趙　龍，李弘揚，葉　寧，唐　劍，劉　暉

(1.沈陽航空航天大學(xué) 民用航空學(xué)院，遼寧 沈陽 110136; 2.東北大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；3.空軍工程大學(xué) 信息與導(dǎo)航學(xué)院，陜西 西安 710043; 4.空軍764軍事代表室，天津 300210)

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Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議研究與仿真

趙龍1，李弘揚2，葉寧2，唐劍3，劉暉4

(1.沈陽航空航天大學(xué) 民用航空學(xué)院，遼寧 沈陽 110136; 2.東北大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；3.空軍工程大學(xué) 信息與導(dǎo)航學(xué)院，陜西 西安 710043; 4.空軍764軍事代表室，天津 300210)

摘要：針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點具有移動性，信道具有多跳共享性的特點，提出動態(tài)時隙分配的混合媒體接入控制(media access control，MAC)協(xié)議，協(xié)議包括時隙分配和時隙競爭2個階段。在時隙分配階段，采用靜態(tài)分配和動態(tài)調(diào)整相結(jié)合的方式，在為每個節(jié)點分配固有時隙的基礎(chǔ)上，將不共享信道的節(jié)點時隙動態(tài)地分配給通信節(jié)點；在時隙競爭階段，通過在子幀中設(shè)置不同優(yōu)先級，在不參與通信節(jié)點的主時隙中，數(shù)據(jù)傳輸子幀被分成實時業(yè)務(wù)競爭階段和非實時業(yè)務(wù)競爭階段，競爭成功的節(jié)點在這個時隙傳輸數(shù)據(jù)，提高優(yōu)先業(yè)務(wù)節(jié)點的接入概率。采用NS2網(wǎng)絡(luò)模擬軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，所提混合MAC協(xié)議提高了系統(tǒng)的分組投遞率，降低了實時業(yè)務(wù)的平均時延，協(xié)議能夠充分利用信道空間復(fù)用性，減少競爭，提高接入效率，適合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；時隙分配；優(yōu)先級；媒體接入控制(MAC)協(xié)議

0引言

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳共享信道使得其媒體接入控制(media access control，MAC)協(xié)議成為研究難點[1]。混合MAC協(xié)議憑借其帶寬資源利用率高、能夠滿足不同任務(wù)時延需求的優(yōu)點成為研究熱點。但是，現(xiàn)有的MAC協(xié)議都沒有考慮Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)無線信道多跳共享的特點，沒有針對不同業(yè)務(wù)類型進(jìn)行的區(qū)分服務(wù)。

針對不同的信道接入方式，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議分為以下3類[2]：基于競爭機(jī)制的MAC協(xié)議；基于調(diào)度機(jī)制的MAC協(xié)議和混合類MAC協(xié)議?；诟偁幍腗AC協(xié)議采用競爭方式接入無線信道，競爭信道失敗，則根據(jù)選擇的退避算法決定下次競爭信道的時間和概率[3]，如退避算法[4]和競爭信道[5]的方式等；基于調(diào)度機(jī)制的MAC協(xié)議根據(jù)選擇的調(diào)度機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點分配不同的時隙調(diào)度方案，在一幀內(nèi)給每一個節(jié)點都分配一些時隙，同時保證這個節(jié)點至少在其中一個分配時隙傳輸信息時不受其他節(jié)點的干擾[6]。為了解決競爭類與調(diào)度類MAC協(xié)議的局限性，提出了混合接入策略，它們具有競爭類和調(diào)度類協(xié)議的特點。動態(tài)自適應(yīng)媒體接入控制協(xié)議(a dynamical self-adjusting media access control protocol，ADAPT)協(xié)議[6]在固定時分多址(time division multiple access，TDMA)的基礎(chǔ)上增加了載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免(carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA/CA)競爭機(jī)制。改進(jìn)的自適應(yīng)廣播(evolution of adaptive broadcast，E-ABROAD)協(xié)議[7]在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，節(jié)點首先競爭時隙，在時隙競爭過程中節(jié)點的控制分組只在自己的時隙中發(fā)送，不會產(chǎn)生沖突。但這類協(xié)議還存在一些問題：節(jié)點競爭失敗的概率隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載而增大；協(xié)議沒有對不同的業(yè)務(wù)實現(xiàn)差別服務(wù)，對于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中有實時性要求業(yè)務(wù)的傳輸需求不能夠很好地滿足，影響了協(xié)議的廣泛使用。

目前多數(shù)混合類MAC協(xié)議通過監(jiān)聽主用戶是否使用信道來發(fā)現(xiàn)主用戶的信道空閑，其他用戶競爭該信道的使用權(quán)。文獻(xiàn)[8]提出的基于融合CSMA和TDMA公平共享隊列的混合MAC協(xié)議提高了資源利用率，降低了時延。文獻(xiàn)[9]根據(jù)節(jié)點競爭概率和節(jié)點數(shù)量設(shè)計競爭和傳輸協(xié)議。文獻(xiàn)[10]提出的多信道MAC協(xié)議，能夠為并發(fā)通信提供高的吞吐量。文獻(xiàn)[11]提出的基于聚類的混合MAC協(xié)議保證Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中信道的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[12]提出的支持TDMA和CSMA的MAC協(xié)議，保證安全信息在控制信道中安全可靠傳輸。文獻(xiàn)[13]使用單中繼信道和雙中繼信道在瑞利衰落信道中保證信息快速可靠傳輸。文獻(xiàn)[14]利用鏈接訪問開銷、多信道隱藏終端、頻譜移動性提出節(jié)能的混合MAC協(xié)議。

由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)信道多跳共享，具有空間復(fù)用性，其無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。兩跳以外的節(jié)點，例如灰色和黑色節(jié)點(見圖1)，通信互不干擾，無論主用戶是否使用，從空間復(fù)用的角度看，相距兩跳以上的節(jié)點，都會在監(jiān)聽階段發(fā)現(xiàn)該信道空閑，繼而競爭使用權(quán)，帶來競爭開銷。為避免此類不必要的競爭，本文算法在動態(tài)時隙分配階段，對此類信道進(jìn)行二次分配，提高協(xié)議效率。

圖1　無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1　Wireless Ad Hoc network topology

空間復(fù)用節(jié)點的查找通過交換兩跳信息得到，動態(tài)時隙分配采用心跳與觸發(fā)機(jī)制相結(jié)合的方式，心跳周期進(jìn)行，周期值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性確定。當(dāng)黑色節(jié)點進(jìn)入到灰色節(jié)點通信范圍時，觸發(fā)相應(yīng)分配時隙的調(diào)整。

在競爭階段，活躍節(jié)點競爭非活躍節(jié)點的時隙，通過在子幀中設(shè)置不同優(yōu)先級，根據(jù)不同業(yè)務(wù)對實時性的要求調(diào)整參與空閑時隙競爭的節(jié)點，提高優(yōu)先業(yè)務(wù)節(jié)點的接入概率，保證不同時延要求業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

本文創(chuàng)新點：在時隙分配階段，對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的共享信道中當(dāng)前不參與通信節(jié)點的主時隙進(jìn)行二次分配，在不產(chǎn)生干擾的情況下提高信道利用率；在時隙競爭階段，提出針對不同實時性要求業(yè)務(wù)的時隙競爭幀結(jié)構(gòu)，調(diào)整參與共享信道中當(dāng)前不參與通信節(jié)點主時隙競爭的節(jié)點，既能保證實時性業(yè)務(wù)的需求，又能保證信道競爭的公平性。

1動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議

1.1總體設(shè)計

與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)及無線局域網(wǎng)不同，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最大的特點是節(jié)點的對等性以及廣播信道是多跳共享性的。節(jié)點是否競爭信道成功只與兩跳范圍內(nèi)節(jié)點有關(guān)，與兩跳范圍外節(jié)點無關(guān)。為了提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用能力，提出一種動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議，其總體設(shè)計如圖2所示。

圖2　協(xié)議總體設(shè)計Fig.2　Overall design of the protocol

在動態(tài)時隙分配階段，每個節(jié)點都有其固有的發(fā)送時隙。當(dāng)節(jié)點有消息要發(fā)送時，在時隙競爭階段告知其共享信道范圍之內(nèi)的鄰居節(jié)點。通過時隙競爭階段，每個節(jié)點可以知道共享信道范圍內(nèi)的活躍節(jié)點。將不共享信道的節(jié)點時隙動態(tài)分配給活躍節(jié)點使用，以此提高時隙資源的利用率。

在基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的時隙競爭階段，對于共享信道中當(dāng)前不參與通信節(jié)點的主時隙，對時延要求較高的業(yè)務(wù)具有優(yōu)先占用的權(quán)利，并且不同節(jié)點占用優(yōu)先級不同?？臻e時隙按照優(yōu)先分配規(guī)則分配給時延要求等級最高的節(jié)點中占用優(yōu)先級最高的節(jié)點，以此來保證網(wǎng)絡(luò)中的實時業(yè)務(wù)能夠接受較好的服務(wù)。

1.2動態(tài)時隙分配算法

該算法一幀結(jié)構(gòu)包括3個子幀，分別是一跳傳輸子幀、兩跳傳輸子幀以及數(shù)據(jù)傳輸子幀。一跳和兩跳傳輸子幀交換一跳和兩跳之內(nèi)節(jié)點的信息。在數(shù)據(jù)傳輸子幀，節(jié)點在各自分配的時隙采用混合MAC協(xié)議的方式進(jìn)行時隙的競爭和數(shù)據(jù)的傳輸。

每個節(jié)點在一跳傳輸子幀中都有自己的主時隙，當(dāng)節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先會在一跳傳輸子幀的對應(yīng)時隙發(fā)送claim分組，其他節(jié)點處于偵聽狀態(tài)。在兩跳傳輸子幀階段，節(jié)點將在一跳傳輸子幀階段接收到的claim分組打包成 transport分組，并將分組在兩跳傳輸子幀中轉(zhuǎn)發(fā)出去，在兩跳傳輸子幀后，各個節(jié)點都知道其兩跳范圍內(nèi)的活躍節(jié)點以及其業(yè)務(wù)的優(yōu)先級等級。

一跳傳輸子幀和兩跳傳輸子幀接收到的消息使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點知道了兩跳范圍之內(nèi)能夠共享信道的活躍節(jié)點，共享信道范圍內(nèi)的所有節(jié)點的主時隙都不能被復(fù)用。非共享信道節(jié)點的主時隙按照優(yōu)先級分配給活躍節(jié)點使用，我們稱這些時隙為該節(jié)點的備選時隙。

時隙的分配在共享信道內(nèi)有消息要發(fā)送的節(jié)點之間展開，并且采用不同優(yōu)先級分配策略完成時隙競爭。所有備選時隙按照順序輪詢計算對于各個活躍節(jié)點的優(yōu)先級，每個時隙都分配給優(yōu)先級最高的活躍節(jié)點使用。

各活躍節(jié)點對可用時隙的優(yōu)先級根據(jù)活躍節(jié)點距離以該可用時隙為主時隙的節(jié)點的跳數(shù)、活躍節(jié)點的業(yè)務(wù)量、活躍節(jié)點兩跳之內(nèi)節(jié)點數(shù)量(連接度)、活躍節(jié)點已經(jīng)擁有的時隙數(shù)、活躍節(jié)點與以該可用時隙為主時隙的節(jié)點的接觸機(jī)會和業(yè)務(wù)的實時性等因素決定。將各個判決因素歸一化，設(shè)優(yōu)先級判定系數(shù)為W，計算公式為

W=phah+ppap+pcac+psas+pdad

(1)

W值越大的活躍節(jié)點優(yōu)先級越高，共享信道范圍之內(nèi)優(yōu)先級最高的活躍點被分配到此時隙。由于每個節(jié)點都能知道共享信道節(jié)點對于各個時隙的W值，因此，不會產(chǎn)生2個互相干擾節(jié)點占用同一時隙的情況，不會產(chǎn)生干擾。

時隙分配過程中，按照時隙順序依次循環(huán)計算每個時隙的優(yōu)先級情況，這樣可以根據(jù)每個節(jié)點的業(yè)務(wù)情況和已經(jīng)占用的時隙情況動態(tài)改變分配優(yōu)先級，以此保證服務(wù)質(zhì)量和分配公平性。

設(shè)置以上時隙分配算法的優(yōu)勢：各個活躍節(jié)點能最大限度地復(fù)用時隙而沒有沖突，時隙利用率高；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高時，節(jié)點仍可以進(jìn)行時隙的復(fù)用。

1.3時隙競爭算法

為了保障實時性業(yè)務(wù)的需求，在新的協(xié)議中，活躍節(jié)點對共享信道當(dāng)前不參與通信節(jié)點的主時隙進(jìn)行競爭，數(shù)據(jù)傳輸子幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)傳輸子幀結(jié)構(gòu)Fig.3　Structure of data transmission sub frame

時隙競爭過程如下。

1)節(jié)點在自己分配到的時隙中有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，節(jié)點在偵聽階段與目的節(jié)點進(jìn)行請求發(fā)送/清除發(fā)送(requesttosend/cleartosend,RTS/CTS)交互，其他節(jié)點處于偵聽階段，交互成功，節(jié)點在傳輸階段發(fā)送數(shù)據(jù)。

2)在偵聽階段一直處于偵聽的節(jié)點如果有數(shù)據(jù)發(fā)送，并且在偵聽階段沒有偵聽到RTS/CTS交互，傳輸階段重構(gòu)為實時性業(yè)務(wù)競爭階段和非實時業(yè)務(wù)傳輸階段。具有實時性業(yè)務(wù)要傳輸?shù)墓?jié)點在實時性業(yè)務(wù)競爭階段競爭信道，競爭成功的節(jié)點在實時性業(yè)務(wù)傳輸階段進(jìn)行實時性業(yè)務(wù)的傳輸，競爭失敗進(jìn)行退避。

3)如果在實時性業(yè)務(wù)競爭階段沒有控制分組發(fā)送，此時將實時性業(yè)務(wù)傳輸階段重構(gòu)為非實時業(yè)務(wù)競爭階段和非實時業(yè)務(wù)傳輸階段。非實時業(yè)務(wù)傳輸?shù)墓?jié)點均在非實時業(yè)務(wù)競爭階段競爭，競爭成功的節(jié)點在非實時業(yè)務(wù)傳輸階段進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，競爭失敗進(jìn)行退避。

在實時性業(yè)務(wù)競爭階段以及非實時業(yè)務(wù)競爭階段，每一階段均有B個時間段構(gòu)成，在每一個時間段，節(jié)點由W個微時隙組成，節(jié)點采用基于隊列長度的載波監(jiān)聽多路訪問(queue-lengthbasedcarriersensemultipleaccess,Q-CSMA)競爭機(jī)制進(jìn)行信道的競爭，基本思想是節(jié)點的業(yè)務(wù)優(yōu)先級越高，其退避的時間越短。如在實時性業(yè)務(wù)競爭階段，有實時性業(yè)務(wù)要傳輸?shù)墓?jié)點在選擇微時隙進(jìn)行信道的占用的過程中，節(jié)點依據(jù)(2)式進(jìn)行微時隙的選擇。

Uniform[0,W-1]

(2)

(2)式中：Ti表示節(jié)點i進(jìn)行信道競爭時選擇的微時隙號；b表示節(jié)點緩沖隊列長度；qi(t)表示任務(wù)的實時性，qi(t)∈[1,10]，即把業(yè)務(wù)的優(yōu)先級情況分成10個不同等級，業(yè)務(wù)優(yōu)先級越高值越大；Uniform[0,W-1]表示在一個時間段的W個時隙中節(jié)點占用的時隙號。從(2)式可以看出，節(jié)點業(yè)務(wù)優(yōu)先級越高，其占用信道的時間越早，即占用信道的概率越大。對于非實時業(yè)務(wù)競爭階段同實時性業(yè)務(wù)競爭階段一樣，采用Q-CSMA機(jī)制進(jìn)行信道的競爭。

2數(shù)據(jù)仿真及分析

在NS2仿真系統(tǒng)中，對動態(tài)時隙分配混合MAC協(xié)議性能進(jìn)行仿真測試。在仿真的過程中，分別采用不同的MAC協(xié)議，并對不同MAC協(xié)議的結(jié)果進(jìn)行對比分析。

在仿真過程中，設(shè)置10個節(jié)點隨機(jī)分布在1 000m×1 000m的范圍內(nèi)，仿真參數(shù)設(shè)置如下：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為1 000m×1 000m；節(jié)點個數(shù)為10；傳輸數(shù)據(jù)類型為不變比特速率(constantbitrate,CBR)及文件傳輸協(xié)議(filetransferprotocol,FTP)；數(shù)據(jù)載荷為64Byte；通信半徑為200m；路由協(xié)議選擇無線自組網(wǎng)按需平面距離向量路由協(xié)議(AdHocon-demanddistancevectorrouting,AODV)；無線通信模型為TwoRayGround；仿真時間為20s；通信對數(shù)為5；通信帶寬為2Mbit/s。

仿真過程中采用節(jié)點分組投遞率、平均延時和時隙利用率等性能指標(biāo)來衡量網(wǎng)絡(luò)性能。

1)時延(單位：s)：接收端成功接收數(shù)據(jù)分組的時間和發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)分組的時間之差，時延通常由發(fā)送時延、傳輸時延和處理時延3部分組成。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞或碰撞時，時延會相應(yīng)地增大。平均端到端的時延表示為

(3)

(3)式中：Packet_number表示網(wǎng)絡(luò)中總的傳輸數(shù)據(jù)的個數(shù)；(endtime-starttime)i表示傳輸?shù)牡趇個數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目的節(jié)點所用的時間。

2)分組投遞率(單位：%)：目的節(jié)點接收到的分組數(shù)與發(fā)送節(jié)點產(chǎn)生的分組數(shù)之比，能夠反映網(wǎng)絡(luò)能夠支持的最大吞吐量。網(wǎng)絡(luò)傳輸、處理數(shù)據(jù)的能力是衡量有效性、完整性、正確性和可靠性的重要指標(biāo)。分組投遞率表示為

(4)

(4)式中Receive表示所有目的節(jié)點收到的數(shù)據(jù)包；Source表示所有發(fā)送節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

3)時隙占用率(單位：%)：每個節(jié)點的時隙占用率等于該節(jié)點占用的時隙數(shù)目與幀長的比值。

網(wǎng)絡(luò)分組投遞率隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的對比情況如圖4所示。從圖4a中看出，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很小時，各個協(xié)議的分組投遞率都比較高，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的不斷增加，各個協(xié)議的分組投遞率都開始下降，但是動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議下降得比較緩慢。

由于動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議采用動態(tài)時隙分配，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低和較高時，均能夠很好地進(jìn)行時空間復(fù)用。因此，其分組投遞率都比較高，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的下降現(xiàn)象。

圖4b是動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議中的實時性業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)隨著發(fā)包率的增加，分組投遞率的變化情況?？梢钥闯?，2種業(yè)務(wù)的分組投遞率隨著發(fā)包率的增加都下降，然而實時性業(yè)務(wù)的分組投遞率下降的速度明顯小于非實時業(yè)務(wù)的，這是因為動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議在分配信道的時候，實時性業(yè)務(wù)有優(yōu)先競爭到信道的權(quán)利，所以在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重的情況下，非實時業(yè)務(wù)競爭到信道的概率很小。

平均延時隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的趨勢如圖5所示。從圖5a可以看出，對于每種協(xié)議，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，時延都變大。

動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時，由于節(jié)點在時隙分配階段和時隙競爭階段都可以對時隙進(jìn)行競爭，因此，平均時延近似ADAPT協(xié)議，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的不斷增加，由于在動態(tài)時隙分配階段，時隙可以無沖突地進(jìn)行競爭，因此，節(jié)點可以選擇多個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)包，丟包率小于ADAPT協(xié)議的丟包率，因此，平均延時小于ADAPT協(xié)議的平均時延。

圖4　分組投遞率隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化情況對比Fig.4　Comparison of Packet delivery ratio with the network load changes

圖5　平均延時隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的對比Fig.5　Contrast of average delay as the network load changes

圖5b是動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議中的實時性業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)隨著發(fā)包率的增加，平均延時的變化情況。可以看出，2種業(yè)務(wù)的平均延時隨著發(fā)包率的增加都下降，然而實時性業(yè)務(wù)的平均延時變長的速度明顯小于非實時業(yè)務(wù)。這是因為動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議在分配信道的時候，實時性業(yè)務(wù)有優(yōu)先競爭到信道的權(quán)利。

3結(jié)束語

針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化特性，提出混合式的MAC協(xié)議。該協(xié)議經(jīng)過了動態(tài)時隙分配以及時隙競爭階段對信道進(jìn)行分配，能夠最大限度復(fù)用信道。同時，在分配信道的時候，節(jié)點能夠考慮業(yè)務(wù)的時延要求進(jìn)行信道的分配，滿足了時延要求較高的業(yè)務(wù)的需求。采用NS2網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對所提出的動態(tài)時隙分配的混合MAC協(xié)議進(jìn)行仿真測試，仿真結(jié)果表明，以該協(xié)議通信的網(wǎng)絡(luò)分組投遞率高、網(wǎng)絡(luò)時延低，能有效提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

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DOI：10.3979/j.issn.1673-825X.2016.04.003

收稿日期：2016-02-29

修訂日期：2016-06-15通訊作者：李弘揚1470619@stu.neu.edu.cn

基金項目：國家自然科學(xué)基金 (U14331156，1151002，61401079，61501038)；中國航天科技集團(tuán)公司衛(wèi)星應(yīng)用研究院創(chuàng)新基金(2014-CXJJ-TX-11)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金(N120404003)

Foundation Items：The National Natural Science Foundation of China (U14331156，1151002，61401079，61501038); The China Aerospace Science and Technology Corporation Satellite Application Research Institute Innovation Fund(2014-CXJJ-TX-11); The Special Fundamental Research Fund for Central Universities (N120404003)

中圖分類號：TN917.11

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-825X(2016)04-0456-06

作者簡介：

趙龍(1977-)，男，遼寧新民人，講師，博士，研究方向為衛(wèi)星信號處理、衛(wèi)星導(dǎo)航。E-mail: zhaolong@sau.edu.cn。

李弘揚(1991-)，男，黑龍江海倫人，碩士，研究方向為空間信息網(wǎng)資源分配。E-mail：1470619@stu.neu.edu.cn。

(編輯：王敏琦)

Research and simulation on a hybrid MAC protocol with dynamic slots allocation in Ad Hoc network

ZHAO Long1，LI Hongyang2，YE Ning2，TANG Jian3，LIU Hui4

(1. Shenyang Aerospace University, Civil Aviation Institute, Shenyang 110136, P.R. China;2. Northeastern University, School of Computer Science Engineering, Shenyang 110819，P.R. China;3. Air Force Engineering University, School of Information and Navigation, Xi’an 711043, P. R. China;4.The PLA military representative office of 764 factory, Tianjin 300210, P.R. China)

Abstract:According to the mobility of nodes, multi-hopping share of channels in Ad Hoc networks, hybrid MAC protocol with dynamic slots allocation is presented. The protocol includes two stages: slots allocation and slots competition. During the stage of slots allocation, we adopt the combination of static allocation and dynamic adjustment. On the basis of allocating inherent time slot of every node, dynamically allocate the time slots of nodes that do not share channels to the communication nodes; In the stage of competition, by means of setting different priorities in sub-frames, in the main slots of nodes that do not take part in communication, data transmission sub frames are divided into real time services competition stage and un-real time services competition stage, and nodes that compete successfully transmit data at this time slot to improve access probability of preferred business nodes. We simulate the proposed MAC protocol with NS2 network simulation software, and the result shows that the proposed hybrid MAC protocol improves the system packet delivery rate and reduces the average delay real time services. The protocol can improve service quality of real-time services and optimize the whole performance of network.

Keywords：Ad Hoc networks; allocation of time slots; priority; media access control(MAC) protocol