本发明专利技术公开了一种无线MAC层多信道动态分配方法，属于Ad?Hoc网络领域。多信道Ad?Hoc网络中，参与通信的各节点与其邻居节点形成一个小区，小区内部节点选择通信信道时，需考虑通信双方邻居节点当前状态及其可能的信道选择方案。由于邻居节点周围的信道占用情况可反映该节点加入通信的可能性，即邻居节点发起通信的概率，因此可通过博弈论的逆向归纳方法计算通信节点选择每条信道的收益，即有效避免冲突的概率，然后选择收益最大的信道进行传输，直到小区中各节点状态实现纳什均衡，此时网络达到最佳通信状态，具有最大的吞吐量、最小的丢包率和时延。本发明专利技术的具体实现可作为Ad?Hoc网络节点设备选择信道的MAC层协议使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于Ad Hoc网络领域，涉及一种无线MAC层多信道动态分配方法。
技术介绍
Ad Hoc网络由一组可随时接入网络的移动节点组成，节点间通信由无线网络传输完成，不依赖于固定通信网络基础设施，具有无中心、自组织、网络拓扑结构动态变化等特点，在个人局域网、家庭组网、搜索救援行动、商业教育应用和传感器网络等领域具有广阔应用前景。但是，Ad Hoc网络的灵活性和不依赖基础设施的特点导致网络数据包冲突较多，造成网络吞吐量较低，丢包率较大和时延较长等缺点，这些缺陷可通过改进网络MAC层协议来缓解。MAC层协议主要解决如何在相互竞争的用户之间分配无线信道问题，即无线节点如何接入无线信道来发射数据帧。研究人员已经进行了大量研究，提出了种种协议以改善MAC层性能，MAC层协议分为单信道协议和多信道协议两类。IEEE 802.11是典型的单信道MAC层协议，也是无线局域网的标准(IEEE STD.802.11.Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY)speci cations.1999)，它釆用CSMA/CA技术避免信道冲突。其他单信道协议还包括基于纯竞争方式(Pure Contention-based)的 MACA 协议(P.Karn.MACA - a newchannel access method for packet radi0.1n: Proc.0f the ARRL/CRRL AmateurRadio 9th Computer Networking Conference.1990 (9): 134 140)、基于忙音方式(BusyTone-based)的 PUMA 协议(M.Natkaniecj A.R.Pach.PUMA - a new channel accessprotocol for wireless LANs.1n: Proc.0f the 5th International Symposium onWireless Personal Multimedia Communications.2002:1351 1355)、米用功率控制(Power-aware)的PCM协议(E.S.Jungj Ν.H.Vaidya.A power control MAC protocolfor ad hoc networks.Wireless Networks.2005，11 (I):55 66)、基于定向天线技术(Directional Antenna-based)的DMAC协议(R.R.Choudhuryj X.Yang, R.RamanathanjN.H.Vaidya.Using directional antennas for medium access control in ad hocnetworks.1n: Proc.0f the 8th ACM Annual International Conference on MobileComputing and Networking.2002:59 70)等。单信道协议具有控制方式简单的特点，但较易造成数据传输冲突。但是，当可用信道数目增加时，单信道协议无法充分利用信道资源。多信道协议可以充分利用信道资源，减少冲突，但控制方式需要精心设计。DCA(Dynamic Channel Allocation)协议(S.Wuj C.Linj Y.Tseng, J.Sheu.A NewMult1-Channel MAC Protocol with On Demand Channel Assignment for Mobile Ad-HocNetworks.1nternational Symposium on Parallel Architectures, Algorithms andNetworks.2000(12):232 248)使用一个固定的控制信道传输控制分组，其他信道划分为多个独立的数据信道传输数据分组。HRMA(Hop-Reservation Multiple Access)协议(Tzamaloukas, J.J.Garcia-Luna-Aceves.Channel-Ropping Multiple Access.1n:Proc.1EEE ICC 2000，New Orleans, Louisiana.2000 (8): 18 22)是一种多时隙交互的多信道协议，采用同步技术产生几个时隙，分别用于RTS分组、CTS分组、DATA分组和ACK分组，从而使RTS不会与CTS冲突，经过RTS和CTS握手确认后的DATA分组和ACK分组也不会冲突。MMAC(Mult1-channel MAC)协议(Jeonghoon Mo, HoiSheung Wilson So, Jeanffalrand.Comparison of Mult1-Channel MAC Protocols for Wireless Networks.ACM/IEEE MSWIM.2005 (10):209 218)使用面向连接的信道分配策略，通过时序表安排或者通过竞争来决定信道归属权。McMAC(Multi channel MAC)协议(H.ff.So, J.ffalrand.McMAC: a Mult1-Channel MAC Proposal for Ad-Hoc Wireless Networks.TechnicalReport.2005(4):116 122)同样使用面向连接的信道分配策略，每个节点选择一个种子生成一个伪随机跳跃序列，当节点空闲时，它按照这个缺省序列在多个信道上跳跃。以上协议均未考虑邻居节点将要采取的信道分配策略，因此容易造成冲突。AdHoc网络节点间的信道分配应由各通信节点对协商完成，为了最大程度满足自身需求，节点需要考虑邻居节点的行为策略，节点自身的行为策略也会影响邻居节点，所有节点的行为策略组合决定了每个节点的最终收益，因此节点间信道分配实际属于多人决策问题，适宜采用博弈论(game theory)方法来解决。博弈论的应用前提为全部参与者均为理性、贪婪的，均不会选择严格劣战略，并且都知道其他参与者也是理性的。纳什均衡(Nash equilibrium)是博弈的平衡状态,可通过完全且完美信息动态博弈(dynamic game with perfect and complete information)来实现。I)纳什均衡纳什均衡是指，在博弈论预测的博弈结果中，为每个参与者选定各自的战略，该战略应是针对其他参与者选择战略的最优反应。因为没有参与者愿意独自离弃他所选定的战略，所以所有参与者选择战略的组合最终会达到平衡状态，称之为纳什均衡，该状态决定了每个参与者的最终收益。 定义:n个参与者标准式博弈如公式(a)所示:G= {S” S2，…Sn; U1, U2,…，un}(a)其中Si为参与者i的决策行为Si的集合,Ui为参与者i的收益函数。对每一参与者i，如果战略组合{<，<,...,<}满足< 是(或至少不劣于)针对其他η-1个参与者所选本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ad?Hoc网络的MAC层多信道动态分配方法，其特征在于，在包含n个节点的网络中，用Ci表示节点i的可选信道集合，其元素为cij，代表节点i的编号为j的信道；当节点i选择数据信道j时，节点i通过逆向归纳预测到其它节点k据此做出最有利自身通信的信道选择Rk(cij)；令节点i的收益函数为ui，则能够使ui取得最大值uimax的数据信道j即为节点i的最佳信道，如公式（1）所示：uimax=maxcij∈Ci{ui(R1(cij),...,Ri-1(cij),cij,Ri+1(cij),...,Rn(cij))}---(1)具体操作如下：节点i选择信道j的收益函数如公式（2）所示；当j取不同值时，公式（2）的取值不同，选取这些值中的最大者，即得到公式（1）所求的uimax；其中：??，公式（2）中，i为正在通信的节点号，j为信道号，m为即将与节点i通信的节点号，t为当前全部数据信道数目，tk为节点k的可用信道数目；p(tk)为节点k附近网络的忙碌程度，其可代表节点k希望加入网络的概率；当节点k的全部信道均可用时，p(tk)=0；当节点k的全部信道均不可用时，p(tk)=1；q(tk)为节点k如果进行通信，选择信道j的概率；当信道j未被占用时，（1?p(tk)q(tk)）为节点k不选择信道j进行通信的概率，为除准备通信的当前节点对之外，其他所有节点均不选择信道j进行通信的概率，即节点i选择信道j而不发生冲突的概率，作为此时收益 函数的值；当信道j被占用时，节点i无法选择信道j，因此收益函数值应为0；根据公式（2），节点选择能够使收益函数取得最大值的信道进行数据传输。FDA0000269822992.jpg,FDA0000269822993.jpg,FDA0000269822994.jpg,FDA0000269822995.jpg...
【技术特征摘要】
1.种Ad Hoc网络的MAC层多信道动态分配方法，其特征在于， 在包含η个节点的网络中，用Ci表示节点i的可选信道集合，其元素为Cij，代表节点i的编号为j的信道；当节点i选择数据信道j时...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖晓晨，王孝良，韩瑜，惠煌，李丽坤，董书瑾，李赟，王克艰，姚艳双，陆思敏，赵莹，周国乔，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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