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Ad Hoc网络是由一组带有无线射频的可移动终端组成的多跳自治系统。它具有易部署、自组织、无需借助基础设施等特点,在军事、环境监测、灾后救援等领域有着十分广阔的应用前景。当前绝大多数Ad Hoc网络研究工作都是基于单个射频收发器的,通常每个节点只装备一个射频收发器且在网络初始化时为其分配一个固定信道。单信道的Ad Hoc网络始终无法从根本上解决多跳环境下的“隐藏终端和暴露终端问题”,节点密度的增加将加剧节点间的竞争和冲突,导致信道利用率下降。鉴于此,研究人员提出采用多信道方案来解决竞争和冲突。使用多信道能够减小网络中数据包的平均传输时延,降低干扰,继而有效提高系统通信容量。
近年来,随着无线射频成本的不断下降,在一个节点上装备多个射频收发器已经逐渐成为一种可以接受的技术选择。因此,研究人员提出采用多射频节点组建Ad Hoc网络。其优势在于:当节点的多个射频同时工作在协议提供的正交信道上时,节点可以使用不同射频在接收数据的同时发送数据,从而增加了网络的实际带宽,提高了网络的整体性能。
本文将在分析Ad Hoc网络中的相关技术及其研究现状的基础上,重点研究构建多射频多信道Ad Hoc网络的关键技术。分别在MAC层和网络层提出了适用于多射频多信道Ad Hoc网络的MAC协议及路由协议。同时,为了验证协议性能,阐述了在网络仿真软件NS-2上实现多射频多信道仿真平台的扩展以及多射频嵌入式节点实验床搭建的基础工作。在此基础上,利用该扩展平台对设计的协议进行了仿真验证和分析。结果表明协议能够显著提高多射频多信道Ad Hoc网络的平均吞吐量,减少端到端传输时延,继而提升网络的整体性能。