計(jì)算機(jī)畢業(yè)論文一種保證廣播可靠性的無(wú)線自組網(wǎng)mac層協(xié)議

1、xx大學(xué)畢業(yè)論文一種保證廣播可靠性的無(wú)線自組網(wǎng)mac層協(xié)議姓 名：2014年6月25日一種保證廣播可靠性的無(wú)線自組網(wǎng)mac層協(xié)議摘要分析ieee802.11 dcf在實(shí)現(xiàn)廣播數(shù)據(jù)傳輸中存在的問(wèn)題，提 出了一種新的無(wú)線自組網(wǎng)mac層協(xié)議。采用循環(huán)訪問(wèn)的方式，分別向鄰居節(jié)點(diǎn) 發(fā)送數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕的情況卜：該協(xié)議具有較好性能，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的廣 播。關(guān)鍵字無(wú)線自組網(wǎng)；mac；廣播0 引言無(wú)線自組網(wǎng)是一種無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，由一組帶有無(wú)線收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)自主節(jié)點(diǎn)組成的自治系統(tǒng)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間作為對(duì)等實(shí)體通過(guò)無(wú)線鏈路 連接，i佃不借助于任何己經(jīng)建立的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施或集屮管理。由于信道的動(dòng)態(tài)變 化以及分布式控制

2、等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適用于移動(dòng)門(mén)組網(wǎng)的分布式mac層協(xié)議，已成 為移動(dòng)自組網(wǎng)的研究熱點(diǎn)之一。移動(dòng)自組網(wǎng)的mac層協(xié)議主要描述和實(shí)施無(wú)線 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線信道的多址接入。口前，所有無(wú)線自組網(wǎng)廣播/多播路由協(xié)議都是利用無(wú)線信道的廣播特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，odmrp1就是利用mac 層的廣播特性來(lái)實(shí)現(xiàn)路由的發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)包的傳輸。因此，mac層對(duì)于廣播/多播 路由的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)是十分重要的。ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)mac層 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。但是，它只能為單播數(shù)據(jù)傳輸提供口j靠性。它使用的是csma/ca載 波監(jiān)測(cè)機(jī)制，通過(guò)交換rts/cts/ack控制幀來(lái)預(yù)約信道和保證數(shù)據(jù)幀的正確接 收，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳

3、輸。然而，對(duì)于廣播數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，數(shù)拯要被發(fā)送到所有的鄰 居節(jié)點(diǎn)，如果鄰居節(jié)點(diǎn)都試圖交換cts/ack控制幀，必然會(huì)導(dǎo)致cts/ack幀 在發(fā)送節(jié)點(diǎn)處的沖突。在木文中，我們提出了一種新的無(wú)線口組網(wǎng)mac層協(xié)議，以一種循環(huán)訪問(wèn)的方式向各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)口 j靠的廣播。 1預(yù)備知識(shí)該協(xié)議借鑒了 eee802.il dcf的部分相關(guān)技術(shù)。所以，先對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹是必要的。ieee802.11 dcf是ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定的無(wú)線局域網(wǎng)信道接入?yún)f(xié)議，用于ad hoc結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。ieee802.il源于csma/ca,對(duì)csma /ca進(jìn)行了擴(kuò)展，加入tack控制幀來(lái) 實(shí)現(xiàn)鏈路層的確

4、認(rèn)。它使用csma/ca的載波監(jiān)聽(tīng)機(jī)制來(lái)監(jiān)聽(tīng)信道，使用 rts/cts來(lái)實(shí)現(xiàn)信道的預(yù)約。在實(shí)現(xiàn)csma/ca過(guò)程屮，采用了兩種獨(dú)特的技 術(shù)。虛擬載波監(jiān)聽(tīng)技術(shù)：rts/cts/data/acko網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)a有數(shù)據(jù)耍發(fā)送給節(jié)點(diǎn)b時(shí)，先發(fā)送一個(gè)rts控制信號(hào)給節(jié)點(diǎn)b；節(jié)點(diǎn)b收到rts后， 回送一個(gè)cts信號(hào)。rts/cts中有一個(gè)duration/1d字段，用于指示無(wú)線資源被占用的時(shí)間。這樣，在a和b的通信范圍內(nèi)，所有收到rts或cts信號(hào)的節(jié)點(diǎn) 都將停止發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并11將它們的網(wǎng)絡(luò)配置矢量(nav)計(jì)數(shù)器設(shè)置為 duration/id字段所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值；只有當(dāng)nav=0吋，這些節(jié)點(diǎn)才可以再

5、次偵 聽(tīng)無(wú)線鏈路。同樣，在節(jié)點(diǎn)發(fā)送data/ack中也設(shè)定了信道被占用的時(shí)間。 隨機(jī)接入技術(shù)：一旦發(fā)生沖突，該節(jié)點(diǎn)要根據(jù)二進(jìn)制指數(shù)退避算法計(jì)算隨機(jī)退避 時(shí)間。2 新的mac層協(xié)議2. 1節(jié)點(diǎn)信息列表在我們提出的mac層協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要保存三個(gè)列表：鄰居列表(neighbor list),發(fā)送 數(shù)據(jù)緩存列表(send buffer ),接收數(shù)據(jù)序列號(hào)緩存列表(receiver buffer)。節(jié)點(diǎn)通過(guò)(rts/cts/data/ack/hello)來(lái)確定和更新它們的鄰居 節(jié)點(diǎn)信息。節(jié)點(diǎn)收到其中任何一個(gè)幀時(shí)，將更新它的neighbor listo當(dāng)然， 如果在一定的時(shí)間間隔z內(nèi)沒(méi)有收到來(lái)口

6、neighbor list中某一節(jié)點(diǎn)的以上 任何一種幀，將把該節(jié)點(diǎn)從neighbor list中刪除。在send buffer屮存儲(chǔ)著已發(fā)送但未被其所有鄰居節(jié)點(diǎn)成功接收的幀的副木，這些幀還會(huì)被重新 發(fā)送。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)都已成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，該數(shù)拯幀的副本將 從send buffer屮刪除。send buffer屮所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)幀數(shù)目不應(yīng)小于所 有節(jié)點(diǎn)中鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)的最大值。除send buffer以外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還保存一個(gè) 數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列用于緩存未發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。最后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還保存著一個(gè)recevier buffer列表，其屮存儲(chǔ)著已被成功接收數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。在發(fā)送 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的rts中包

7、括要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)，接收節(jié)點(diǎn)接收到rts后，將receiver buffer中的序列號(hào)和rts中的進(jìn)行比較，判斷是否存在未 成功接收的幀的序列號(hào)。如果有，則在cts中指出這些數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。2. 2 協(xié)議當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先通過(guò)csma/ca的載波監(jiān)聽(tīng)機(jī)制來(lái)監(jiān)聽(tīng)信道，像ieee802.il dcf -樣。如果信道是空閑的，發(fā)送節(jié)點(diǎn)向它的一個(gè) 鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送rts幀，在其中列出在send buffer中已發(fā)送的數(shù)拯幀和當(dāng)前 耍發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。在收到rts幀之后，這個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)檢查它的 receiver buffer列表，確定耍接收的數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。當(dāng)列表中缺少以麗 已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的序

8、列號(hào)，則在cts幀中指出未成功接收數(shù)據(jù)幀中序列號(hào)最小 的一個(gè)。如果只缺少口前正準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)，則在cts響應(yīng)幀屮指 岀該數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。所有接收到rts的其它鄰居節(jié)點(diǎn)，將退避足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便cts/data/ack的發(fā)送。發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到cts z后，發(fā)送在cts中 指出的序列號(hào)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。所冇收到cts幀的節(jié)點(diǎn)（除發(fā)送節(jié)點(diǎn)）將退避 足夠長(zhǎng)的吋間使得data/ack發(fā)送。接收到data后，口的節(jié)點(diǎn)更新自己的 receiver buffer列表，將所接收數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)添加到recevier buffer 列表屮，并發(fā)送ack確認(rèn)幀。其它接收到data幀的節(jié)點(diǎn)同樣更新它們的 receiv

9、er buffer列表。發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收ackz后，判斷剛才發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是 不是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前正準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。如果不是，則繼續(xù)向該鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送rts 幀，直到當(dāng)前要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀被接收為止。在這個(gè)過(guò)程屮，監(jiān)聽(tīng)信道的過(guò)程被省 略，因?yàn)樾诺酪恢北淮舜瓮ㄐ潘加?。一旦目前要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀被發(fā)送且得到確 認(rèn)，原節(jié)點(diǎn)將該數(shù)據(jù)幀的副本保存在send buffer屮，然后選擇在neighbor list的下一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行以上步驟。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)一直有數(shù)據(jù)耍發(fā)送時(shí)，這種循環(huán)發(fā)送的過(guò)程可以正常進(jìn)行。但是，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送隊(duì)列中沒(méi)冇 數(shù)據(jù)要發(fā)送吋，循環(huán)的過(guò)程將暫停，從而發(fā)送節(jié)點(diǎn)不知道下-個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)是否已 經(jīng)成功接收了全部

10、己發(fā)送數(shù)據(jù)幀。直到有新的數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)才能確定 這一點(diǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，亦議設(shè)計(jì)了一個(gè)發(fā)送計(jì)時(shí)器，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在計(jì)時(shí)器 設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有發(fā)送rts幀，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)將選擇neighbor list中的 下一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送rts幀，這樣循環(huán)過(guò)程可以繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)所冇的鄰屆節(jié)點(diǎn) 都被訪問(wèn)，而發(fā)送隊(duì)列仍為空吋，循環(huán)過(guò)程終止，發(fā)送計(jì)時(shí)器關(guān)閉。直到有新的 數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時(shí)，發(fā)送計(jì)時(shí)器重新啟動(dòng)，循環(huán)發(fā)送重新開(kāi)始。當(dāng)信道爭(zhēng)用過(guò)于激 烈時(shí)，協(xié)議將退化成802.11這種不可靠的廣播模式。因過(guò)高的信道爭(zhēng)用率將導(dǎo) 致控制幀和數(shù)據(jù)幀的重傳。當(dāng)重傳次數(shù)超過(guò)協(xié)議的設(shè)定的重傳次數(shù)最大值時(shí)，節(jié) 點(diǎn)將刪除neighbor

11、list中的所冇鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)去執(zhí)行ieee802.il協(xié)議，直 到有新的鄰居節(jié)點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)。3 性能分析該協(xié)議充分利用了無(wú)線信道的廣播特性。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，其他鄰居節(jié)點(diǎn)通過(guò)偵聽(tīng)信道，也可 以接收目前尚未成功接收的數(shù)據(jù)幀，從而極大的減少了循環(huán)發(fā)送過(guò)程中數(shù)據(jù)幀的 發(fā)送量，節(jié)省了寶貴的無(wú)線信道資源。使用rts/cts進(jìn)行信道預(yù)約，減少了信 道爭(zhēng)用沖突，提高信道的利用率，并較好的解決了隱發(fā)送終端的問(wèn)題。4 結(jié) 朿語(yǔ)該協(xié)議彌補(bǔ)了 ieee802.il dcf只能對(duì)單播數(shù)據(jù)提供可靠傳輸?shù)牟蛔?，充分利用?mac層的廣播特性，為廣播數(shù)據(jù)提供可靠性。該協(xié)議在廣播信 道的爭(zhēng)用率較低的情況運(yùn)行效杲較好。下

12、一步的工作重點(diǎn)就是在現(xiàn)有的高效 多播路由協(xié)議中加入流量控制和擁塞控制機(jī)制，以保證這種新的mac層協(xié)議能 夠高效的運(yùn)彳亍。參考文獻(xiàn):1 sung-ju lee, mario gerla, ching-chuan chiangfc. on-demand multicast routing protocol, proceedings of ieee wcnc' 99, 1999; 1298-1302.2 editors of ieee 802.11, wireless lan medium access control (mac) and physical layer(pht) specification!s, draft standard ieee 802.11, 1997.(3 shugong xu, tarek saadow i. does ieee 802.11 mac potocol work well in multihop wireless ad hoc networksj. ieee communications magazine june 2001, 39(6) : 130-137.4 r