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)是一種無需固定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的無線網(wǎng)絡(luò)組成形式,它由于造價低廉、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)點往往不能直接把數(shù)據(jù)傳到目的節(jié)點,而需要借助鄰居節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)功能。例如:節(jié)點高速移動的車用網(wǎng)和移動自組網(wǎng),以及節(jié)點低速運動或很少移動的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。其中,MAC(MediumAccessControl)協(xié)議決定了節(jié)點接入共享無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。這些協(xié)議的研究目的之一就是減少或消除無線數(shù)據(jù)分組之間的競爭和沖突。
　　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)點的硬件復(fù)雜度,強調(diào)僅裝配一個單工的無線收發(fā)器以及不需要在節(jié)點間建立緊密地時間同步;另一方面是不僅考慮有效數(shù)據(jù)報文之間可能存在的競爭與沖突,同時還考慮如何防止控制信息之間的競爭與沖突。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、能源消耗高等性能損失。
　　對此,本文將研究集中到對多廣播域類MAC協(xié)議的控制策略進行優(yōu)化。重點考慮在既不增加節(jié)點造價,也不建立節(jié)點間緊密時間同步的前提下,進一步改進多信道MAC協(xié)議性能的主要方法,研究工作和成果包括以下幾個方面:
　　首先,針對多廣播域類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、過對已知多廣播域類協(xié)議采用的接入策略進行擴展,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)收斂至一個無沖突、無死鎖的匹配狀態(tài),并提高廣播數(shù)據(jù)的傳遞效率。
　　其次,針對采用多廣播域類MAC協(xié)議,Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由發(fā)現(xiàn)時間長的問題,通過對MAXM的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,提出了基于“準(zhǔn)備信號”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)點發(fā)起,并由接收節(jié)點控制。采用PTMC,節(jié)點可以僅使用單個單工無線收發(fā)器,就能令所有空閑節(jié)點在一次數(shù)據(jù)傳遞時隙內(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。仿真實驗表明,相對于其他多廣播域類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)時間。
　　再次,針對多廣播域類MAC協(xié)議中節(jié)點“無沖突信道分配難”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)點通過收集在兩跳范圍內(nèi)收集鄰節(jié)點的狀態(tài)信息,從而動態(tài)計算出相對合理的監(jiān)聽信道。當(dāng)可用信道數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點度接近時,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提出的無沖突信道分配方案。
　　最后,針對MAXM、BTMC、PTMC協(xié)議平均能耗高的問題,對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)點間的相互匹配過程將使用無需解碼的載波控制信號完成。SPT-MAC協(xié)議通過詳細規(guī)定了各種控制信號的相對時長,不但具有了多廣播域類MAC協(xié)議的特征,同時具有了區(qū)分時隙類MAC協(xié)議的特征。仿真實驗表明,無論網(wǎng)絡(luò)負載如何,SPT-MAC的吞吐率、數(shù)據(jù)時延、數(shù)據(jù)到達率、平均能耗均不弱于MMSN和MC-LMAC;當(dāng)負載較大時,與MMSN和MC-LMAC相比