李藍+崔苗

【摘 ? ?要】物理層協(xié)作通信技術(shù)的應(yīng)用給媒體接入控制（MAC）協(xié)議的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。針對協(xié)作通信特點，提出一種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)協(xié)作MAC（ADCO-MAC）協(xié)議?；谧疃搪窂剿惴?，在源、目的節(jié)點之間選擇最佳的協(xié)作節(jié)點。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件，可自適應(yīng)選擇是否進行協(xié)作傳輸。利用OPNET軟件實現(xiàn)對ADCO-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真。通過仿真結(jié)果表明，ADCO-MAC協(xié)議在吞吐量、端到端時延、接收成功率方面性能有顯著提升。

【關(guān)鍵詞】Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) ? ?協(xié)作通信 ? ?MAC協(xié)議

中圖分類號：TN929.5 ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1006-1010（2014）-22-0040-06

A Novel Cooperative MAC Protocol for Ad Hoc Networks

LI Lan1， CUI Miao1，2

（1. China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute， Guangzhou 510310， China;

2. Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China）

[Abstract]?The application of cooperative communication technology on physical layer introduces great challenges to MAC protocol design. Based on the characteristics of cooperative communication， an adaptive cooperative MAC （ADCO-MAC） protocol for ad hoc networks is proposed. Based on shortest path algorithm， ADCO-MAC protocol selects the best cooperative node between source node and destination node. While ADCO-MAC protocol adaptively chooses whether cooperative transmission or not according to network conditions. The network simulation of ADCO-MAC protocol is carried out using OPNET. Simulation results show that the performance of ADCO-MAC protocol improves significantly in terms of throughput， end to end delay and reception success rate.

[Key words]ad hoc network ? ?cooperative communication ? ?MAC protocol

1 ? 引言

在多用戶通信環(huán)境中，使用單副天線的各臨近移動用戶（節(jié)點）可按照一定方式共享彼此的天線協(xié)作發(fā)送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得空間分集增益，極大地提高系統(tǒng)傳輸性能。這種通信方式因為需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間密切的配合協(xié)作，所以稱為協(xié)作通信（Cooperative Communication）或協(xié)作分集（Cooperative Diversity）。協(xié)作通信技術(shù)應(yīng)用在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，利用節(jié)點天線間信道獨立性進行分集收發(fā)，能夠減少節(jié)點對信道變化的敏感程度，改善系統(tǒng)容量或者抗干擾能力。而且即使在節(jié)點間信道存在噪聲的情況下，通過虛擬的空間分集，協(xié)作通信技術(shù)也能為系統(tǒng)性能的提高帶來好處[1-3]。

協(xié)作通信技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)帶來的優(yōu)勢和良好性能還需合理的設(shè)計高層協(xié)議來實現(xiàn)，如MAC層協(xié)議。在分布式網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的退避機制（如IEEE 802.11的CSMA/CA協(xié)議）被設(shè)計成在同一時刻一跳范圍內(nèi)只能接受一對用戶通信，當(dāng)節(jié)點發(fā)生沖突時，提高其競爭窗口;另一方面，當(dāng)節(jié)點發(fā)送成功后，競爭窗口減小。如果在協(xié)作通信系統(tǒng)中采用這種退避機制，不僅不能體現(xiàn)公平性，而且極大地降低了吞吐量。因此，在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中如何將協(xié)作分集能力同MAC協(xié)議設(shè)計相結(jié)合，能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和降低網(wǎng)絡(luò)時延[4-6]。

本文提出了一種適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)協(xié)作ADCO-MAC協(xié)議。該協(xié)議具有以下特點：根據(jù)實際信道特點，自適應(yīng)選擇傳輸方式;通過最短路徑樹算法選擇潛在的協(xié)作節(jié)點進行中繼傳遞;高速率節(jié)點協(xié)助低速率節(jié)點完成傳輸;多副本信息聯(lián)合處理提升網(wǎng)絡(luò)糾錯能力。

2 ? 相關(guān)工作

基于IEEE 802.11協(xié)議，P.Liu等人首先提出了一種CoopMAC協(xié)議[6]，每個節(jié)點將維護一張協(xié)同表，其中包括源節(jié)點到中繼節(jié)點的速率、中繼節(jié)點到目的節(jié)點的速率、表項更新時間等，當(dāng)有數(shù)據(jù)要傳輸時，首先查找該協(xié)同表來判斷是否有可以利用的協(xié)作節(jié)點，從而決定是否采用協(xié)作傳輸。當(dāng)需要協(xié)作時，源節(jié)點S首先發(fā)送請求協(xié)作發(fā)送幀（CoopRTS）;Helper節(jié)點H在正確收到CoopRTS后，判斷是否能夠支持源節(jié)點所期望的傳輸速率，如果可以即發(fā)送協(xié)作節(jié)點確認(rèn)發(fā)送幀（HTS）;最后目的節(jié)點D回復(fù)確認(rèn)發(fā)送幀（CTS），從而靜默了周圍其他的鄰節(jié)點，成功預(yù)約到信道的使用權(quán)，并由它高速地轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點。而當(dāng)源節(jié)點和目的節(jié)點不需要協(xié)作傳輸以及不存在協(xié)作節(jié)點時，則使用傳統(tǒng)的802.11協(xié)議。endprint

文獻[6]提出了“按需”的協(xié)作MAC協(xié)議，協(xié)議中節(jié)點并不維護任何協(xié)作節(jié)點的信息，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過源節(jié)點首先發(fā)送RTS（Request to Send，請求發(fā)送）信息，目的節(jié)點收到回復(fù)CTS（Clear to Send，清除發(fā)送）信息，那么潛在的協(xié)作節(jié)點通過這兩個握手信息即可獲得源節(jié)點到本節(jié)點以及目的節(jié)點到本節(jié)點的信道信息：Hsr和Hrd。協(xié)作節(jié)點通過設(shè)置退避時間T來競爭參與協(xié)作，T是Hsr和Hrd反比例函數(shù)，當(dāng)退避計時器減為零時，協(xié)作節(jié)點發(fā)送同意中繼幀（RTR）。但是，該協(xié)議在預(yù)約協(xié)作節(jié)點的過程中可能會發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致整個握手過程失敗。

F.Liu等提出相應(yīng)的增強型CoopMAC協(xié)議[7]，該協(xié)議采用MAC-PHY聯(lián)合的跨層架構(gòu)，其握手過程以及信息傳輸過程和CoopMAC協(xié)議基本一致。目的節(jié)點收到分別來自源節(jié)點的復(fù)制包和協(xié)作節(jié)點的復(fù)制包，將其聯(lián)合處理，從而判斷選擇哪個節(jié)點作為最終的協(xié)作節(jié)點以及下一跳采用什么傳輸速率。其仿真結(jié)果相較于原始CoopMAC協(xié)議吞吐量提高了10%，但是該協(xié)議對硬件設(shè)備有更高的要求。

綜上所述，在最早提出的CoopMAC協(xié)議中僅僅利用了802.11的多速率傳輸特性，而當(dāng)目的節(jié)點能夠綜合處理分別來自源節(jié)點和協(xié)作節(jié)點的信號時，才形成了真正意義上的虛擬MIMO系統(tǒng)[8-9]。由于信息來源于不同的時間和節(jié)點，通信系統(tǒng)可同時獲得空間分集和時間分集。通過分析上述幾種典型的協(xié)作MAC協(xié)議可以看出，針對不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及不同配置，為提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能，充分利用協(xié)作通信系統(tǒng)的增益，需要針對具體的網(wǎng)絡(luò)特性設(shè)計合適的MAC協(xié)議[10]。

3 ? 協(xié)作MAC協(xié)議思路與實現(xiàn)

3.1 ?協(xié)作MAC協(xié)議設(shè)計

ADCO-MAC協(xié)議包括3個過程：協(xié)議建立過程，包括控制包交換和幫助節(jié)點的選擇;接入控制;數(shù)據(jù)傳輸。

圖1描述單協(xié)作節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)模式的處理過程，圖2描述轉(zhuǎn)發(fā)模式的ADCO-MAC協(xié)議時序。在隨機退避之后，源節(jié)點首先發(fā)送1個RTS分組。RTS分組包含接收節(jié)點（目的節(jié)點和中繼節(jié)點）的識別碼，這樣只有該RTS分組指定的接收節(jié)點才能夠允許目的節(jié)點發(fā)送CTS分組及中繼節(jié)點發(fā)送HCTS（Helper Clear to Send）來應(yīng)答該RTS分組。中繼協(xié)作節(jié)點接收到RTS分組后，如果可以協(xié)助本次傳輸，則發(fā)送1個HCTS分組。目的節(jié)點接收到RTS分組后，設(shè)定1個定時器等待接收HCTS分組，若收到HCTS，則本次傳輸為協(xié)作傳輸;若沒有收到HCTS，則為直接傳輸模式。目的節(jié)點接收到原始數(shù)據(jù)分組，將其保存，收到協(xié)作節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組后，回復(fù)1個ACK給源節(jié)點。其他移動節(jié)點接收到RTS或者CTS、HCTS分組，則推遲其發(fā)送，推遲的時間由RTS、CTS和HCTS握手控制分組中的NAV（Network Allocation Vector，網(wǎng)絡(luò)分配矢量）來確定。

（a）控制包的交互過程

（b）數(shù)據(jù)包的交互過程

圖1 ? ?協(xié)議中的包流程

圖2 ? ?協(xié)作協(xié)議時序圖

源節(jié)點和目的節(jié)點首先確認(rèn)在本次傳輸中是否存在中繼節(jié)點來協(xié)助本次傳輸。為了確定是否存在協(xié)作節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都維護1個協(xié)作表（CoopTable）。CoopTable表包括節(jié)點MAC地址、中繼節(jié)點最近收到信息時間、本節(jié)點和鄰居節(jié)點傳輸速率（表征上次通信信道質(zhì)量），通過周期性的Hello包和握手過程的控制包動態(tài)更新鄰節(jié)點的最新信息。如果節(jié)點是移動的，利用CoopTable表可以檢測到鄰節(jié)點的移動模式。協(xié)作節(jié)點的選取算法采用基于最短路徑算法，如圖3所示：

（a）候選協(xié)作節(jié)點集合

（b）選擇過程

圖3 ? ?最佳協(xié)作節(jié)點選擇

首先以源節(jié)點為根構(gòu)建樹，所有到源節(jié)點的鏈路被添加到候選對象列表，然后將候選列表中速率的倒數(shù)（1/R）的值最小的鏈路添加到樹中，如此迭代，可以生成一棵最短路徑樹（這棵樹各枝上的代價是由1/R來確定），樹上到目的節(jié)點的枝上那個中繼節(jié)點就是被選用的協(xié)作節(jié)點。此外，本協(xié)議還參考末次通信信道質(zhì)量，在同樣距離的幾個節(jié)點中，自適應(yīng)選擇末次通信信道質(zhì)量較好的節(jié)點。如果候選節(jié)點的末次通信信道質(zhì)量都比較差，則候選的協(xié)作節(jié)點不發(fā)送HCTS包，因此實現(xiàn)了自適應(yīng)選擇距離和通信信道質(zhì)量較好的協(xié)作節(jié)點，并且隱藏節(jié)點的數(shù)量得到一定程度減少。如果無中繼節(jié)點，則按照IEEE 802.11 MAC協(xié)議進行傳輸。

3.2 ?ADCO-MAC協(xié)議實現(xiàn)步驟

ADCO-MAC協(xié)議具體實現(xiàn)步驟如下：

步驟1：源節(jié)點完成退避后，首先根據(jù)和目的節(jié)點的直接傳輸速率來判斷是否需要協(xié)作傳輸，如果需要，則進入步驟2;否則，進入執(zhí)行CSMA/CA操作。源節(jié)點流程圖如圖4所示。為了保證在多個候選協(xié)作節(jié)點能夠收到RTS幀，在RTS幀格式中增加Helper ID域以及本節(jié)點的速率信息域，源節(jié)點通過查詢CoopTable表，確定是否有候選協(xié)作節(jié)點。

步驟2：當(dāng)鄰節(jié)點的速率信息已知時，根據(jù)最短路徑原則選擇Helper節(jié)點;否則，源節(jié)點僅利用以往監(jiān)聽到的節(jié)點間的速率信息來選擇Helper節(jié)點。如果存在協(xié)作節(jié)點，則進入步驟3;否則，執(zhí)行CSMA/CA操作。

步驟3：源節(jié)點發(fā)送RTS信息。

步驟4：協(xié)作節(jié)點收到正確的RTS且自身處于空閑狀態(tài)，則立即回復(fù)HCTS;否則，不發(fā)送任何信息。

步驟5：目的節(jié)點正確收到RTS，設(shè)定時器Tr等待接收HCTS。若在Tr時間內(nèi)正確接收到HCTS后取消Tr，則在回復(fù)CTS包中標(biāo)識采用協(xié)作傳輸模式;若在Tr時間內(nèi)沒有正確接收到HCTS，則在回復(fù)CTS包中標(biāo)識采用直接傳輸模式。目的節(jié)點流程圖如圖5所示。endprint

步驟6：源節(jié)點接收到HCTS和CTS則啟動協(xié)作模式，源節(jié)點只接收到CTS則啟動直接傳輸模式;否則，再次進入退避過程。啟動傳輸進程后，偵聽SIFS時間后發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。

步驟7：協(xié)作節(jié)點接收到DATA后，偵聽媒介1個SIFS時間，發(fā)送DATA_Help。

步驟8：如果采用協(xié)作傳輸模式，目的節(jié)點接收到DATA后，將其保存下來;目的節(jié)點接收到DATA_Help后，回復(fù)ACK包給源節(jié)點、協(xié)作節(jié)點。如果采用直接傳輸模式，則利用傳統(tǒng)IEEE 802.11 DCF協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

4 ? 仿真與分析

采用基于三層建模機制的OPNET仿真軟件搭建網(wǎng)絡(luò)模型。50個節(jié)點隨機分布在1 000m*500m區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)是一個單跳全連通的網(wǎng)絡(luò)，每條數(shù)據(jù)流隨機地產(chǎn)生目的地址，業(yè)務(wù)產(chǎn)生采用ON-OFF模式，發(fā)包間隔為0.3s，包大小為1 024bytes，高層包在MAC層中不拆分。對本文所提的ADCO-MAC協(xié)議和CSMA/CA協(xié)議進行對比仿真分析，仿真參數(shù)具體如表1所示：

表1 ? ?仿真參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值

Slot 50μs 仿真區(qū)域 1 000m

*500m Hello包發(fā)送間隔 1s

SIFS 28μs 節(jié)點數(shù) 50 物理特性 跳頻

DIFS 128μs 控制包速率 1Mbps 帶寬 2MHz

CWmin 15 RTS 160bits ON的平均持續(xù)時間 40s

CWmax 1 023 CTS 112bits OFF的平均持續(xù)時間 0s

數(shù)據(jù)基本速率 2Mbps ACK 112bits 分組平均到達間隔 0.3s

Tr 0.003 調(diào)制方式 BPSK 分組平均

大小 1 024

bytes

圖6—8是ADCO-MAC和CSMA/CA仿真結(jié)果，由此可見ADCO-MAC協(xié)議性能更好。圖6是2種協(xié)議吞吐量仿真結(jié)果，由于2種協(xié)議都有緩存和重傳機制，當(dāng)緩存滿或重傳次數(shù)達到最大值時，就會將數(shù)據(jù)包丟棄。從圖6可以看出，2種協(xié)議在40s之后吞吐量趨于穩(wěn)定，ADCO-MAC飽和吞吐量比CSMA/CA飽和吞吐量提高近12%，這是由于ADCO-MAC自適應(yīng)的選擇協(xié)作傳輸，從而目的節(jié)點收到源節(jié)點和協(xié)作節(jié)點的數(shù)據(jù)包，極大地提高了傳輸可靠性。同樣地，CSMA/CA協(xié)議中如果接入信道的節(jié)點數(shù)大于1，就會發(fā)生碰撞，這些節(jié)點將會退避重傳，降低了信道的利用率，因此時延性能較差，如圖7所示。ADCO-MAC協(xié)議由于自適應(yīng)的選擇速率高的節(jié)點進行傳輸，時延上得到了顯著降低，其值大約只有采用CSMA/CA時平均時延的14%。此外，同樣原因采用本協(xié)議時，丟包率也低于采用CSMA/CA的丟包率，如圖8所示。

圖6 ? ?吞吐量仿真

5 ? 結(jié)束語

本文提出了一種適用于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作ADCO-MAC協(xié)議，實現(xiàn)了高速節(jié)點幫助低速節(jié)點完成傳輸，在吞吐量、端到端時延、接收成功率等方面的性能得到較大改善，極大地提高了系統(tǒng)傳輸可靠性。目前僅研究了單個協(xié)作節(jié)點的情況，多個協(xié)作節(jié)點的算法將有待下一步進行研究。

參考文獻：

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[10] 盛敏，張琰，李建東. 分布式協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的MAC層協(xié)議[J]. 中興通訊技術(shù)， 2010，16（1）： 28-31.endprint

步驟6：源節(jié)點接收到HCTS和CTS則啟動協(xié)作模式，源節(jié)點只接收到CTS則啟動直接傳輸模式;否則，再次進入退避過程。啟動傳輸進程后，偵聽SIFS時間后發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。

步驟7：協(xié)作節(jié)點接收到DATA后，偵聽媒介1個SIFS時間，發(fā)送DATA_Help。

步驟8：如果采用協(xié)作傳輸模式，目的節(jié)點接收到DATA后，將其保存下來;目的節(jié)點接收到DATA_Help后，回復(fù)ACK包給源節(jié)點、協(xié)作節(jié)點。如果采用直接傳輸模式，則利用傳統(tǒng)IEEE 802.11 DCF協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

4 ? 仿真與分析

采用基于三層建模機制的OPNET仿真軟件搭建網(wǎng)絡(luò)模型。50個節(jié)點隨機分布在1 000m*500m區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)是一個單跳全連通的網(wǎng)絡(luò)，每條數(shù)據(jù)流隨機地產(chǎn)生目的地址，業(yè)務(wù)產(chǎn)生采用ON-OFF模式，發(fā)包間隔為0.3s，包大小為1 024bytes，高層包在MAC層中不拆分。對本文所提的ADCO-MAC協(xié)議和CSMA/CA協(xié)議進行對比仿真分析，仿真參數(shù)具體如表1所示：

表1 ? ?仿真參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值

Slot 50μs 仿真區(qū)域 1 000m

*500m Hello包發(fā)送間隔 1s

SIFS 28μs 節(jié)點數(shù) 50 物理特性 跳頻

DIFS 128μs 控制包速率 1Mbps 帶寬 2MHz

CWmin 15 RTS 160bits ON的平均持續(xù)時間 40s

CWmax 1 023 CTS 112bits OFF的平均持續(xù)時間 0s

數(shù)據(jù)基本速率 2Mbps ACK 112bits 分組平均到達間隔 0.3s

Tr 0.003 調(diào)制方式 BPSK 分組平均

大小 1 024

bytes

圖6—8是ADCO-MAC和CSMA/CA仿真結(jié)果，由此可見ADCO-MAC協(xié)議性能更好。圖6是2種協(xié)議吞吐量仿真結(jié)果，由于2種協(xié)議都有緩存和重傳機制，當(dāng)緩存滿或重傳次數(shù)達到最大值時，就會將數(shù)據(jù)包丟棄。從圖6可以看出，2種協(xié)議在40s之后吞吐量趨于穩(wěn)定，ADCO-MAC飽和吞吐量比CSMA/CA飽和吞吐量提高近12%，這是由于ADCO-MAC自適應(yīng)的選擇協(xié)作傳輸，從而目的節(jié)點收到源節(jié)點和協(xié)作節(jié)點的數(shù)據(jù)包，極大地提高了傳輸可靠性。同樣地，CSMA/CA協(xié)議中如果接入信道的節(jié)點數(shù)大于1，就會發(fā)生碰撞，這些節(jié)點將會退避重傳，降低了信道的利用率，因此時延性能較差，如圖7所示。ADCO-MAC協(xié)議由于自適應(yīng)的選擇速率高的節(jié)點進行傳輸，時延上得到了顯著降低，其值大約只有采用CSMA/CA時平均時延的14%。此外，同樣原因采用本協(xié)議時，丟包率也低于采用CSMA/CA的丟包率，如圖8所示。

圖6 ? ?吞吐量仿真

5 ? 結(jié)束語

本文提出了一種適用于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作ADCO-MAC協(xié)議，實現(xiàn)了高速節(jié)點幫助低速節(jié)點完成傳輸，在吞吐量、端到端時延、接收成功率等方面的性能得到較大改善，極大地提高了系統(tǒng)傳輸可靠性。目前僅研究了單個協(xié)作節(jié)點的情況，多個協(xié)作節(jié)點的算法將有待下一步進行研究。

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步驟6：源節(jié)點接收到HCTS和CTS則啟動協(xié)作模式，源節(jié)點只接收到CTS則啟動直接傳輸模式;否則，再次進入退避過程。啟動傳輸進程后，偵聽SIFS時間后發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。

步驟7：協(xié)作節(jié)點接收到DATA后，偵聽媒介1個SIFS時間，發(fā)送DATA_Help。

步驟8：如果采用協(xié)作傳輸模式，目的節(jié)點接收到DATA后，將其保存下來;目的節(jié)點接收到DATA_Help后，回復(fù)ACK包給源節(jié)點、協(xié)作節(jié)點。如果采用直接傳輸模式，則利用傳統(tǒng)IEEE 802.11 DCF協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

4 ? 仿真與分析

采用基于三層建模機制的OPNET仿真軟件搭建網(wǎng)絡(luò)模型。50個節(jié)點隨機分布在1 000m*500m區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)是一個單跳全連通的網(wǎng)絡(luò)，每條數(shù)據(jù)流隨機地產(chǎn)生目的地址，業(yè)務(wù)產(chǎn)生采用ON-OFF模式，發(fā)包間隔為0.3s，包大小為1 024bytes，高層包在MAC層中不拆分。對本文所提的ADCO-MAC協(xié)議和CSMA/CA協(xié)議進行對比仿真分析，仿真參數(shù)具體如表1所示：

表1 ? ?仿真參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值

Slot 50μs 仿真區(qū)域 1 000m

*500m Hello包發(fā)送間隔 1s

SIFS 28μs 節(jié)點數(shù) 50 物理特性 跳頻

DIFS 128μs 控制包速率 1Mbps 帶寬 2MHz

CWmin 15 RTS 160bits ON的平均持續(xù)時間 40s

CWmax 1 023 CTS 112bits OFF的平均持續(xù)時間 0s

數(shù)據(jù)基本速率 2Mbps ACK 112bits 分組平均到達間隔 0.3s

Tr 0.003 調(diào)制方式 BPSK 分組平均

大小 1 024

bytes

圖6—8是ADCO-MAC和CSMA/CA仿真結(jié)果，由此可見ADCO-MAC協(xié)議性能更好。圖6是2種協(xié)議吞吐量仿真結(jié)果，由于2種協(xié)議都有緩存和重傳機制，當(dāng)緩存滿或重傳次數(shù)達到最大值時，就會將數(shù)據(jù)包丟棄。從圖6可以看出，2種協(xié)議在40s之后吞吐量趨于穩(wěn)定，ADCO-MAC飽和吞吐量比CSMA/CA飽和吞吐量提高近12%，這是由于ADCO-MAC自適應(yīng)的選擇協(xié)作傳輸，從而目的節(jié)點收到源節(jié)點和協(xié)作節(jié)點的數(shù)據(jù)包，極大地提高了傳輸可靠性。同樣地，CSMA/CA協(xié)議中如果接入信道的節(jié)點數(shù)大于1，就會發(fā)生碰撞，這些節(jié)點將會退避重傳，降低了信道的利用率，因此時延性能較差，如圖7所示。ADCO-MAC協(xié)議由于自適應(yīng)的選擇速率高的節(jié)點進行傳輸，時延上得到了顯著降低，其值大約只有采用CSMA/CA時平均時延的14%。此外，同樣原因采用本協(xié)議時，丟包率也低于采用CSMA/CA的丟包率，如圖8所示。

圖6 ? ?吞吐量仿真

5 ? 結(jié)束語

本文提出了一種適用于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作ADCO-MAC協(xié)議，實現(xiàn)了高速節(jié)點幫助低速節(jié)點完成傳輸，在吞吐量、端到端時延、接收成功率等方面的性能得到較大改善，極大地提高了系統(tǒng)傳輸可靠性。目前僅研究了單個協(xié)作節(jié)點的情況，多個協(xié)作節(jié)點的算法將有待下一步進行研究。

參考文獻：

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