时采用较小P值;以此来减少冲突发生的几率,提高系统的通道利用率,进一步改善系统QoS性能。通过系统建模分析了无线通信网络中SACSP控制协议下系统吞吐量解析结果。仿真实验结果表明理论分析和仿真实验的一致性与合理性。
第四章对全文的主要研究工作进行了总结,讨论了其中存在的问题以及今后继续深入的方向。