一種基于功率控制的Ad Hoc網絡MAC層信道分配方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于功率控制的無線MAC層信道分配方法，屬于Ad?Hoc網絡領域。多信道Ad?Hoc網絡中，網絡節點使用兩個收發器，一個固定于控制信道，另一個在不同數據信道之間跳轉。采用最大功率在控制信道傳輸RTS幀和CTS幀，采用最小功率在數據信道傳輸DATA幀和ACK幀。最小功率根據接收節點可正確接收并解碼的最小接收功率門限計算得出。將同一沖突域內所有節點的發送功率分為不同等級，然后根據最小功率所在的等級選擇相應數據信道，從而將發送功率差異較大的鏈接分配于不同信道，可緩解同一信道中非對稱鏈接的不利影響，提高網絡吞吐量及單位能耗吞吐量。本發明的具體實現CAPC協議，可作為Ad?Hoc網絡節點設備選擇信道的MAC層協議使用。
【專利說明】—種基于功率控制的Ad Hoc網絡MAC層信道分配方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于Ad Hoc網絡領域，涉及一種無線網絡MAC層信道分配方法。
【背景技術】
[0002]Ad Hoc網絡是一種無線自組織網絡，具有無中心、拓撲動態變化和資源、能源受限等特點，廣泛應用于個人通信、商業應用和軍事等領域。Ad Hoc網絡的MAC層協議允許同一干擾域中的網絡節點在不同信道上并行傳輸數據，但是，由于Ad Hoc網絡節點采用分布式協商的方法分配信道，不可避免帶來較多的網絡數據包沖突，造成網絡吞吐量和單位能耗吞吐量均較低等缺點，這可以通過改進網絡的MAC層協議來緩解。MAC層協議主要解決如何在相互競爭的用戶之間分配無線信道問題，即無線節點選擇接入哪一個無線信道來發射數據幀。在MAC層協議設計中引入基于功率控制的信道分配方法，根據發送節點和接收節點間的距離以及信道狀況選擇最優的發送功率，可減少隱藏終端問題，降低不同傳輸間的干擾，從而提高網絡吞吐量，并減少網絡能量消耗。
[0003]基于功率控制的MAC層信道分配方法具有較好的網絡性能，但功率控制的具體方式需要精心設計。DCA-PC (Dynamic Channel Allocation - Power Control)協議(Yu-Chee Tseng, Shih-Lin Wuj Chih-Yu Lin，Jang-Ping Sheu.A Mult1-Channel MACProtocol with Power Control for Mult1-Hop Mobile Ad Hoc Networks.The ComputerJournal.2002, 45 (I): 101?110.)較早將功率控制引入信道分配方法，該協議以最大功率傳輸RTS幀和CTS幀，然后順序選擇空閑數據信道，根據節點間距離計算最小功率來發送DATA幀和ACK幀。該協議將功率控制與信道分配相結合，兩種機制獨立執行，互不影響，協議結構簡單有效。DPL (Distributed Power level)協議(Khaled Hatem Almotair1.Distributed Power Control and Medium Access Control Protocol Design forMult1-Channel Ad Hoc Wireless Networks.Waterloo, Ontario, Canada, 2012)米用面向數據包粒度的動態信道分配方法，根據數據包發送功率的不同來選擇不同的數據信道。同時，為了降低非對稱鏈接對網絡性能的影響，任何節點在同一信道上發送數據時均采用同樣大小的功率值。
[0004]以上協議中數據信道選擇并不依賴于數據包發送功率，數據包發送功率的選取也不依賴于數據信道選擇，這導致同一信道中非對稱鏈接問題較為嚴重，造成隱藏終端問題，影響網絡性能。在基于功率控制的信道分配方法中，如能將數據信道選擇與發送功率結合起來，并根據節點間距離來選擇節點發送功率，進而確定應選擇的數據信道，則有助于減少網絡的隱藏終端問題，提高網絡性能。下面介紹節點間距離和節點發送功率之間的關系。
[0005]當某節點處于發送節點或接收節點的傳輸范圍內時，該節點可以正確接收包，因而可以根據包中的數據傳輸時間退避相應時長。當一個節點僅處于發送節點或接收節點的載波偵聽范圍內，而不能正確解析包時，該節點只退避一個EIFS時長。傳輸范圍及載波偵聽范圍均與發送功率大小有關。
[0006]在基于功率控制的信道分配方法中，當采用較小功率發送數據時，需保證數據的接收功率大于等于接收節點的接收門限。同時，節點的接收功率還須滿足公式(a),即當節點A采用最小功率向節點B發送數據時，要保證數據正確接收，數據接收功率P(B)recv與干擾信號接收功率Pintf和噪聲功率Pnoise之和的比值應大于等于某個值，該值稱為信號干擾噪聲比門限，用符號Tsink表示。否則接收數據將與干擾信號產生碰撞，導致通信失敗。
【權利要求】
1.一種基于功率控制的Ad Hoc網絡MAC層信道分配方法，其特征在于， 將Ad Hoc網絡的多個信道劃分為一個控制信道和η個數據信道，數據通信由發送節點發起，數據信道的選擇由接收節點確定；每個節點有兩個無線收發器，一個收發器固定于控制信道，另外一個收發器在多個數據信道中跳轉；每個節點都維護一張信息表，節點接收所有鄰居節點發出的控制信息，將控制信息中包含的鄰居節點發送功率、當前收發狀態，以及所有數據信道忙閑狀態保存到自身信息表中； 節點采用最大功率在控制信道發送控制信息，采用最小功率在數據信道發送數據信息，最小功率Pmin根據接收節點可正確接收并解碼的最小接收功率門限計算得出，如公式(I)所示:
【文檔編號】H04W52/04GK103501531SQ201310456097
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】賴曉晨, 王克艱, 姚艷雙, 惠煌, 董書瑾, 李赟, 周國喬, 史文哲, 陳思濛, 任延飛 申請人:大連理工大學