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随着无线通信技术的发展,Ad Hoc网络以其分布式、快速组网、快速愈合的特点,特别适合于在复杂的战场环境中组建临时通信网络。在利用超短波跳频电台组建的分时系统自组织网络中,时隙的分配策略控制着网络中节点的无线信道共享方式和信道资源的分配方式,所以TDMA时隙分配策略的优劣将直接影响系统的端到端时延和吞吐量等性能表现。
本文主要研究TDMA动态时隙分配的信道接入方式在超短波跳频电台组网中的应用。根据超短波跳频信道、无线传输和自组网的特性,针对TDMA方式所面临的问题:隐藏终端、信道利用率、节点公平性、短帧以及时延较长等,本文提出了一种新的TDMA动态时隙分配算法来减少它们对系统性能的影响。
本文对现有的TDMA动态时隙分配协议进行了分析。经典的动态时隙分配算法包括预约制的五次握手预留协议FPRP和跳频预留多路访问协议HRMA,分配类的动态时隙分配算法包括统一时隙分配协议USAP和时间扩展多路访问协议TSMA。其中TSMA不依赖于拓扑,但其分配方式的系统开销大,吞吐量小;其它三种协议都依赖于两跳距离邻居的拓扑,其中USAP协议在系统吞吐量和数据报文的无冲突传输等方面具有良好的表现,但USAP在系统接入时延方面表现欠佳,其原因在于对空闲时隙的使用策略有一定缺陷:该协议在空闲的时隙中随机选择一个时隙进行申请,这样易造成申请失败和漏申请,从而造成信道的接入时延较长。
针对超短波跳频通信的特点,本文提出了基于竞争的按需分配协议(CB-ODAP),该协议是在USAP协议的基础上,在竞争阶段引入p坚持的Slot-ALOHA算法。论文在对p坚持Slot-ALOHA理论分析的基础上,建立了p坚持Slot-ALOHA的OPNET仿真模型,理论与仿真结果说明当p值取网络中活动节点数的倒数时,可以得到最大的系统吞吐量1/e。另外本文还设计了一种p值根据空闲时隙和总时隙的比例动态变化的实验,实验结果表明p值将逐渐趋向于发送节点数的倒数,这样可使系统达到最大吞吐量。所以p坚持的Slot-ALOHA可以提高信道接入成功率,减小系统的接入延迟。最后利用OPNET对CB-ODAP进行协议的实现并与USAP协议进行比较,结果显示CB-ODAP协议提高了信道接入率,降低了接入时延。