低速Ad Hoc网络多信道接入协议研究与设计

　　0　引言

　　近年来,无线移动自组织网络(Mobile Ad HocNetwork)成为无线通信领域的一个新热点。目前研究工作多集中在AdHoc网络的MAC(MediaAccessCon-tro,l媒体访问控制)层协议、多跳路由协议设计等方面。MAC层是网络信道资源的直接管理者,这一层信道接入协议的好坏直接影响着网络的吞吐量、时延等性能指标,因此受到了广泛关注。本文从实际应用条件出发,对MACA-BI协议进行改进,提出了RIMA-MC,使其适用于每个终端仅配置一套无线信号收发装置、没有全网同步机制、信道传输速率较低的多信道AdHoc网络,并进一步提高了网络的吞吐量。

　　1　MACA-BI协议分析

　　经典MACA-BI协议中,接收节点首先发送RTR(ready-to-receive)帧邀请一个邻节点发送数据帧DA-TA。发送RTR采用非坚持的方式,即检测到信道忙就不能发送RTR,开始退避。只有当节点收到了目的地址指向自己的RTR之后才允许发送DATA,如果节点收到发送给其他节点的RTR,那么此节点也必须退避足够长的时间,以使正在进行中的通信不受干扰。分析可知,运行MACA-BI时,对一个节点来说,不管其邻节点正在发送数据或者正在接收数据,这个节点都必须退避。事实上,如图1(a)所示,节点B和节点C可以同时使用信道分别向节点A和节点D发送DATA。但是在单信道条件下,假设节点B与A之间的传输先开始,节点C与节点D之间的传输后开始,则由于DATA(B→A)的干扰,节点C此时不可能正确接收到发送给自己的RTR,因此也就不会发送DATA;同时,节点C因为侦听到DATA(B→A)而判断信道忙,从而进入到退避状态。又如图1(b)的情况,节点B接收DATA(A→B)也不会对节点C接收DA-TA(D→C)产生影响。但是在单信道条件下,仍然假设节点B与A之间的传输先开始,节点C与节点D之间的传输后开始,则由于节点C先监听到节点B发送的RTR(B→A),判断此时不能发送RTR(C→D),因此也不能邀请节点D传输数据。总之,在单信道条件下,如图1所示的2种信道复用方式都是不可实现的,所以,在单信道条件下信道的空间复用度不高。这也是提出RIMA-MC (Receiver Initiated Multiple Accessbased onMultiple Channels)的主要原因。

　　2　RIMA-MC协议描述

　　由于多信道隐藏节点问题,源节点(以下称发出RTR的节点为源节点,称RTR帧的目的地址字段指定的节点为目的节点)平时监听控制信道而无法准确得知数据信道的使用情况,如果源节点不知道其邻节点正在占用数据信道而发送RTR,那么源节点必将无法正确接收目的节点在数据信道上回传的DATA,这种情况下数据信道被浪费在传输无用的DATA上,必须设法及时终止。因此在MACA-BI使用的RTR和ACK控制帧基础上,RIMA-MC加入一种新的控制帧NTR (Not-to-Receive)用于及时终止受干扰或可能引起干扰的传输。