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在物联网时代,面对终端数量和业务容量的爆炸式增长,单纯依靠集中式的蜂窝移动通信技术已不能完全满足应用需要。分布式无线网络不依赖基础设施,具有组网灵活便捷、抗毁性强等优势,弥补了集中式组网的缺陷,因此得到越来越广泛的应用,并被认定为物联网的主要关键技术之一。 然而,分布式无线网络无中心、自组织的特点,也使它面临了一些特殊问题,如信道接入效率低、节点公平性差、服务质量(QoS)保证困难等。本研究通过开展分布式无线网络随机信道接入技术研究,提高网络的信道接入效率、公平性和业务服务质量保障能力,为未来网络的发展与应用提供技术储备与参考。 本研究的主要内容和贡献包括以下几个部分: 1.提出了一种基于泊松分布的信道接入模型。该模型从单次信道竞争的角度出发,利用泊松分布模型,对802.11DCF基础模式和RTS/CTS模式两种接入过程进行了建模分析,并利用幂等数列理论对模型推导的关键步骤进行合理约简,在保证精确性的同时,使模型公式清晰、简洁。与已有模型相比,本模型不仅计算简单,而且更有助于把握关键影响因素,特别是明确列出了若干个与节点数无关的可观测参数最优值公式,对分布式无线网络的系统设计、性能分析和算法优化具有重要指导意义。 2.提出一种自适应竞争窗口退避(ACWB)算法。该算法在信道接入模型基础上,利用最佳连续退避时间的平稳性,实现了竞争窗口的分布式最优化调整,并综合采用连续时域平滑、双门限判决、自适应线性步进调整等方法优化竞争窗口(CW)调整算式,提高了系统吞吐量和节点公平性。 3.提出一种全反馈竞争窗口调节(FCWA)算法。该算法在ACWB算法基础上,利用RTS/CTS接入和基于全反馈思想的CW扩散机制,有效解决了最优化退避算法中普遍存在的时变报文长度影响问题和反向竞争窗口调整问题,进一步提高了时变网络下的系统吞吐量和节点公平性。 4.提出一种面向多优先级QoS保障的带内忙音接入(IBT)机制。该机制利用一个带内忙音信号实现信道接入的优先级预约,提高了基于优先级的业务QoS保障能力,为解决传统多优先级接入机制中长期存在的非确定优先级接入问题和实时业务流容量受限问题提供了一种新的思路。 5.提出了一种基于忙音的多优先级接入(PABT)机制。该机制融合了忙音接入和最优化退避算法的优势,通过带内忙音预约,实现了确定优先级接入,同时通过独立最优化CW调整,提高了系统吞吐量和公平性,并实现了实时业务流容量的进一步提升。