[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于功率控制的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層信道分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310456097.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103501531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴(lài)曉晨;王克艱;姚艷雙;惠煌;董書(shū)瑾;李赟;周?chē)?guó)喬;史文哲;陳思濛;任延飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W52/04
• 分類(lèi)號(hào): H04W52/04;H04W72/04
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC層信道分配方法。

背景技術(shù)

Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)，具有無(wú)中心、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化和資源、能源受限等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于個(gè)人通信、商業(yè)應(yīng)用和軍事等領(lǐng)域。Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議允許同一干擾域中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在不同信道上并行傳輸數(shù)據(jù)，但是，由于Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用分布式協(xié)商的方法分配信道，不可避免帶來(lái)較多的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包沖突，造成網(wǎng)絡(luò)吞吐量和單位能耗吞吐量均較低等缺點(diǎn)，這可以通過(guò)改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議來(lái)緩解。MAC層協(xié)議主要解決如何在相互競(jìng)爭(zhēng)的用戶(hù)之間分配無(wú)線信道問(wèn)題，即無(wú)線節(jié)點(diǎn)選擇接入哪一個(gè)無(wú)線信道來(lái)發(fā)射數(shù)據(jù)幀。在MAC層協(xié)議設(shè)計(jì)中引入基于功率控制的信道分配方法，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)間的距離以及信道狀況選擇最優(yōu)的發(fā)送功率，可減少隱藏終端問(wèn)題，降低不同傳輸間的干擾，從而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗。

基于功率控制的MAC層信道分配方法具有較好的網(wǎng)絡(luò)性能，但功率控制的具體方式需要精心設(shè)計(jì)。DCA-PC（Dynamic?Channel?Allocation–Power?Control）協(xié)議（Yu-Chee?Tseng,Shih-Lin?Wu,Chih-Yu?Lin,Jang-Ping?Sheu.A?Multi-Channel?MAC?Protocol?with?Power?Control?for?Multi-Hop?Mobile?Ad?Hoc?Networks.The?Computer?Journal.2002,45(1):101～110.）較早將功率控制引入信道分配方法，該協(xié)議以最大功率傳輸RTS幀和CTS幀，然后順序選擇空閑數(shù)據(jù)信道，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間距離計(jì)算最小功率來(lái)發(fā)送DATA幀和ACK幀。該協(xié)議將功率控制與信道分配相結(jié)合，兩種機(jī)制獨(dú)立執(zhí)行，互不影響，協(xié)議結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效。DPL（Distributed?Power?level）協(xié)議（Khaled?Hatem?Almotairi.Distributed?Power?Control?and?Medium?Access?Control?Protocol?Design?for?Multi-Channel?Ad?Hoc?Wireless?Networks.Waterloo,Ontario,Canada,2012）采用面向數(shù)據(jù)包粒度的動(dòng)態(tài)信道分配方法，根據(jù)數(shù)據(jù)包發(fā)送功率的不同來(lái)選擇不同的數(shù)據(jù)信道。同時(shí)，為了降低非對(duì)稱(chēng)鏈接對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，任何節(jié)點(diǎn)在同一信道上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)均采用同樣大小的功率值。

以上協(xié)議中數(shù)據(jù)信道選擇并不依賴(lài)于數(shù)據(jù)包發(fā)送功率，數(shù)據(jù)包發(fā)送功率的選取也不依賴(lài)于數(shù)據(jù)信道選擇，這導(dǎo)致同一信道中非對(duì)稱(chēng)鏈接問(wèn)題較為嚴(yán)重，造成隱藏終端問(wèn)題，影響網(wǎng)絡(luò)性能。在基于功率控制的信道分配方法中，如能將數(shù)據(jù)信道選擇與發(fā)送功率結(jié)合起來(lái)，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)間距離來(lái)選擇節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率，進(jìn)而確定應(yīng)選擇的數(shù)據(jù)信道，則有助于減少網(wǎng)絡(luò)的隱藏終端問(wèn)題，提高網(wǎng)絡(luò)性能。下面介紹節(jié)點(diǎn)間距離和節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率之間的關(guān)系。

當(dāng)某節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍內(nèi)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)可以正確接收包，因而可以根據(jù)包中的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間退避相應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅處于發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)的載波偵聽(tīng)范圍內(nèi)，而不能正確解析包時(shí)，該節(jié)點(diǎn)只退避一個(gè)EIFS時(shí)長(zhǎng)。傳輸范圍及載波偵聽(tīng)范圍均與發(fā)送功率大小有關(guān)。

在基于功率控制的信道分配方法中，當(dāng)采用較小功率發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需保證數(shù)據(jù)的接收功率大于等于接收節(jié)點(diǎn)的接收門(mén)限。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)的接收功率還須滿(mǎn)足公式（a），即當(dāng)節(jié)點(diǎn)A采用最小功率向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，要保證數(shù)據(jù)正確接收，數(shù)據(jù)接收功率與干擾信號(hào)接收功率P_intf和噪聲功率P_noise之和的比值應(yīng)大于等于某個(gè)值，該值稱(chēng)為信號(hào)干擾噪聲比門(mén)限，用符號(hào)T_SINR表示。否則接收數(shù)據(jù)將與干擾信號(hào)產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致通信失敗。