【摘 要】
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无线自组织Ad hoc网络(Wireless Ad Hoc Networks)因其分布式组网、可扩展性高、多跳传输等特点,广泛应用于军事与民用领域。当前通信业务需求不断增多,业务种类不断变化,在多类型业务场景下传统媒介访问控制(Medium Access Control,MAC)协议已不能满足各类业务差异化的需求。本文主要从如何充分利用有限的无线信道资源来满足多类型业务差异化需求的角度出发,结合A
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无线自组织Ad hoc网络(Wireless Ad Hoc Networks)因其分布式组网、可扩展性高、多跳传输等特点,广泛应用于军事与民用领域。当前通信业务需求不断增多,业务种类不断变化,在多类型业务场景下传统媒介访问控制(Medium Access Control,MAC)协议已不能满足各类业务差异化的需求。本文主要从如何充分利用有限的无线信道资源来满足多类型业务差异化需求的角度出发,结合Ad hoc网络特点,设计适用于多类型业务场景的区分业务优先级的分布式动态TDMA(Time Division Multiple Access)MAC协议。首先,本文针对多类型业务对网络服务质量差异化的需求,考虑业务优先级对节点接入信道和预约资源的影响,结合五步预约协议FPRP(Five-Phase Reservation Protocol)设计基于业务感知的优先级抢占协议PPTDMA(Priority preemptive TDMA),实现节点依据节点优先级按需动态协商占用时隙资源。该协议从两个方面提出改进,其一,提出优先级抢占机制,节点根据节点优先级对邻居已占用信息时隙进行抢占并通告预约结果,以保证高优先级节点预约优势。其二,结合节点队列实际情况与多跳伪贝叶斯算法设计基于节点优先级的随机接入算法PRAA(Priority-based Random Access Algorithm),分布式动态调整不同优先级节点接入概率,完成两跳范围内无冲突接入信道。仿真结果表明,PPTDMA协议能保证高优先级节点具有更优越的信道接入与时隙资源占用能力,在应对网络突发业务时,对高优先级业务性能也能优先保障。其次,考虑在保证不同优先级节点预约需求的前提下实现信道资源的分配均衡,结合深度强化学习DQN(Deep Q Network)算法提出时隙自适应预约算法DQN-TSARA(DQN-based Time Slot Adaptive Reservation Algorithm)。基于该算法进一步设计DQN-PPTDMA协议,综合考虑节点自身需求与邻居节点队列业务容量和邻居节点时隙预约需求压力对节点预约时隙数目自适应调整,结合优先级抢占机制最终确定信息时隙的预约结果,以达到均衡分配信道资源的目的。仿真结果表明,DQN-PPTDMA协议对时隙预约数目的决策能根据网络负载压力的变化做出自适应调整,在保证时隙资源分配均衡的同时也能保障高优先级节点的预约优势,与PPTDMA协议相比在均衡分配资源方面有所改善。
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