[發(fā)明專利]用于無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動等待傳輸方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810237486.5
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101489308A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 虞萬榮;王曉東;周興銘;徐明;陳穎文;鄧勁生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08;H04W80/02;H04W84/18;H04L12/56;H04L1/16
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所
• 代理人: 趙 洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的介質(zhì)訪問控制方法領(lǐng)域，特指一種用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動等待傳輸方法。

背景技術(shù)

無線自組網(wǎng)是一種在沒有骨干網(wǎng)絡(luò)的條件下，由系統(tǒng)中的通信節(jié)點通過分布式協(xié)議互連或組織起來的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，強調(diào)的是多跳、自組識、無中心的概念。無線自組網(wǎng)具有獨立性、分布性、多跳性和移動性等特點，在民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

由于無線自組網(wǎng)特殊的組網(wǎng)和通信模式，其MAC協(xié)議的設(shè)計面臨著很多具有挑戰(zhàn)性的問題。基于競爭機制的MAC協(xié)議具有開銷較低、實現(xiàn)簡單等優(yōu)勢，是研究和應(yīng)用最廣泛的無線自組網(wǎng)MAC協(xié)議，IEEE?802.11系列協(xié)議則是其典型代表，發(fā)展最為迅速，得到業(yè)界的支持也最為廣泛，已成為無線自組網(wǎng)的一種事實標(biāo)準(zhǔn)。IEEE?802.11標(biāo)準(zhǔn)中的分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed?Coordination?Function，DCF)是基于CSMA/CA(帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問)機制的MAC協(xié)議。該協(xié)議采用共享單信道的模式，通過DATA-ACK兩次握手或RTS-CTS-DATA-ACK四次握手機制完成分布式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入過程，其中四次握手機制基本解決了隱藏終端和暴露終端問題。同時，通過載波偵聽、幀間間隔和隨機回退等技術(shù)控制共享單信道模式下數(shù)據(jù)報文的沖突，其基本操作過程如圖1所示。圖中，鄰居節(jié)點指在傳輸半徑內(nèi)，可以準(zhǔn)確接收并解碼報文的節(jié)點。鄰近節(jié)點指在干擾半徑內(nèi)，傳輸半徑外的節(jié)點，可以感知節(jié)點發(fā)送信號但無法準(zhǔn)確接收并解碼報文。干擾半徑比傳輸半徑大，通常是其2倍左右，如圖2所示。

發(fā)送節(jié)點首先通過物理載波偵聽機制探測信道狀態(tài)，若已被占用則繼續(xù)等待，如果空閑則在信道繼續(xù)空閑DIFS時長后，啟動隨機回退時鐘，在隨機回退時鐘結(jié)束后，發(fā)送RTS報文。接收節(jié)點成功接收到RTS報文后，若判斷自身周圍信道也空閑，則再等待SIFS時長后回送CTS報文，完成控制報文的握手。發(fā)送節(jié)點在成功接收到CTS報文后，等待SIFS時長，然后立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)報文，接收節(jié)點在成功接收數(shù)據(jù)報文后，等待SIFS時長然后回送ACK報文，完成一次數(shù)據(jù)傳輸。

IEEE?802.11中定義了兩種載波偵聽方式：物理載波偵聽和虛擬載波偵聽。物理載波偵聽通過空閑信道判斷機制實現(xiàn)，由物理層直接對當(dāng)前的無線信道狀態(tài)進(jìn)行探測，然后將當(dāng)前的信道狀態(tài)反饋給MAC層。虛擬載波偵聽則是在對接收到的信息進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上判斷信道將被占用的時間，進(jìn)而確定自身的發(fā)送需要延遲的時間。這個延時信息包含在RTS、CTS和DATA報文的報文頭中，具體數(shù)值是從節(jié)點接收到該報文開始到當(dāng)前通信結(jié)束所需要的時間。在DCF中，虛擬載波偵聽是通過網(wǎng)絡(luò)分配向量(Network?Allocation?Vector，NAV)直接在MAC層實現(xiàn)的，記錄的是一個當(dāng)前正在進(jìn)行的傳輸將占用信道的時間。節(jié)點在接收到其他節(jié)點之間交換的報文時，就根據(jù)報文頭中的占用期(duration)的值設(shè)置NAV。

在IEEE?802.11?DCF中，連續(xù)的幀(即MAC層報文)之間必須保持一定的間隔，以便留給相關(guān)的節(jié)點足夠的處理時間并控制信道資源訪問的優(yōu)先級，即圖1中的DIFS，SIFS和EIFS。

在無線自組網(wǎng)中，絕大部分的通信流是多跳的，源節(jié)點發(fā)出的報文需要在多跳通信路徑上經(jīng)過多次轉(zhuǎn)發(fā)才能最終到達(dá)目的節(jié)點。由于多跳路徑上的相鄰節(jié)點彼此之間是共享無線信道的，因而面臨相互競爭，即所謂的流內(nèi)競爭。流內(nèi)競爭是無線自組網(wǎng)中多跳通信流所獨具的特征，具備特定的屬性可以用來優(yōu)化MAC層協(xié)議的設(shè)計。如圖3所示，假設(shè)節(jié)點n0有連續(xù)的數(shù)據(jù)報文需要發(fā)送給節(jié)點n3，由于節(jié)點n3在節(jié)點n0的通信范圍之外，所以需要通過中間節(jié)點n1和n2進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在節(jié)點n1接收到節(jié)點n0發(fā)送的報文后，需要轉(zhuǎn)發(fā)至節(jié)點n2。而此時，節(jié)點n0仍然有報文要發(fā)送，所以節(jié)點n0和n1將競爭共享的空間信道。同樣，在節(jié)點n2接收到n1轉(zhuǎn)發(fā)的報文后，由于需要將報文轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點n3，同樣將與節(jié)點n0和n1競爭信道。流內(nèi)競爭會導(dǎo)致多跳通信路徑上各跳之間的吞吐量分布不均衡，最終影響端到端的吞吐量。無線自組網(wǎng)中，只要通信流是多跳的，流內(nèi)競爭問題就不可避免的存在并制約著系統(tǒng)的性能。