ｌＳＳＮｌ０００．９８２５．ＣＯＤＥＮＲＵＸＵＥＷＥ·ｍａｉｌ：ｊｏｓ＠ｉｓｃ嬲．ａｃ．∞ｈｎｐ：／／ｗ、Ｖｗｊｏｓ．ｏｒｇ．ｃｎ１’ｃｌ，Ｆａｘ：＋８６．１０．６２５６２５６３ｒｉｇｈｔｓｒｅｓｅｒｖｅｄ·乃“朋口ｆ矿№，ｍ口，ｅ，Ｖ０１．２Ｉ，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂ盯２０１０，ｐｐ．２６６６—２６７６ｄｏｉ：１０．３７２４／ＳＰＪ．１００１．２０ｌＯ．０３６７４Ｏｂｙ抽ｓ“ｍ据∥跏４旭，ｆ妇劭加嚣ｅ＿ｃ４如哪７Ｄ，＆＾研ｃ嚣．Ａｕ●ｅ．ＭＡＣ：一种面向ＡｄＨｏｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议张克旺１＋，潘煜Ｌ２，张琼３，张德运１１（西安交通大学电子与信息学院，陕西西安７ｌ００４９）２（西安工业大学计算机学院，陕西西安７１００３２）３（西安邮电学院计算机学院，陕西西安７ｌ００６１）ｅ—ＭＡＣ：ＡＨｉｇｈｚＨＡＮＧＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＣＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＡｄＨｏｃＮｅｔｗｏｒｋｓＫｅ．ｗ柚９１＋，ＰＡＮ１ｒｒｕｌ’２，ｚＨＡＮＧＱｉｏｎ９３，ｚＨＡＮＧＤｅ．Ｙｒｕｎｌ１（ｓｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ蛆ｄ２（Ｓｃｈｏｏｌ３（ＳｃｈｏｏｌＩｎｆｏ彻ａｔｉｏｎ，ｘｉ’蛆Ｊｉ∞ｔｏｎｇＵｎｉｖｃｒｓ姆，ｘｉ’吼７ｌ００４９，Ｃｈｉｎａ）ｏｆＣｏ唧咖ｒＳｃｉ∞ｃｅ，Ｘｉ’柚ＴｃｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖ锄ｉ饥ｘｉ’蛐７ｌ００３２，Ｃｈｉｎａ）ｏｆＣｏｍｐｍ盯ｓｃｉｃ眦ｅ，Ｘｉ’卸Ｕｎｉｖｃ馏埘ｏｆＰｏｓｔｓ铋ｄｃｏｍ删阻ｉｃａｔｉｏ雠。Ｘｉ’粗７１００６ｌ，Ｃｈｉｎａ）ａｕｔＩＩｏｒ：Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｂｒ＠ｘ柚ｃｔ．ｅｄｕ．∞，ｈｔＩｐ：／／１确例．ｘｊｔｌＩ．ｃｄｕ．ｃｎ＋ｃ＇ｏｎｔｓｐｏｎｄｉｎｇＺｈａｎｇ知口朋耐口，ｓ咖口比，２０ｌＯ，２１（１０）：２６６６－２６７６．ｈｔｑｐ：／№ｊｏｓ．ｏｒｇ－ｃｎ／ｌ０００－９８２５／３６７４．ｈ恤Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｏｃＣｏｌｌｉｓｉｏｎＫＷ，ＰａｎＹ，ＺｈａｎｇＱ，ＺｈａｎｇＤＹ．ｅ－ＭＡＣ：ＡｈｉｇｈｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏＩｆｏｒＩｄｈｏｃｎｅ拊ｏｒｌ‘摹．ａｖｏｉｄａｎｃｅ姐ｄｓｐａｔｉａｌａｒｃｒｅｕｓｅ盯ｅ锕ｏｉｎｌｐｏｎａｎｔａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｃｔｈ】ｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆａｄａｒｅｎｃ铆ｏｒｋｓ，ａｎｄｍ姐ｙＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔ０ａｃｈｉｃＶｅｔｈｅｓｅｇｏａｌｓ．ＩｎｍｏｓｔＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓｒｅｕｓｅｒｅｄｕｃｃｄｂｙｓＯｌｖｉｎｇｍｅｈｉｄｄｅｎｔｅｎ】１ｉｎａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂｍｍｅｓｐａｔｉａｌｒｅｍａｉｎｓｕｎ·ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｎｔｈｅｓｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｗｈｉｃｈａｆｒｃｃｔｓｎｅｔｗｏｒｋｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｄｆａｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ’ｒｅｃｅｐｔｉｏｎｏｆｅｘｐｏｓｅｄｔｅ咖ｉｎａｌｓｉｓｎｏｔａｌｌｏｗｅｄｉｎｃｕｒｒｅｎｔＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｓｈｉｇｈｅｖｅｎｉｆｔｈｃｙｃａｎｒｅｃｅｉｖｅｐａｃｋｅｔｓｓ眦ｃｅｓｓｍＩＩｙ’ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔ０ｌｏｗｅｒｓｐａｔｉａＩｒｅｕｓｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐ印ｅｒ’ａａｒｅｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡｃｐｒｏｔｏｃｏｌｎ嘲ｅｄｅ·ＭＡＣｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏｉｍｐｒ０Ｖｅ也ｅｎｅｔ、】ｌｒｏｒｋｔｈ：ｒｏｕｇｈｐｕｔ，铆。印ｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｎｅａ髑ｅｄｉｎｅ．ＭＡＣ．Ｆｉｒｓｔ，ａｐｏｗｅｒｃｏｎ仃ｏｌｌｅｄｂｕｓｙｉｓｕｓｅｄｔ０ｅｌｉｍｉｎａｔｅｈｉｄｄ铋ｔｅ珊ｉｎａｌｓ．Ｔｈｅ托ｃｅｉｖｅｆａｄｊｕｓｔｓｔｔｌｅ仃蜘ｓｍｉｔｔｅｒ＇ｓｏａｒｃｔｈｅ舰ｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｐｏｗｃｒｏｆｂｕｓｙｔｏｎｅ，∞ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｅｃｅｉＶｅｄｓｉ印ａｌａｓ仃ｅｎｇｔｈｆｂｍｔｈａｔｔｈｅｓｐａｔｉａｌａｌｌｏｗｅｄｔｏｒｅｕｓｅｄｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｈｉｌｅａｌｌｈｉｄｄｅｎｔｅｍｌｉｎａｌｓａｒｅｃｏｖｅｆｅｄｂｙｂｕｓｙｔｏｎｅ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｅｘｐｏｓｅｄｔｅｍｌｉｎａｌｓｗｈ锄ｍｅｒａｔｊｏｂｅ“ｖｅｅｎｓｉｇｎａｌｓ仃即ｇｔｈｏｆＲＴＳ（ｒｅａｄｙ－ｔｏ—ｓ明ｄ）ａｎｄＤＵＣＨＡ（ｄｕａＩｉｎｔｃｒｆｅｒｅｎｃｅｓａｔｉｓｆｉｅｓ也ｃＳＩＮＲ（ｓｉｇｎａｌｔｏｉｎｔｅｒｆｃｒｅｎｃｅ蛐ｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅ１（ｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｆＩｌｎｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｐａｔｉａｌｒｅｕｓｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｆｅ—ＭＡＣｔｈｒｏｕｇｈｐｍａｄｈｏｃｏｕｔｐｅｒｆ０彻ｓｔｈａｔｏｆｃｈ锄ｅｌ∽ｃｅｓｓ）ｂｙ８７％．ｎｅＭｏｒｋ；ｈｉｄｄｅｎｔｅｍｉｎａｌｐｒｏｂｌｅｍ；ｓｐａｔｉａｌｒｅｕｓｅ；ｔｈｌ．０ｕ９１ｌｐｕｔ；ｅ．ＭＡＣ摘要：解决ａｄｈｏｃ网络中隐藏节点问题、暴露节点问题的最终目的是减少节点间的冲突，提高网络空间复用率，从而提高网络吞吐量．现有ＭＡＣ协议在解决隐藏节点问题时着重于彻底消除网络中的隐藏节点，忽略了网络空间复用率，即使能够彻底解决隐藏节点问题，也不能有效提高网络吞吐量同样，现有协议在解决暴露节点问题时着重于如何允许暴露节点并行发送数据，忽略了暴露节点接收数据的问题，也影响了网络空间复用率．提出了一种高效的Ｎ砒ｉｏ弛ｌＨｉｇｈ·１ｋｈＲｅｓｅａｒｃｈ蚰ｄＰｌ姐ｏｆＣｈｉＭ硒ｄ盯Ｇｒａｎｔ·ｓｕｐｐｏｒｂｃｄｂｙｔｈｃＤｅｖｃｌｏｐｍｃｎｔＮｏ．２００５从１２１１３０（国家高技术研究发展计划（８６３））；ｔｌＩｃＮａｔｉｏ∞ｌＫｅｙＴｅｃｌｌｎｏｌｏｇｙＲ＆ＤＰｒｏＦａｍｏｆｃｈｉＭｕｄｃｒＧｒａｍＮｏ．２００８ＢＡＨ３７８０４（国家科技支撑计划）ＲｅｏｅｉＶｅｄ２００８－０９一０９；Ｒｅｖｉｓｅｄ２００９－０２－１６；Ａｃｃｅｐｔｅｄ２００９．０７·０６万方数据张克旺等：ｅ．ＭＡＣ：一种面向ＡｄＨｏｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议ＭＡＣ协议ｅ．ＭＡｃ，协议采用两种方法提高网络空间复用率：首先，协议中接收节点根据接收到发送节点的信号强度动态调整忙音发射功率，使忙音恰好覆盖所有的隐藏节点，在彻底解决隐藏节点问题的同时，提高网络空间复用率；其次，隐藏节点接收到ＲＴｓ消息后，通过判断ＲＴＳ消息信号强度与信道中干涉信号的强度之比来决定是否接收数据，允许满足信噪比要求的接收节点接收数据，进一步提高网络空间复用率．仿真结果验证了协议的有效性，在任意拓扑结构下，ｅ．ＭＡＣ协议的平均吞吐量比ＤｕＣＨＡ（ｄｕａｌ关键词：Ａｄｃｈ锄ｅｌ∞ｃｅｓｓ）协议高８７％．Ｈｏｃ网络；隐藏节点问题；网络空间复用率；网络吞吐量；ｅ－ＭＡＣ文献标识码：Ａ中图法分类号：ＴＰ３９３Ａｄｈｏｃ网络不依赖于基站等基础设施，具有自组织、自恢复等特点，在军事以及抢险救灾等领域具有广泛的应用前景．受功耗等因素限制。ａｄｈｏｃ网络节点通信距离较短，非邻近节点问以多跳的方式进行通信．由于网络中众多节点共享同一个信道，且信道带宽受限，如何在有限的带宽条件下提高网络吞吐量，是目前ａｄｈｏｃ网络的主要研究目标之一．媒体接入控制层（ＭＡＣ）协议是数据在无线信道中发送和接收的控制者．ＭＡＣ协议的效率是影响网络吞吐量的主要因素．在网络带宽一定的前提下，ＭＡＣ层提高网络吞吐量的主要途径包括：第一，彻底解决隐藏节点问题，减小节点间数据包的冲突，防止过多的数据包重传；第二，提高网络空间复用率，允许更多的节点并行发送．解决ａｄｈｏｃ网络中的隐藏节点问题是目前很多ＭＡＣ协议的设计目标．现有ＭＡＣ协议中，部分协议无法彻底解决隐藏节点问题，而彻底解决隐藏节点问题的协议又着重于完全消除网络中的隐藏节点，忽略了网络空间复用率，导致网络吞吐量较低．暴露节点问题也影响网络空间复用率，但在现有的针对暴露节点问题的研究中，着重解决了暴露节点的发送问题，忽略了暴露节点接收问题，同样会影响网络吞吐量．如图ｌ所示，节点口向节点６发送数据，节点ｃ向节点ｄ发送数据（其中皿甜为载波侦听距离）．无线设备接收数据需要满足一定信噪比的要求，即有效信号强度与干涉信号强度的比值大于一定阈值后，节点才能正确接收数据．节点口到达节点６的信号强度与节点ｃ到达节点６的信号强度之比满足信噪比要求，这样，节点口与节点ｃ同时发送数据，节点６也能够成功接收到节点口的数据，而不受节点ｃ的干涉．以ＤｕｃＨＡ（ｄｕａＩｃｈａｎ∞ｌａｃｃｅｓｓ）协议【１】为例说明现有协议存在的问题：第一，当节点口正在向节点６发送数据时，节点ｃ也需要向节点ｄ发送数据．为了防止隐藏节点干涉数据的正确接收，节点６在接收数据过程中发送忙音（图中Ｒ加为忙音最大发射距离），所有侦测到忙音的节点不发送数据．由于节点６发送的忙音覆盖节点ｃ，节点ｃ因侦听到忙音而不发送数据．协议虽然解决了隐藏节点问题，但是网络空间复用率较低；第二，当节点ｃ正向节点ｄ发送数据时，节点口需要向节点６发送数据．节点６在接收到节点日发送的ＲＴＳ（ｒｅａｄｙ．ｔｏ．ｓｅｎｄ）消息后，由于节点６侦测到邻近节点在发送数据，认为不能正确接收节点口的数据，发送ＮＣＴＳ（ｎｏｔ．ｃｌｅａｒ－ｔｏ．ｓｅｎｄ）消息阻止节点口发送ＤＡｌ’Ａ消息．协议中，暴露节点不能接收数据．Ｆｉｇ．１ＭｉｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｕｒｒｅｎｔＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏＩｓ图ｌ现有协议存在的缺点本文提出，ｅ．ＭＡｃ协议可以同时解决上述问题，从而有效提高网络吞吐量．协议特点包括：首先，接收节点根据已经接收到的发送节点的信号强度动态调整忙音的发射功率，保证忙音覆盖所有隐藏节点，彻底消除隐藏节点，同时防止忙音覆盖范围过大造成网络空间复用率的降低；其次，协议中暴露节点通过计算信号强度与干涉信号强度的比值来决定是否接收其他节点发送的数据，允许满足条件的暴露节点接收数据，解决暴露节点接收问万方数据乃“Ｍ口，矿蜘您软件学报ｖ０１．２ｌ，Ｎｏ．１０，ｏｃｔｏｂｅｒ题，进一步提高网络空间复用率．节详细描述本文所提协议ｅ．ＭＡＣ．第４节进行协议分析与仿真对比．第５节对全文进行总结．２０１０本文第ｌ节对相关研究进行分析．第２节提出ａｄｈｏｃ网络中的固定干涉距离问题和暴露节点接收问题．第３１相关工作在ＣｓＭＡ（ｃａ州ｅｒｓｅｎｓｉｎｇｍｅｄｉａａｃｃｅｓｓ）协议１２】中，节点在发送数据之前首先进行信道侦听，如果信道被邻近节点占用，则进行退避．协议仅仅消除了发送节点周围的一小部分隐藏节点，隐藏节点问题没有得到彻底解决．协议导致发送节点的邻近节点在发送节点发送过程中不能发送数据，引起暴露节点问题．ｃＳＭＡ协议中，隐藏节点问题与暴露节点问题导致网络在负载较重时吞吐量较低．Ｔｏｂａｇｉ在文献［３】中针对ｃｓＭＡ协议无法解决隐藏节点问题这一缺陷，提出了ＢＴＭＡ（ｂｕｓｙｔｏｎｅｍｅｄｉａａｃｃｅｓｓ）协议．在ＢＴＭＡ协议中，接收节点在接收到向本节点发送的消息后，立即发送忙音Ｂ丁（ｂｕｓｙｔｏｎｅ），邻近节点在发送数据前侦听忙音ＢＴ’如果侦听到忙音ＢＴ＇则进行退避，这样可以解决ＣＳＭＡ中的隐藏节点问题．ＢＴＭＡ协议要求网络为全连通网络，且所有节点由控制节点协调，不适合ａｄｈｏｃ网络．ＩＥＥＥ８０２．１１ＤＣＦ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｃｄｃ００柑ｉｎａ￡ｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ）协议州结合ＭＡＣＡ（ＣＳＭＡｗｉｔｈｏｕｔｃａｒｒｉｅｒｓｅｎｓｉｎｇ）协议１５Ｊ中提出的ＲＴｓ／ｃＴＳ（ｒｅａｄｙ．ｔｏ．ｓｅｎｄ／ｃｌｅａｒ－ｔｏ．ｓｅｎｄ）机制与ＣＳＭＡ机制，节点在发送所有消息之前都进行信道侦听，ＤＡｌｒＡ消息的发送通过ＲＴｓ／ｃＴＳ／ＤＡＴＡ，ＡｃＫ会话完成．由于ＲＴＳ／ｃＴＳ机制只能防止最大发送距离范围内的隐藏节点，协议不能彻底解决ａｄｈｏｃ网络的隐藏节点问题【６】，在网络负载较重时吞吐量仍然较低．文献［７】提出ＤＢＴＭＡ协议．该协议基于双信道硬件结构，采用ｌ玎Ｓ＋Ｄ觚Ａ消息构成的会话来发送数据．发送节点在向接收节点发送ＲＴＳ消息的过程中，发送忙音ＢＴｔ．接收节点接收到Ｉ盯ｓ消息后，如果同意接收发送节点的数据，则发送忙音ＢＴｒ进行应答．发送节点侦测到忙音ＢＴｒ后，开始发送数据；在数据发送过程中，接收节点一直发送忙音ＢＴｒ＇所有邻近节点检测到忙音ＢＴｔ或者ＢＴｒ后都进行退避．协议采用较大的功率发射忙音，可彻底解决隐藏节点问题．在发送节点发送数据的过程中，发送节点的邻近节点只要不影响接收节点接收数据就可以并行发送数据，因而协议也能够解决暴露节点问题．ＤＢＴＭＡ没有ＡＣＫ机制，出错数据需要上层协议处理，对传输效率影响较大【引．Ｚｈａｉ等人在文献【ｌ】中提出ＤＵＣＨＡ协议．在ＤＵＣＨＡ协议中，信道被划分为数据信道、控制信道和忙音信道．数据信道用于传输ＤＡＴＡ消息，控制信道用于传输ＲＴｓ／ｃＴＳ／ＮｃＴｓ消息，忙音信道用于传输忙音．发送节点在发送ＤＡＴＡ消息前先在控制信道发送ＲＴＳ消息，接收节点接收到ＲＴＳ消息后，如果同意接收数据，则在控制信道发送ＣＴｓ消息，同时在忙音信道发送忙音，防止隐藏节点对接收节点造成干涉；如果不同意接收数据（例如本节点是暴露节点），则发送ＮＣＴＳ消息，阻止发送节点发送数据．ＤＡＴＡ消息完成后以ＮＡＣＫ方式进行确认，即如果接收节点没有正确接收ＤＡＴＡ消息，则持续发送ＢＴｒ．发送节点发送完成后，如果在一段时间内仍然检测到ＢＴｒ＇则进行重新发送．协议解决隐藏节点与暴露节点问题的方法与ＤＢＴＭＡ完全相同．与ＤＢＴＭＡ相比，由于协议进行了ＭＡＣ层确认，而且能够解决接收节点阻塞等问题，因此效率较高．ｖＰＤＢＴ（ｖａｒｉａｂｌｅｐｏｗｅｒｄｕａｌｂｌＩｓｙｔｏｎｅ）协议【９】中首次通过调整忙音的发射功率解决隐藏节点问题，同时提高网络空间复用率．协议采用双忙音ＢＴｔ与ＢＴｒ对８０２．１ｌＤｃＦ协议进行增强，主要包括：发送节点先向接收节点发送ｌ盯ｓ消息，同时以最大功率发送忙音ＢＴｔ，保证在接收后续ＣＴＳ消息时不受邻近节点干涉；接收节点接收到ＲＴＳ消息后，发送ＣＴｓ进行应答，同时发送ＢＴｒ忙音，保证后续ＤＡＴＡ消息不受干涉（忙音ＢＴｒ的发送功率根据接收到ＲＴＳ消息的信号强度计算）；发送节点接收到ｃＴＳ消息后，根据ＣＴＳ消息的信号强度调整ＢＴｔ的发射功率，保证后续ＡＣＫ消息不受干涉．由于ＶＰＤＢＴ协议可以解决隐藏节点问题，同时提高网络空间复用率，网络吞吐量明显提高．但协议也存在缺点：首先，由于８０２．１ｌＤｃＦ协议中发送节点和接收节点都需要接收消息，因而整个过程中两个节点都需要防止隐藏节点的出现，降低了网络空间复用率；其次，暴露节点问题没有得到任何解决．万方数据张克旺等：ｅ．ＭＡＣ：一种面向ＡｄＨ０ｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议２６６９２协议的提出上述相关研究的主要目标是彻底解决隐藏节点问题和暴露节点问题，以提高网络吞吐量，但现有ＭＡＣ协议在解决隐藏节点问题的过程中导致网络空间复用率的浪费．而在解决暴露节点问题方面，绝大多数协议集中于如何解决暴露节点建立并行发送数据的问题，忽略了暴露节点的接收问题．例如，在ＤｕｃＨＡ协议中，当接收节点在控制信道接收到ＲＴＳ消息后，如果侦测到数据信道非空闲，即使发送节点发送的信号强度与干涉信号强度之比满足信噪比要求，能够被正确接收，但是协议中也发送了ＮｃＴｓ消息，拒绝接收数据，这样就降低了网络空间复用率．下面首先提出固定干涉距离问题与暴露节点接收问题．２．１无线模型无线信号的传播模型根据传播环境的不同可以分为自由空间传播模型和近地传播模型【ｌ０１，两种传播模型可以统一表达为ｐ，囊础）＝Ｇｉ，２≤Ａ≤４（１）其中期。６）为节点６接收到节点口的信号强度，Ｒ为节点口的发射功率，ｄ为发送节点与接收节点之间的距离（简称发送距离），Ａ是与传播环境相关的常数，Ｇ为与节点无线收发器及工作频段相关的常数（简称节点增益）．节点接收到的有效信号与积累干涉以及噪音信号之和的比称为信噪比ＳＩＮＲ（ｓｉｇｎａｌｔｏｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ粕ｄｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ），用废示．只有当节点接收的信噪比大于某个阈值时，节点才能正确接收到消息．节点６接收节点Ⅱ发送的消息时，其信噪比可以表示为‰旷ｌｏｌｏｇ踹≥卢其中，Ｐｈ。嘶）为节点６接收到节点口的信号强度’７％为环境噪音，≯为其他节点的信号在节点６处的积累干涉．声（２）设Ⅳ＝１０ｌｏ，则公式（２）可以表示为＝绁≥Ⅳ６＋ｈｏ（３）随着带宽的增大，信噪比要求也相应增大，表ｌ所示为８０２．１１以中不同带宽条件下的信噪比要求．Ｔ妯ｌｅｌ表ｌＳｐｅｅｄ（Ｍｂｐｓ）占（ｄＢ）Ⅳ６６．０２３．９８ＳＩＮＲｒｅｑｕｉｆｅｍｅｎｔｓｆ．ｏｒ８０２．１１“ｇ８０２．１ｌ“ｇ各个速率对信噪比的要求９７．７８６．０３１２９．０３７．９４１８１０．７９１２．０２２４１７．０４５０．１２３６ｌ８．８０７５．８６４８２４．０５２５１．１９５４２４．５６２８８．４０２．２固定干涉控制距离问题为了分析方便，本文中设发送节点与接收节点之间的距离（Ｔ－Ｒ距离）为以节点的最大发送距离为Ｄ，隐藏节点的分布半径（干涉半径或干涉距离）为Ｄ加．定义协议能够控制接收节点周围邻近节点不发送数据的距离为干涉控制半径，用Ｄｃ加，表示．隐藏节点是指在节点接收数据过程中可能干涉接收节点正确接收数据的邻近节点．根据公式（１）与公式（３），在忽略环境噪声Ⅳｏ的情况下ｐ加可表达为砌：ｄ×瓶定的情况下，干涉距离与Ｔ－Ｒ距离ｄ成正比．（４）隐藏节点的分布半径取决于Ｔ－Ｒ距离以节点信噪比阈值以及传播环境．在节点通信速率以及传播环境确现有协议绝大多数着重于彻底消除网络中的隐藏节点，忽略了网络空间复用率，采用固定的干涉控制半径Ｄ×叫Ⅳ．这样虽然可以防止任意Ｔ－Ｒ距离ｄ情况下出现的隐藏节点，但当ｄ较小时，由于干涉控制半径过大，其中ｄ×划Ⅳ＜ｒ≤Ｄ×√Ⅳ范围内的节点不是隐藏节点，但也不能发送数据，从而导致网络空间复用率较低．万方数据２６７０乃“舢，ｏ厂Ｓ够Ｍ愆软件学报ｖ０１．２ｌ，Ｎｏ．１０，Ｏｃ诚＇ｅｒ２０ｌＯ２．３暴露节点接收问题现有解决暴露节点问题的协议都集中于处理暴露节点发送的问题，忽略了暴露节点能否接收数据的问题，导致网络空间复用率的降低．现有协议存在的暴露节点接收问题描述如下：如图２所示，在节点Ｓ向节点月发送数据的过程中，协议不允许节点Ｅ接收来自节点Ｆ的数据（８０２．１ｌ中通过直接丢弃ＲＴＳ，在ＤｕｃＨＡ中通过发送ＮｃＴＳ消息）．暴露节点能否接收数据不仅取决于暴露节点与发送节点之间的距离如，而且取决于暴露节点与向暴露节点发送数据的节点之间的距离凼．当凼较小时，由于节点Ｆ的信号到达暴露节点Ｅ的强度较强，满足信噪比要求，即使节点Ｓ与∥同时发送数据．节点Ｅ也可以正确接收节点Ｆ发送的数据．足●一ｓ，ｒｉ￡◆下＝凼Ｆ◆１Ｆｉｇ．２ＥｘｐｏｓｅｄｔｅｎｎｉｎａｌｒｅｃｅｉＶｅｐｒｏｂｌｅｍ图２暴露节点接收问题３ｅ－ＭＡＣ协议３．１无线设备硬件结构ｃ．ＭＡｃ协议基于多信道硬件结构，包括数据信道Ｃ厶拟、控制信道ｃｃ胍和忙音信道岛抒．Ｃｋ拗用于传输Ｄ觚Ａ消息，Ｃｃｍ用于传输控制消息，Ｇ什用于传输忙音ＢＴｒ．协议假设Ｃｈ尉和Ｃｃ眦两个信道可以独自进行接收和发送，则可以解决文献［１１】中所述的多信道隐藏节点问题．协议中控制消息包括ＲＴＳ消息和ＣＴＳ消息．１ⅡＳ／ｃＴｓ消息的作用是协同忙音ＢＴｒ进行信道协商和防止隐藏节点干涉ＤＡＴＡ消息．设ａｄｈｏｃ网络由同构节点构成，所有节点以相同功率Ｐｆ发送ＤＡｌ队消息和控制消息，而在发送忙音ＢＴｒ时，其输出功率可以在【Ｏ，尸。。】之间任意调节．由于数据信道％翻、控制信道Ｃ０眦和忙音信道Ｃ０开工作于相邻频段，故无线信号具有相同传播特性．设定节点Ｃ＿开和Ｑｎ具有相同的检测阈值ｃｃＡ（ｃｈ踟ｅｌｃｌｅａｒ私ｓｅｓｓｍｅｎｔ），设其值为只．３．２忙音功率计算接收节点接收到发送节点发送的信号后，如果所接收信号强度为户ｔ根据公式（１），Ｔ．Ｒ距离ｄ可以计算为拈≈１Ｆ，，厣甭根据公式（４），干涉距离为Ｄ加＝ｄ×鼍／Ⅳ．对于忙音，其ｃｃＡ为只，发送距离为Ｄｆ刀，则忙音的发射功率ｍ－为肋：竺生×ＲＰｒ（６）即接收节点接收到发送节点的信号强度为尸，，则以功率坐兰丝×只发送忙音就能够消除所有隐藏节点．ｒｒ３．３协议过程描述协议有限状态机如图３所示．图中。ＣＩ为转移条件与转移动作．转移条件与转移动作由“广’分开，前部分为转移条件，后部分为转移动作．下面对有限状态机所代表的协议过程进行描述．协议中，节点总共可以处于８种状态．ＩＤＬＥ：节点处于空闲状态；Ｓ—ＲＴＳ：节点发送ＲＴＳ消息；ＷＦ—ＣＴＳ：节点等待ｃＴｓ消息；ｓＪ）Ａ１『Ａ：节点发送ＤＡＴＡ消息；ｗＦ—ＢＴｒ：节点等待忙音ＢＴｒ结束；Ｓ—ＣＴＳ：节点发送ＣＴＳ消息；ｓ—ＮｃＴＳ：节点发送ＮｃＴＳ消息；ｗＦＪ）朋ｆＡ：节点等待ＤＡＴＡ消息．万方数据张克旺等：ｅ．ＭＡＣ：一种面向ＡｄＨｏｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议２６７ｌ（１）发送节点在发送数据之前首先侦听忙音ＢＴｒ和控制信道ｃｃ眦，如果检测到忙音ＢＴｒ或者ｃｃ舭被邻近节点占用，则进入等待状态；如果控制信道空闲而且检测不到忙音ＢＴｒ，则立即在控制信道发送ＲＴＳ消息（如图３中的Ｃ１）．（２）接收节点在接收ＲＴｓ消息的过程中采集ｃｃ眦中ＲＴＳ消息的信号强度ｎ，在此之前，节点采集本节点数据信道Ｃ白铂中噪声和其他干涉节点的强度Ⅳ．如果Ｐ，／Ⅳ＜舛４，则接收节点不能正确接收后续ＤＡＴＡ消息，在控制信道发送ＮＣＴＳ消息对ＲＴＳ消息进行应答（Ｃｌ２）．如果Ｐ，／Ⅳ≥伊４则接收节点能够正确接收后续ＤＡＴＡ消息．接收节点发送ＣＴＳ消息对ＲＴＳ消息进行应答，同时在信道ＣＢ什发送忙音ＢＴｒ．忙音ＢＴｒ的功率尸．６根据公式（６）计算（ｃ８）．其中，４的目的是在后续过程中，Ｃｂ慰中的Ⅳ增加不明显的情况下．不会影响数据的正确接收．（３）发送节点在发送ＲＴＳ消息等待ｃＴｓ消息（ｃ２）．如果ＴＩＭＥＯＵＴ时间内仍然没有接收到ＣＴＳ消息，则重新开始（ｃ４）；如果接收到接收节点的ＣＴＳ消息，则在数据信道中发送ＤＡｌ’Ａ消息（ｃ３）．（４）接收节点在发送完ＣＴＳ消息后等待ＤＡＴＡ消息（ｃ９）．如果正确接收ＤＡＴＡ消息，则结束忙音ＢＴｒ（Ｃ１１）；如果没有成功接收ＤＡＴＡ消息，则持续发送ＢＴ“Ｃ】ｏ）．（５）发送节点在发送ＤＡＴＡ消息后一段时间内持续检测忙音ＢＴｒ（ｃ５）．如果忙音ＢＴｒ没有结束，说明接收节点没有正确接收ＤＡＴＡ消息，进行重发（ｃ６）；如果忙音ＢＴｒ结束，说明接收节点已经正确接收ＤＡＴＡ消息，数据发送过程完成（ｃ７）．Ｃｌ：Ｒｅａｄｙ＇ｎｏＢＴｔＣｃｒ札ｃｌｃａ“Ｃ，：Ｅｎｄｏｆｎａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ／ｓｅｔｔｉｍｅｆＣｉ：ＴｉｍｅｒｏｕｔＧ：ＣＴＳｒｅｃｅｉｖｅｄ／Ｃｊ：Ｅｎｄｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｌｌ／ｓｅｔｔｉｍｅｒＣ，：ＮｏＢｌ＇，＆：ＢＴｒｓｅｎｓｅｄ，Ｃ８：Ｉ盯ＳｒｅｃｅｊｖｅｄａｎｄＳＴＮＲｓａｔｉｓｆｉｅｄ，Ｃｌｏ：Ｄａｔａｃｈｅｃｋｅｒｒｏｒ／Ｃ１２：ＲＴＳｃ９：Ｅｎｄｏｆ廿ａｎｓｍｉｓｓｉｏｌｌ，ｓｃｔｔｉｍｅｒ＇ｎ锄ｓｍｉｔＢＴｒＣ１１：Ｔｉｍｃｒｏｕｔｏｒｄａｔａｃｈｅｃｋｏｋ／ｓｈｕｔｄｏｗｎＢ１ｔｒｃｃｃｉｖｃｄ卸ｄＳＩＮＲｎｏｔｓａｔｉｓｆｉｅｄ，Ｆｉｇ．３Ｆｉｎｉｔｅｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅｏｆｅ－ＭＡＣ图３ｅ．ＭＡｃ有限状态机４协议分析与仿真４．１网络空间复用率ｅ—ＭＡＣ协议采用忙音机制解决隐藏节点问题．与现有协议相比，由于接收节点通过所接受信号的强度动态调整忙音覆盖范围，协议能够有效提高网络空间复用率．在解决暴露节点问题方面，只要节点不是隐藏节点，不论数据信道是否空闲都可以发送数据，协议允许暴露节点并行发送数据．而且，协议中暴露节点在接收到ｌＨＳ消息后，通过判断接收到ＲＴｓ消息的信号强度与数据信道中干涉信号强度是否满足信噪比的要求来决定是否接收后续ＤＡＴＡ消息，暴露节点接收问题也得到了解决，可进一步提高网络空间复用率．万方数据２６７２．，她删，矿№厅慨胛软件学报ｖ０１．２ｌ，Ｎｏ．１０，ｏｃｔｏｂｃｒ２０１０定理１．通过解决固定干涉控制距离问题，ｅ．ＭＡＣ协议的空间复用率为ＤＵＣＨＡ协议的２倍．证明：根据文献［１２】中的结论，在节点的分布满足泊松分布，网络负载满足“重负载模型”时，网络空间复用率反比于单个传输所占用的面积．下面分别分析ｅ．ＭＡＣ协议和ＤＵＣＨＡ协议下单个传输所占用的面积．如图４所示，节点Ⅳｌ向节点胞发送数据，Ｔ－Ｒ距离为以节点最大发送距离为Ｄ，隐藏节点的分布半径为Ｄ加．由于协议能够彻底解决暴露节点问题，面积爿１内的节点可以发送数据，单个传输所占用面积仅仅包括忙音的覆盖范围．Ｆｉｇ．４Ｓｐａｔｉａｌｒ∞ｓｅｏｆｅ·ＭＡＣ图４ｅ．ＭＡＣ的空间复用率在ＤｕｃＨＡ协议下，为保证彻底解决隐藏节点问题，节点的干涉控制半径Ｄ曲．ｆＤ删＝ｍ觚（Ｄ加）＝Ｄ×√卢，于是，单个传输占用面积的数学期望研双矿）】为兰Ｅｔｓ（留’）】＝Ｄ２ｘｐ２×靠（７）ｃ＿ＭＡｃ协议采用忙音功率控制机制后，为保证彻底消除隐藏节点，同时提高网络空间复用率：则需要ＤｃｌｒｌｔＭ＾ｆＤｉｎｔ钓而节点的干涉距离Ｄ加根据Ｔ＿Ｒ距离动态变化．假设网络中节点分布均匀，节点密度为谚记当节点位于位置ｇ时传输所占用的面积为双ｇ），则双ｇ）的期望为研ｓ（ｇ）】２ｒ１ＪＪ口Ｅ＾ｐ（ｇ）ｓ（ｇ）ｄ咖（９）其中ｐＱ）：Ｉ袁，ｇ∈Ｒ囊为圆心在原点、半径为最大发送距离Ｄ的圆，则【ｏ，ｏｔｈｅｒ而辩剐纠＝ｅ。ｒ扫（ｐ痧）２脚ｄ，＝２７ｃ×吉×卢；×ｒｐ３印；三×Ｄ２×口ｉ２（１０）ＤｕＣＨＡ协议下单个传输占用面积的期望为ｅ—ＭＡＣ协议下单个传输占用面积期望的２倍，即ｅ．ＭＡＣ协议下网络空间复用率是ＤＵＣＨＡ协议下的２倍．命题得证．络空间复用率的提高．４．２协议性能仿真本文使用Ｇｌｏｍｏｓｉｍ【１３】作为模拟仿真实验平台．为了评估ｅ．ＭＡＣ协议的性能，仿真选用８０２．１ｌＤＣＦ和ＤＵｃＨＡ协议与本文中的ｅ．ＭＡＣ协议进行对比．在ＤｕＣＨＡ协议中，作者在仿真时配置控制信道与数据信道中带宽分配为ｌ：３，本文采用相同配置．详细仿真环境的配置参数见表２．口由于分析解决暴露节点接收问题所带来的网络空间复用率的提高有较大的难度，我们通过仿真来分析网万方数据张克旺等：ｅ．ＭＡＣ：一种面向ＡｄＨ０ｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议２６７３以网络吞吐量作为性能比较的最差要指标，这里，吞吐量主要是指各个数据流端到端吞吐量之和．首先，我们对如图５所示的简单拓扑结构下网络性能进行仿真对比．节点４向节点占发送数据．节点ｃ向节点Ｄ发送数据．节点一与节点占之间的距离为５０ｍ，节点Ｃ与节点Ｄ之间的距离为５０ｍ，节点曰与节点ｃ之间的距离为工，通过改变工的大小来测试网络吞吐量与节点间的冲突，以验证隐藏节点问题的解决情况以及网络空间利用率．节点通信速率为１８Ｍｂｐｓ，信噪比要求为１０．７９ｄＢ，节点发射功率为１５ｄＢｍ．采用ＣＢＲ（ｃｏｎｓｔ姐ｔ模型发送数据，数据包大小为ｌ０２４字节，投递速率为２５６包／秒．Ｔａｂｌｅ２Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｉｔｒａｔｅ）ｅｎｖｉｒｏｎｍ曲ｔｃｏｎｆｉｇｌｌｒａｔｉｏｎ表２仿真配置参数ＴＥＲＲＡＩＮ·ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＳｌＯＯＯＭ×１０００ＭＰＲＯ队ＧＡＴＩＯＮ．ＰＡＴＨＬＯＳＳＮＯＩＳＥ．ＦＩＧＵＲＥＴＥＭＰＩＡＲＡＴＵＲＥＲＡＤＩＯ—ＴＹＰＥＲＡＤＩＯ．ＦＲＥＯＵＥＮＣＹＲＡＤＩＯ．ＲＸ．ＴＹＰＥＴＷＯ．ＲＡＹｌＯ．Ｏ２９０．０ＫＲＡＤＩＯ．ＡＣＣＮＯＩＳＥ２．４ＧＨＺＳＮＲ．ＢＯＵＮＤＥＤｌ５．０ｄＢｍ一８ｌｄＢｍ一９０ｄＢｍ０．０ＤＢＳＴＡＴＩＣＣＢＲｌ０２４ＢｖｔｃＲＡＤＩＯ．ＴＸ—ＰＯＷＥＲＲＡＤＩＯ．ＲＸ—ＴＨＲＥＳＨＯＬＤＲＡＤＩＯ．ＲＸ·ＳＥＮＳＩＴＩＶＥＲＡＤＩＯ—ＡＮＴＥＮＮＡ－ＧＡ玎ｑＲｏＵＴＩＮＧ—ＰＲｏＴＯＣＯＬＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ－ＰＲＯＴＯＣＯＬＡＰＰＬｌＣＡＴＩＯＮ．Ｐ＿ＡＣＫＥＴ．ＳＩＺＥ图６与图７分别为不同协议下网络吞吐量以及ＤＡｌ限消息的冲突．８０２．１ｌＤｃＦ协议下，当２９９ｍｑ＜５５７ｍ时，网络吞吐量急剧下降．这主要是由于，当工在这个范围内时，节点曰与节点ｃ能够相互干涉，正确地接收数据．但由于两者之间距离超过最大发送距离，ＲＴｓ／ｃＴＳ无法有效防止这种情况下的隐藏节点，于是节点间冲突急剧增多，导致网络吞吐量降低．当．驴５５７ｍ时，两个会话之间互不干涉，吞吐量保持恒定．ＤｕＣＨＡ协议由于能够彻底解决隐藏节点问题，网络中冲突较少．但为了防止隐藏节点，节点的干涉控制距离为５５７札这样，当节点“５５７ｍ时，在节点丑接收数据过程中，节点ｃ不能发送数据，吞吐量较低：在驴５５７ｍ时，两个会话互不影响，吞吐量明显提高．在ｅ．ＭＡＣ协议中，由于节点彳与节点口之间的距离为５０ｍ，抖一丑ＣＤ一ｘ◆下Ｆｉｇ．５Ｓｉｍｐｌｅｔｏｐｏｌｏｇｙ图５简单拓扑结构干涉控制距离为９３ｍ，所以当驴９３ｍ时，两个会话能够并行进行，网络吞吐量开始增加．当“１００ｍ或者驴５５７ｍ时，８０２．１１ＤＣＦ协议下，网络吞吐量明显高于ＤｕｃＨＡ协议和ｅ．ＭＡＣ协议．这主要是由于在后两个协议中，ｌ／３的带宽划分为控制信道，而在数据包较大时，ｌ玎Ｓ／ＣＴｓ消息所占比例远远小于１／３，导致在数据信道饱和的情况下，控制信道负载仍然较轻，影响了网络吞吐量．Ｆｉｇ．６ＮｅＭｏｒｋｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｕｎｄｅｒｓｉｍｐｌｅｔｏｐｏｌｏｇｙＦｉｇ．７Ｄａｔａｐａｃｋｅｔｓｃｏｎｉｓｉｏｎｓｕｎｄｅｒｓｉｍｐｌｅｔｏｐｏｌｏｇｙ图６简单拓扑结构下网络吞吐量图７简单拓扑结构下网络中数据包的冲突万方数据２６７４乃“Ｍ，矿剐№陀软件学报ｖ０１．２ｌ，№．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１０然后，分析网格拓扑结构中协议的性能．如图８所示，网络由１００个节点构成网格拓扑．网格中最左边节点ｏ￣节点９０分别向最右边节点９～节点９９发送数据．采用ｃＢＲ模型发送数据，数据包大小ｌ０２４字节，投递速率为２５６包／秒．路由通过手动配置。使数据如图８所示逐跳路由．伊沪…捣④◇…叫ｍＦｉｇ．８（两ｄｔｏｐｏｌｏｇｙ图８网格拓扑结构图９为在不同协议下，不同带宽条件下的网络吞吐量．对于８０２．１１ＤＣＦ协议，根据表１，带宽越高，信噪比要求越高，在同样发送距离条件下干涉距离越大，导致ＲＴＳ／ＣＴｓ防止隐藏节点的效率越低．当带宽为６Ｍ时，由于信噪比要求不高，ＲＴｓ／ｃＴＳ防止隐藏节点的效率较高．随着节点间距离的增大，网络中多个节点可以建立并行发送，网络空间复用率提高，吞吐量增大．当带宽为１８Ｍ时，如果节点间距离大于２７０ｍ，网络中隐藏节点开始增多，导致网络吞吐量降低．但当带宽为５４Ｍ，节点间距离非常接近时，协议采用的ｃｓＭＡ／ＣＡ机制使网络中冲突较小，随着节点间距离的增大，网络中隐藏节点导致网络吞吐量急剧下降，直至网络瘫痪．对于ＤｕｃＨＡ协议，由于协议可以彻底解决隐藏节点问题。从而能够消除网络中的冲突．在图９所示的３种带宽条件下，随着节点间距离的增大，空间复用率增大，网络吞吐量也逐步提高．在ｅ．ＭＡＣ协议中，３种带宽条件下网络都保持基本稳定的网络吞吐量．通过上文分析，节点的干涉距离与Ｔ－Ｒ距离成正比；而在本仿真拓扑中，随着Ｔ－Ｒ距离ｄ的增大，可能的干涉节点距离也按比例增大，ｄ的变化不影响网络中的并行发送数，网络吞吐量保持基本恒定．而且我们还可以发现，节点带宽的提高并没有提高网络吞吐量．这主要是由于节点通信速率提高的同时信噪比要求也会提高，干涉控制半径增大，空间复用率降低，通信速率提高对网络吞吐量的影响被空间复用率的降低所抵消．萎嚣１．２１．Ｏ０．８Ｏ．６Ｏ．４Ｏ．２Ｏ．０ＯＤｉｓｔａｎｃｅ２０４０６０８０１００至：：：竽Ｏ．４苫：暑ｂｅ晰ｅｅｎｎｃｉｇｈｂｏｒｉｎｇｎｏｄｅｓ（ｍ）Ｄｉｓｔａｎｃｅｎｃｉｇｈｂｏｄｎｇｂｅ似ｅｅｎｎｏｄｅｓ（ｍ，Ｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔ、Ⅳｅｅｎｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｎｏｄｅｓ（ｍ）（ａ）６ＭｂｐｓＦｉｇ．９（ｂ）１８ＭｂｐｓＮｅｔｌ＾ｒｏｒｋｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｕｎｄｅｒｄｉ仃ｅｆ鼬ｔｂａｎｋｄｗｉｄｔｈ（ｃ）５４Ｍｂｐｓ图９不同带宽条件下网络吞吐量最后，我们构造随机拓扑结构进行仿真．在１０００ｍ×１０００ｍ的平面范围内随机生成一个节点，任意选择一／ｌＯ个节点作为发送节点，在剩余节点中任意选择捍／１０个接收节点，然后分别针对３个协议进行仿真．路由协议采用ＴＢＰ（ｔｉｃｋｅｔｂ邪ｅｄｐｒｏｂｉｎｇ）协议【１４１．仍然采用ＣＢＲ模型发送数据，数据包大小为ｌ０２４字节，投递速率为２５６包／秒．图ｌＯ为不同节点数以条件下的网络吞吐量．在节点数较小时，节点密度较小，网络负载轻，发送节点与接收节点的平均路径较短，网络吞吐量较高．随着节点数的增多，节点密度增大，网络负载增大，路由跳数也增大，导致万方数据张克旺等：ｅ．ＭＡｃ：一种面向ＡｄＨｏｃ网络的高吞吐量ＭＡＣ协议２６７５网络吞吐量降低．由于８０２．１ｌＤＣＦ不能有效地解决隐藏节点问题，在网络负载较大时。吞吐量急剧降低．ＤｕｃＨＡ协议与ｅ—ＭＡＣ协议能够彻底解决隐藏节点问题，吞吐量较高．对比这两种协议，由于ｅ．ＭＡＣ通过两种途径来提高网络空间复用率，因此可以有效提高网络吞吐量．ｅ－ＭＡｃ协议下平均网络吞吐量比ＤｕｃＨＡ协议提高８７％．２．２５２．００１．７５１．５０１．２５１．０００．７５Ｏ．５０Ｏ．２５０．ＯＯＮ岫ｂ盯ｏｆｎｏｄｅｓｉｎＦｉｇ．１０１’ｈｒｏｕｇｈｐｕｔｎｅｔｗｏｒｋｕｎｄｅｒ啪ｄｏｍｔｏｐｏｌｏｇｙ图１０任意拓扑结构下网络吞吐量５总结现有ＭＡＣ协议在解决隐藏节点问题时着重于彻底消除网络中的隐藏节点【１扪，忽略了网络空间复用率问题，引起同定干涉控制距离问题．现有协议在解决暴露节点问题时着重于如何允许暴露节点并行发送数据，忽略了暴露节点接收问题．固定干涉控制距离问题和暴露节点接收问题影响了网络空间复用率，导致网络吞吐量降低．本文的ｅ．ＭＡＣ协议采用忙音功率控制方法和信号强度计算方法分别解决上述问题，提高了网络空间利用率，最终提高了网络吞吐量．致谢在此，向对本文提出有益建议的审稿专家表示感谢．Ｒｅｆｂｒｅｎｃｅｓ：【ｌ】ｚｈａｉＨＱ，Ｗ锄ｇＪＦ，Ｆ锄ｇＹＧ．ＤＵＣＨＡ：Ａｎｅｗｄ吼ｌ－ｃｈ锄ｅｌＭＡＣｐ∞ｔｏｃｏｌｆｏｒｍｕｌｔｉｈｏｐａｄｈｏｃｎｅ铆ｏｒｋｓ．ＩＥＥＥＴ啪ｓ．ｏｎＷｉ托ｌｅｓｓｎ们ｕｇｈｐｕｔ－ｄｅｌａｙＣｏ姗岫ｉｃａｔｉｏｎｓ，２００６，５（１１）：３２２４—３２３３．【２】ＫｌｅｉｎｒｏｃｋＬ＇ＴｏｂａｇｉＦ．Ｐ∽ｋｅｔ哪“ｃｈｉｎｇｉｎｍｄｉｏｃｈａｒａｃｔｃｒｉｓｔｉｃｓ．ＩＥＥＥＴｍｓ．∞ｃ咖ｕｎｉｃａｔｊｏｎｓ，１９７５，２３（１２）：１４００一１４１６．【ｄｏｉ：１０．１１０９／ＴｃＯＭ．１９７５．１０９２７６８】ｃｈ锄ｃｌｓ：ＰａｒｔＩ卜１１ｌｃｈｉｄｄｅｎｃｈ踟ｅｌｓ：ＰａｎＩ—Ｃａ喇盱ｓｃ璐ｅ哪ｌｔｉｐｌｅ－∽ｃｅｓｓｍｏｄｅｓ柚ｄｔｅ彻ｉｎａｌｐｒｏｂｌ咖ｉｎｔｈｅｉｒ【３】ＴｏｂａｇｉＦ＇ＫｉｅｉｎｒｏｃｋＬ．Ｐ∽ｋｃｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎｒａｄｉｏｃａｒｒｉ盯ｓｅ地ｃｍｕｌｔｉｐｌｅ－ａｃｃｅｓｓ瓶ｄ【４】ｔｈｅｂＩＩ￥ｙ·ｔｏｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．ＩＥＥＥＩＥＥＥｓｔａｎ删ｆ打ｉｎｆｂｎｎａｔｉｏｎ批ｈＩＩｏｌｏｇｙ－ｔｅｌｅｃｏ姗ＩＩｎｉｃａｔｉ叽ｓ锄ｄｉｎｆｏ咖ａｔｉｏｎＬＡＮｎｅｗＴｒ柏ｓ．ｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９７５，２３：１４１７一１４３３．【ｄｏｉ：１０．１１０９厂ｒＣＯＭ．１９７５．１０９２７６８】ｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅ∞ｓｙｓｔｃｍｓ—ｌｏｃａｌ锄ｄｍｅ仃ｏｐｏｌｉｔａｎｌａｙｃｒ（ＰＨＹ）ａｒ∞∞佃ｏｒｌ岱－ｓｐ∞墒ｃｒｃｑｕｉｒ锄ｅｎｔｓ—Ｐａｎｌｌ：Ｗｉｒｅｌｃｓｓｓｐｅｃｍｃ砒ｉｏ邶．２００７．ｍｅｄｉ啪ａｃｃｅｓｓｃｏｎ仃ｏｌ（ＭＡＣ）缸ｄｐｈｙｓｉｃａｌ【５】ＰｈｉｌＫ．ＭＡｃＡ—Ａｃｈ锄ｅｌａｃｃｅｓｓｍｃｔｈｏｄｆｏｒｐａｃｋｅｔｒａｌｄｉｏ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅＡＲｌｕ．／ｃＲＲＬＡｍａｔｅｕｒＲａｄｉｏ９ｔｈＣｏ枷Ｉｐｕｔ盯Ｎｃ觚ｏｒｋｉｎｇＣｏｎｆ．ｏＩｌｔａｒｉｏ：Ａｌ砒，１９９０．１３４－１４０．ｈｔｔｐ：，，ｒ姐ｇｅｒ．ｕｔａ．ｅｄｕ—ｌ“ｌ·２５－ｌｅｃｔｌｌｒｃ一２．ｐｄｆ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Hoc网络的高吞吐量MAC协议
作者：作者单位：
张克旺， 潘煜， 张琼， 张德运， ZHANG Ke-Wang， PAN Yu， ZHANG Qiong， ZHANG De-Yun
张克旺,张德运,ZHANG Ke-Wang,ZHANG De-Yun(西安交通大学,电子与信息学院,陕西,西安,710049)， 潘煜,PAN Yu(西安交通大学,电子与信息学院,陕西,西安,710049;西安工业大学,计算机学院,陕西,西安,710032)， 张琼,ZHANG Qiong(西安邮电学院,计算机学院,陕西,西安,710061)
软件学报
JOURNAL OF SOFTWARE2010,21(10)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
1.Zhai HQ.Wang JF.Fang YG DUCHA:A new dual-channel MAC protocol for multihop ad hoc networks2006(11)
2.Kleinrock L.Tobagi F Packet switching in radio channels:Part I-Carrier sense multiple-access modesand their throughput-delay characteristics 1975(12)
3.Tobagi F.Kleinrock L Packet switching in radio channels:Part II-The hidden terminal problem incarrier sense multiple-access and the busy-tone solution 1975
4.IEEE standard for information technology-telecommunications and information exchange betweensystems-local and metropolitan area networks-specific requirements-Part 11:Wireless LAN mediumaccess control (MAC) and physical layer (PHY) specifications 20075.Phil K MACA-A new channel access method for packet radio 1990
6.Xu K.Gerla M.Sang B How effective is the IEEE 802.11 RTS/CTS handshake in ad hoc networks 20027.Haas ZJ.Deng J Dual busy tone multiple access (DBTMA)-A multiple access control scheme for ad hocnetworks 2002(6)
8.Kumar S.Raghavan VS.Deng J Medium access control protocols for ad hoc wireless networks:A survey2006(3)
9.Leng SP.Zhang L.Chen YF IEEE 802.11 MAC protocol enhanced by busy tones 200510.Goldsmith A Wireless Communications 2005
11.So J.Vaidya N Multi-Channel MAC for ad hoc networks:Handling multi-channel hidden terminals usinga single transceiver 2004
12.Kleinrock L.Silvester J Spatial reuse in multihop packet radio networks 1987(1)
13.Zeng X.Bagrodia R.Gerla M GloMoSim:A library for parallel simulation of large-scale wirelessnetworks 1998
14.Chen SG.Nahrstedt K Distributed quality-of-service routing in ad hoc networks 1999(8)15.Liu K.Li JD.Zhang WZ A novel multiple access protocol for multihop wireless ad hoc networks2003(8)
16.刘凯.李建东.张文柱 一种用于多跳分布式无线网络的多址接入协议及其性能分析 2003(8)
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