基于跨層設(shè)計的無線自組網(wǎng)方案①

王彥剛, 萬留進, 呂遵明, 樓 俐

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基于跨層設(shè)計的無線自組網(wǎng)方案①

王彥剛, 萬留進, 呂遵明, 樓 俐

(中國電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司南京電訊技術(shù)研究所, 南京210007)

首先詳細描述了目前無線自組網(wǎng)現(xiàn)狀及問題, 然后基于跨層設(shè)計思想提出一種無線節(jié)點組網(wǎng)方案, 尤其對MAC層、網(wǎng)絡(luò)層的實現(xiàn)方案進行了詳細描述, 最后進行樣機實現(xiàn)并搭建半實物仿真環(huán)境進行了仿真試驗, 仿真結(jié)果顯示該組網(wǎng)方案在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面比傳統(tǒng)組網(wǎng)模式有顯著提升.

跨層設(shè)計; 半實物仿真; 網(wǎng)絡(luò)吞吐量

隨著無線自組網(wǎng)技術(shù)在軍事領(lǐng)域、搶險救災(zāi)等民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用, 目前各種類型的無線自組網(wǎng)節(jié)點設(shè)備被研制使用, 經(jīng)過科研人員的多年努力, 物理層數(shù)據(jù)傳輸速率有了較大幅度的提升, 但網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面還沒有突破性的進展, 組網(wǎng)應(yīng)用時網(wǎng)絡(luò)吞吐量仍然偏低, 將物理信道提升的性能大打折扣. 主要表現(xiàn)在:

1) 信道接入效率不高, 在信道接入方面普遍采用CSMA或TDMA接入方式, CSMA模式適用于突發(fā)業(yè)務(wù)較多的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境, 在節(jié)點數(shù)增多且網(wǎng)絡(luò)流量較均勻時, 性能會急劇下降, TDMA模式適用于網(wǎng)絡(luò)流量較均勻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境, 但在實際使用中, 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復雜多變, 位于網(wǎng)絡(luò)中不同位置的節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都會有巨大差別;

2) 網(wǎng)絡(luò)易產(chǎn)生擁塞, 當前無線自組網(wǎng)在建立路由時, 往往不考慮業(yè)務(wù)負載分布情況, 這種方式非常容易產(chǎn)生局部網(wǎng)絡(luò)流量較大情況, 尤其對TDMA的信道接入方式, 局部網(wǎng)絡(luò)流量較大情況極易造成“瓶頸”節(jié)點的出現(xiàn), 導致網(wǎng)絡(luò)擁塞, 甚至網(wǎng)絡(luò)“癱瘓”, 造成嚴重后果;

3) QoS保證能力不夠, 話音、圖像等多媒體信息的實時傳輸需求日益增長, 但無線自組網(wǎng)具有拓撲動態(tài)變化、隱終端、暴露終端等特性, 導致為應(yīng)用業(yè)務(wù)提供一條端到端的具有QoS保證的通道仍然具有很大難度.

本文以解決或改善上述問題為目標, 基于跨層設(shè)計思想[1,2]提出了一種自適應(yīng)的自組網(wǎng)方案, 同時進行了樣機實現(xiàn), 最后經(jīng)過半實物仿真環(huán)境測試, 測試結(jié)果表明, 該組網(wǎng)方案在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面比傳統(tǒng)組網(wǎng)模式有顯著提升.

1　基本架構(gòu)

根據(jù)無線自組網(wǎng)節(jié)點既要能夠產(chǎn)生業(yè)務(wù)又要具有路由器功能的特點, 本方案將無線節(jié)點設(shè)計成為一個符合TCP/IP協(xié)議的路由器節(jié)點, 對外提供以太網(wǎng)接口,通過網(wǎng)口可以連接任意多個符合TCP/IP協(xié)議棧的終端, 例如常用的PC機等, 業(yè)務(wù)由終端產(chǎn)生, 通過無線節(jié)點發(fā)送出去, 如圖1所示.

圖1　系統(tǒng)總體框圖

2　實現(xiàn)方案

2.1 概述

本方案借鑒跨層設(shè)計思想將分散在網(wǎng)絡(luò)各個子層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合, 使協(xié)議棧能夠以全局的方式適應(yīng)特定應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)狀況變化, 從而通信終端能夠在盡可能少的人為操作下, 自適應(yīng)的完成組網(wǎng). 本方案中MAC層和網(wǎng)絡(luò)層之間相互共享參數(shù)信息, 能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)資源進行有效分配, 提高網(wǎng)絡(luò)的綜合性能. 本方案基于TCP/IP協(xié)議棧進行設(shè)計, 邏輯框圖如圖2所示, 該框圖只給出了本方案所獨有的模塊, 對于其它TCP/IP協(xié)議固有模塊進行了省略.

圖2 協(xié)議棧功能模塊

2.2 MAC層方案

2.2.1 信道接入模塊

本方案采用時隙化信道, 時隙化信道由多個持續(xù)時間相等的時隙組成, 時隙組合成一個較大的時幀, 時幀循環(huán)重復使用. 信道接入模塊的設(shè)計目標主要為: 網(wǎng)絡(luò)中不采用固定設(shè)施進行集中管理, 節(jié)點以分布式的工作模式接入信道, 無需人工干預(yù); 具有資源預(yù)約功能和時隙空間復用能力.

(1) 時幀格式

無線信道劃分為連續(xù)時幀, 每個時幀有6N(N>1, N為基本時隙數(shù)量)個時隙構(gòu)成, 如圖3所示. 其中, 前面3N個時隙作為專用時隙, 后3N個時隙為公共時隙, 另外, 專用時隙又分為基本時隙、應(yīng)達時隙和再應(yīng)答時隙三種. 下面詳細描述這四種時隙.

圖3 時幀格式

1) 基本時隙. 節(jié)點能否申請到一個基本時隙作為節(jié)點是否入網(wǎng)的標志, 當節(jié)點準備入網(wǎng)時, 首先通過一段時間的偵聽過程, 然后通過基本時隙的申請算法競爭獲得一個屬于自己的基本時隙. 基本時隙能夠?qū)崿F(xiàn)可靠廣播, 對信道資源預(yù)約、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)時間同步等都有很好的支持.

2) 應(yīng)答時隙和再應(yīng)答時隙. 每個基本時隙后面都緊跟一個應(yīng)答時隙和再應(yīng)答時隙, 兩個應(yīng)答時隙和基本時隙是對應(yīng)的. 在需要進行信道資源預(yù)約時, 兩個應(yīng)答時隙配合基本時隙一起進行資源預(yù)約, 當不需要信道資源預(yù)約時, 這兩個時隙和基本時隙一起作為本節(jié)點的可靠廣播時隙.

3) 公共時隙. 這些時隙允許網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點根據(jù)需要進行預(yù)約使用.

(2) 基本時隙申請及維護

采用RR-ALOHA協(xié)議[3,4]中的算法進行申請和維護基本時隙, 該算法保證每個節(jié)點能夠在局部范圍內(nèi)獲得一個可靠的廣播時隙.

(3) 時隙預(yù)約及釋放

采用RTS/CTS握手機制進行時隙預(yù)約. 不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對RTS/CTS握手機制的實現(xiàn)方式是不同的, 本方案基于節(jié)點的基本時隙進行實現(xiàn), 下面從四個部分進行詳細介紹時隙預(yù)約及釋放過程:

1) 時隙無沖突預(yù)約條件. 當發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點預(yù)約時隙時, 發(fā)送節(jié)點必須選擇無沖突且可空間復用的時隙進行預(yù)約, 這些時隙需要同時滿足條件為: 對于本節(jié)點和接收節(jié)點這些時隙是空閑的; 對于本節(jié)點的鄰居節(jié)點這些時隙沒有被預(yù)約為接收時隙; 對于接收節(jié)點的鄰居節(jié)點這些時隙沒有被預(yù)約為發(fā)送時隙.

2) 時隙預(yù)約. 發(fā)送節(jié)點將選擇的可預(yù)約為發(fā)送的時隙和預(yù)約時隙數(shù)量放到RTS中, 在基本時隙發(fā)送給接收節(jié)點, 接收節(jié)點收到RTS后從中選擇可預(yù)約為接收的時隙放到CTS中, 在應(yīng)答時隙回復, 當發(fā)送節(jié)點收到CTS后, 提取預(yù)約時隙, 則在接下來的預(yù)約時隙發(fā)送數(shù)據(jù), 同時將預(yù)約的時隙放入到RESV, 通過再應(yīng)答時隙發(fā)送出去, 向鄰居節(jié)點通告預(yù)約的發(fā)送時隙, 如圖4所示.

圖4 資源預(yù)約過程

3) 時隙通告. 根據(jù)1)中描述的無沖突預(yù)約時隙條件, 發(fā)送節(jié)點必須知道本節(jié)點的鄰居預(yù)約時隙的情況. 時隙通告采用監(jiān)聽機制, 當鄰居節(jié)點監(jiān)聽到CTS消息, 就會得知鄰居節(jié)點預(yù)約了哪些時隙為接收, 當鄰居節(jié)點監(jiān)聽到RESV消息, 就會得知鄰居節(jié)點預(yù)約了哪些時隙為發(fā)送.

4) 時隙釋放. 由于網(wǎng)絡(luò)拓撲在不停的變化, 可能有新鄰居節(jié)點到達, 同時沒有監(jiān)聽到時隙通告消息, 就會造成預(yù)約沖突, 此時則放棄使用這些時隙.

2.2.2 同步模塊

同步模塊用來進行時隙和時幀同步. 首先網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點都具備高穩(wěn)時鐘, 這些時鐘在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行之前被統(tǒng)一校準, 依靠硬件時鐘的高穩(wěn)定特性能夠維持網(wǎng)絡(luò)同步較長時間, 同時在組網(wǎng)時指定時間主控節(jié)點, 其它節(jié)點通過周期性與時間主控節(jié)點進行交互TOD(Time Of Date)信息, 進行維持網(wǎng)絡(luò)時間同步, 另外時間主控節(jié)點使用第1個基本時隙, 同時在基本時隙內(nèi)廣播當前網(wǎng)絡(luò)時幀長度以及當期基本時隙的編號, 其它節(jié)點通過監(jiān)聽這些信息實現(xiàn)時幀同步.

2.2.3 監(jiān)聽模塊

監(jiān)聽模塊收到一個MAC幀時, 通過其幀類型字段判斷當前數(shù)據(jù)部分的內(nèi)容并進行處理, 通過這種方式可以獲得鄰居節(jié)點、時隙使用狀態(tài)、TOD等信息.

2.2.4 擁塞監(jiān)測模塊

本方案引入報文隊列增長系數(shù)進行描述節(jié)點的擁塞情況, 即一個時幀內(nèi)到達的報文數(shù)量除以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量的值, 反映了報文隊列的變化趨勢. 這需要設(shè)置兩個預(yù)警門限: 最小預(yù)警門限和最大預(yù)警門限. 當報文隊列達到最小預(yù)警門限, 則擁塞檢測模塊開始計算報文隊列增長系數(shù). 如果增長系數(shù)大于1就表示緩存隊列變長, 擁塞程度增加, 則不再通過該節(jié)點繼續(xù)建立路由, 直到擁塞狀態(tài)解除.

2.3 網(wǎng)絡(luò)層方案

2.3.1 IP報文解析模塊

當前網(wǎng)絡(luò)層下面有兩個MAC層, 都有數(shù)據(jù)到達和轉(zhuǎn)發(fā). IP報文解析模塊負責對兩個MAC層提交上來的IP包進行解析, 然后提供給相應(yīng)的模塊處理.

2.3.2路由模塊

(1) 設(shè)計目標

AODV協(xié)議[5]是為自組網(wǎng)節(jié)點設(shè)計的, 能夠?qū)討B(tài)鏈路狀況快速自適應(yīng), 具有處理開銷和存儲開銷低等特點. 本方案基于本文第二節(jié)描述的MAC層協(xié)議設(shè)計了一種AODV協(xié)議的改進方案, 設(shè)計目標如下:

1) 具有流量均衡功能, 能夠避開網(wǎng)絡(luò)流量集中的節(jié)點, 減少網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生;

2) 具有端到端資源預(yù)約功能, 提供QoS保證.

(2) 設(shè)計方案

AODV協(xié)議的工作過程可以簡單概述為源節(jié)點發(fā)起RREQ消息, 中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)RREQ消息, 目的節(jié)點收到RREQ消息后回復RREP消息, RREP消息按照RREQ消息路徑到達源節(jié)點, 源節(jié)點收到RREP消息表示路由建立完畢.

本方案將MAC層的資源預(yù)約過程與AODV協(xié)議進行結(jié)合. 在RREQ發(fā)送階段, 源節(jié)點將RTS和RREQ消息級聯(lián)后進行發(fā)送, 中間收到RTS-RREQ級聯(lián)消息后, 提取RTS并分析, 認為資源滿足需求, 則構(gòu)建給上游節(jié)點回復的CTS消息、以及給下游節(jié)點的RTS消息, 然后與RREQ消息進行級聯(lián)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā), 否則不處理, 當上游節(jié)點偵聽到CTS-RTS-RREQ級聯(lián)的消息后, 提取CTS消息完成資源預(yù)約握手, 下游節(jié)點收到CTS-RTS-RREQ消息后, 提取RTS和RREQ消息進行處理, 處理過程和上游節(jié)點相同. 在RREP回復階段, 目的節(jié)點收到CTS-RTS-RREQ的級聯(lián)消息后, 構(gòu)建給上游節(jié)點回復的CTS消息然后和RREP消息級聯(lián)發(fā)送給上游節(jié)點, 上游節(jié)點收到CTS-RREP消息后, 根據(jù)CTS構(gòu)建RESV消息,然后再與RREP消息級聯(lián)為RESV-RREP繼續(xù)向上游節(jié)點發(fā)送, 直到源節(jié)點收到RESV-RREP消息, 表示一條資源充沛的路徑被選擇. 具體如圖5所示.

圖5 路由建立過程

當路由建立成功后, 源節(jié)點和目的節(jié)點之間周期地發(fā)送正向路由和反向路由的維護消息, 完成路由的維護, 當節(jié)點超時收不到路由維護消息, 則認為路由失效, 將路由刪除并釋放預(yù)約資源.

2.3.3 QoS申請模塊

當有QoS申請信令到達, 則觸發(fā)QoS申請模塊, 該模塊將QoS請求命令進行解析, 根據(jù)其QoS要求進行端到端的資源預(yù)約.

2.3.4 IP報文轉(zhuǎn)發(fā)模塊

該模塊用于區(qū)分普通IP報文和QoS IP報文, 同時進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)處理. 對于普通的IP報文, 通過路由表轉(zhuǎn)發(fā), 如果沒有路由, 則觸發(fā)路由模塊重新建立路由; 對于QoS IP報文, 則放入QoS報文緩存隊列, 通過QoS路徑轉(zhuǎn)發(fā), 如果沒有QoS路徑, 則丟棄.

3　半實物仿真

3.1 仿真內(nèi)容

利用VRNET搭建半實物網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真環(huán)境, 其中實物節(jié)點兩個, 仿真節(jié)點12個, 采用網(wǎng)絡(luò)性能測試軟件IxChariot仿真測試網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)時延.

3.2 軟件介紹

3.2.1 VRNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件

VRNET Developer 是一款由北京未爾科技研發(fā)的離散事件網(wǎng)絡(luò)仿真器, 提供大量通信協(xié)議庫, 能夠支持用戶在有線和無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的各種仿真需求, 尤其在無線自組網(wǎng)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面, VRNET提供了大量的協(xié)議模型, 能夠滿足用戶的各種應(yīng)用.

3.2.2 IxChariot網(wǎng)絡(luò)測試軟件

IxChariot是美國IXIA公司推出的針對應(yīng)用層性能測試的一款軟測試工具, 能夠評估網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能和容量, 對網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進行壓力測試, 得到設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)在不同應(yīng)用、不同參數(shù)下的吞吐量、時延、丟包、反應(yīng)時間等性能參數(shù).

3.3 半實物網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建

3.3.1 場景描述

半實物仿真場景搭建需要一臺服務(wù)器、兩臺計算機終端和兩臺無線節(jié)點樣機, 其中服務(wù)器運行VRNET仿真環(huán)境, 模擬12個網(wǎng)絡(luò)虛擬節(jié)點, 計算機終端1和無線節(jié)點樣機1映射到虛擬仿真環(huán)境中的兩個節(jié)點, 計算機終端2和無線節(jié)點樣機2連接, 樣機之間可以進行無線通信, 如圖6所示. 此時計算機終端1和終端2都運行IxChariot軟件, 通過半實物的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行通信測試.

圖6 半實物仿真場景

3.3.2 仿真場景參數(shù)配置

根據(jù)一般使用環(huán)境, 網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境設(shè)置為: 信息速率1.5 Mbit/s; 節(jié)點隨機移動; 節(jié)點移動隨機速度0 km/h～60 km/h; 鏈路誤比特率4.42×10-5; 節(jié)點通信距離5 km; 拓撲范圍20 km×15 km; 節(jié)點數(shù)12; 路由模塊AODV、改進版AODV; MAC層CSMA/CA、TDMA(時隙長度10 ms)、本方案MAC協(xié)議(時隙長度10 ms); 仿真節(jié)點隨機產(chǎn)生背景業(yè)務(wù), 報文間隔符合指數(shù)分布.

3.3.3 測試過程

測試過程可以分為以下幾個步驟:

1) 運行計算機終端1、終端2的IxChariot控制端軟件, 同時配置測試參數(shù);

2) 在IxChariot控制端軟件加載吞吐量測試腳本文件, 運行測試軟件, 同時更改VRNET Developer仿真環(huán)境中的背景業(yè)務(wù)量, 再重復上述步驟, 記錄當前網(wǎng)絡(luò)背景業(yè)務(wù)情況下的平均吞吐量, 共計測試八種背景業(yè)務(wù)量下的平均吞吐量;

3) 按照2)中方法再測試網(wǎng)絡(luò)時延.

3.4 仿真測試結(jié)果分析

本仿真基于背景業(yè)務(wù)量由輕及重的過程, 對網(wǎng)絡(luò)性能進行了仿真測試, 并將測試結(jié)果進行了對比.

3.4.1 網(wǎng)絡(luò)吞吐量分析

圖7是網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試結(jié)果. 通過仿真結(jié)果看出:

1) 當沒有背景業(yè)務(wù)或背景業(yè)務(wù)比較小時, CSMA/CA和本方案的網(wǎng)絡(luò)吞吐量相對比較高, 靜態(tài)TDMA網(wǎng)絡(luò)吞吐量較低. 這是因為背景業(yè)務(wù)較少, 信道競爭不激烈, 對CSMA/CA有利, 但在節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)過程中, 仍然會與上下游節(jié)點競爭, 依然存在報文碰撞及空閑信道被誤認為繁忙的現(xiàn)象, 本方案通過協(xié)商的方式接入信道, 能夠很大程度減小上述現(xiàn)象的發(fā)生, 但本方案中還有接近一半的時隙被靜態(tài)劃分出的作為基本時隙使用, 因此與CSMA/CA吞吐量相差不大. 對于靜態(tài)TDMA來說, 資源被固定劃分給每個節(jié)點, 處于較忙狀態(tài)的節(jié)點資源必定不夠, 即使其它大部分時隙空閑, 也無法使用, 因此即使沒有背景業(yè)務(wù), 靜態(tài)TDMA的吞吐量也較低.

2)隨著背景業(yè)務(wù)的增加, 本方案仍然保持較穩(wěn)定的吞吐量, CSMA/CA吞吐量在逐步下降, 靜態(tài)TDMA吞吐量下降幅度較大. 這是因為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點競爭信道的頻率增加了, 對于CSMA/CA來說, 每個節(jié)點占用信道的機會變小且碰撞概率增大, 導致發(fā)送隊列變長且重傳次數(shù)增加, 網(wǎng)絡(luò)吞吐量開始下降, 對于本方案來說, 節(jié)點之間通過協(xié)商的方式使用信道, 碰撞概率低, 空閑時隙能夠被充分利用, 吞吐量基本不會下降太多, 對于靜態(tài)TDMA來說, 雖然沒有碰撞問題發(fā)生, 但每個節(jié)點僅有的帶寬被眾多業(yè)務(wù)平分, 發(fā)送隊列迅速增加, 導致發(fā)送端超時重傳, 進一步導致隊列長度倍增, 網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象逐步顯現(xiàn).

3.4.2 網(wǎng)絡(luò)時延分析

圖8是網(wǎng)絡(luò)時延測試結(jié)果. 通過仿真結(jié)果看出:

1)當沒有背景業(yè)務(wù)或背景業(yè)務(wù)比較小時, CSMA/CA的時延最小、本方案次之、靜態(tài)TDMA時延最大. 這是因為CSMA/CA不受時隙限制, 只要有數(shù)據(jù)就可以競爭信道發(fā)送, 對于靜態(tài)TDMA方式, 則必須等到自己的時隙到達后才能發(fā)送, 因此報文在發(fā)送隊列里的等待時間較長, 本方案的時延要明顯好于靜態(tài)TDMA, 可以根據(jù)需要在一個時幀內(nèi)預(yù)約多個空閑時隙, 時延降低.

2) 隨著背景業(yè)務(wù)增多, CSMA/CA時延增大, 本方案變化不明顯, 靜態(tài)TDMA時延增大, 這是因為CSMA/CA競爭信道困難且報文碰撞概率增大, 報文重傳增多, 時延增大, 對于本方案來說, 此時依然可以保持高效利用信道資源, 時延增加不明顯, 對于靜態(tài)TDMA來說, 緩存隊列增加明顯, 導致發(fā)送端超時重傳, 隊列長度倍增, 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞, 時延增大明顯.

3.4.3 總體評價

實際使用過程中, 任何節(jié)點既不會長期處于負載較輕也不會處于負載過重狀態(tài), 此時本方案要優(yōu)于CSMA/CA和靜態(tài)TDMA, 雖然在時延方面比CSMA/CA略差一些, 但也基本能夠滿足大部分業(yè)務(wù)需求, 另外, 隨著物理信道性能的提升, 時隙劃分可以越來越小, 時延會得到更好的改善. 對于網(wǎng)絡(luò)擁塞問題, 本方案提出的路由協(xié)議是可以對其改善的, 即便網(wǎng)絡(luò)負載過重, 也不會導致網(wǎng)絡(luò)“癱瘓”.

圖7 網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試結(jié)果

圖8 網(wǎng)絡(luò)時延測試結(jié)果

4　結(jié)語

目前, 本方案組網(wǎng)性能還遠沒有達到高效接入、智能管理等理想實用狀態(tài), 只是在一定程度上具有自適應(yīng)功能, 比傳統(tǒng)組網(wǎng)模式具有一定先進性, 與理想狀態(tài)還有很大距離, 例如: 組網(wǎng)時必須指定時間主控節(jié)點, 一旦時間主控節(jié)點出現(xiàn)故障或者被摧毀, 網(wǎng)絡(luò)時間就會隨著時間的推移逐步“失步”; 另外, 本方案雖然節(jié)點通過監(jiān)聽自動入網(wǎng), 能夠省去手動分配時隙的繁瑣, 但網(wǎng)絡(luò)規(guī)模(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)數(shù)需要事先確定, 當網(wǎng)絡(luò)飽和后, 節(jié)點將無法繼續(xù)入網(wǎng), 不能根據(jù)實際情況進行擴大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模. 因此, 后續(xù)還需針對上述的題進一步研究并提出更好的解決思路.

1 王金龍,吳啟暉,龔玉萍,等.認知無線網(wǎng)絡(luò).北京:電子工業(yè)出版社,2010.

2 Su H, Zhang X. Cross-layer based opportunistic MAC protocols for QoS provisionings over cognitive radio wireless networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2008, 26(1): 118–129.

3 Borgonovo F, Capone A, Cesana M, Fratta L. RR-ALOHA: A reliable R-ALOHA broadcast channel for ad-hoc inter- vehicle communication networks. Proc. of Med-Hoc-Net 2002. Chia, Italy. 2002. 15–19.

4 Borgonovo F, Capone A, Cesana M, Fratta L. Ad hoc MAC: A new MAC architecture for ad hoc networks providing efficient and reliable point-to-point and broadcast services. ACM Wireless Networks (WINET), 2004, 10(4): 359–366.

5 陳林星,曾曦,曹毅.移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò).北京:電子工業(yè)出版社,2012:210–236.

Wirless Self-Organized Network Scheme Based on Cross-Layer Design

WANG Yan-Gang, WAN Liu-Jin, LV Zun-Ming, LOU Li

(Nanjing Telecommunication Technology Research Institute of CESEC, Nanjing 210007, China)

After analyzing the shortages of current wireless self-organized network, this paper presents a radio self-organized network scheme based on cross-layer design, particularly describes the scheme contents of MAC and Network layers. Then, the semi-physical simulation environment for prototype aeroplane is developed. The simulation results show that this scheme can obviously improve the ability of network throughput comparing with the traditional self-organized network mode.

cross-layer design; semi-physical simulation; network throughput

國家自然科學基金(61201216)

2016-04-20;收到修改稿時間:2016-07-07

[10.15888/j.cnki.csa.005605]