基于協作mac協議的802.11自組織網絡能效優先方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明設及802.11無線局域網通信領域，特別設及一種基于協作MAC(Media Access Control，介質訪問控制)協議的802.11自組織網絡能效優先方法。
【背景技術】
[0002] I邸E802.11 a/b/g媒體訪問控制協議具有多速率物理層，可W根據信道的狀況，來 決定W何種速率進行數據傳輸。當信噪比（SNR)較高時，可W采用較高的傳輸速率進行數據 傳輸。為了利用物理層的多速率特性，產生了網絡層多速率路由算法和MAC層多速率接入算 法。網絡層多速率路由算法通過將信道狀態信息作為路由選擇度量，來提高端到端的吞吐 量。然而，路由更新時延W及控制開銷較大，不能適應信道的時變特性。MAC層多速率接入算 法通過對信道質量進行感知選擇合適的傳輸速率，具有較大使用性，但主要是針對節點之 間的直接傳輸，沒有充分考慮中繼協作增益。現有協作MAC協議要么是W提高數據傳輸速率 為目標的，要么考慮的是如何減小數據傳輸能耗，缺乏對二者的綜合考慮。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于協作MAC協議的802.11自組織網絡能 效優先方法，通過中繼協作技術對無線傳輸速率和傳輸能耗同時進行優化，提高單位能量 傳輸的比特數。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0005] -種基于協作MAC協議的802.11自組織網絡能效優先方法，包括針對源節點i、目 的節點j和中繼節點k進行處理：
[0006] 針對所有節點
[0007] SO、當化Ilo報文到達時，維護1跳拓撲鏈路信息，包括鏈路對應節點的發射功率和 所能達到的最大傳輸速率。
[000引針對源節點i
[0009] SI. 1、源節點i根據1跳鄰居拓撲的鏈路信息，選擇到達目的節點j的能效滿足EikJ >Eu，Ei功源節點i直接向目的節點j傳輸的能效，Eik功源節點i通過中繼節點k向目的節 點j傳輸的能效，且具有最大Eikj值的中繼節點k作為中繼節點，發送RRTS(Relay Request To Send,中繼請求發送)帖，并設置RCTS(Relay Clear To Send,中繼清除發送)超時接收 計時器；如果EiW >Eu條件無法滿足，則采用標準802.11方式，將數據發送到目的節點j ; SI.2、源節點i的RCTS計時器超時，則進行退避然后重新啟動信道競爭過程;SI. 3、源節點i 收到RCTS，根據1跳范圍鏈路質量信息設定源節點i到中繼節點k的傳輸速率，將DATA(數據） 帖的RA(Receive AcMress,接收地址)字段設定為中繼節點k的MAC地址，將DATA帖發送到中 繼節點k，設置ACK(Acknowledgement，確認)帖接收超時計時器;Sl. 4、源節點i的ACK計時器 超時，則進行重傳;SI.5、源節點i收到ACK，則按照802.11協議開始退避，準備下一輪數據的 傳輸；
[0010]針對目的節點j
[00川52.1、目的節點川欠到1^'5(1?6911631:1'056]1(1，請求發送)帖，按照標準802.11方式 回復CTS(Clear To Send,清除發送)帖，然后目的節點j進入數據接收狀態;S2.2、目的節點 j不論收到來至源節點i還是中繼節點k發送的DATA后，需回復ACK;
[0012] 針對中繼節點k
[001引S3.1、中繼節點k一旦收到來至源節點i的RRTS消息，則發送一個RCTS至源節點i， 通知源節點i可W通過中繼進行轉發數據，同時保存RRTS中的目的MAC地址;S3.2、中繼節點 k對收到的DATA帖進行檢測，如果發現接收地址RA字段為自己的MAC地址，則向源節點i回復 ACK，根據存儲的目的MAC地址，將DATA帖按照標準802.11的方式發送至目的節點j，并設置 ACK接收超時計時器;S3.3、中繼節點k的ACK計時器超時，則進行重傳;S3.4、中繼節點k收到 ACK，完成本次數據傳輸。
[0014] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:通過中繼協作技術對無線傳輸速率和傳 輸能耗同時進行優化，提高單位能量傳輸的比特數，通過協作MAC協議，實現了 802.11自組 織網絡能效優先。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明中網絡拓撲示意圖。
[0016] 圖2為本發明中化Ilo報文格式。
[0017] 圖3為本發明中各節點鏈路質量信息示意圖。
[001引圖4為本發明中源節點與中繼節點的RRTS/RCTS帖交互示意圖。
[0019]圖5為本發明中源節點與中繼節點的DATA/ACK帖交互示意圖。
[0020] 圖6為本發明中中繼節點與目的節點的RTS/CTS帖交互示意圖。
[0021] 圖7為本發明中中繼節點與目的節點的DATA/ACK帖交互示意圖。
[0022] 圖8為本發明中采用的RRTS/RCTS帖格式。
[0023] 圖9為本發明方法協議處理流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的說明。在局域網通信領域里， 802. llb/g中基于CSMA(Ca;r;rier Sense Multiple Access,載波檢測多路訪問）/CA (Co 11 i S i on Avo i danc e，沖突避免）的RTS-CTS-DATA-ACK握手協議中，源節點i直接向目標 節點j傳輸一個分組所需的時間為：
[002引 了ij =3巧Sm 午了械片邱 +TjLiU 斗了DiFS
[002引其中Tsifs :短帖帖間間隔；Tdifs :長帖帖間間隔；Trts : RTS傳輸所需時間；Tcts : CTS傳 輸所需時間；墻n ;數據傳輸所需時間。
[0027]由于在802.Ub/g中RTS、CTS、ACK是WlMbps速率進行傳輸，而DATA的傳輸速率大 于等于1Mbps。其感知范圍內的所有節點都可W對RTS、CTS、ACK正確解調，但是卻不一定能 正確提取DATA帖，因為DATA帖的傳輸速率一般都大于基本傳輸速率。可W得到RTS/CTS/ ACK/DATA的傳輸時間分別為：
[002引 Trts =(RTS+PHYJWr) Arts
[OO 巧]Tcts = (CTS+PHY_Mr) /Rcts
[0030] Tack = (ACK+PHY_Hdr) /Rack
[0031] 假設來自上層的數據分組的長度為L(Bit)，則添加上MAC層首部，W及化CP (Physical Layer Conve;rgence Procedure,物理層會聚協議)頭部，其傳輸時間為：
[0032] ?藍島..= (/_ + AMC- /M. + 八'化 _//(/"/ 巧,…
[0033] 設節點i的發射功率為Pi,對于長度為L(Bits)的分組，當長度L遠遠大于RTSXTS 和ACK帖的長度時，節點i直接向節點j傳輸的能效Eu為：
[0034] Eu = IV(TuXPi)
[0035] 當長度L遠遠大于RTS、CTS和ACK帖的長度時，節點i直接向節點j傳輸的能效可近 似為與；
[0036] 馬《婚凹.巧
[0037] 設源節點i的發射功率為Pi,設中繼節點k的發射功率為Pk,對于長度為L的分組，當 長度L遠遠大于RTS、CTS和ACK帖的長度時，源節點i通過某個中繼節點k向目的節點j傳輸數 據，其能效Eikj為：
[003引 Eikj = L/((TikXPi) + (TkjXPk))
[0039] 當長度L遠遠大于RTSXTS和ACK帖的長度時，源節點i通過某個中繼節點k向目的 節點j傳輸數據，其能效可近似為馬:
[0040] 互閑-麻….巧化片。I姆….巧午職村?巧
[0041] 對于長度為L的分組，源節點i通過某個中繼節點k向目的節點j傳輸數據，該中繼 節點k需滿足的條件如下：
[0042] Eikj>Eij或左", >與
[0043] 為了達到本發明中能效優先的技術效果，本發明提供的基于協作MAC協議的 802.11自組織網絡能效優先方法，包括針對源節點i、目的節點j和中繼節點k進行處理：
[0044] 針對所有節點
[0045] 當化Ilo報文