AdHoc網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究

1、西安電子科技大學碩士學位論文Ad Hoc網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究姓名：傅婧申請學位級別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導教師：盛敏20090101摘要摘要網(wǎng)絡組網(wǎng)靈活，賦予其巨大的發(fā)展前景。然而，網(wǎng)絡鏈路帶寬受限，無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的通信需求。近年來，許多新型技術層出不窮，其中協(xié)同通信技術充分利用無線電波的全向傳播特性，使得網(wǎng)絡中的節(jié)點可以通過一定的協(xié)同方式達到資源共享，進而改善整個網(wǎng)絡性能。本文首先將協(xié)同思想引入網(wǎng)絡的層設計，并針對多跳網(wǎng)絡的特性，提出了一種協(xié)同媒體接入控制方法（），該方法通過利用高速率節(jié)點“幫助低速率節(jié)點完成通信，并通過設計合理的握手順序來減小隱藏終端對網(wǎng)絡的影響。仿真表明，能夠

2、提高網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包的傳輸速率并能及時地靜默更多的隱藏終端，提高協(xié)同握手的成功概率，進而改善網(wǎng)絡中的重傳次數(shù)及吞吐量。另外，本文還研究了和結(jié)合后整個網(wǎng)絡的端到端性能；最后，為了更好的運用協(xié)同通信技術，有效的支持多速率傳輸，我們提出了一種網(wǎng)絡中可支持多速率傳輸?shù)目鐚訁f(xié)同路由方法，通過仿真驗證其優(yōu)越性。關鍵詞：網(wǎng)絡協(xié)同通信媒體接入控制多速率傳輸跨層協(xié)同路由，（），（），：創(chuàng)新性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學或其它教育機構的學位

3、或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。本人簽名：蔓商日期塑呈：圣：主關于論文使用授權的說明本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬西安電子科技大學。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為西安電子科技大學。學校有權保留送交論文的復印件，允許查閱和借閱論文；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。（保密的論文在解密后遵守此規(guī)定）本學位論文屬于保密，在一

4、年解密后適用本授權書。剔醴銥鏟本人簽名：矗醯導師簽名：叁厶辛日期塑呈主：蘭日期迎呈：么第一章緒論第一章緒論研究背景及意義近年來，人們對無線環(huán)境下獲得數(shù)據(jù)服務的需求日益高漲，極大地促進了無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展。無線網(wǎng)絡作為有線網(wǎng)絡的擴展和補充，正迅速成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的重要組成部分，并朝著任何人（）任何時間（）在任何地點（）與任何人（）進行任何種類（）信息交換這一移動通信的最高目標發(fā)展。無線通信網(wǎng)絡按照其組網(wǎng)控制方式一般分為兩類：一類是集中式控制，即有中心的，這類無線網(wǎng)絡的運行依賴預先部署的網(wǎng)絡基礎設施，典型的例子有：依靠基站和移動交換中心等基礎設施支持的蜂窩移動通信系統(tǒng)，基于接入點（）和有線骨干模式

5、工作的無線局域網(wǎng)。但對于某些特殊場合，如戰(zhàn)場上部隊快速展開和推進、發(fā)生地震和水災后的快速營救、野外科學考察、偏遠地區(qū)臨時會議等，不可能有這種預先部署的固定設施。因此，需要一種能夠臨時、快速、自動組網(wǎng)的移動通信技術，即形成了網(wǎng)絡通信技術。一詞來源于拉丁語，是“特別地，專門地為某一即將發(fā)生的特定目標、事件或局勢而不為其他的意思，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡不同的是，網(wǎng)絡既不需要固定的網(wǎng)絡結(jié)構，也沒有專用的固定的基站或路由器作為網(wǎng)絡的管理中心。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都具有路由器功能，能夠發(fā)現(xiàn)和維護到其他節(jié)點的路由，并向鄰居節(jié)點發(fā)射和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。由于其組網(wǎng)簡單靈活、成本低以及生存能力強等特點，應用范圍不斷擴大，由最先的

6、軍用擴大到地震、火災等緊急通信場合。另外，網(wǎng)絡既可以作為一種獨立的網(wǎng)絡運行，也可以作為當前具有固定設施網(wǎng)絡的一種補充形式。其自身的獨特性，賦予其巨大的發(fā)展前景。目前，作為系統(tǒng)的重要特點之一，技術正在逐漸成為研究的熱點。網(wǎng)絡采用無線傳輸技術作為基本通信手段，與有線傳輸技術相比，具有較低的傳輸帶寬，并且由于多個節(jié)點分布式競爭使用信道，使得每個移動節(jié)點實際使用的帶寬遠小于物理層提供的最大傳輸速率。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的通信需求，許多新型技術層出不窮，如多輸入多輸出（）技術通過采用天線陣列，利用空間復用技術來提高所使用帶寬的效率。但是，在一些實用的場景下，由于自身體積、實現(xiàn)復雜度與功耗等限制，技術不容

7、易直接應用于移動用戶終端或者網(wǎng)絡節(jié)點，因此“協(xié)同通信技術”應運而生。協(xié)同通信技術充分利用了無線電波的全向傳播特性，使無線網(wǎng)絡中的節(jié)點相互協(xié)作形成了虛擬的天線陣列網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究來獲得傳統(tǒng)技術的空間分集增益【】【】【】【，協(xié)同通信的基本思想就是使得網(wǎng)絡中的節(jié)點可以通過一定的協(xié)同方式達到資源共享，從而使得網(wǎng)絡達到更高的傳輸速率和傳輸可靠性。協(xié)同通信技術利用節(jié)點間的空間分集不僅能夠提高網(wǎng)絡的容量，而且能夠減少節(jié)點對信道變化的敏感程度，從而提高傳輸?shù)目煽啃砸约巴卣雇ㄐ诺木嚯x。因此該領域得到國內(nèi)外學術界的廣泛關注，分別在年月及年月設立?？瘉碛懻搮f(xié)同通信技術的發(fā)展。網(wǎng)絡概述網(wǎng)絡【】可以追溯到年的網(wǎng)絡和

8、年開始研究的無線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（）項目。其后，又在年和年進行了抗毀可適應網(wǎng)絡（）和全球移動信息系統(tǒng)（）項目的研究。后來，標準委員會采用了“網(wǎng)絡”一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡就此誕生。網(wǎng)絡是指一組帶有無線收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成的一個多跳的臨時性無中心的自治系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以在任何時刻、任何地點快速地構建起一個通信網(wǎng)絡，并且不需要現(xiàn)有信息基礎網(wǎng)絡設施的支持。網(wǎng)絡中，每個移動終端兼?zhèn)渎酚善骱椭鳈C的兩種功能：作為主機，終端需要運行面向用戶的應用程序；作為路由器，終端需要運行相應的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表參與分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護工作。在網(wǎng)絡中，節(jié)點間的路由通常由多個網(wǎng)段（

9、跳）組成，由于終端無線傳輸范圍有限，兩個無法直接通信的終端節(jié)點往往通過多個中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)通信。網(wǎng)絡具有多跳網(wǎng)、動態(tài)拓撲、分布式控制、對等性、臨時性、自組織性、鏈路帶寬受限、信道的單向性、能量受限、有限的安全性等特點，存在許多關鍵技術問題，包括：媒體接入控制（）協(xié)議。由于電磁波的傳播特性，無線通信的傳輸媒介屬于廣播信道類型。當一個節(jié)點發(fā)送無線電信號時，鄰近的節(jié)點都將接收到這個信號。如果在一個小的空間范圍內(nèi)，有兩個或多個節(jié)點同時發(fā)送無線信號，將會在它們的接收節(jié)點處產(chǎn)生信號的相互疊加，造成互相干擾，嚴重時將使接收節(jié)點無法正確接收所需要的信息，一般將這種情況稱為發(fā)生了信道使用上的沖突。而基于網(wǎng)絡

10、的特點，在蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用的有中心的信道接入技術，以及傳統(tǒng)的基于共享廣播信道的信道接入技術（如）都無法直接應用到網(wǎng)絡中。因此，需要提出解決方案，專門設計適用于網(wǎng)絡的信道接入?yún)f(xié)議，從而在多個節(jié)點間有效地分配無線信道資源而不發(fā)送沖突，并且應第一章緒論該在載波監(jiān)聽多路訪問（）的基礎上盡量避免隱藏終端和暴露終端的問題。多跳路由的發(fā)現(xiàn)和維護。在網(wǎng)絡中，每個節(jié)點既是路由器又是主機。當發(fā)送信息節(jié)點（源節(jié)點）與接收信息節(jié)點（目的節(jié)點）不能直接通信時，就需要其他一些中間節(jié)點通過存儲一轉(zhuǎn)發(fā)幫助完成其通信，這樣也就構成了多跳網(wǎng)。從源節(jié)點依次經(jīng)過多個中繼節(jié)點到達目的節(jié)點就形成了一條通信“路徑（路由）。如何尋找一

11、條合適的路由就是路由發(fā)現(xiàn)問題，當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，如何自適應地調(diào)整路由就是路由維護問題。路由發(fā)現(xiàn)和路由維護的方法合起來就是路由協(xié)議。路由協(xié)議的好壞直接影響了通信業(yè)務的各項指標，是網(wǎng)絡中最重要的問題之一。功率控制與管理。由于大多數(shù)網(wǎng)絡中的節(jié)點都是靠電池供電，所擁有的能量比較有限，再加之為了實現(xiàn)協(xié)議中的一些新的功能所花費的能量幅度增大，如何在保證實現(xiàn)協(xié)議功能的前提下，又要實現(xiàn)能量的節(jié)約是設計網(wǎng)絡最為關鍵的目標之一。服務質(zhì)量保證。由于網(wǎng)絡的動態(tài)特性及通信媒介的不可預測性，使得對其進行服務質(zhì)量保證變得困難。網(wǎng)絡與信息安全。由于無線信道的廣播本質(zhì)使其更容易被竊聽、假冒、篡改等，正由于網(wǎng)絡的脆弱性，其安

12、全需求包括機密性、完整性、有效性、身份認證和不可否認等。網(wǎng)絡中的這些關鍵技術涉及到協(xié)議棧的不同層次，甚至需要多層協(xié)作才能完成。協(xié)同通信發(fā)展現(xiàn)狀協(xié)同通信技術是一個嶄新的研究領域。協(xié)同通信基本理論可以追溯到年代和的關于中繼信道的容量理論。但目前協(xié)同通信在很多概念和內(nèi)容上都不同于中繼通信，最突出的特征就是中繼通信中，中繼與信源是兩個獨立實體，而協(xié)同通信的通信機制更為復雜，遠不止是一個簡單的中繼問題，因為每個用戶既要中轉(zhuǎn)其合作伙伴的信息，還要傳送自己的信息。年月，】等人最先表明用戶間的協(xié)同通信不僅能夠提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸速率，而且能夠減少節(jié)點對信道變化的敏感程度，即使在節(jié)點間信道存在噪聲的情況下，通過虛

13、擬的空間分集，協(xié)同通信技術也能為系統(tǒng)性能的提高帶來好處。協(xié)同通信技術充分利用了無線電波的全向傳播特性，使無線網(wǎng)絡中的節(jié)點相互協(xié)作形成虛擬的天線陣列來獲得傳統(tǒng)技術的空間分集增益。目前在物理層，節(jié)點間信號協(xié)同通信的方法主要包括：放大中繼模式【（，）、中繼解碼模式【】（，）以及編碼協(xié)作模式【¨（網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究，），并且人們已經(jīng)提出了許多如何設計信道編碼以提高協(xié)同通信的有效性的方法【。另外，在某些具體的應用場合如多跳網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)（）等下一代網(wǎng)絡中，同一簇內(nèi)多節(jié)點在收、發(fā)端同時進行協(xié)作的協(xié)同技術的研究正引起相關研究者的關注，它可以通過合并物理層與鏈路層等方案來改進無線網(wǎng)絡能量和時延性

14、能。由于節(jié)點協(xié)同一開始就考慮每節(jié)點單天線配置的應用要求，作為一種可以降低技術實現(xiàn)代價的協(xié)同技術正成為下一代無線網(wǎng)絡設計的關鍵技術。最近的、以及提案中的虛擬（）技術就可以被看作為協(xié)同通信技術在具有中心控制的無線蜂窩網(wǎng)中的一個應用，其中一種方式通過系統(tǒng)布設若干低成本的中繼節(jié)點來幫助用戶完成通信，另外一種方式是使相鄰兩個用戶可共享其時、頻資源來提高系統(tǒng)性能。由于協(xié)同通信這種新型的網(wǎng)絡構架的引入，使得整個系統(tǒng)面臨了新的挑戰(zhàn)。設計以何種策略進行網(wǎng)絡資源分配以及每個源與目的端何時以直接方式、何時以多跳的方式或者兩者混合方式實現(xiàn)其連接、如何在考慮用戶協(xié)同的網(wǎng)絡中采用或擴展現(xiàn)有的空時碼、信道與信源編等編碼調(diào)制

15、方案最終導致協(xié)同通信技術在各種新型網(wǎng)絡中的應用成為當前的一個重要研究方向，它同時涉及了物理層、鏈路層和網(wǎng)絡層等相關設計。協(xié)同通信己經(jīng)成為一種包含多層的應用技術，人們將可能使用它來滿足下一代無線網(wǎng)絡中的新約束和新需求。本文研究的內(nèi)容及章節(jié)安排第一章是緒論，介紹了本課題的研究背景和研究意義，概要地闡述了網(wǎng)絡及其面臨的關鍵技術問題，并分析了協(xié)同通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章以網(wǎng)絡媒體接入?yún)f(xié)議為研究對象，概要地介紹了網(wǎng)絡協(xié)議及其需要解決的關鍵問題，并詳細介紹了協(xié)議。分析了現(xiàn)在已提出的協(xié)同協(xié)議及其存在的問題，從網(wǎng)絡的多跳特性出發(fā)，提出了一種用于網(wǎng)絡的協(xié)同媒體接入方札。最后，通過仿真對在吞吐量和重傳次數(shù)方面的

16、性能進行了分析和驗證。第三章從網(wǎng)絡的路由協(xié)議出發(fā)，分析了現(xiàn)有技術存在的問題，并將與協(xié)議相結(jié)合，運用到網(wǎng)絡中，從而更有效的支持多速率傳輸。通過仿真對與協(xié)議相結(jié)合后網(wǎng)絡的性能進行了驗證。為了更好的運用協(xié)同通信技術，提出了一種網(wǎng)絡中可支持多速率傳輸?shù)目鐚訁f(xié)同路由方法，并通過仿真驗證和分析了改進后對網(wǎng)絡性能的改蓋口。第四章結(jié)束語，對全文進行了總結(jié)，并提出了仍待解決的問題。第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡是共享無線傳輸媒體的多點多跳網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡中，媒質(zhì)（無線信道）是一種共享和稀缺的資源，如何解決多個用戶高效、合理地共享有限的無線信道資源，即媒體接入控制（）協(xié)議的設計是網(wǎng)絡中的

17、關鍵技術之一。協(xié)議的好壞直接影響到網(wǎng)絡吞吐量、時延等性能指標的優(yōu)劣。網(wǎng)絡具有無中心、臨時自組織、分布式控制、節(jié)點移動和多跳等特點，這些特點使得基于固定基礎設施（有中心網(wǎng)絡）的協(xié)議不能滿足網(wǎng)絡的需要。因為在類似于蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用的有中心的信道接入技術需要中心控制點協(xié)調(diào)節(jié)點間信道的分配，而在網(wǎng)絡中，沒有中心控制實體進行全局的資源管理與分配，所以只能采用分布式的機制來實現(xiàn)網(wǎng)絡中節(jié)點接入的協(xié)調(diào)。同時，傳統(tǒng)的基于共享廣播信道的信道接入技術，如、系列，只能使用在全連通網(wǎng)絡中，麗網(wǎng)絡一般是多跳網(wǎng)絡，因此需要專門設計適用于網(wǎng)絡的分布式信道接入?yún)f(xié)議。現(xiàn)有的協(xié)議的分類經(jīng)過長期與廣泛的研究，研究人員已提出了數(shù)

18、十種網(wǎng)絡協(xié)議。這些協(xié)議可以從不同的角度進行分類、總結(jié)。按照同步網(wǎng)絡、異步網(wǎng)絡，可以將協(xié)議分為同步協(xié)議、異步協(xié)議。同步協(xié)議中，所有節(jié)點在時間上是同步的。異步協(xié)議采用分布式的控制機制，其信道接入多是基于競爭模式。根據(jù)信道接入時握手協(xié)議的發(fā)起者可以劃分為：發(fā)方主動的接入?yún)f(xié)議，是發(fā)）方通知收方自己有數(shù)據(jù)要發(fā)送，包括（和（）等；收方主動的信道接入?yún)f(xié)議，是由收方通知發(fā)方自己已經(jīng)準備好接收數(shù)據(jù)，包括（）和在占奇；根據(jù)網(wǎng)絡使用的信道數(shù)目，可劃分為：基于單信道的信道接入?yún)f(xié)議，所有的信號都在同一個信道上傳輸，包括、）和（等；為了減少沖突，將信道分成控制信道和數(shù)據(jù)信道，分別傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信號，即基于雙信道（控制

19、信道和數(shù)據(jù)信道）的信道接入?yún)f(xié)議，包括（）網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究等；基于多信道的信道接入?yún)f(xié)議有（等。）、需要解決的關鍵問題多跳特性是網(wǎng)絡的一個顯著標志，在協(xié)議的設計中克服多跳帶來的隱藏終端和暴露終端的影響是首先要解決的關鍵問題。所謂隱藏終端是指位于發(fā)射節(jié)點的覆蓋范圍之外而處于接收節(jié)點的覆蓋范圍之內(nèi)的終端。如圖（）所示，節(jié)點既在節(jié)點的通信范圍內(nèi)，也在節(jié)點的通信范圍內(nèi)，節(jié)點和節(jié)點卻不在相互的通信范圍內(nèi)。當節(jié)點向節(jié)點發(fā)送信息時，由于隱藏終端聽不到節(jié)點發(fā)送信息，也可能向節(jié)點發(fā)送信息，這樣就造成報文在接收終端處的碰撞，可能導致節(jié)點不能解釋任何信息，從而降低了信息利用率，增加了系統(tǒng)時延。同樣，當節(jié)點向節(jié)點發(fā)送

20、信息時，節(jié)點也是節(jié)點的隱藏終端。隱藏終端帶來的沖突使得通信節(jié)點需要重發(fā)已發(fā)送的信息，如果重發(fā)后繼續(xù)有隱藏終端沖突，則網(wǎng)絡的通信會陷入一種惡性循環(huán)。！、（）隱藏終端圖（）暴露終端隱藏終端和暴露終端所謂暴露終端是指在發(fā)送節(jié)點的通信范圍之內(nèi)而在接收節(jié)點的通信范圍之外的終端，如圖（）中的節(jié)點。當節(jié)點向節(jié)點發(fā)送信息時，節(jié)點因聽到節(jié)點的發(fā)送而延時發(fā)送，但節(jié)點在接收節(jié)點的通信范圍之外。只要節(jié)點不是要和節(jié)點通信，它的發(fā)送就不會影響節(jié)點的發(fā)送，更不會在節(jié)點處造成沖突。這是一種信道資源的浪費，所以要避免暴露終端被阻塞。在網(wǎng)絡中，如何使用分布式控制機制實現(xiàn)信道資源的公平接入，保證網(wǎng)絡中各種業(yè)務的服務質(zhì)量，降低能耗等

21、，也是接入?yún)f(xié)議必須考慮的重要問題。（，分布式協(xié)調(diào)功能）是第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法標準委員會指定的無線局域網(wǎng)信道接入?yún)f(xié)議，它基于（載波偵聽多址訪問沖突避免）的隨機訪問機制，被廣泛應用于網(wǎng)絡。該協(xié)議采用單一共享信道的模式，利用載波偵聽、沖突避免等技術防止單一共享信道中數(shù)據(jù)包的沖突。幀間間隔（）在中，通過定義不同的幀間間隔時間（）來區(qū)分對介質(zhì)訪問的優(yōu)先級。一個節(jié)點通過載波偵聽機制確定介質(zhì)是空閑狀態(tài)，并且持續(xù)空閑達到特定的間隔時間才能進行發(fā)送。在中共有三個不同的間隔時間，由短到長依次為：，短幀間間隔（，）；幀間間隔（，）；延長的幀間間隔（，）。是最短的幀間間隔。當一個節(jié)點需要占用信道并持續(xù)執(zhí)行幀交換時

22、使用，這時如果有其它節(jié)點需要使用信道，必須等待信道空閑并持續(xù)一個更長的時間間隔才能參與競爭，從而使用的節(jié)點具有了更高的優(yōu)先級。主要用于確認幀、以及一個分片序列中第二個分片之后的子幀等的發(fā)送。，分布式協(xié)調(diào)功能幀間間隔。在中，一個節(jié)點要進行發(fā)送，必須偵聽信道，如果信道保持空閑狀態(tài)達到時間，那么該節(jié)點進入退避過程，產(chǎn)生一個隨機整數(shù)退避計數(shù)器，并在每個時隙中遞減，當退避計數(shù)器遞減到時方可發(fā)送。當物理層通知層，由于所發(fā)送幀的幀檢驗序列（）值不正確，而不能被正確接收時，開始進入時隙。規(guī)定，得到要使用、和在物理層傳送一個控制幀所用的時長，以保證發(fā)送源節(jié)點對控制幀與控制幀的接收。訪問模式包括兩種介質(zhì)訪問模式：

23、基本訪問模式（）和（）訪問模式。當采用基本訪問模式時，如圖所示，如果一個節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，它首先檢測信道是否空閑。如果信道空閑，并且空閑時間的長度達到時隙，那么發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，當目的節(jié)點接收到該幀時，在時隙后應答一個幀；如果信道不空閑，或者空閑時間小于，那么發(fā)送端進入沖網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究突避免（）狀態(tài)。源節(jié)點一目的節(jié)點其他節(jié)點（）鋸雨訂勰圖基本訪問模式是一個可選的訪問模式。當采用這種訪問模式時，如圖所示，源節(jié)點首先發(fā)送一個控制幀來預約信道，然后目的節(jié)點應答一個控制幀。收到控制幀后，源節(jié)點才開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀，最后目的節(jié)點再應答一個控制幀。由于控制幀較短（長度為字節(jié)），玎控制幀沖突對網(wǎng)絡性能造

24、成的損害遠遠小于數(shù)據(jù)幀之間的沖突所造成的損害，因此采用訪問模式可以提高網(wǎng)絡的性能。但是當數(shù)據(jù)幀的長度比較小，采用基本訪問模式可以減小發(fā)送所造成的額外開銷。源節(jié)點；目的節(jié)點其他節(jié)點）隨（）隨機退避贏爭信道、圖訪問模式指數(shù)退避機制當一個節(jié)點需要發(fā)送幀時，要調(diào)用載波偵聽機制來確定信道的忙閑狀態(tài)，如果信道忙，它將推遲直到信道連續(xù)處于閑狀態(tài)達到時間。為了避免發(fā)送沖突，這時該節(jié)點在發(fā)送前必須經(jīng)過一個附加的退避周期，將產(chǎn)生一個隨機的退避時間（），并存入退避計數(shù)器；如果其本身退避時間為非零值，則不再執(zhí)行產(chǎn)生隨機退避時間的過程。退避時間的產(chǎn)生方法如下：（）×第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法其中，（）是均勻分布

25、在，期范圍內(nèi)的隨機整數(shù)，（，競爭窗口）是介于由物理層特征決定的最小競爭窗口、和最大競爭窗口一之間的一個整數(shù)，即刪懈。例如，對于直接序列擴頻（），和。分別為和。是由物理層特性決定的一個時隙的實際長度值，對于，一個時隙的長度為。因此，退避時間是一個以時隙為單位的隨機整數(shù)。一個節(jié)點執(zhí)行退避過程時，在每一個時隙中偵聽信道的狀態(tài)，如果信道空閑，則將退避時間計數(shù)器減；如果信道忙，則退避過程將被推遲，退避時間計數(shù)器被凍結(jié)（即不再遞減），直到偵聽到信道處于連續(xù)空閑狀態(tài)達到時間，退避過程重新被激活，繼續(xù)遞減。當退避計數(shù)器遞減到時，節(jié)點就可以執(zhí)行發(fā)送。當多個節(jié)點同時競爭信道時，每個節(jié)點都經(jīng)過一個隨機時間的退避過程

26、，才能占有信道，這樣就大大減少了發(fā)送沖突發(fā)送的概率。另外，通過采用退避過程的凍結(jié)機制，使得被推遲的節(jié)點在下一輪競爭中無需再次產(chǎn)生一個新的隨機退避時間，只需要繼續(xù)進行退避計數(shù)器遞減，那么，等待時間長的節(jié)點的優(yōu)先級就高于新加入的節(jié)點，就可能優(yōu)先得到信道，從而維護了競爭節(jié)點之間一定的公平性。圖顯示了退避過程，在節(jié)點發(fā)送時，節(jié)點、都有幀要發(fā)送，等待信道連續(xù)空閑時間后，進入退避階段，每個節(jié)點在內(nèi)隨機產(chǎn)生一個退避時間。因為節(jié)點所產(chǎn)生的退避時間最短，它的退避計時器最先減至，開始發(fā)送幀，節(jié)點和的退避計時器被凍結(jié)。在節(jié)點傳送過程中，節(jié)點也有幀要發(fā)送，進入等待過程。信道空閑后，節(jié)點和的退避計時器解凍，解凍產(chǎn)生隨機

27、退避時間。因為節(jié)點的退避計數(shù)器最先減至，所以節(jié)點獲得發(fā)送的機會。節(jié)點磁搦緩潮礴糯節(jié)點節(jié)點隧艘駐糊圜節(jié)點節(jié)點圖退避過程每個節(jié)點都要維護一個參數(shù)，的初始值為，當一個節(jié)點發(fā)送失敗時，說明當前的網(wǎng)絡負載較大或者鏈路狀況不好，該節(jié)點的就會增加一網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究倍，以后，該節(jié)點每次因發(fā)送失敗而重傳時，都會增加一倍，即×（。），其中為重傳次數(shù)。當增加到瓠時，即×（）（眥。），再連續(xù)重傳時的值將保持為鵬不變，直到該節(jié)點發(fā)送成功，或者達到了最大重傳次數(shù)的限制，將被重新置為競爭窗口越大，隨機退避機制解決沖突的能力就越強，因為使用較大的競爭窗口時，選擇相同的隨機退避時間的可能性很小。這樣，一

28、方面，在輕載的情況下，小的競爭窗口保證了較短的延時；一方面，在重載情況下，隨機等待時間隨著沖突產(chǎn)生次數(shù)而指數(shù)遞增，降低了沖突的概率。競爭窗口達到瓠后不再增長，保證了網(wǎng)絡在重載情況下的穩(wěn)定。幀成功發(fā)送或者重傳次數(shù)超過限制而被丟棄時，競爭窗口被重置為，這種機制稱為二進制指數(shù)退避（）。載波偵聽機制同時使用兩種載波偵聽方法，一是在物理層通過（）信號檢測進行偵聽，二是層的虛擬載波偵聽（），如果兩種方法中任一種顯示信道忙，則認為信道為忙狀態(tài)，只有兩種方法都顯示信道閑，才認為信道是空閑的。通過載波偵聽，能大大減少沖突次數(shù)。但是，仍會發(fā)生沖突，例如，當信道由忙轉(zhuǎn)為空閑時，如果有多個節(jié)點同時發(fā)送而發(fā)生沖突。為此

29、，在以太網(wǎng)中，采用（，碰撞檢測），當一個節(jié)點檢測到?jīng)_突后，認為此時幀已經(jīng)被沖突破壞，從而盡快停止發(fā)送，而不是繼續(xù)發(fā)送該幀，取消發(fā)送的節(jié)點等待一個隨機時間后，重新嘗試發(fā)送。迅速結(jié)束沖突幀的傳送，既節(jié)省了時間又節(jié)省了帶寬。但是在無線網(wǎng)絡中，由于以下的原因，很難實現(xiàn)沖突檢測：）沖突檢測的能力要求各節(jié)點能同時發(fā)送（發(fā)送自己的信號）和接收（確定其他節(jié)點的發(fā)送是否干擾自己的發(fā)送），這會使得無線網(wǎng)絡成本大大增加；）更重要的是，由于隱藏終端問題的存在，即使一個節(jié)點有沖突檢測的能力，并已經(jīng)在發(fā)送時檢測到?jīng)_突，在接收端仍然會有沖突發(fā)生。因此采用了帶沖突避免的載波偵聽多路訪問（）機制來實現(xiàn)無線信道的共享，即在發(fā)送幀

30、之前，發(fā)送節(jié)點先偵聽信道，看是否有其他節(jié)點正在傳輸。如果發(fā)現(xiàn)信道空閑而且空閑持續(xù)時間大于等于，則進入隨機退避過程，通過退避機制（見）實現(xiàn)沖突避免。層的虛擬載波偵聽是通過（，網(wǎng)絡分配矢量）機制實現(xiàn)的。是表示媒介空閑剩余值。每個節(jié)點的都是從媒介傳輸?shù)膸锶〕龀掷m(xù)時間長度值來保持最新值。根據(jù)的值，節(jié)點的層第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法就能夠知道當前的發(fā)射將在什么時候結(jié)束，節(jié)點則通過檢查決定是否發(fā)送。有可能表示媒介忙，而物理載波檢測卻顯示媒介空閑，這時節(jié)點不能發(fā)送。節(jié)點在接收到合法幀后使用該幀中（持續(xù)時間識別碼）域的信息更新其值，但其條件是新的的數(shù)值應比當前數(shù)值大。圖中給出了一對節(jié)點之間進行玎控制幀和控制幀

31、交換的過程。能夠收到控制幀的節(jié)點對其的設置可見第條直線（左側(cè)標有“其他節(jié)點）上方的長方框，對于只能收到控制幀的節(jié)點對其值的設置可見第條直線下方的稍短點的方框，有時收到幀后，有些節(jié)點仍會進行值的更新?，F(xiàn)有協(xié)同協(xié)議及存在的問題無線信道具有無線廣播特性（，），決定了節(jié)點可以收到位于其通信半徑內(nèi)其它節(jié)點發(fā)送的信息。但是不幸的是，在傳統(tǒng)的無線協(xié)議中，這些“串繞”（）收到的信息被丟棄?；趨f(xié)同通信的協(xié)議正是充分利用無線電波的全向傳播特性，將收到“串繞”信息的節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點利用起來，通過協(xié)同節(jié)點“轉(zhuǎn)發(fā)”“串繞”收到的信息，提高網(wǎng)絡性能。文酬】從數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃猿霭l(fā)，提出了（），其主要思想是：當目的節(jié)點接收

32、源節(jié)點的數(shù)據(jù)失敗時，由通過“串擾正確收到源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)所收到的數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ趨f(xié)議中本身就支持多速率傳輸，節(jié)點可以根據(jù)信道條件的不同來選擇不同的傳輸速率，然而當網(wǎng)絡中的低速率節(jié)點競爭到信道時，則信道被長時間占用使得高速節(jié)點無法接入信道，從而降低了整個網(wǎng)絡的吞吐量，同時其他節(jié)點由于一直在監(jiān)聽信道，節(jié)點能量也受到了損失。文酬從數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾食霭l(fā)，對協(xié)議進行改進，提出了協(xié)議。該協(xié)議中，當源節(jié)點和目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸速率比較低時，在源節(jié)點和目的節(jié)點之間選擇一個節(jié)點，通過節(jié)點的幫助，用高速的兩跳方式代替原先低速的一跳傳輸，從而提高網(wǎng)絡性能。為了更好的與協(xié)議兼容，文

33、獻】提出了協(xié)議，其基本思想是：當源節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸速率較低時，由源節(jié)點選擇一個數(shù)據(jù)傳輸速率較高的節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點，并發(fā)送控制幀；協(xié)同節(jié)點接收控制幀后，發(fā)送（）控制幀；目的節(jié)點接收、控制幀后，發(fā)送控制幀給源節(jié)點：若源節(jié)點正確收到、網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究控制幀，表明成功預約信道并成功將協(xié)同節(jié)點加入到此次傳輸中，數(shù)據(jù)由源節(jié)點先發(fā)送給協(xié)同節(jié)點，協(xié)同節(jié)點再轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點，若源節(jié)點只接收到控制幀，表明預約信道成功但協(xié)同節(jié)點加入此次傳輸失敗，數(shù)據(jù)由源節(jié)點直接給目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，若源節(jié)點沒有收到控制幀，表明沒有預約到信道，此次傳輸失??；目的節(jié)點收到源節(jié)點或協(xié)同節(jié)點發(fā)給自己的數(shù)據(jù)幀后，給源節(jié)點發(fā)送控制

34、幀回應；若源節(jié)點收到目的節(jié)點的控制幀，此次傳輸成功，若源節(jié)點沒有收到所期望的控制幀，此次傳輸失敗。與一般的局域網(wǎng)不同，網(wǎng)絡是一種多跳網(wǎng)絡，不可避免的存在隱藏終端問題。協(xié)議中，由源節(jié)點、協(xié)同節(jié)點和目的節(jié)點三者組成了三角握手，協(xié)同節(jié)點和目的節(jié)點周圍均存在隱藏終端。如圖所示，源節(jié)點發(fā)送幀所靜默的范圍為半徑的圓，目的節(jié)點發(fā)送幀所靜默的范圍為半徑的圓，協(xié)同節(jié)點發(fā)送幀所靜默的范圍為半徑的圓。源節(jié)點發(fā)送控制幀進行握手后，若協(xié)同節(jié)點發(fā)送控制幀給予回應，其增加的靜默范圍為陰影，若目的節(jié)點先發(fā)送控制幀給予回應，其增加的靜默范圍為陰影。顯然，陰影的面積比陰影大，在相同的節(jié)點密度下，目的節(jié)點先發(fā)送控制幀比協(xié)同節(jié)點先發(fā)

35、送控制幀所靜默的節(jié)點更多，能更好的解決隱藏終端問題，提高協(xié)同握手成功概率。圖各節(jié)點的靜默范圍適用于網(wǎng)絡的協(xié)同媒體接入控制方法概述為了更好的解決隱藏終端問題，提高協(xié)同握手成功概率，我們改進了一種適用于網(wǎng)絡的協(xié)同媒體接入控制方法。該方法通過利用高速率節(jié)點“幫助”低速率節(jié)點完成通信，并通過設計合理的握手順序來減小隱藏終端對網(wǎng)絡的影響。第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法協(xié)同表格及協(xié)同節(jié)點的選取由于網(wǎng)絡中每對源節(jié)點和目的節(jié)點之間并不一定都存在協(xié)同節(jié)點，因此，同文獻【】一樣，每個節(jié)點均維持著一張存有協(xié)同節(jié)點的協(xié)同表格，以便查找相應的協(xié)同節(jié)點。協(xié)同表格格式如表。表協(xié)同表格格式目的節(jié)點的地址協(xié)同節(jié)點的地址接收到來自協(xié)同

36、節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的最近時間協(xié)同節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率源節(jié)點與協(xié)同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率目的節(jié)點的地址協(xié)同節(jié)點的地址接收到來自協(xié)同節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的最近時間協(xié)同節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率源節(jié)點與協(xié)同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率由兩節(jié)點之間鏈路狀態(tài)決定。當各節(jié)點的發(fā)送功率固定時，任意一個節(jié)點通過與鄰節(jié)點間的控制信息交互，獲得該節(jié)點與鄰節(jié)點之間的鏈路狀態(tài)，估計出該節(jié)點到鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率。例如源節(jié)點可通過與節(jié)點和節(jié)點之間的控制信息交互，獲得源節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率咫和源節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率。另外，

37、當源節(jié)點通過“串繞收到節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀時，源節(jié)點可以從該幀的物理層收斂協(xié)議子層頭部獲得該數(shù)據(jù)幀的傳輸速率，即節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率。若不等式（）成立，則源節(jié)點將節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點、節(jié)點作為目的節(jié)點及相應的數(shù)據(jù)填入到協(xié)同表格中。一材曲耐（一】）同文獻一樣，引入了控制幀和控制幀?？刂茙袷酵刂茙妶D（），控制幀在控制幀中加入了協(xié)同節(jié)點的地址，以標明協(xié)同節(jié)點，見圖（）。當源節(jié)點有數(shù)據(jù)包發(fā)送時，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址在協(xié)同表格中查找滿足協(xié)同條件的協(xié)同節(jié)點。若協(xié)同表格中某表項的目的地址與該數(shù)據(jù)包的目的地址相同，且該表項中的其余參數(shù)滿足（）不等式：三，專囂卯木去像）網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究則該

38、表項中的協(xié)同節(jié)點可選為協(xié)同節(jié)點；若不止一個表項滿足上述（）不等式，此時應選使得不等式（）左邊的值最小的協(xié)同節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點；若有多個表項使得不等式（）左邊的值相同，選協(xié)同表格中時間最新的協(xié)同節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點。不等式（）中氏為源節(jié)點與協(xié)同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率，為協(xié)同節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率，刪為源節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，為包括幀頭的層數(shù)據(jù)幀長度，單位，為發(fā)送控制幀的傳輸時間，為發(fā)送控制幀的傳輸時間，為發(fā)送控制幀的傳輸時間，為間隔的大小，為發(fā)送物理層收斂協(xié)議（）子層所需的時間。（）幀格式域字節(jié)控制幀持續(xù)時間接收地址發(fā)送地址協(xié)同節(jié)點的（）日逍膂【（）幀格式（）數(shù)據(jù)幀格式圖

39、幀格式圖第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法傳輸流程源節(jié)點發(fā)送控制女生一目的節(jié)點發(fā)送￥控制幀儡妻餐鼢（、控制幀和戶一協(xié)同節(jié)點不回協(xié)同節(jié)點發(fā)送復任何控制幀控制幀卷爹控制幀二源節(jié)點進行傳、輸失敗處理源節(jié)點給協(xié)同喇一源節(jié)點給目的點發(fā)送數(shù)據(jù)幀執(zhí)同節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)幀目的節(jié)點發(fā)控制幀！控制幀源節(jié)點收到，墮圖適用于網(wǎng)絡的協(xié)同媒體接入控制方法流程圖、源節(jié)點發(fā)送控制幀當源節(jié)點有數(shù)據(jù)包要傳輸且競爭到信道時，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址在協(xié)同表格中查找滿足協(xié)同條件的協(xié)同節(jié)點。若存在協(xié)同節(jié)點，則源節(jié)點發(fā)送控制幀，進行協(xié)同握手，其（持續(xù)時間識別碼）域設置的大小如（）式所示：，刪幻刀木巧似毒專木凹像）式中，為發(fā)送控制幀的傳輸時間；若沒有協(xié)

40、同節(jié)點，則源節(jié)點發(fā)送控制幀，采用方式直接傳輸。源節(jié)點發(fā)送完控制幀后，等待接收來自目的節(jié)點的控制幀，等待超時時間設置如（）式所示：網(wǎng)絡中的協(xié)同通信研究伽砌?；i（）、目的節(jié)點發(fā)送控制幀任意一個節(jié)點收到控制幀后，判斷目的地址是否為該任意節(jié)點的地址以及信道是否空閑。若上述條件滿足，則該任意節(jié)點為目的節(jié)點，該任意節(jié)點等待短幀間間隔后，給源節(jié)點和協(xié)同節(jié)點發(fā)送控制幀，表明目的節(jié)點已經(jīng)準備好接收，控制幀的目的地址設為源節(jié)點地址，該幀的（持續(xù)時間識別碼）域設置為最壞情況，即設置為源節(jié)點直接給目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需的傳輸時間，如（）式所示：，牢醪；一似【如謝（）否則，目的節(jié)點不給源節(jié)點回應。、協(xié)同節(jié)點發(fā)送控制幀

41、任意一個節(jié)點收到控制幀后，若該控制幀中的協(xié)同地址是該任意節(jié)點的地址，則該任意節(jié)點繼續(xù)判斷信道是否空閑、是否能支持控制幀中的源節(jié)點到協(xié)同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率及協(xié)同節(jié)點到目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸速率碥。若上述條件滿足，則該任意節(jié)點標記為協(xié)同節(jié)點。該協(xié)同節(jié)點等待目的節(jié)點發(fā)送的控制幀，等待超時時間設為（）式。如果協(xié)同節(jié)點收到所期望的控制幀，則協(xié)同節(jié)點在等待短幀間間隔后給源節(jié)點發(fā)送控制幀，該控制幀的幀格式同控制幀，其（持續(xù)時間識別碼）域設置如（）所示：，母陌：；一木正工儺【（）如果等待超時后協(xié)同節(jié)點仍沒有收到控制幀，表明目的節(jié)點沒有準備好，此次協(xié)同握手失敗，該任意節(jié)點作為協(xié)同節(jié)點的標記取消，該任

42、意節(jié)點也不給源節(jié)點回復任何控制幀。、源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀若源節(jié)點在等待控制幀超時的時間內(nèi)收到回應的控制幀，則源節(jié)點繼續(xù)等待接收協(xié)同節(jié)點發(fā)送的控制幀，等待超時時間設置為個短幀間間隔。如果源節(jié)點在等待超時時間內(nèi)收到控制幀，表明協(xié)同握手成功，源節(jié)點在等待短幀間間隔后開始傳輸數(shù)據(jù)幀。由于此時數(shù)據(jù)幀先傳輸給協(xié)同節(jié)點，所以將數(shù)據(jù)幀的幀頭中地址填入?yún)f(xié)同節(jié)點的地址，地址填入源節(jié)點的地址，地址中填入目的節(jié)點的地址，數(shù)據(jù)幀格式見圖（）。源節(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后等待接收目的節(jié)點發(fā)送的控制幀，等待超時時間設置如（）式所示：第二章用于網(wǎng)絡的協(xié)同方法彳卅鯽，幸瓦孵二“【艋（）若源節(jié)點在等待控制幀超時時間后仍沒有監(jiān)聽到有幀在傳輸時，表明協(xié)同節(jié)點沒有準備好，協(xié)同握手失敗。但此時源節(jié)點已預約到信道，同協(xié)議一樣，源節(jié)點在等待短幀間間隔后，直接發(fā)送數(shù)據(jù)幀給目的節(jié)點，該數(shù)據(jù)幀的幀頭中地址填入目的節(jié)點的地址，地址中填入源節(jié)點的地址，地址中填入一。源節(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后等待接收目的節(jié)點發(fā)送的控制幀，等待超時時間設置同（）式。若源節(jié)點等待控制幀超時，仍沒有收到所期望的控制幀，或者在等待過程中收到其他控制幀或數(shù)據(jù)幀，表明競爭信道失敗，源節(jié)點進行傳輸失敗處理，其重傳次數(shù)加，并重新開始進行二進制指數(shù)隨機退避，再次競爭信道。、協(xié)同節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)幀若協(xié)同節(jié)點收到源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，在