随着各种网络应用的发展,ad hoc网络已经渗透到生活的方方面面。流量的激增和网络服务的日益丰富,使得人们对其性能上的要求也日益提高。Ad hoc网络作为一种无控制中心的、无基础设施的自组织无线网络,得到了广泛的研究和应用。为了提高ad hoc网络的传输效率和可靠性,本文分别从两类经典的ad hoc网络(无线传感器和车辆自组织网络)入手,进行了一系列的研究,并相应地提出了改进版的CSMA机制。本文第1章总体介绍了本文的研究背景和本研究的主要内容。本章也同时回顾了ad hoc网络和CSMA机制的发展历史,并详细介绍了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)、车辆自组织网络(Vehicular ad hoc networks,VANETs),以及多信道ad hoc网络的研究现状。第2章介绍了本研究在无线传感器网络方面的工作。随着物联网(Internet of Things,IoT)的发展,无线传感器网络变得尤为重要。作为一个至关重要的性能指标,能量有效性一直是设计无线传感器网络中的协议和算法时首要考虑的问题之一。在无线传感器网络的研究中,本文关注的重点是在SINR(Signal to Interference plus Noise Radio)模型下的数据包传输,并提出一个高效的传输机制,即SINR-Q-CSMA(CSMA Sense Multiple Access Based on Queue Length under SINR)机制。SINR-Q-CSMA机制将传输分为两种情况,即sink圈传输(Sink Circle,SC)和普通圈传输(Regular Circle,RC)。根据不同情况的特点,SINR-Q-CSMA机制将双频方法和时隙划分方法结合使用,从而有效避免冲突问题。除此之外,SINR-Q-CSMA机制采用基于队列长度的方法解决无法避免冲突的情况。通过仿真实验证明,SINR-Q-CSMA机制能够在提高传输成功率的同时,有效降低冲突概率。而且,平均能量消耗也可以降低约45%。第3章介绍了本研究在车辆自组织网络方面的工作。对于车辆自组织网络,本文主要关注的问题是如何使用CSMA机制提高网络传输的可靠性。由于在实际道路交通中,车辆密度很高,所以实现车辆自组织网络中的可靠通信是一个巨大的挑战。目前,这种情况的常见解决方案中都存在一些亟待解决的严重问题。这些解决方案更看重处理紧急消息时的可靠性,而忽略了状态消息的传输。本文提出协作式CSMA(cooperative carrier sense multiple access,CO-CSMA)机制,包含用于传输状态消息的pvCSMA(specially-designed possibility-variable)方法和用于传输紧急消息的RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)方法。此外,本文利用跨层方法,结合物理层(PHY)层与介质访问控制(MAC)使节点能够同时传输和监听信道。本文分别从理论分析与仿真实验两个方面证明CO-CSMA算法的有效性和可行性。第4章介绍了本研究在多信道ad hoc网络方面的工作。吞吐量是ad hoc网络中最重要的性能之一,目前已经有许多算法提出提高网络性能的相关方法。但是,这些方法通常会忽略一个问题,即不同数据包具有不同的增益值。本文结合SINR-Q-CSMA机制和CO-CSMA机制的应用,提出一种基于博弈论的多信道CSMA机制,即基于博弈论的多信道CSMA(MC-GT CSMA),旨在实现多信道ad hoc网络的高加权吞吐量。MC-GT CSMA在SINR模型下提出了距离约束条件,有效避免了干扰并提高了传输成功率。在MC-GT CSMA中,发送端选择一个特定的信道和子时隙,用于传输数据包,然后使用RTS/CTS消息与接收端通信。在数据时隙中,发送端会在选定的信道和子时隙中向接收端发送数据包。此外,考虑到数据包的增益值,MC-GT CSMA中具有不同的增益值的节点使用不同的概率传输RTS消息,而这个概率值由博弈论方法来计算。理论和仿真的分析可以证明,MC-GT CSMA可以使用博弈论实现ad hoc网络中的高加权吞吐量。最后,本文在第5章对本研究进行了总结,回顾了各章节的主要内容,并描述了本文所提出方法的优势以及其中存在的一些问题。此外,本章也对未来工作进行了一定的规划,以进一步提高本研究的可靠性和高效性。