專利名稱：用于無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到計(jì)算機(jī)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(dòng)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(diǎn)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(qiáng)調(diào)的是多跳、自組識(shí)、無中心的概念。無線自組網(wǎng)具有獨(dú)立 性、分布性、多跳性和移動(dòng)性等特點(diǎn)，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(jì)面臨著很多具有挑戰(zhàn)性的 問題?；诟偁帣C(jī)制的MAC協(xié)議具有開銷較低、實(shí)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，正EE 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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.il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(jī)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(jī)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(jī)制基 本解決了隱藏終端和暴露終端問題。同時(shí)，通過載波偵聽、幀間間隔和隨機(jī)回退等技術(shù)控制 共享單信道模式下數(shù)據(jù)報(bào)文的沖突，其基本操作過程如圖1所示。圖中，鄰居節(jié)點(diǎn)指在傳輸 半徑內(nèi)，可以準(zhǔn)確接收并解碼報(bào)文的節(jié)點(diǎn)。鄰近節(jié)點(diǎn)指在干擾半徑內(nèi)，傳輸半徑外的節(jié)點(diǎn)， 可以感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)但無法準(zhǔn)確接收并解碼報(bào)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(diǎn)首先通過物理載波偵聽機(jī)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(shí)長后，啟動(dòng)隨機(jī)回退時(shí)鐘，在隨機(jī)回退時(shí)鐘結(jié)束后，發(fā)送RTS報(bào) 文。接收節(jié)點(diǎn)成功接收到RTS報(bào)文后，若判斷自身周圍信道也空閑，則再等待SIFS時(shí)長后 回送CTS報(bào)文，完成控制報(bào)文的握手。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在成功接收到CTS報(bào)文后，等待SIFS時(shí)長， 然后立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，接收節(jié)點(diǎn)在成功接收數(shù)據(jù)報(bào)文后，等待SIFS時(shí)長然后回送ACK 報(bào)文，完成一次數(shù)據(jù)傳輸。
IEEE802.il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(jī)制實(shí)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(shí)間，進(jìn)而確定自身的發(fā)送需要延遲的時(shí)間。這個(gè)延時(shí)信息包含在RTS、 CTS和DATA報(bào)文的報(bào)文頭中，具體數(shù)值是從節(jié)點(diǎn)接收到該報(bào)文開始到當(dāng)前通信結(jié)束所需要的時(shí)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(shí)現(xiàn)的，記錄的是一個(gè)當(dāng)前正在進(jìn)行的傳輸將占用信道的時(shí)間。節(jié)點(diǎn)在接收到其他節(jié)點(diǎn)之 間交換的報(bào)文時(shí)，就根據(jù)報(bào)文頭中的占用期(duration)的值設(shè)置NAV。
在正EE 802.11 DCF中，連續(xù)的幀(即MAC層報(bào)文)之間必須保持一定的間隔，以便留給 相關(guān)的節(jié)點(diǎn)足夠的處理時(shí)間并控制信道資源訪問的優(yōu)先級(jí)，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(diǎn)發(fā)出的報(bào)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(diǎn)。由于多跳路徑上的相鄰節(jié)點(diǎn)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(dú)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(jì)。如圖3所示，假設(shè)節(jié)點(diǎn)W有連 續(xù)的數(shù)據(jù)報(bào)文需要發(fā)送給節(jié)點(diǎn)《3，由于節(jié)點(diǎn)W在節(jié)點(diǎn)wO的通信范圍之外，所以需要通過中 間節(jié)點(diǎn)w/和w2進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在節(jié)點(diǎn)W接收到節(jié)點(diǎn)"O發(fā)送的報(bào)文后，需要轉(zhuǎn)發(fā)至節(jié)點(diǎn)"2。而 此時(shí)，節(jié)點(diǎn)"0仍然有報(bào)文要發(fā)送，所以節(jié)點(diǎn)wO和W將競爭共享的空間信道。同樣，在節(jié)點(diǎn) W接收到w/轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文后，由于需要將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)《3，同樣將與節(jié)點(diǎn)wO和w/競 爭信道。流內(nèi)競爭會(huì)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。
近年來，隨著對無線自組網(wǎng)MAC協(xié)議研究的深入，流內(nèi)競爭已經(jīng)引起了一定的關(guān)注， 人們也提出了不同的措施來解決該問題，比如自適應(yīng)調(diào)步機(jī)制(Adaptive Pacing)和優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā) 等。自適應(yīng)調(diào)歩機(jī)制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)流量等情況，為節(jié)點(diǎn)設(shè)定一個(gè)報(bào)文平均重傳次數(shù)的 閥值m,'"-^，節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)自己的報(bào)文平均重傳次數(shù)超過w/"-A之后，就激活自適應(yīng)調(diào)步機(jī)制。 在自適應(yīng)調(diào)步機(jī)制下，節(jié)點(diǎn)在正?；赝说幕A(chǔ)上，將回退的時(shí)間額外增加一段時(shí)間。額外增 加時(shí)間的長度等于節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送一個(gè)報(bào)文需要的時(shí)間(包括隨機(jī)回退的時(shí)長)。優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 下當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)在競爭信道轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)，被賦予比當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)更高的優(yōu)先級(jí)。方法是當(dāng)前 接收節(jié)點(diǎn)在競爭信道時(shí)將回退時(shí)鐘的窗口值設(shè)置為8，而在標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11 DCF模式下， 節(jié)點(diǎn)回退時(shí)鐘窗口的最小值為32，這樣，當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)就可以更快的結(jié)束回退，從而提前占 用信道轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，其他節(jié)點(diǎn)被迫等待。
現(xiàn)有針對流內(nèi)競爭的優(yōu)化，雖然采取的方法不同，但與標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11 DCF機(jī)制相 比，當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)都相當(dāng)于等待單個(gè)額外的報(bào)文發(fā)送時(shí)長。在當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送報(bào)文后， 當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)就可以如正EE 802.11 DCF機(jī)制中一樣正常的參與信道競爭了。但是，在多跳 通信流跳數(shù)較大的情況下，僅僅等待一個(gè)額外的報(bào)文發(fā)送時(shí)長是不夠的，節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜投嗵ㄐ帕鞯奶鴶?shù)才能確定需要等待的時(shí)長。另外，自適應(yīng)調(diào)步機(jī)制還存在觸發(fā)條件 過于嚴(yán)格的問題，因?yàn)榧词乖诰W(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)多跳通信流的情況下，節(jié)點(diǎn)也需要進(jìn)行額外的 等待才能更好的解決流內(nèi)競爭問題，而此時(shí)節(jié)點(diǎn)報(bào)文發(fā)送失敗進(jìn)而需要重傳的可能性并不高。 更重要的是，現(xiàn)有這些解決流內(nèi)競爭問題的解決方案都沒有考慮節(jié)能的問題，而能耗的節(jié)約 對于能量供應(yīng)受限的無線自組網(wǎng)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種將節(jié) 點(diǎn)的自我克制策略和現(xiàn)有機(jī)制相結(jié)合，提高了無線自組網(wǎng)多跳通信流的吞吐量，同時(shí)節(jié)約了 寶貴的能量，提高了無線自組網(wǎng)生存性的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭 的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在于節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文后，即使仍有報(bào)文需要發(fā)送， 也不立即開始對無線信道的競爭，而是通過等待主動(dòng)的避讓鄰居節(jié)點(diǎn)和鄰近節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前正 在發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文離開自己的干擾范圍之后才開始發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，在等待期間，節(jié)點(diǎn) 切換到休眠狀態(tài)。
所述節(jié)點(diǎn)在等待期間的休眠時(shí)長為等待時(shí)間片的長度和個(gè)數(shù)的乘積，所述等待時(shí)間片的 長度為在多跳路徑上向目的節(jié)點(diǎn)成功前進(jìn)一跳需要的最小時(shí)間，所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)由干 擾半徑和通信節(jié)點(diǎn)間的平均距離決定。
所述等待時(shí)間片的長度Tk^r—TO^aot, r一j^r孤十rc7s+^b淵+Kca:+J^ks+ 2"b孤+7^。oto/， 其中Tz)扁取決于DATA報(bào)文的長度，7W練是隨機(jī)回退的時(shí)長，7肌，7bzs， Ik^是發(fā)送RTS， CTS和ACK控制報(bào)文所需要的時(shí)間，7>/^和r^ra是標(biāo)準(zhǔn)的正EE 802.11規(guī)范所定義的。
所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)NWS的值取決于無線通信干擾半徑凡和多跳通信路徑上通信節(jié)
點(diǎn)間的平均距離" ，
其中
表示對！進(jìn)行舍尾取整運(yùn)算c
所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)NWS的取值范圍為2SNWS54。
所述節(jié)點(diǎn)所轉(zhuǎn)發(fā)或接收的報(bào)文中包括EACK報(bào)文，其包含自身地址、下一跳接收節(jié)點(diǎn)的 地址和當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)文將要占用信道的時(shí)間長度信息，節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)報(bào)文的頭部后，立即 檢査該報(bào)文是否需要轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要轉(zhuǎn)發(fā)，則查找路由表，獲得下一跳接收節(jié)點(diǎn)的地址，在 接收完這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文后，立即發(fā)送EACK報(bào)文， 一方面對MAC層DATA報(bào)文的成功接收進(jìn) 行確認(rèn)，執(zhí)行ACK報(bào)文的功能，另一方面對信道進(jìn)行預(yù)約，以便轉(zhuǎn)發(fā)剛剛接收到的DATA 報(bào)文，執(zhí)行RTS報(bào)文的功能，所述EACK報(bào)文格式如下
d (,—力=(7"歸,,威賜，氣rft/麗，4融0":其中厶w是節(jié)點(diǎn)7的地址，用于確認(rèn)DATA報(bào)文發(fā)送成功，是節(jié)點(diǎn)/和下
一跳接收節(jié)點(diǎn)m的地址，用于預(yù)約信道進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，7;_,,。 是數(shù)據(jù)報(bào)文將要占用信道
的時(shí)間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明解決了現(xiàn)有無線自組網(wǎng)MAC協(xié)議對多跳
通信流流內(nèi)競爭沒有進(jìn)行有針對性的優(yōu)化，導(dǎo)致整個(gè)無線自組網(wǎng)吞吐量不高、數(shù)據(jù)發(fā)送延遲 過長和能源使用效率底下的問題，本發(fā)明通過主動(dòng)等待機(jī)制，使得無線發(fā)送節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送 數(shù)據(jù)報(bào)文后，根據(jù)所發(fā)送報(bào)文的長度和無線傳輸干擾半徑與多跳通信流節(jié)點(diǎn)間的平均距離計(jì) 算主動(dòng)等待時(shí)間長度，并將自身狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)，有效的緩解了對無線信道不必要的競
爭；通過EACK報(bào)文，接收節(jié)點(diǎn)可以提前告知鄰居節(jié)點(diǎn)和下一跳接收節(jié)點(diǎn)自己將要發(fā)送數(shù)據(jù)， 使得當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)的獲取并占用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，有助于數(shù)據(jù)報(bào)文盡快的到達(dá)目 的節(jié)點(diǎn)。主動(dòng)等待結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)及時(shí)的切換到活躍狀態(tài)，接收或者發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文。試 驗(yàn)結(jié)果表明，與IEEE 802.11等主流的介質(zhì)訪問控制機(jī)制相比，本發(fā)明的主動(dòng)等待數(shù)據(jù)傳輸方 法在流量不密集的無線自組網(wǎng)中可以獲得更高的吞吐量、更低的報(bào)文平均延遲和更高效的能 源使用效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中802.11基本操作過程示意圖2是傳輸半徑和干擾半徑的示意圖3是流內(nèi)競爭的示意圖4是本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5是本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)操作流程圖6是本發(fā)明中接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答操作流程圖7是本發(fā)明中發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)報(bào)文交互序列與鄰居節(jié)點(diǎn)NAV設(shè)置示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施過程做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明用于解決無線自組織網(wǎng)絡(luò)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特點(diǎn)就在于 一、節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文后，即使仍有報(bào)文需要發(fā)送，也不立即開始對無線信道的 競爭，而是通過等待主動(dòng)的避讓鄰居節(jié)點(diǎn)和鄰近節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文離開自己 的干擾范圍之后才開始發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，在等待期間，節(jié)點(diǎn)切換到休眠狀態(tài)，以節(jié)約能 耗。圖4所示的是本發(fā)明中無線通信節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，節(jié)點(diǎn)在活躍和休眠兩種狀態(tài)之間來 回切換，節(jié)點(diǎn)每次發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文后就立即切換到休眠狀態(tài)，主動(dòng)等待時(shí)間結(jié)束后則切
6換到活躍狀態(tài)，按照標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11 DCF機(jī)制競爭信道和接收報(bào)文。圖5是本發(fā)明中無 線通信節(jié)點(diǎn)的操作流程圖，節(jié)點(diǎn)只有在成功發(fā)送完數(shù)據(jù)后才會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)主動(dòng)等待，對只 是接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)而言，將始終處于活躍狀態(tài)。
二、擴(kuò)展了ACK報(bào)文的功能，使之具備RTS報(bào)文的部分功能，通知鄰居節(jié)點(diǎn)和接收節(jié) 點(diǎn)自身需要立即轉(zhuǎn)發(fā)收到的報(bào)文，使鄰居節(jié)點(diǎn)無法占用信道發(fā)送報(bào)文，確保報(bào)文優(yōu)先向下一 跳前進(jìn)。
在本發(fā)明中，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)等待的關(guān)鍵是發(fā)送節(jié)點(diǎn)確定自身需要等待的時(shí)間長度，該長度由 兩個(gè)因素決定，當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文長度和無線通信的干擾范圍。在本發(fā)明適用的同構(gòu)無線 自組網(wǎng)環(huán)境下，因多跳通信流參與節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速度是相同的，對于給定長度的數(shù)據(jù)報(bào)文，其 在多跳路徑上向目的節(jié)點(diǎn)成功前進(jìn)一跳需要的最小時(shí)間是確定的，在本發(fā)明中稱為等待時(shí)間片。
因?yàn)闊o線通信的干擾半徑總是大于傳輸半徑，所以節(jié)點(diǎn)只休眠一個(gè)等待時(shí)間片是不夠的， 因?yàn)榇藭r(shí)報(bào)文還在自己的干擾范圍之內(nèi)。在本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送報(bào)文后需要休眠多個(gè)時(shí) 間片，具體個(gè)數(shù)由干擾半徑和通信節(jié)點(diǎn)間的平均距離決定，本發(fā)明中稱為等待時(shí)間片數(shù)。
確定了等待時(shí)間片的長度和個(gè)數(shù)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文后主動(dòng)等待的時(shí)間就是 兩者的乘積，節(jié)點(diǎn)在等待期間將自身狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)，在等待時(shí)長結(jié)束后切換到活躍狀 態(tài)。
節(jié)點(diǎn)發(fā)送后主動(dòng)等待只能確保多跳通信流的上游節(jié)點(diǎn)放棄對信道的過早競爭，但其他鄰 居節(jié)點(diǎn)仍然會(huì)和當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)競爭信道。為了確保接收節(jié)點(diǎn)可以優(yōu)先將報(bào)文向下一跳轉(zhuǎn)發(fā)， 本發(fā)明中擴(kuò)展了 ACK報(bào)文的功能，引入增強(qiáng)型EACK(Enhanced ACK)報(bào)文，使其包含自身地 址、下一跳節(jié)點(diǎn)地址和報(bào)文的信道占用期，以便鄰居節(jié)點(diǎn)在接收后設(shè)置NAV，而下一跳接收 節(jié)點(diǎn)接收后則可以直接回送CTS報(bào)文，準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)報(bào)文。這樣，當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)在接收到 數(shù)據(jù)報(bào)文后，如果發(fā)現(xiàn)需要轉(zhuǎn)發(fā)，則立即回送EACK報(bào)文，在應(yīng)答當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)的同時(shí)預(yù)約 信道進(jìn)行報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，通知下一跳接收節(jié)點(diǎn)做好數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)備。
本發(fā)明實(shí)施的關(guān)鍵之一是確定節(jié)點(diǎn)等待的時(shí)間長度，這取決于兩個(gè)因素，即當(dāng)前發(fā)送的 數(shù)據(jù)報(bào)文在多跳路徑上向目的節(jié)點(diǎn)前進(jìn)一跳需要的時(shí)間和報(bào)文離開當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的干擾范圍需要 的條數(shù)。下面分別對其計(jì)算方法予以詳細(xì)說明。
在本發(fā)明適用的同構(gòu)無線自組網(wǎng)環(huán)境下，因多跳通信流參與節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速度是相同的， 對于給定長度的數(shù)據(jù)報(bào)文，其在多跳路徑上向目的節(jié)點(diǎn)成功前進(jìn)一跳需要的最小時(shí)間是確定 的，其計(jì)算方法如公式(1)中所示
7V甲,w二 ？W+ rcra+ 7"a4r/f+T^cx""http://^ 7Ws十(1)在式(1)中，7^M取決于DATA報(bào)文的長度，7^c^是隨機(jī)回退的時(shí)長，rwre， rcre, ^c《 是發(fā)送RTS， CTS和ACK控制報(bào)文所需要的時(shí)間，這三個(gè)控制報(bào)文的長度是確定的，所需 的發(fā)送時(shí)間也是確定的。T^s和7Wra是標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11規(guī)范所定義的，其時(shí)間長度對所 有節(jié)點(diǎn)取值都相同。本發(fā)明中定義主動(dòng)等待時(shí)間片為
^!s/o廣7Ve—/"et/-7^cA:c^ (2)
r,/。,的長度足夠下一跳節(jié)點(diǎn)獲取信道并基本完成報(bào)文的發(fā)送。由于i;,。,的計(jì)算中沒有包括 ^acto//，如果節(jié)點(diǎn)只休眠一個(gè)r,fo,，則前一次的發(fā)送節(jié)點(diǎn)將在下一跳傳輸即將結(jié)束之前切換到
活躍狀態(tài)，從而可以避免節(jié)點(diǎn)太遲蘇醒的問題。節(jié)點(diǎn)蘇醒之后，按照標(biāo)準(zhǔn)的正EE 802.11 DCF
機(jī)制競爭信道。
通常情況下，無線通信的干擾半徑總是大于傳輸半徑， 一般為傳輸半徑的兩倍左右，所
以節(jié)點(diǎn)只休眠一個(gè)7;,。,是不夠的，因?yàn)榇藭r(shí)報(bào)文還在自己的干擾范圍之內(nèi)。在本發(fā)明中，節(jié)
點(diǎn)成功發(fā)送報(bào)文后需要休眠多個(gè)時(shí)間片，具體個(gè)數(shù)稱為等待時(shí)間片數(shù)(Number of Waiting Slots, NWS) 。 NWS的值取決于無線通信干擾半徑(i ,)和多跳通信路徑上通信節(jié)點(diǎn)間的平 均距離(AO，可通過如下公式得到
(3)
這里，
表示對！進(jìn)行舍尾取整運(yùn)算。
對于給定的凡，得到￡ 則NWS的取值就確定了。在本發(fā)明適用的AODV等最小跳數(shù)路
由協(xié)議下，通信節(jié)點(diǎn)間的平均距離處于一定的范圍之內(nèi)，假設(shè)傳輸半徑為A，則有
i ,/2<D ^ (4) 根據(jù)(4)式，因?yàn)閕 ,通常是i ,的兩倍左右，所以NWS的最佳值在2和4之間。 如果本發(fā)明所運(yùn)行的無線自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中具備實(shí)時(shí)獲取A 的協(xié)議或者裝置，則NWS
的計(jì)算就通過公式(3)得到。如果無法實(shí)時(shí)獲得D"，則根據(jù)(4)式將NWS的值取為一個(gè)較小的
保守值2，確?？梢垣@得較好的性能。
本發(fā)明所提出的方法在具體實(shí)施過程中，對多跳通信流的跳數(shù)有特定的要求。當(dāng)跳數(shù)為
2時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)無需進(jìn)行主動(dòng)等待，即NWS取值為0。當(dāng)跳數(shù)為3時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)只需等待一
個(gè)r,to，即NWS取值為1 。
本發(fā)明成功實(shí)施的關(guān)鍵之二是對節(jié)點(diǎn)報(bào)文交換序列和NAV設(shè)置動(dòng)作的修改。 為了確保數(shù)據(jù)報(bào)文盡快到達(dá)最終目的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)在接收到報(bào)文后，如果發(fā)現(xiàn)自身并不是
最終目的節(jié)點(diǎn)，則通過查找路由表確定下一跳節(jié)點(diǎn)地址并盡快轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明中引入EACK報(bào)
文，對傳統(tǒng)ACK報(bào)文的功能進(jìn)行擴(kuò)展，使其包含自身地址、下一跳接收節(jié)點(diǎn)的地址和當(dāng)前數(shù)
8據(jù)報(bào)文將要占用信道的時(shí)間長度等信息。節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)報(bào)文的頭部后，立即檢査該報(bào)文 是否需要轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要轉(zhuǎn)發(fā)，則查找路由表，獲得下一跳接收節(jié)點(diǎn)的地址，在接收完這個(gè) 數(shù)據(jù)報(bào)文后，立即發(fā)送EACK報(bào)文， 一方面對MAC層DATA報(bào)文的成功接收進(jìn)行確認(rèn)，執(zhí) 行ACK報(bào)文的功能，另一方面對信道進(jìn)行預(yù)約，以便轉(zhuǎn)發(fā)剛剛接收到的DATA報(bào)文，執(zhí)行 RTS報(bào)文的功能。接收節(jié)點(diǎn)接收報(bào)文后的應(yīng)答流程圖如圖6中所示。EACK報(bào)文格式如下-
CAT (, — 乂 ) - *[ 7:聽,,^cfr"s,附。#"5 ， ^/w/"。".o"}
這里，厶w固是節(jié)點(diǎn)y的地址，用于確認(rèn)DATA報(bào)文發(fā)送成功，^加M,附^固是節(jié)點(diǎn)/
和下一跳接收節(jié)點(diǎn)m的地址，用于預(yù)約信道進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，r&。,^是數(shù)據(jù)報(bào)文將要占用
信道的時(shí)間，和傳統(tǒng)的RTS報(bào)文類似。
由于主動(dòng)等待機(jī)制的引入，在本發(fā)明中，處于休眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)將無法及時(shí)的響應(yīng)發(fā)往自 己的RTS報(bào)文，為了避免不必要的信道預(yù)約，節(jié)約空間信道資源，本發(fā)明中對RTS報(bào)文的時(shí) 長域進(jìn)行了修改，使其僅包含CTS報(bào)文的發(fā)送時(shí)間和必要的時(shí)隙，修改后的鄰居節(jié)點(diǎn)的NAV 設(shè)置過程如圖7所示。由圖7可見，本發(fā)明中RTS報(bào)文只預(yù)約信道到DATA報(bào)文開始發(fā)送的 時(shí)間，由DATA報(bào)文阻止鄰居節(jié)點(diǎn)訪問信道，而EACK報(bào)文則和IEEE 802.11協(xié)議中的RTS 報(bào)文類似，預(yù)約信道到ACK或者EACK報(bào)文傳輸結(jié)束。
權(quán)利要求
1、一種用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在于節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文后，即使仍有報(bào)文需要發(fā)送，也不立即開始對無線信道的競爭，而是通過等待主動(dòng)的避讓鄰居節(jié)點(diǎn)和鄰近節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文離開自己的干擾范圍之后才開始發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，在等待期間，節(jié)點(diǎn)切換到休眠狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在 于所述節(jié)點(diǎn)在等待期間的休眠時(shí)長為等待時(shí)間片的長度和個(gè)數(shù)的乘積，所述等待時(shí)間片的 長度為在多跳路徑上向目的節(jié)點(diǎn)成功前進(jìn)一跳需要的最小時(shí)間，所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)由干 擾半徑和通信節(jié)點(diǎn)間的平均距離決定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在 于所述等待時(shí)間片的長度7^。,=rre—^"7^<#， J"—^:7) 7S+rc7S+7^7X + r/lCK"r57ra+7Ws+7Lcfa2^其中7^7x取決于DATA報(bào)文的長度，7^。血#是隨機(jī)回退的時(shí)長，7^re， Tcre， 7k^是發(fā)送RTS， CTS和ACK控制報(bào)文所需要的時(shí)間，7^ra和7Wra是標(biāo)準(zhǔn)的正EE 802.11規(guī)范所定義的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在 于所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)NWS的值取決于無線通信干擾半徑i ,和多跳通信路徑上通信節(jié)點(diǎn)間的平均距離A^，Z>2，其中表示對！進(jìn)行舍尾取整運(yùn)算。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，其特征在 于所述等待時(shí)間片的個(gè)數(shù)NWS的取值范圍為2SNWS54。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳 輸方法，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)所轉(zhuǎn)發(fā)或接收的報(bào)文中包括EACK報(bào)文，其包含自身地址、 下一跳接收節(jié)點(diǎn)的地址和當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)文將要占用信道的時(shí)間長度信息，節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)報(bào) 文的頭部后，立即檢查該報(bào)文是否需要轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要轉(zhuǎn)發(fā)，則查找路由表，獲得下一跳接 收節(jié)點(diǎn)的地址，在接收完這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文后，立即發(fā)送EACK報(bào)文， 一方面對MAC層DATA 報(bào)文的成功接收進(jìn)行確認(rèn)，執(zhí)行ACK報(bào)文的功能，另一方面對信道進(jìn)行預(yù)約，以便轉(zhuǎn)發(fā)剛剛 接收到的DATA報(bào)文，執(zhí)行RTS報(bào)文的功能，所述EACK報(bào)文格式如下(Z' — 7)-"[人齡e" , 4rcW;^ ,柳威固，L固to }其中厶^M是節(jié)點(diǎn)J'的地址，用于確認(rèn)DATA報(bào)文發(fā)送成功，U^,附。w,是節(jié)點(diǎn)z'和下 一跳接收節(jié)點(diǎn)m的地址，用于預(yù)約信道進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，T^^。"是數(shù)據(jù)報(bào)文將要占用信道 的時(shí)間。
全文摘要
一種用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法，節(jié)點(diǎn)在成功發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文后，即使仍有報(bào)文需要發(fā)送，也不立即開始對無線信道的競爭，而是通過等待主動(dòng)的避讓鄰居節(jié)點(diǎn)和鄰近節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文離開自己的干擾范圍之后才開始發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，在等待期間，節(jié)點(diǎn)切換到休眠狀態(tài)。本發(fā)明是一種將節(jié)點(diǎn)的自我克制策略和現(xiàn)有機(jī)制相結(jié)合，提高了無線自組網(wǎng)多跳通信流的吞吐量，同時(shí)節(jié)約了寶貴的能量，提高了無線自組網(wǎng)生存性的用于解決無線自組網(wǎng)流內(nèi)競爭的主動(dòng)等待傳輸方法。
文檔編號(hào)H04W74/00GK101489308SQ20081023748
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者周興銘, 明 徐, 王曉東, 虞萬榮, 鄧勁生, 陳穎文 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)