基于多廣播域的多信道Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議優(yōu)化.pdf

1、AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)需固定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成形式,它由于造價(jià)低廉、組網(wǎng)快速靈活,因而受到人們的廣泛關(guān)注和研究。通常情況下,AdHoc網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)往往不能直接把數(shù)據(jù)傳到目的節(jié)點(diǎn),而需要借助鄰居節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。例如:節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)的車用網(wǎng)和移動(dòng)自組網(wǎng),以及節(jié)點(diǎn)低速運(yùn)動(dòng)或很少移動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。其中,MAC(MediumAccessControl)協(xié)議決定了節(jié)點(diǎn)接入共享無(wú)線信道的方式與所能獲得的信道資源,其性能的優(yōu)劣直接影響AdH

2、oc網(wǎng)絡(luò)的整體性能,是當(dāng)前AdHoc網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。這些協(xié)議的研究目的之一就是減少或消除無(wú)線數(shù)據(jù)分組之間的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。
　　多廣播域類協(xié)議與其它類型的多信道MAC協(xié)議相比,有二方面不同:一方面是減少多信道AdHoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件復(fù)雜度,強(qiáng)調(diào)僅裝配一個(gè)單工的無(wú)線收發(fā)器以及不需要在節(jié)點(diǎn)間建立緊密地時(shí)間同步;另一方面是不僅考慮有效數(shù)據(jù)報(bào)文之間可能存在的競(jìng)爭(zhēng)與沖突,同時(shí)還考慮如何防止控制信息之間的競(jìng)爭(zhēng)與沖突。為此多廣播域類MAC協(xié)議

3、常常必須依靠復(fù)雜的控制策略,并受限于單工無(wú)線收發(fā)器的能力以及不同控制策略的具體特性,從而造成廣播開銷大,死鎖、信道資源浪費(fèi)、能源消耗高等性能損失。
　　對(duì)此,本文將研究集中到對(duì)多廣播域類MAC協(xié)議的控制策略進(jìn)行優(yōu)化。重點(diǎn)考慮在既不增加節(jié)點(diǎn)造價(jià),也不建立節(jié)點(diǎn)間緊密時(shí)間同步的前提下,進(jìn)一步改進(jìn)多信道MAC協(xié)議性能的主要方法,研究工作和成果包括以下幾個(gè)方面:
　　首先,針對(duì)多廣播域類MAC協(xié)議存在死鎖和廣播數(shù)據(jù)傳輸效率低的問題,通

4、過(guò)對(duì)已知多廣播域類協(xié)議采用的接入策略進(jìn)行擴(kuò)展,提出了一種新的極大匹配策略(MAMR)。根據(jù)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送需求,MAMR策略無(wú)需改變常見多廣播域類的數(shù)據(jù)幀格式,就能夠支持單播以及廣播數(shù)據(jù)需求的極大匹配,將任一網(wǎng)絡(luò)收斂至一個(gè)無(wú)沖突、無(wú)死鎖的匹配狀態(tài),并提高廣播數(shù)據(jù)的傳遞效率。
　　其次,針對(duì)采用多廣播域類MAC協(xié)議,Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)的問題,通過(guò)對(duì)MAXM的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,提出了基于“準(zhǔn)備信號(hào)”的MAC協(xié)議(P

5、TMC)。在PTMC協(xié)議中,數(shù)據(jù)傳遞將由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起,并由接收節(jié)點(diǎn)控制。采用PTMC,節(jié)點(diǎn)可以僅使用單個(gè)單工無(wú)線收發(fā)器,就能令所有空閑節(jié)點(diǎn)在一次數(shù)據(jù)傳遞時(shí)隙內(nèi)正確接收廣播數(shù)據(jù),從而更好地適應(yīng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由算法的各種數(shù)據(jù)需求。仿真實(shí)驗(yàn)表明,相對(duì)于其他多廣播域類MAC協(xié)議而言,PTMC協(xié)議可以有效地降低AODV算法的路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間。
　　再次,針對(duì)多廣播域類MAC協(xié)議中節(jié)點(diǎn)“無(wú)沖突信道分配難”的問題,基于Adhoc網(wǎng)絡(luò)MAC層可能出

6、現(xiàn)的數(shù)據(jù)沖突概率,提出了一種新的信道分配算法(MCCE)。在該算法中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)收集在兩跳范圍內(nèi)收集鄰節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息,從而動(dòng)態(tài)計(jì)算出相對(duì)合理的監(jiān)聽信道。當(dāng)可用信道數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度接近時(shí),仿真表明采用MCCE的多廣播域類MAC協(xié)議的數(shù)據(jù)重試次數(shù)將更接近Bertossi和Bonucelli提出的無(wú)沖突信道分配方案。
　　最后,針對(duì)MAXM、BTMC、PTMC協(xié)議平均能耗高的問題,對(duì)高能效的多信道傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議MMSN和MC-L

7、MAC進(jìn)行了研究,提出了一種新的多信道MAC協(xié)議(SPT-MAC)。在SPT-MAC協(xié)議,節(jié)點(diǎn)間的相互匹配過(guò)程將使用無(wú)需解碼的載波控制信號(hào)完成。SPT-MAC協(xié)議通過(guò)詳細(xì)規(guī)定了各種控制信號(hào)的相對(duì)時(shí)長(zhǎng),不但具有了多廣播域類MAC協(xié)議的特征,同時(shí)具有了區(qū)分時(shí)隙類MAC協(xié)議的特征。仿真實(shí)驗(yàn)表明,無(wú)論網(wǎng)絡(luò)負(fù)載如何,SPT-MAC的吞吐率、數(shù)據(jù)時(shí)延、數(shù)據(jù)到達(dá)率、平均能耗均不弱于MMSN和MC-LMAC;當(dāng)負(fù)載較大時(shí),與MMSN和MC-LMAC相比