隱藏終端和暴露終端

1、隱藏終端和暴露終端隱藏終端隱藏終端是指在接收節(jié)點的覆蓋范圍內(nèi)而在發(fā)送節(jié)點的覆蓋范圍外的節(jié)點。隱藏終端由于聽不到發(fā)送節(jié)點的發(fā)送而可能向相同的接收節(jié)點發(fā)送分組，導致分組在接收節(jié)點處沖突。沖突后發(fā)送節(jié)點要重傳沖突的分組，這降低了信道的利用率。隱藏終端又可以分為隱發(fā)送終端和隱接收終端兩種。在單信道條件下，隱發(fā)送終端可以通過在發(fā)送數(shù)據(jù)報文前的控制報文握手來解決。但是隱接收終端問題在單信道條件下無法解決。當A要向B發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送一個控制報文RTS;B接收到RTS后，以CTS控制報文回應；A收到CTS后才開始向B發(fā)送報文，如果A沒有收到 CTS，A認為發(fā)生了沖突，重發(fā)RTS,這樣隱發(fā)送終端C能夠聽到B發(fā)

2、送的CTS，知道A要向B發(fā)送報文，C延遲發(fā)送，解決了隱發(fā)送終端問題。對于隱接收終端，當C聽到B發(fā)送的CTS控制報文而延遲發(fā)送時，若D向C發(fā)送RTS控制報文請求發(fā)送數(shù)據(jù)，因C不能發(fā)送任何信息，所以D無法判斷時RTS 控制報文發(fā)生沖突，還是C沒有開機，還是C時隱終端，D只能認為RTS報文沖突，就重新向C發(fā)送RTS。因此，當系統(tǒng)只有一個信道時，因C不能發(fā)送任何信 息，隱接收終端問題在單信道條件下無法解決。暴露終端暴露終端是指在發(fā)送接點的覆蓋范圍內(nèi)而在接收節(jié)點的覆蓋范圍外的節(jié)點。暴露終端因聽到發(fā)送節(jié)點的發(fā)送而可能延遲發(fā)送。但是，它其實是在接收節(jié)點的通信范圍 之外，它的發(fā)送不會造成沖突。這就引入了不必要

3、的時延。暴露終端又可以分為暴露發(fā)送終端和暴露接收終端兩種。在單信道條件下，暴露接收終端問題是不能解決的，因為所有發(fā)送給暴露接收終端的報文都會產(chǎn)生沖突；暴 露發(fā)送終端問題也無法解決，因為暴露發(fā)送終端無法與目的節(jié)點成功握手。當B向A發(fā)送數(shù)據(jù)時，C只聽到RTS控制報文，知道自己是暴露終端，認為自己可以向D發(fā)送數(shù)據(jù)。C向D發(fā)送RTS控制報文。如果是單信道，來自D的CTS 會與B發(fā)送的數(shù)據(jù)報文沖突，C無法和D成功握手，它不能向D發(fā)送報文。在單信道下，如果D要向暴露終端C發(fā)送數(shù)據(jù)，來自D的RTS報文會與B發(fā)送的數(shù)據(jù)報文在C處沖突，C收不到來自D的RTS,D也就收不到C回應的CTS報 文。因此，在單信道條件

4、下，暴露終端問題根本無法得到解決！隱藏終端和暴露終端問題產(chǎn)生的原因由于 ad hoc 網(wǎng)絡具有動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲結構，且工作在無線環(huán)境中，采用異步通信技術，各個移動節(jié)點共享同一個通信信道，存在信道分配和競爭問題；為了提高信道利用率，移動節(jié)點電臺的頻率和發(fā)射功率都比較低；并且信號受無線信道中的噪聲、信道衰落和障礙物的影響，因此移動節(jié)點的通信距離受到限制，一個節(jié)點發(fā)出的信號，網(wǎng)絡中的其它節(jié)點不一定都能收到，從而會出現(xiàn)“隱藏終端”和“暴露終端”問題。隱藏終端和暴露終端問題對 ad hoc 網(wǎng)絡的影響“隱藏終端”和“暴露終端”的存在，會造成 ad hoc 網(wǎng)絡時隙資源的無序爭用和浪費，增加數(shù)據(jù)碰撞的概

5、率，嚴重影響網(wǎng)絡的吞吐量、容量和數(shù)據(jù)傳輸時延。在 ad hoc 網(wǎng)絡中，當終端在某一時隙內(nèi)傳送信息時，若其隱藏終端在此時隙發(fā)生的同時傳送信息，就會產(chǎn)生時隙爭用沖突。受隱藏終端的影響，接收端將因為數(shù)據(jù)碰撞而不能正確接收信息，造成發(fā)送端的有效信息的丟失和大量時間的浪費（數(shù)據(jù)幀較長時尤為嚴重），從而降低了系統(tǒng)的吞吐量和容量。當某個終端成為暴露終端后，由于它偵聽到另外的終端對某一時隙的占用信息，而放棄了預約該時隙進行信息傳送。其實，因為源終端節(jié)點和目的終端節(jié)點都不一樣，暴露終端是可以占用這個時隙來傳送信息的。這樣，就造成了時隙資源的浪費。隱藏終端和暴露終端問題的解決方法解決隱藏終端問題的思路是使接收節(jié)

6、點周圍的鄰居節(jié)點都能了解到它正在進行接收，目前實現(xiàn)的方法有兩種：一種是接收節(jié)點在接收的同時發(fā)送忙音來通知鄰居節(jié)點，即BTMA系列；另一種方法是發(fā)送節(jié)點在數(shù)據(jù)發(fā)送前與接收節(jié)點進行一次短控制消息握手交換，以短消息的方式通知鄰居節(jié)點它即將進行接收，即 RTS/CTS方式。這種方式是目前解決這個問題的主要趨勢，如已經(jīng)提出來的CSMA/CA、MACA、MACAW等。還有將兩種方法結合起來使用的多址 協(xié)議，如DBTMA。對于隱藏發(fā)送終端問題，可以使用控制分組進行握手的方法加以解決。一個終端發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先要發(fā)送請求發(fā)送分組，只有聽到對應該請求分組的應答信號后才 能發(fā)送數(shù)據(jù)，而是收到此應答信號的其他終端必

7、須延遲發(fā)送。在單信道條件下使用控制分組的方法只能解決隱發(fā)送終端，無法解決隱藏接收終端和暴露終端問題。為此，必須采用雙信道的方法。即利用數(shù)據(jù)信道收發(fā)數(shù)據(jù)，利用控制信道收發(fā)控制信號RTS-CTS 握手機制RTS（Request to Send，請求發(fā)送）、CTS（Clear to Send ，清除發(fā)送）.RTS/CTS機制是對CSMA的一種改進，它可以在一定程度上避免隱藏終端和暴露終端問題。采用基于RTS/CTS的多址協(xié)議的基本思想是在數(shù)據(jù)傳輸之 前，先通過RTS/CTS握手的方式與接收節(jié)點達成對數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼J可，同時又可以通知發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的鄰居節(jié)點即將開始的傳輸。鄰居節(jié)點在收到RTS /CT

8、S后，在以后的一段時間內(nèi)抑制自己的傳輸，從而避免了對即將進行的數(shù)據(jù)傳輸造成碰撞。這種解決問題的方式是以增加附加控制消息為代價的。從幀的傳輸流程來看，基于RTS/CTS的多址方式有幾種形式，從復雜性和傳輸可靠性角度考慮，可采用RTSCTS-Data-ACK的方式。具體做法 是：當發(fā)送節(jié)點有分組要傳時，檢測信道是否空閑，如果空閑，則發(fā)送RTS幀，接收節(jié)點收到RTS后，發(fā)CTS幀應答，發(fā)送節(jié)點收到CTS后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點在接收完數(shù)據(jù)幀后，發(fā)ACK確認，一次傳輸成功完成。如下圖所示。如果發(fā)出RTS后，在一定的時限內(nèi)沒有收到CTS應答，發(fā)送節(jié)點執(zhí)行退避算 法重發(fā)RTS。RTS/CTS交互完成后，

9、發(fā)送和接收節(jié)點的鄰居收到RTS/CTS后，在以后的一段時間內(nèi)抑制自己的傳輸。延時時間取決于將要進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的長度，所以由隱藏終端造成的碰撞就大大減少了。采用鏈路級的應答（ACK）機制就可以在發(fā)生其它碰撞或干擾的時候，提供快速和可靠的恢復。RTS-CTS 握手機制RTS-CTS 握手機制的缺陷1、不同節(jié)點發(fā)送的RTS和控制信息發(fā)生沖突2、多個CTS信息被不同的鄰居節(jié)點收到，從而導致沖突。RTS-CTS 握手機制中的退避算法在CSMA系列的接入技術中，當報文產(chǎn)生沖突時，發(fā)送者要執(zhí)行退避算法，延遲一段隨機時間后再次嘗試發(fā)送。實行退避的目的是為了減小重發(fā)時在此發(fā)生沖突的可能性。在ADHOC網(wǎng)絡中，

10、為了解決隱藏終端和暴露終端問題，引入了RTS-CTS握手機制。RTS和CTS控制報文之間可能會發(fā)生沖突。發(fā)生沖突時， 發(fā)送者超時，等不到CTS，要執(zhí)行退避算法，延遲一段隨機時間后重發(fā)RTS。產(chǎn)生這個隨機時間的“種子”叫做退避計數(shù)器。退避計數(shù)器的值直接影響著產(chǎn)生的延遲時間的長短。顯然，節(jié)點退避計數(shù)器的值越短，它搶占信道的能力就越強，反之，它搶占信道的能力就越弱。也就是說，退避計數(shù)器的值反映了節(jié)點搶占接入信道的能力。所以， 維護退避計數(shù)器的值是非常重要的。退避算法通常退避算法包括二進制指數(shù)退避算法、倍數(shù)增線性減算法。1.二進制指數(shù)退避算法（BEB，Binary Exponential Backof

11、f）BEB算法的Finc 和Fdec 函數(shù)如下: 其中,COUNTER 是退避計數(shù)器的值, MAX 和MIN 分別指退避計數(shù)器的最大和最小取值, 每次發(fā)生沖突時, 退避計數(shù)器的值加倍; 每次交互成功時, 退避計數(shù)器降至最小值MIN。Finc=min(2COUNTER,MAX),Fdec=MIN;BEB有兩個缺點: 1)當一次交互成功時,退避計數(shù)器的值就降到最低值, 不能正確反映信道的爭用狀況; 2)BEB會帶來不公平現(xiàn)象,一次交互成功后, 節(jié)點的退避計數(shù)器值降為最小, 而其他不成功的節(jié)點的退避計數(shù)器的值較大, 在后續(xù)的競爭中, 退避計數(shù)器值小的節(jié)點在競爭中獲勝的可能性大。2.倍數(shù)增線性減算法（MILD）倍數(shù)增線性減(MILD,Multiplicative Increase Line Decrease)算法是對BEB 算法的改進,該算法的Finc 和Fdec 函數(shù)如下:Finc=min(COUNTER, MAX) ;Fdec=max(COUNTER-, MIN)