第3章-2+MAC接入?yún)f(xié)議

1、3.2 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC接入?yún)f(xié)議主要內(nèi)容1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議2. Ad hoc接入面臨的主要問題3. 隱藏終端和暴露終端4. Ad hoc幾種接入?yún)f(xié)議1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議 Ad Hoc是多跳共享網(wǎng)絡(luò)。共享的含義就是在一個公用的廣播信道上實現(xiàn)所有用戶的互連和通信。這樣，如何控制對共享信道的接入，就是數(shù)據(jù)鏈路層的一個特殊子層介質(zhì)接入控制MAC子層的主要任務(wù)。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）MAC層需要解決的主要問題： Ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有特殊的網(wǎng)絡(luò)組織形式，具有動態(tài)性，其信道接入?yún)f(xié)議面臨許多新的問題，這些問題包括： 1)MAC相關(guān)的無線接收問題 2)不同的信道共享方式 3

2、)暴露終端問題 4)隱藏終端問題 5)節(jié)點移動的影響Ad Hoc的MAC協(xié)議必須盡量消除這些因素的影響。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）信道共享方式: 在普通的通信系統(tǒng)中，信道共享方式有3種：點對點、點對多點和多點共享。 點對點是最簡單的信道共享方式。其特點是只有兩個節(jié)點共享無線信道。在單信道時，兩個節(jié)點可以通過半雙工方式實現(xiàn)共享，在雙信道時，可實現(xiàn)全雙工通信。 點對多點 一般用于有固定基礎(chǔ)設(shè)施控制的無線信道，例如蜂窩移動系統(tǒng)的無線信道，終端在中心站的控制下共享一個或多個無線信道。 多點共享 是指多個終端共享一個廣播信道。以太網(wǎng)就是最典型的多點共享方式(僅指HUB的應(yīng)用，對交換機來說就不是了)。

3、在多點共享方式中，一個終端發(fā)送信號，所有的終端都可以聽到。因此這種共享方式下的信道也稱為一跳共享廣播信道. .1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)） Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳共享性 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的無線信道也是一個共享的廣播信道，但它不是一跳共享。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個節(jié)點發(fā)送報文，只有在它覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點（稱為鄰居）才能夠接收到，而覆蓋范圍以外的節(jié)點感知不到任何通信的存在。而這恰恰也是AD HOC網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢所在，即發(fā)送節(jié)點覆蓋范圍以外的節(jié)點不受發(fā)送節(jié)點的影響，他們也可以同時發(fā)送報文，這可以大大提高頻率的空間復(fù)用度。在使用一個通信頻率的情況下， AD HOC網(wǎng)絡(luò)中可以有多對節(jié)點同時進行通信-稱為

4、多跳共享廣播信道。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）多跳共享性對MAC協(xié)議的影響 多跳共享廣播信道帶來的直接影響就是報文沖突與節(jié)點所處的地理位置相關(guān)。在一跳共享廣播信道中，報文沖突是全局事件，所有節(jié)點要么都收到正確的報文，要么都會感知到報文沖突。但在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，報文沖突只是局部事件，發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點感知到的信道狀況的不一致性，會帶來隱藏終端、暴露終端等一系列的問題。 由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)特殊的信道共享方式（多跳共享），需要設(shè)計專用的信道接入?yún)f(xié)議。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）靜態(tài)多點接入技術(shù)： 1）TDMA:為每個用戶分配一個固定的時隙; 2）FDMA:為每個用戶分配一個固定的頻段;

5、 這些靜態(tài)的方法，在用戶數(shù)較少而固定，且每個用戶通信量較大的情況下，是簡單有效的接入方案。 但是，當(dāng)用戶數(shù)目較多且通信量具有突發(fā)特征時，就不適用。必須采用動態(tài)多點接入技術(shù)。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）動態(tài)多點接入技術(shù)： 可分為受控接入和隨機接入兩類。對于受控接入，每個用戶不能隨意接入信道，必須服從一定的控制規(guī)則，典型的有多點線路輪詢和令牌傳遞。對于隨機接入，每個用戶都可以根據(jù)自己的意愿隨機的發(fā)送信息，多個用戶同時發(fā)送會產(chǎn)生幀的沖突，導(dǎo)致發(fā)送失敗。 受控接入又可以分為集中式和分布式。輪詢屬于集中式控制，控制節(jié)點按一定順序逐一詢問各用戶節(jié)點是否有信息發(fā)送。如果有，則被詢問的用戶節(jié)點就立即將信息發(fā)

6、送給控制節(jié)點；如沒有，則控制節(jié)點依次詢問下一節(jié)點。令牌環(huán)屬于分布式控制，在環(huán)路中通過特殊的令牌環(huán)幀沿著環(huán)路逐站傳遞，只有獲得令牌的節(jié)點才有權(quán)發(fā)送信息。當(dāng)信息發(fā)送完畢，就將令牌傳遞給下一站。 AD HOC網(wǎng)絡(luò)作為自組網(wǎng)，決定只能采用隨機接入。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）多點隨機接入?yún)f(xié)議（針對一跳共享的網(wǎng)絡(luò)） 1、ALOHA方式 ALOHA隨機接入方式有兩種，一種是純ALOHA方式，一種是分時隙ALOHA方式。兩者的區(qū)別在于是否將事件分割為離散的時隙空間，即純ALOHA方式無需全局時間同步,而分時隙ALOHA方式則必須時間同步。兩者都適用于任何無協(xié)調(diào)關(guān)系的多用戶競爭單信道使用權(quán)的系統(tǒng)。1. 信道

7、接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)） 純ALOHA：純ALOHA是一種用戶一旦產(chǎn)生需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就完全隨機的發(fā)送到無線信道上去的方式.它既可以工作在無線信道方式，也可以工作在總線式網(wǎng)絡(luò)中。純ALOHA系統(tǒng)最大吞吐量為0.184 分時隙ALOHA：以一個分組的傳輸時間為單位，把信道劃分為時隙，用戶按照這種時隙同步發(fā)送分組的。系統(tǒng)最大吞吐量為0.368，是純ALOHA的2倍。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)） 沖突的結(jié)果是使沖突的雙方（有時也可能是多方）所發(fā)送的數(shù)據(jù)都出現(xiàn)差錯，因而都必須進行重發(fā)。但是發(fā)生沖突的各站不能馬上進行重發(fā)，因為這樣做就會繼續(xù)沖突下去。 ALOHAALOHA系統(tǒng)采用的重發(fā)策略是讓各站等待一段隨

8、機的時間，然后再進行重發(fā)。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）載波監(jiān)聽多路訪問CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols） 載波監(jiān)聽（Carrier Sense） 站點在為發(fā)送幀而訪問傳輸信道之前，首先監(jiān)聽信道有無載波，若有載波，說明已有用戶在使用信道，則不發(fā)送幀以避免沖突。 多路訪問（Multiple Access） 多個用戶共用一條線路1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）CSMA方式 在ALOHA中,由于各個用戶是相互獨立的發(fā)送分組，因此發(fā)生分組沖突的概率很大。針對這種情況而研究的CSMA（載波偵聽多址）方式是一種用戶監(jiān)測信道使用情況，避開沖突發(fā)送分組的方

9、式。即采用這種方式發(fā)送分組時，首先要檢測載波，檢測其它用戶是否在使用信道，一旦信道空閑就立即發(fā)送分組，從而使網(wǎng)絡(luò)可獲得大大高于分時隙ALOHA協(xié)議的最大信道利用率。 CSMA方式有三種基本的方式: 1）非堅持（non-persistent）CSMA方式 2）1-persistent CSMA方式 3）P-persistent CSMA方式，用于分時隙信道1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）1）1-堅持CSMA(1-persistent CSMA) 如果介質(zhì)空閑，就立即發(fā)送數(shù)據(jù)；如果介質(zhì)忙則繼續(xù)偵聽直到介質(zhì)變?yōu)榭臻e，然后發(fā)送數(shù)據(jù)；如果有沖突則等待隨機時間后再偵聽。之所以稱其為1-堅持CSMACSMA，

10、是因為站點一旦發(fā)現(xiàn)介質(zhì)空閑，將以概率1發(fā)送數(shù)據(jù) 原理 若站點有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道；若站點發(fā)現(xiàn)信道空閑，則發(fā)送；若信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，然后完成發(fā)送； 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機時間，然后重新開始發(fā)送過程。 優(yōu)點：減少了信道空閑時間； 缺點：增加了發(fā)生沖突的概率； 廣播延遲對協(xié)議性能的影響：廣播延遲越大，發(fā)生沖突的可能性越大，協(xié)議性能越差；1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）2)非堅持CSMA (non persistent CSMA) 如果介質(zhì)空閑，立即發(fā)送數(shù)據(jù)；如果介質(zhì)忙，則等待一個隨機時間后再嘗試。定性分析一下，就可以知道非堅持CSMA協(xié)議的介質(zhì)利用率會比1-堅持CSMA好一些，但數(shù)

11、據(jù)傳輸時間可能會長一些 原理 若站點有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道；若站點發(fā)現(xiàn)信道空閑，則發(fā)送；若信道忙，等待一隨機時間，然后重新開始發(fā)送過程；若產(chǎn)生沖突，等待一隨機時間，然后重新開始發(fā)送過程。 優(yōu)點：減少了沖突的概率； 缺點：增加了信道空閑時間，數(shù)據(jù)發(fā)送延遲增大； 信道效率比1-堅持CSMA高，傳輸延遲比1-堅持CSMA大。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）3） p-堅持CSMA (p-persistent CSMA) 如果介質(zhì)空閑，便以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，以概率1-p把數(shù)據(jù)發(fā)送推遲到下一個時間片；如果下一個時間片介質(zhì)仍然空閑，便再次以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，以概率1-p將其推遲到下下一個時間片。此過程一直重復(fù)，直

12、到將數(shù)據(jù)發(fā)送出去或是其他站點開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果一開始偵聽介質(zhì)就發(fā)現(xiàn)介質(zhì)忙，那么它就等到下一個時間片繼續(xù)偵聽介質(zhì)，然后重復(fù)上述過程。 適用于分時隙信道。 原理 若站點有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽信道； 若站點發(fā)現(xiàn)信道空閑，則以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，以概率q=1-p延遲至下一個時槽發(fā)送。若下一個時槽仍空閑，重復(fù)此過程，直至數(shù)據(jù)發(fā)出或時槽被其他站點所占用； 若信道忙，則等待下一個時槽，重新開始發(fā)送； 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機時間，然后重新開始發(fā)送;1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）CSMA/CD是對CSMA的改進 沖突檢測是在發(fā)送的同時接收信息進行比較，如果兩者不一致，說明發(fā)生了沖突，發(fā)送站

13、點停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并向總線發(fā)送阻塞信號，通知其他站點。 沖突檢測可及早釋放共享介質(zhì)，提高信道利用率。 CSMA由于在發(fā)送數(shù)據(jù)之前進行載波監(jiān)聽，所以減少了沖突的機會。但由于傳播時延的存在，沖突還是不可避免的。 CSMA/CD的要點就是:監(jiān)聽到信道空閑就發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并繼續(xù)監(jiān)聽下去。如監(jiān)聽到發(fā)生了沖突，則立即放棄此數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。1. 信道接入技術(shù)及協(xié)議（續(xù)）CSMA/CD和CSMA/CA 802.3協(xié)議的CSMA/CD;無線局域網(wǎng)標準802.11的CSMA/CA 對無線通信，由于要檢測沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號一邊傳送數(shù)據(jù)信號，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。 CSMA/CA 一個工作站希望在

14、無線網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)，如果沒有探測到網(wǎng)絡(luò)中正在傳送數(shù)據(jù)，則附加等待一段時間，再隨機選擇一個時間片繼續(xù)探測，如果無線網(wǎng)路中仍舊沒有活動的話，就將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接受端的工作站如果收到發(fā)送端送出的完整的數(shù)據(jù)則回發(fā)一個ACK數(shù)據(jù)報，如果這個ACK數(shù)據(jù)報被接收端收到，則這個數(shù)據(jù)發(fā)送過程完成，如果發(fā)送端沒有收到ACK數(shù)據(jù)報，則或者發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有被完整地收到，或者ACK信號的發(fā)送失敗，不管是那種現(xiàn)象發(fā)生，數(shù)據(jù)報都在發(fā)送端等待一段時間后被重傳。2. Ad Hoc信道接入面臨的主要問題自組網(wǎng)MACMAC接入?yún)f(xié)議的作用 信道接入?yún)f(xié)議是自組網(wǎng)設(shè)計、研究的主要技術(shù)難點之一，網(wǎng)絡(luò)的性能如吞吐量、容量、時延及功耗等性能依賴

15、于所采用的MAC協(xié)議。 AD HOC網(wǎng)絡(luò)是無線網(wǎng)絡(luò)，信道資源相對緊張，節(jié)點對信道資源的使用受到限制。同時，物理層的傳輸質(zhì)量也相對較差，也沒有一個可靠的中心控制點，因此節(jié)點間不容易協(xié)調(diào)。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的高度靈活性，導(dǎo)致它需要更多的資源傳輸控制信息。綜上所述，如何提高信道資源利用率、如何協(xié)調(diào)各節(jié)點的操作、如何提高傳輸?shù)目煽啃跃统蔀閍d hoc網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)研究的主要內(nèi)容。2. Ad Hoc 信道接入面臨的主要問題(續(xù))AD HOC自組網(wǎng)對信道接入?yún)f(xié)議的要求 1)高空間復(fù)用度 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點之一就是可以實現(xiàn)多對結(jié)點同時進行通信，實現(xiàn)頻率的空間復(fù)用，提高網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量。 2)避免報文間沖突 由于采用

16、了特殊的信道共享方式，Ad Hoc信道接入?yún)f(xié)議要面臨報文沖突的威脅，嚴重影響信道利用率，特別注意數(shù)據(jù)報文的無沖突發(fā)送。 3)提供沖突解決方法 當(dāng)報文沖突不可避免時，信道接入?yún)f(xié)議要提供有效的沖突解決方法，盡量減少報文沖突帶來的影響2. Ad Hoc 信道接入面臨的主要問題(續(xù))AD HOC自組網(wǎng)對信道接入?yún)f(xié)議的要求 4）公平性 盡量保證節(jié)點公平占用信道； 5）硬件無關(guān)性 不能對電臺的功能做過多的假設(shè)； 6）其它： 節(jié)能、安全、多播廣播支持、提供實時業(yè)務(wù)等。 MAC接入分為受控接入和隨機接入兩種。 由于ad hoc是無中心的網(wǎng)絡(luò)，所以不能采用輪詢接入；而ALOHA和CSMA也是不能在ad hoc中

17、應(yīng)用的，因為在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的通信范圍受限，終端可以隨機移動，并且接點之間的傳播時延不可以忽略。3. 隱藏終端和暴露終端隱藏終端 隱藏終端是指在接收接點的覆蓋范圍內(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(dǎo)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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))隱藏終端 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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù)) 當(dāng)A要向B發(fā)送數(shù)

18、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(yīng)；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)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(dāng)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無法判斷是RTS控制報文發(fā)生沖突，還是C沒有開機，還是C是隱終端，D只能認為RTS報文沖突，就重新向C發(fā)送RTS。因此，當(dāng)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。3. 隱藏終端

19、和暴露終端(續(xù))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。這就引入了不必要的時延。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))暴露終端 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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù)) 當(dāng)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

20、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(yīng)的CTS報文。 因此，在單信道條件下，暴露終端問題根本無法得到解決！3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))隱藏終端和暴露終端問題產(chǎn)生的原因 由于ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，且工作在無線環(huán)境中，采用異步通信技術(shù)，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

21、中的噪聲、信道衰落和障礙物的影響，因此移動節(jié)點的通信距離受限，一個節(jié)點發(fā)出的信號，網(wǎng)絡(luò)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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))隱藏終端和暴露終端問題對ad hoc網(wǎng)絡(luò)的影響 “隱藏終端”和“暴露終端”的存在，會造成ad hoc網(wǎng)絡(luò)時隙資源的無序爭用和浪費，增加數(shù)據(jù)碰撞的概率，嚴重影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、容量和數(shù)據(jù)傳輸時延。 在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)終端在某一時隙內(nèi)傳送信息時，若其隱藏終端在此時隙同時傳送信息，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

22、時尤為嚴重），降低系統(tǒng)的吞吐量和容量。當(dāng)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(yù)約該時隙進行信息傳送。其實，由于源終端節(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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))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)點周圍的鄰居節(jié)點都能了解到它正在進行接收，實現(xiàn)方法有兩種：一是接收節(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；二是發(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。

23、RTS/CTS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(jié)合起來使用的多址協(xié)議，如DBTMA。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))隱藏終端和暴露終端問題的解決方法 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。終端發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先發(fā)送請求發(fā)送分組，只有聽到對應(yīng)該請求分組的應(yīng)答信號后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，同時收到此應(yīng)答信號的其他終端必須延遲發(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。3. 隱藏終端和暴露終端(

24、續(xù))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TS/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/CTS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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))RTS-CTS

25、 握手機制 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(fù)雜性和傳輸可靠性角度考慮，可采用RTS-CTS-Data-ACK的方式。具體做法是：當(dāng)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(yīng)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。 如果發(fā)出RTS后，在一定的時限內(nèi)沒有收到CTS應(yīng)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，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

26、終端造成的碰撞就大大減少了。采用鏈路級的應(yīng)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(fù)。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù)) RTS-CTS 握手機制3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù)) 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3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù)) RTS-CTS 握手機制的缺陷 2、多個CTS信息被不同的鄰居節(jié)點收到，從而導(dǎo)致沖突。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))RTS-CTS 握手機制中的退避算法 在CSMA接入技術(shù)中，當(dāng)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，以減小重發(fā)時發(fā)生沖突的可能性。在AD HOC

27、網(wǎng)絡(luò)中，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。 常用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。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))退避算法 1.二進制指數(shù)退避算法（BEB，Bina

28、ry Exponential Backoff） 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。 BEB 算法: Finc=min(2COUNTER,MAX), Fdec=MIN; BEB有兩個缺點: 1)當(dāng)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

29、避計數(shù)器值小的節(jié)點在競爭中獲勝的可能性大。3. 隱藏終端和暴露終端(續(xù))退避算法 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) ; 和是兩個可調(diào)節(jié)的參數(shù) 在MILD 中, 退避計數(shù)器的值是線性遞減的, 一次交互成功后,計數(shù)器的值減小,如果取值合理, COUNTER 并不會像BEB 算法一樣急劇減小, 在后續(xù)的競爭信道中, 所有節(jié)點獲勝的機會幾

30、乎均等,實現(xiàn)了公平接入。發(fā)生沖突時, 退避計數(shù)器增加倍, 如果取值合理, COUNTER 也不會急劇增加。但MILD 也沒有完全消除不公平現(xiàn)象。4. Ad Hoc 幾種接入?yún)f(xié)議4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類概述 經(jīng)過對ad hoc網(wǎng)絡(luò)近20年的研究，研究人員提出了數(shù)十種信道接入?yún)f(xié)議。這些協(xié)議具有各種不同的設(shè)計目標，使用了各種不同的信道復(fù)用技術(shù)，也對應(yīng)用環(huán)境做了各種不同的假設(shè)，在一定程度上解決了不同環(huán)境下信道的接入問題，但是都存在一定的局限性，一般都要求ad

31、 hoc網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，移動性較弱。 協(xié)議分類困難。在此按照兩種基本方法對信道接入?yún)f(xié)議進行劃分。4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類(續(xù))按照信道接入時握手協(xié)議的發(fā)起者可劃分為： 發(fā)方主動的信道接入?yún)f(xié)議：由發(fā)送節(jié)點主動發(fā)起信道預(yù)約，即發(fā)送者要發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送一個RTS控制報文來與接收者預(yù)約信道。大多數(shù)的信道接入?yún)f(xié)議屬于此類，如MACA（multiple access collision avoidance）帶沖突避免的多重接入、MACAW（MACA for wireless LAN）等。 收方主動的信道接入?yún)f(xié)議：由接收者發(fā)起信道預(yù)約，接收節(jié)點主動向發(fā)送節(jié)點發(fā)送RTR（ready to recei

32、ve）控制報文，發(fā)送節(jié)點如果有數(shù)據(jù)就直接發(fā)送。這種協(xié)議試圖通過減少控制報文的個數(shù)、降低握手開銷來提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。這類協(xié)議包括MACA-BI(MACA by Invitation) 、RIMA(Receiver-initiated Multiple-Access).4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類(續(xù))4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類按照信道協(xié)議使用的信道數(shù)目，可劃分為： 1）基于單信道的信道接入?yún)f(xié)議 只有一個共享信道，所有的控制報文和數(shù)據(jù)報文在同一個信道上發(fā)送和接收。受傳播時延、隱終端和節(jié)點移動性等因素的影響，單信道的ad hoc網(wǎng)絡(luò)有可能發(fā)生控制報文之間、控制報文和數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)報文之

33、間的沖突。一般來講數(shù)據(jù)報文要比控制報文長的多，數(shù)據(jù)報文的沖突會嚴重影響信道的利用率。所以，這種信道接入?yún)f(xié)議的主要目標之一就是通過使用控制報文盡量減少甚至消除數(shù)據(jù)報文的沖突，即設(shè)計合適的沖突避免策略。 典型的基于單信道的ad hoc網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議有：MACA 、MACAW 、IEEE 802.11DCF 和FAMA (Floor acquisitionMultiple Access)基站捕獲的多重接入等。4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類（續(xù)）2）基于雙信道的信道接入?yún)f(xié)議 有兩個共享信道，分別為控制信道和數(shù)據(jù)信道?？刂菩诺乐粋魉涂刂茍笪模瑪?shù)據(jù)信道只傳送數(shù)據(jù)報文。由于使用了兩個個不同的信道，控制

34、報文就不會與數(shù)據(jù)報文沖突。雙信道在解決隱藏終端和暴露終端問題上具有獨特的優(yōu)勢，通過適當(dāng)?shù)目刂茩C制，可以完全消除隱藏終端和暴露終端的影響。 典型的基于雙信道的ad hoc網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議有： BAPU（basic access protocol solutions for wireless )無線基本接入?yún)f(xié)議方案 和 DBTMA（dual busy tone multiple access）雙忙音多重接入等。4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類（續(xù)）3）基于多信道的信道接入?yún)f(xié)議 有多個信道，相鄰節(jié)點可以使用不同的信道同時通信。在使用多信道的情況下，接入控制更加靈活。可以使用其中一個作為公共控制信道

35、，也可以讓控制報文和數(shù)據(jù)報文在一個信道上混合傳送。多信道MAC協(xié)議主要關(guān)注的問題：信道分配和接入控制。信道分配負責(zé)為不同的通信節(jié)點分配相應(yīng)的信道，消除數(shù)據(jù)報文的沖突，使盡量多的節(jié)點可以同時通信。接入控制負責(zé)確定節(jié)點接入信道的時機、沖突的避免和解決等。 典型的基于多信道的信道接入?yún)f(xié)議有：HRMA （ hop reservation multiple access）跳隙預(yù)留的多重接入、multiple-channel CSMA 、DCA（dynamic channel assignment） 、MMAC（multi-channel MAC）等。4.1 Ad Hoc接入?yún)f(xié)議的分類（續(xù)） 需要指出的是

36、： 實際的接入?yún)f(xié)議可以是上述類型的混合體4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAMACAMultiple Access Collision AvoidanceMACAMultiple Access Collision Avoidance MACA是第一個使用RTS-CTS控制報文握手來解決ad hoc網(wǎng)絡(luò)隱藏終端和暴露終端問題的信道接入?yún)f(xié)議。 MACA源于CSMA/CA(載波偵聽/沖突避免)。在CSMA/CA 接入?yún)f(xié)議中，發(fā)送者和接收者在發(fā)送數(shù)據(jù)前首先使用RTS-CTS控制報文握手，目的是通知接收者做好接收準備。 CSMA/CA用在ad hoc網(wǎng)絡(luò)是有問題的：由于隱藏終端的存在，節(jié)點檢測不到

37、載波并不意味著信道空閑可以發(fā)送數(shù)據(jù)；由于暴露終端的存在，節(jié)點檢測到載波也并不意味著信道忙不能發(fā)送數(shù)據(jù)。即載波監(jiān)聽的結(jié)果不一定有用。 由于上述問題，為了簡化硬件的設(shè)計，降低硬件實現(xiàn)的復(fù)雜度，MACA建議不使用載波監(jiān)聽。CSMA/CA去掉載波監(jiān)聽就成了MACA。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù))MACA 的基本思想 發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)前先向接收者發(fā)送RTS控制報文，RTS幀中包含將要發(fā)送的分組的長度。接收者收到RTS后，回送CTS報文，并將長度消息捎回；收到CTS后，發(fā)送者開始發(fā)送數(shù)據(jù)。收到RTS的其它節(jié)點在一段時間內(nèi)不能發(fā)送任何消息，以保證發(fā)送者能夠接收并響應(yīng)CTS分組。聽到CTS的

38、節(jié)點，知道在它的通信范圍內(nèi)有站要接收某種長度的分組，通過實施退避算法延遲發(fā)送來避免沖突。發(fā)送站只有在收到對方回送的CTS后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，如果沒有收到CTS，則認為RTS因為沖突被破壞，然后執(zhí)行二進制指數(shù)退避算法BEB，延遲重發(fā)RTS。 關(guān)鍵就在于阻塞（BLOCKING）鄰居節(jié)點。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù))4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù)) MACA 的基本思想4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù))4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù))錯誤的阻塞甚至?xí)斐蓵簳r的死鎖4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù))MACA的優(yōu)點：

39、提高了無線信道的利用率 當(dāng)采用普通的CSMA技術(shù)時，一旦發(fā)生沖突，沖突的各方都需要重傳數(shù)據(jù)，這樣就降低了無線信道的利用率。采用MACA協(xié)議，盡管仍然有可能發(fā)生RTS幀和CTS幀的沖突，但由于RTS和CTS幀的長度比數(shù)據(jù)分組短的多，從而大大降低了沖突的概率和時間，提高了信道的利用率。當(dāng)然，如果數(shù)據(jù)本身很短，就沒有必要發(fā)送RTS消息。因此，可以在鏈路層設(shè)置RTS發(fā)送門限，只有數(shù)據(jù)長度大于該門限，才發(fā)送RTS幀。 部分解決了隱終端問題4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACA (續(xù)) MACA的缺點: 1）不能解決控制分組之間(RTS-CTS)的沖突問題； 2）不具備鏈路層確認機制（沒有ACK分組）

40、。當(dāng)發(fā)生沖突時需要上層超時重發(fā)，效率很低； 3）由于采用二進制指數(shù)退避算法，如果某站的退避計數(shù)器值較大，那么在后續(xù)的競爭中失敗的可能性也較大，從而使得退避值進一步增大，造成餓死現(xiàn)象（不公平）。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAWMACAW協(xié)議 MACAW是第一個專門針對無線環(huán)境而設(shè)計的MAC層協(xié)議，該方案采用了新的避退算法，以便更適合無線信道的環(huán)境。MACAW在原來MACA的基礎(chǔ)上，增加了確認數(shù)據(jù)包，用RTS-CTS-Ds-Data-ACK實現(xiàn)媒質(zhì)的沖突檢測。仿真證明MACAW將獲得更大的吞吐量以及在高負荷下的資源分配更平均。 針對MACA存在的缺點，MACAW進行了如下改進： 改進1

41、：退避計數(shù)器值拷貝實現(xiàn)公平。在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，分組頭部包含本站的退避計數(shù)器的值，收到分組的站可以將此值作為自己的退避計數(shù)器的值。這樣可以使兩者獲得相同的退避計數(shù)器的值，但傳輸完成后，所有的退避計數(shù)器的值恢復(fù)到最小值。這種方法能夠在一定程度上防止餓死現(xiàn)象，但不能充分了解網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀態(tài)，從而增加了分組沖突。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW(續(xù)) 改進2：退避算法的改進。采用MILD乘性遞增線性遞減退避算法取代BEB退避算法： Finc=min(COUNTER, MAX) ; Fdec=max(COUNTER-, MIN) ; =1.5、1 改進3：消息交互的改進 MACAW協(xié)議由于在會

42、話機制中加入了DS分組和ACK分組，所以逐跳傳輸?shù)目煽啃栽黾恿耍珎鬏斠粋€分組所需要的附加業(yè)務(wù)量也增加了。 MACAW協(xié)議的主要缺點是一次通信控制信息交互次數(shù)太多，如果考慮無線設(shè)備發(fā)送和接收的轉(zhuǎn)換時間，這種方法的效率就很低了。以增加協(xié)議開銷為代價。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW(續(xù))4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW(續(xù)) DS(Data Sending)報文用于暴露終端確認自己的身份，確認RTS-CTS握手成功。 在單信道下，暴露終端是不能發(fā)送報文的。發(fā)送結(jié)點和接收結(jié)點使用RTS-CTS握手成功后，發(fā)送結(jié)點先發(fā)送一個DS控制報文，然后向接收結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)報文。聽到DS報

43、文的結(jié)點知道自己是暴露終端，要延遲發(fā)送數(shù)據(jù)。如果結(jié)點聽到RTS報文而沒有聽到DS報文，說明RTS-CTS發(fā)生沖突，握手沒有成功，它就不需延遲發(fā)送，從而提高吞吐量。 ACK報文用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的鏈路層確認。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議802.11DCFIEEE 802.11DCF協(xié)議 802.11 MAC支持兩種操作模式：單點協(xié)調(diào)功能(PCF)和分布協(xié)調(diào)功能(DCF)。IEEE 802.11DCF采用CSMA/CA機制，其工作原理如下：準備傳送分組數(shù)據(jù)的移動站（包括AP）首先檢測信道是否繁忙，如果信道在DIFS時序間隔(對于802.11網(wǎng)絡(luò)為50s)內(nèi)為空閑狀態(tài)，那么移動站將開始準備傳送分

44、組數(shù)據(jù)。否則，移動站繼續(xù)檢測信道 如果信道在DIFS時序間隔內(nèi)空閑，那么移動站：a)開始將信道時間分為多個時隙單元；b)生成以時隙為單位的隨機退避間隔(random backoff interval) ； c)繼續(xù)檢測信道。接著，在信道仍保持空閑的每個時隙中，退避間隔值減1。當(dāng)間隔值為0時，移動站將開始傳送分組數(shù)據(jù)。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議 802.11DCF 在介質(zhì)上傳送的幀與幀之間總會有一段空閑時間，DCF將其細分為四種稱為幀隙（InterFrame Space IFS）的不同長度的時間槽： SIFS：短幀隙（Short IFS），用于較高優(yōu)先級通信； PIFS：點協(xié)調(diào)功能幀隙（

45、PCF IFS），用于PCF提供無沖突訪問； DIFS：分布式協(xié)調(diào)功能幀隙（DCF IFS），用于DCF提供沖突訪問； EIFS：擴展幀隙（Extended IFS），當(dāng)接受到錯誤幀時使用?？梢越o發(fā)送站點足夠的時間提出出錯理由并重新發(fā)送出錯幀。 這四種幀隙的時間關(guān)系及先后次序如下圖：4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議802.11DCF4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議802.11DCF 在退避期間，如果在一個時隙中檢測到信道繁忙，那么退避間隔將保持不變（凍結(jié)），并且只當(dāng)檢測到在DIFS間隔及其下一時隙內(nèi)信道持續(xù)保持空閑，才重新開始減少退避間隔值。當(dāng)退避間隔為0，將再次傳送分組數(shù)據(jù)。退避機制有助

46、于避免沖突。 DCF的退避機制具有指數(shù)特征。對于每次分組傳送，退避時間以時隙為單位(時隙的整數(shù)倍)，統(tǒng)一地在0至n-1之間進行選取，n表示分組數(shù)據(jù)傳送失敗的數(shù)目。在第一次傳送中，n取值為CWmin=32，即所謂的最小競爭窗(minimum contention window)。每次不成功的傳送后，n將加倍，直至達到最大值CWmax=1024. .4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議802.11DCF 對于每個成功接收的分組數(shù)據(jù)，802.11規(guī)范要求向發(fā)送方發(fā)送ACK消息。而且為了簡化協(xié)議頭ACK消息將不包含序列號，并可用來確認收到了最近發(fā)送的分組數(shù)據(jù)。一旦分組數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，發(fā)送移動站將在10s

47、SIFS間隔內(nèi)收到ACK。如果ACK不在指定的ACK_timeout周期內(nèi)到達發(fā)送移動站，或者檢測到信道上正在傳送不同的分組數(shù)據(jù)，最初的傳送將被認為是失敗的，并將采用退避機制進行重傳。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議802.11DCF CSMA/CA的基礎(chǔ)是載波偵聽，802.11根據(jù)WLAN的媒體特點提出了兩種載波檢測方法，檢測信道是否繁忙。一種是基于物理層的載波檢測CS，從接收射頻或天線信號檢測信號能量或根據(jù)接收信號的質(zhì)量來估計信道的忙閑狀態(tài)；另一種是虛擬CS方式，通過MAC報頭或RTS/CTS中的NAV來實現(xiàn)。只要其中之一指示信道正在被使用，信道就被認為已處于忙狀態(tài)。 NAV的含義為網(wǎng)絡(luò)

48、分配向量。NAV基于MAC幀的時長字段，其值指出當(dāng)前在信道中傳輸信息的站還需繼續(xù)占用信道的持續(xù)時間。NAV在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，是通過取得信道控制權(quán)的站發(fā)送任何類型的MAC幀來實現(xiàn)的。其它節(jié)點均可收到這個MAC幀的首部，從而讀取時長幀段的數(shù)值。若此值大于該站當(dāng)前的NAV值，則以此值取代當(dāng)前的NAV值；否則該站將按自身NAV值遞減機制遞減。當(dāng)NAV值等于0時，由虛擬載波檢測機制指示出信道為空閑狀態(tài)。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議FAMA FAMA (Floor acquisition multiple access)基站捕獲的多重接入 中心思想：允許一次RTS-CTS成功握手可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)報

49、文（稱為報文序列Packet Train）。 同時，采用了“統(tǒng)治的CTS”,增加CTS控制報文的長度，任何在CTS信號范圍內(nèi)，并同時發(fā)送RTS的結(jié)點，將至少監(jiān)聽到長CTS分組的一部分，這些結(jié)點將推遲對信道的爭用，更好地消除隱發(fā)送終端的影響。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW-BIMACA-BI協(xié)議 MACA-BI是基于MACA的收方主動的信道接入?yún)f(xié)議，只有接到RTR邀請的節(jié)點才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 設(shè)計思路：考慮到收發(fā)節(jié)點間的往返時間（包括收發(fā)轉(zhuǎn)換時間、傳播時延）對網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響，特別是在高速率、低傳播時延的情況下，往返時間成為一個信道設(shè)計的重要因素。 MACA-BI以RTR（ready

50、to receive）報文代替MACA的CTS報文，去除了RTS報文，報文序列變?yōu)镽TR-DATA，因此MACA-BI為雙向握手（MACA 為3向握手， MACAW為5向握手），減少了握手次數(shù)，從而在高速、短距離的AD HOC網(wǎng)絡(luò)中提高了吞吐量。4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW-BI (續(xù))4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MACAW-BI (續(xù))4.2 Ad Hoc單信道接入?yún)f(xié)議MARCH MARCH (Multiple Access with reduced handshake)協(xié)議 MARCH(減少握手次數(shù)的多址接入)是一種旨在利用全向天線的廣播性來減少握手次數(shù)的信道接入?yún)f(xié)議

51、。它僅在路由的第一跳使用RTS-CTS握手，在其它路由段僅使用CTS報文實現(xiàn)握手。（注：CTS中已經(jīng)含整個有路由信息）4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA DBTMA（Dual Busy Tone Multiple Access）雙忙音多址接入?yún)f(xié)議 以前的幾種方法假設(shè)所有的相關(guān)節(jié)點都能聽到RTSCTS消息，但在高速移動的大型Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中這種假設(shè)有時并不成立，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負載很高時CTS發(fā)生沖突的概率很大。為了解決這些問題，提出了雙忙音多址接入?yún)f(xié)議DBTMA。 DBTMA是在CSMA和RTS/CTS會話機制的基礎(chǔ)上，綜合了兩者的優(yōu)點來提高系統(tǒng)性能。它除了使用控制信道上的RTS/CTS分組

52、外，還使用了控制信道上的兩個忙音來標識信道狀態(tài)。 DBTMA協(xié)議將信道分為兩個子信道：數(shù)據(jù)信道和控制信道。數(shù)據(jù)報文在數(shù)據(jù)信道上傳輸，控制報文（RTS和CTS）在控制信道上傳輸， 另外在控制信道上增加兩個頻帶彼此分開的窄帶忙音BTr（接收忙音）和BTt（發(fā)送忙音），分別用來指示某站正在數(shù)據(jù)信道上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。 報文交互次序：RTS-CTS-DATA4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA (續(xù))4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA (續(xù))DBTMA算法 一個發(fā)送站首先要監(jiān)聽信道上是否有BTr信號以確定是否有其他站接收數(shù)據(jù)，如果沒有聽到BTr信號，它可以發(fā)送RTS分組，并在發(fā)送RTS

53、時監(jiān)聽BTr信號，如果在此期間聽到BTr信號(自己是隱藏發(fā)送終端)，即使收到了CTS信號也要延遲發(fā)送。當(dāng)接收站收到RTS時，要監(jiān)聽BTt信號來察看是否有節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果沒有聽到BTt信號，將響應(yīng)CTS分組，并且發(fā)送BTr信號，否則它將保持沉默(自己是暴露接收終端)。發(fā)送站接收到CTS，它開始傳送數(shù)據(jù)并發(fā)送BTt信號。當(dāng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)完畢后，停止發(fā)送BTr信號和BTt信號。 關(guān)鍵：在通信期間，所有收聽到BTr信號的其它站必須延遲發(fā)送，所有收到BTt信號的其它站不能接收數(shù)據(jù)。4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA (續(xù))4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA (續(xù))4.3 Ad H

54、oc雙信道接入?yún)f(xié)議DBTMA (續(xù))總結(jié) DBTMA中的RTS-CTS報文交互只是用來探測接收結(jié)點能否接收報文，而不再擔(dān)負預(yù)約信道的作用。信道接入完全依賴于對兩個忙音信號的檢測。DBTMA實現(xiàn)了數(shù)據(jù)報文的無沖突，付出的代價是增加了兩個帶外忙音，忙音的發(fā)送和檢測都需要額外硬件的支持。 雙信道并不是沒有解決報文沖突的能力，而是DBTMA沒有發(fā)揮雙信道的優(yōu)勢，沒有充分利用RTS-CTS報文握手具備的能力。4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議BAPU BAPU (Basic Access Protocol Solution for BAPU (Basic Access Protocol Solution

55、 for Wireless)Wireless) BAPU是在MACAW基礎(chǔ)上提出的基于雙信道的無線信道接入?yún)f(xié)議，可用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，報文序列：RTS-CTS-DS-DATA-ACK.控制報文RTS、CTS和DS在控制信道上傳輸，而數(shù)據(jù)報文DATA和ACK在數(shù)據(jù)信道上傳輸。 BAPU使用數(shù)據(jù)信道發(fā)送ACK報文，這樣導(dǎo)致暴露終端不能發(fā)送數(shù)據(jù)報文，隱終端不能接收數(shù)據(jù)報文，即隱接收終端和暴露發(fā)送終端都無法解決，而在雙信道條件下，他們是應(yīng)該得到解決的。 簡言之，BAPU只是對基于雙信道的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議做了初步的嘗試，它并沒有充分利用雙信道的優(yōu)勢，只是簡單地將MACAW移植到了雙信道。

56、4.3 Ad Hoc雙信道接入?yún)f(xié)議BAPU (續(xù))4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議DCADCAdynamic channel assignment DCA的設(shè)計思想是使用一個固定信道傳輸控制分組，其它的信道傳輸數(shù)據(jù)分組。每一個節(jié)點有兩個收/發(fā)信機，每個節(jié)點可以在控制信道和數(shù)據(jù)信道上同時監(jiān)聽。發(fā)送節(jié)點的RTS分組中含有發(fā)送節(jié)點根據(jù)其周圍的信道條件設(shè)置的數(shù)據(jù)信道信息。RTS的接收節(jié)點，決定數(shù)據(jù)信道的選擇并將該選擇放在CTS分組中。DATA和ACK在數(shù)據(jù)分組中傳輸。 該協(xié)議具有不需要同步和控制消息開銷小的優(yōu)點，但在所有信道具有相同帶寬時，性能不是很好。當(dāng)信道總數(shù)很小時，一個特定的控制信道是非常浪費

57、的,如802.11只有三個信道，一個特定用于控制信道相當(dāng)于33%的總信道帶寬成為了控制開銷。另一方面，如果信道數(shù)量很大，控制信道成為了瓶頸，抑制數(shù)據(jù)信道的充分利用。4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議HRMAHRMA (Hop Reservation Multiple Access) HRMA是使用低速調(diào)頻/直擴系統(tǒng)的多信道接入?yún)f(xié)議。 其原理是節(jié)點按照預(yù)設(shè)的調(diào)頻模式改變傳輸信道。當(dāng)兩個節(jié)點經(jīng)過RTS/CTS握手后，駐留在固定的跳隙上進行數(shù)據(jù)分組的傳輸，其它的節(jié)點繼續(xù)調(diào)頻，同理建立自己的通信信道。 這種設(shè)計思想僅能在低速調(diào)頻的傳輸網(wǎng)絡(luò)中采用。4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議 MMACMMAC (

58、 (Multi-Channel MAC) 802.11標準中為802.11DCF定義的節(jié)能模式PSM(power-saving mode）是一種典型的同步時間驅(qū)動節(jié)能協(xié)議。MMAC的設(shè)計思想來源于此。因此，先來講802.11中的PSM。 在研究中，將工作在節(jié)能模式的802.11DCF協(xié)議稱為802.11PSM協(xié)議（簡稱PSM協(xié)議），而將一直工作在活躍狀態(tài)（非節(jié)能模式）的802.11DCF稱為802.11協(xié)議4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議MMAC (續(xù))802.11 PSM 協(xié)議 802.11 PSM協(xié)議工作于全互連網(wǎng)絡(luò)中。各節(jié)點將時間軸分為若干連續(xù)的beacon周期，當(dāng)每一個beacon周

59、期開始時，工作于節(jié)能模式的節(jié)點喚醒一段時間，稱為ATIM（Ad Hoc traffic indication message）窗口。4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議MMAC (續(xù))802.11 PSM協(xié)議工作過程 在ATIM窗口開始的時刻，各節(jié)點都處于活躍狀態(tài)并競爭發(fā)一個beacon幀來進行全網(wǎng)同步，其中beacon幀中攜帶本節(jié)點的時鐘信息。各節(jié)點都與成功接收到的beacon幀進行同步，并且不再發(fā)送自己的beacon幀。同步后，有報文要發(fā)送的節(jié)點通過發(fā)送ATIM幀與接收節(jié)點進行信息交互，接收節(jié)點收到發(fā)給自己的ATIM幀后，應(yīng)答一個ATIM ACK（如果ATIM幀的地址是一廣播地址，則無需應(yīng)答

60、）。節(jié)點如果有報文要發(fā)送或接收，則在剩余的beacon周期時間（流量窗口TW，Traffic Window窗口）內(nèi)一直處于活躍狀態(tài)，那些沒有報文要發(fā)送或接收的節(jié)點則可在TW窗口內(nèi)將設(shè)備置為睡眠模式以節(jié)省能量。4.4 Ad Hoc多信道接入?yún)f(xié)議MMAC (續(xù))802.11 PSM協(xié)議規(guī)則 802.11 PSM協(xié)議需要遵守如下規(guī)則： （1）如果某節(jié)點收到發(fā)給自己節(jié)點的ATIM幀或一廣播地址的ATIM幀，則在本BI（beacon Interval）周期內(nèi)節(jié)點要一直處于活躍狀態(tài)。 （2）只有當(dāng)節(jié)點既沒有發(fā)ATIM幀又沒有收到地址為本節(jié)點或廣播地址的ATIM幀時，才可在本BI周期ATIM窗口結(jié)束以后的T