李書杰，榮 柱，呂玉靜，秦 茜

(1.海軍參謀部信息通信局，北京 100841；2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

無線通信網(wǎng)絡(luò)無需架設(shè)固定線路，并能夠靈活、方便地為用戶提供隨時隨地的通信服務(wù)。近年來，無線通信不論在商業(yè)應(yīng)用還是軍事應(yīng)用上均得到了巨大的發(fā)展。無線通信可以分為有基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信(大多數(shù)的民用無線網(wǎng)絡(luò)，例如GSM，WiFi等等)和無基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信，這里的基礎(chǔ)設(shè)施一般是指基站[1]。由于戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用環(huán)境的特殊性，即缺乏通信基礎(chǔ)設(shè)施的支撐，戰(zhàn)術(shù)電臺通常需要符合無中心、自組織、自愈合的要求，同時節(jié)點的移動性使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)具有高度動態(tài)變化的特征。另一方面，在作戰(zhàn)集結(jié)、行軍、作戰(zhàn)展開等不同應(yīng)用場景和地域環(huán)境里，節(jié)點規(guī)模和節(jié)點密度也會呈現(xiàn)很大的變化[2-4]。因此，自組網(wǎng)(MANET)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用越來越廣泛。

MANET的起源可追溯到20世紀(jì)70年代。最早的MANET技術(shù)脫胎于ALOHA技術(shù)[5]。所謂ALOHA協(xié)議就是最早最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議，可實現(xiàn)單點到多點的數(shù)據(jù)通信。但是ALOHA協(xié)議因為沒有路由訪問功能，所以屬于單跳協(xié)議，相比之下，MANET的協(xié)議則可以實現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的多跳功能[5-6]。MANET由于其自組織、自愈合和抗毀性強等自身特點，從一誕生開始就倍受各國軍方用戶的重視，當(dāng)前MANET的研究成果主要集中在美國，在過去將近半個世紀(jì)的不斷探索中，積累了豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗[7]。特別是近30年，美軍舉行了多次基于MANET的演習(xí)，并且不斷提升演習(xí)的規(guī)模和復(fù)雜程度，進一步驗證了MANET在野戰(zhàn)環(huán)境下的優(yōu)異性能[8]。不過歐洲也已經(jīng)開始考慮將MANET網(wǎng)作為中繼，用以擴大第二代及第三代移動通信系統(tǒng)的覆蓋范圍和提高在網(wǎng)絡(luò)或鏈路發(fā)生故障時系統(tǒng)的魯棒性，目前已建立了一種稱為A-GSM的實驗系統(tǒng)[9]。雖然我方在MANET技術(shù)方面做了一定的預(yù)研，也有了一定的技術(shù)儲備，但是距離真正將MANET組網(wǎng)方式應(yīng)用于現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)，還需要一定的時間[10]。

在自組網(wǎng)所使用的波段內(nèi)，頻譜資源異常寶貴，而電磁環(huán)境又往往十分惡劣，超短波信道具有以下優(yōu)勢：① 超短波波長較長，能繞射過信道中的高大建筑物，通信距離可達幾十km[11-12]。② 超短波通信相比于短波通信，帶寬更寬、信噪比更高，比較適合寬帶業(yè)務(wù)傳輸[13-14]。因此，超短波技術(shù)在自組網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

低速自組網(wǎng)波形雖然不支持寬帶業(yè)務(wù)傳輸，但是具有極高的接收靈敏度和穩(wěn)定性，以及非常好的隱蔽性，可應(yīng)用于新型多頻段電臺的研制，支撐聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)型號研制[15]。

本文提出了一種新的低速自組網(wǎng)波形MAC層協(xié)議，該協(xié)議采用TDMA作為MAC層協(xié)議基礎(chǔ)，以及改進的OLSR作為路由協(xié)議。另外，該協(xié)議容易在軟件無線電(SDR)平臺上實現(xiàn)，而SDR平臺技術(shù)具有低功耗、方便加載不同波形的優(yōu)點。仿真結(jié)果表明，本文提出的低速自組網(wǎng)波形協(xié)議可以容納較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、較小的開銷、較短的組網(wǎng)時間和傳輸時延。

1 低速超短波自組網(wǎng)協(xié)議

1.1 時隙幀結(jié)構(gòu)

本文研究的低速超短波自組網(wǎng)協(xié)議，選擇基于TDMA架構(gòu)進行MAC層接入算法設(shè)計。基于TDMA 技術(shù)的架構(gòu)在自組織網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)中最為成熟。FDMA 的多址方式，頻點管理與節(jié)點硬件復(fù)雜度非常高，節(jié)點個數(shù)受限，極少被MANET 組網(wǎng)設(shè)計采用；CDMA 的多址方式，由于其“遠近效應(yīng)”，需要在終端節(jié)點與中心節(jié)點之間進行功率控制，實現(xiàn)復(fù)雜度高、成本巨大，且更適用于大規(guī)模節(jié)點網(wǎng)絡(luò)。相對于上述2種多址接入方式，TDMA 最為適用于本文的低速超短波自組網(wǎng)協(xié)議。

在該組網(wǎng)系統(tǒng)中，每個時幀由3部分組成：上行預(yù)約時隙(Uplink Reservation Slot，URS)、下行控制時隙(Downlink Control Slot，DCS)和數(shù)傳時隙(Data Transmmition Slot，DTS)，如圖1所示。其中，URS與DCS作為網(wǎng)絡(luò)的控制信道，其功能是在中心節(jié)點與普通節(jié)點之間進行鄰居發(fā)現(xiàn)信息的傳輸、網(wǎng)絡(luò)的建立以及普通節(jié)點向中心節(jié)點預(yù)約數(shù)傳時隙。

圖1 時隙幀結(jié)構(gòu)

URS的傳輸方向是從終端節(jié)點到中心節(jié)點方向，或者是從終端節(jié)點到(相對于中心節(jié)點)下一跳普通節(jié)點方向，其作用是節(jié)點進行預(yù)約信息、轉(zhuǎn)發(fā)信息的傳輸。

DCS的傳輸方向是從中心節(jié)點到終端節(jié)點方向，其作用是對預(yù)約進行確認，并且下發(fā)廣播時隙占用表以及網(wǎng)絡(luò)維護等信息。

DTS的傳輸方向是從終端節(jié)點到終端節(jié)點方向，其作用是通過傳輸包內(nèi)的目的地址域，實現(xiàn)點到點的傳輸，以及在鄰居發(fā)現(xiàn)階段為節(jié)點上行申請時隙，網(wǎng)絡(luò)建立后為話音、數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)傳輸?shù)臅r隙。

時幀為連續(xù)設(shè)置，一個時幀時長Tframe=200 ms，其中上行預(yù)約時隙時長TURS=35 ms，下行控制時隙時長TDCS=35 ms，數(shù)傳時隙時長TDTS=130 ms。

因此，

Tframe=TURS+TDCS+TDTS。

其中控制時隙實際有效傳輸為34.42 ms，預(yù)留0.58 ms保護間隔，數(shù)傳子時隙預(yù)留0.29 ms，作為時隙同步、傳輸延遲、設(shè)備處理延遲的保護時間間隔。

URS，DCS具體信息內(nèi)容格式如表1和表2所示。

表1 URS上行時隙控制字設(shè)計

狀態(tài)字(4 bits)源ID計數(shù)字(5 bits)目的ID計數(shù)字(5 bits)CRC校驗(8 bits)說明(共20 bits)000000010010自身節(jié)點ID幀號計數(shù)器1^11循環(huán)計數(shù)收到的最近的終端節(jié)點的ID號。幀號計數(shù)器對前13 bits的CRC校驗該狀態(tài)表示IDLE狀態(tài),未有業(yè)務(wù)發(fā)送該狀態(tài)表示收到終端節(jié)點的URS信息,在IDLE狀態(tài)下對其進行回應(yīng)/轉(zhuǎn)發(fā)收到自身業(yè)務(wù)需求,申請時隙占用

表2 DCS下行時隙控制字設(shè)計

狀態(tài)字(4 bits)ID計數(shù)字(5 bits)CRC校驗(8 bits)說明(共16 bits)0000幀號計數(shù)器1^11循環(huán)計數(shù)0001允許其使用信道的節(jié)點ID0010最近一次使用信道的節(jié)點ID對前8 bits的CRC校驗該狀態(tài)表示IDLE狀態(tài),允許節(jié)點發(fā)送時隙申請該狀態(tài)表示接收到節(jié)點的時隙使用申請,且允許使用(此時信道對別的節(jié)點禁止發(fā)送)“信道釋放中”狀態(tài),該狀態(tài)表示下一幀進入“0000”狀態(tài),當(dāng)前幀不可用

1.2 網(wǎng)絡(luò)建立過程

網(wǎng)絡(luò)建立過程為各個節(jié)點從開機至各節(jié)點形成網(wǎng)絡(luò)的過程。本文提出的低速超短波自組網(wǎng)MAC層協(xié)議支持無衛(wèi)星授時的網(wǎng)絡(luò)同步，由中心節(jié)點與終端節(jié)點共同完成網(wǎng)絡(luò)建立過程。節(jié)點開機以后，在網(wǎng)絡(luò)建立之前，各個節(jié)點完成參數(shù)預(yù)設(shè)。網(wǎng)絡(luò)建立的過程：各個節(jié)點將自身的時隙調(diào)整到與中心節(jié)點對齊，中心節(jié)點獲取整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點信息，包括節(jié)點個數(shù)、ID與拓撲結(jié)構(gòu)。該過程利用幀結(jié)構(gòu)中的URS和DCS時隙。

在本文提出的低速超短波自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建立過程中，各個終端節(jié)點使用與其ID對應(yīng)的幀號，發(fā)送URS信息，這樣可以保證全網(wǎng)所有節(jié)點在開機的情況下可發(fā)送URS信息，且可以得到有效的轉(zhuǎn)發(fā)，并在中心節(jié)點完成注冊，使網(wǎng)絡(luò)建立收斂于一個完備的狀態(tài)，各個節(jié)點的信息均記錄于中心節(jié)點。

拓撲示例圖如圖2所示。以圖2為例進行網(wǎng)絡(luò)建立的說明，其中0號節(jié)點為中心節(jié)點，1/2/3號節(jié)點為終端節(jié)點，連線表示節(jié)點之間可通信，因此2號節(jié)點在中心節(jié)點2跳距離。為方便起見，在本節(jié)后續(xù)的原理說明過程中，均以圖2為例。

圖2 拓撲示例

中心節(jié)點(0號節(jié)點)開機后進入“網(wǎng)絡(luò)建立”狀態(tài)。該狀態(tài)下，中心節(jié)點在每幀的“ID計數(shù)字”域，發(fā)送循環(huán)計數(shù)器，計數(shù)范圍為1～11，表示自身計數(shù)的幀號，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其余節(jié)點數(shù)；當(dāng)中心節(jié)點收到其他節(jié)點的URS信息時解讀其狀態(tài)，若是自身節(jié)點ID在其對應(yīng)的時隙發(fā)送，則表示該節(jié)點在一跳范圍內(nèi)，中心節(jié)點將其記錄于自身的節(jié)點登記緩存；若接收到的信息為該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點信息，則表示發(fā)送節(jié)點在一跳范圍外，中心節(jié)點讀取同樣其“目的ID記數(shù)字”域，并記錄于自身節(jié)點登記緩存。經(jīng)過多個周期的上述過程的迭代，中心節(jié)點將自身狀態(tài)更新為“網(wǎng)絡(luò)建立”狀態(tài)。

該網(wǎng)絡(luò)支持4跳范圍的節(jié)點距離。設(shè)定中心節(jié)點距最遠的節(jié)點為4跳距離，那么一次迭代的時間可以定義為中心節(jié)點的DCS信息到達“最遠”節(jié)點，且最遠節(jié)點在其對應(yīng)的幀發(fā)送了URS信息并返回至中心節(jié)點的時間。一次迭代時間為7個循環(huán)時幀，即15.4 s。不同的拓撲結(jié)果，在轉(zhuǎn)發(fā)URS信息上花費的時長不同。綜合考慮，經(jīng)過6次上述信息的發(fā)送、反饋與收集過程，網(wǎng)絡(luò)建立結(jié)束?？倳r長92.4 s，該時長對滿足各種拓撲下DCS/URS的轉(zhuǎn)發(fā)與通信，余量完備，且支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的先后開機流程。

終端節(jié)點在開機后進入“等待接收DCS”狀態(tài)。對于與中心節(jié)點在一跳范圍內(nèi)的終端節(jié)點，如節(jié)點1，3，在接收到中心節(jié)點的DCS信息后，在對應(yīng)于自己ID號的幀內(nèi)(1號幀、3號幀，幀號已經(jīng)經(jīng)過中心節(jié)點同步)發(fā)送URS信息，表示狀態(tài)為“接收到DCS”；若終端節(jié)點(2號節(jié)點)不在中心節(jié)點一跳范圍內(nèi)，則該節(jié)點不會收到DCS信息，只會收到3節(jié)點的URS信息，該節(jié)點將以此收到URS信息的時刻進行自身計時器的同步。而后在緊接著在下一個自身的幀內(nèi)發(fā)送URS信息，表示狀態(tài)為“接收到URS信息，回應(yīng)URS信息”。3號節(jié)點在2號幀收到該URS信息，則在自身的3號幀上報URS信息，修改其狀態(tài)，表示轉(zhuǎn)發(fā)2號節(jié)點的信息，“目的ID記數(shù)字”發(fā)送ID2，完成URS信息的轉(zhuǎn)發(fā)。此時中心節(jié)點收到該URS信息，解析包的內(nèi)容，將2號節(jié)點進行登記。

該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過多個幀周期的遍歷后，各個節(jié)點均可收到中心節(jié)點的DCS，中心節(jié)點亦可通過其一跳范圍的節(jié)點的URS收到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的信息，并將其更新、記錄于自身的節(jié)點信息緩存中。狀態(tài)計時結(jié)束，中心節(jié)點與終端節(jié)點均將自身狀態(tài)變?yōu)椤熬W(wǎng)絡(luò)建立”，則網(wǎng)絡(luò)完成網(wǎng)絡(luò)建立。

1.3 時隙接入原理

在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，各個終端節(jié)點無業(yè)務(wù)的情況居多，而突發(fā)的業(yè)務(wù)又需要得到快速的響應(yīng)?；谏鲜鎏攸c，本文的協(xié)議采用“動態(tài)預(yù)約和隨機競爭”的方式。每個終端節(jié)點根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求對時隙發(fā)起申請，MAC層在收到業(yè)務(wù)請求后立即發(fā)送URS信息，而無需等到與自身ID對應(yīng)的幀內(nèi)發(fā)URS，這樣即是“動態(tài)”地進行預(yù)約，使得響應(yīng)速度更加快速。對可能出現(xiàn)的時隙沖突情況，則采用802.11協(xié)議中的CSMA/CD機制進行沖突檢測與規(guī)避，從而能夠保證節(jié)點的可靠接入，不失公平性，達到“隨機競爭”的效果。

中心節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)建立的過程中，通過其一跳鄰居的URS信息收集，建立了全網(wǎng)的節(jié)點狀態(tài)表。中心節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)建立后會一直維護該表格，并記錄網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的拓撲信息，若某節(jié)點要往另一節(jié)點發(fā)送信息，則中心節(jié)點可知其路徑。4號節(jié)點時隙接入拓撲示例如圖3所示。

圖3 4號節(jié)點時隙接入拓撲示例

圖3是在圖2的基礎(chǔ)上增加了一跳鄰居4號節(jié)點，以說明3/4跳節(jié)點的時隙接入流程。

中心節(jié)點(0號節(jié)點)在網(wǎng)絡(luò)建立的過程中，通過其一跳鄰居的URS信息收集，建立了全網(wǎng)的節(jié)點狀態(tài)表。該表格在一直保持更新維護狀態(tài)，若某節(jié)點要往另一節(jié)點發(fā)送信息，則中心節(jié)點可知其路徑。

中心節(jié)點的狀態(tài)機開始運行于“網(wǎng)絡(luò)建立”的狀態(tài)，完成網(wǎng)絡(luò)建立后跳轉(zhuǎn)至工作的IDLE狀態(tài)，表示允許網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點申請時隙。以圖3為例，在網(wǎng)絡(luò)完成建立以后的某時刻，1號節(jié)點產(chǎn)生了業(yè)務(wù)需求，目的節(jié)點為2號節(jié)點，則1號節(jié)點立即發(fā)起URS信息，表示申請使用數(shù)傳時隙。0號節(jié)點收到1號節(jié)點發(fā)送的URS信息后，會進行判決、鏈路轉(zhuǎn)發(fā)計算，并更新狀態(tài)機狀態(tài)，在下一個DCS發(fā)送信息，將計算結(jié)果廣播“全網(wǎng)”，DCS的使用流程如下：

① 下發(fā)DCS信息，表示后續(xù)N幀由1號節(jié)點占用數(shù)傳時隙；若在N幀時間內(nèi)1號節(jié)點業(yè)務(wù)發(fā)送完成，則1號節(jié)點將在其URS信息中發(fā)送釋放時隙信息，否則中心節(jié)點通過DCS強制結(jié)束其使用時隙，并安排轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點3號節(jié)點占用時隙。通知時隙占用的DCS信息在第N幀發(fā)出，即在第(N+1)幀1號時隙將不能再使用數(shù)傳時隙。

② 3號節(jié)點使用時隙后，在自身的URS信息中發(fā)送時隙占用的時長、路由信息，“告知”2號節(jié)點，起到DCS的作用，完成多跳鏈路的建立。同時在數(shù)據(jù)時隙對1號節(jié)點的信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送至2號節(jié)點，則完成數(shù)據(jù)傳輸。

③ 在上述過程中，N作為中心節(jié)點內(nèi)部設(shè)置的參數(shù)，表示某節(jié)點占用時隙的超時上限，若某時隙開始占用當(dāng)前幀進行傳輸，且在第N幀時間內(nèi)未收到來自該節(jié)點的釋放時隙的URS信息，就發(fā)送包含強制釋放信息的DCS。

④ 對于目的節(jié)點在多跳的傳輸情景。中心節(jié)點的DCS信息將在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點被轉(zhuǎn)發(fā)(如步驟②中所述)，3號節(jié)點將對該信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，在自己的URS信息中，起到DCS的作用。假設(shè)3跳情景，2號節(jié)點仍有一個單獨連接的4號節(jié)點，則在上述過程中，在3號節(jié)點釋放時隙后，2號節(jié)點使用時隙。2號節(jié)點使用時隙的行為，由中心節(jié)點做出，并通過DCS下發(fā)，由3號節(jié)點在其URS中發(fā)送至2號節(jié)點。2號節(jié)點在第3個N幀時長內(nèi)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息，到達3跳的目的節(jié)點。

1.4 沖突退避機制

方案在時隙競爭的沖突處理方面，采用802.11協(xié)議中的CSMA/CD機制，進行沖突檢測與規(guī)避，從而能夠保證節(jié)點的可靠接入，不失公平性，解決“隱藏節(jié)點”與“競爭沖突”的問題。該機制可進一步提高信道的利用效率及網(wǎng)絡(luò)吞吐率。

節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)建立之后，所有的URS均為共用狀態(tài)，共同偵聽與發(fā)送申請，以保證信息傳輸、時隙占用的時效性。對于可能的數(shù)據(jù)沖突，進行的沖突退避控制，其過程包含偵聽、發(fā)送、檢測和沖突處理4個處理內(nèi)容。

偵聽：節(jié)點在公共信道上接收信息，是否收到其他節(jié)點的URS時隙占用申請、或中心節(jié)點下發(fā)的時隙分配信息，線路是否被占用；若“忙”則進入后述的“退避”處理程序，進行反復(fù)偵聽工作。若“閑”，則根據(jù)一定算法原則，在業(yè)務(wù)到達后決定如何發(fā)送。

發(fā)送：當(dāng)確定要發(fā)送后，在URS發(fā)送時隙占用申請的信息。

檢測：數(shù)據(jù)發(fā)送后，可能發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。若M幀內(nèi)未收到來自中心節(jié)點的DCS信息(DCS信息應(yīng)對URS的時隙申請給予明確的應(yīng)答)，則判定數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞。

沖突處理：當(dāng)確認發(fā)生沖突后，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進入沖突處理程序。沖突情況可分為2種：一是業(yè)務(wù)到達后偵聽，發(fā)現(xiàn)信道忙；二是發(fā)送URS后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞。對于第1種情況，則等待一個延時后再次偵聽，若仍然忙，則繼續(xù)延遲等待，一直到可以發(fā)送為止。每次延時的時間不一致，由退避算法確定延時值；第2種情況，若發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，先發(fā)送阻塞信息，強化沖突，再進行偵聽工作，以待下次重新發(fā)送。

2 仿真與分析

2.1 仿真環(huán)境及參數(shù)設(shè)置

OPNET Modeler是一套集開發(fā)和應(yīng)用為一體的通信系統(tǒng)模擬軟件，能夠準(zhǔn)確地分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能和行為，在網(wǎng)絡(luò)模型中的任意位置都可以插入標(biāo)準(zhǔn)的或用戶指定的探頭，以采集數(shù)據(jù)和進行統(tǒng)計。本文使用版本號為14.5的OPNET Modeler，通過設(shè)計節(jié)點模型、進程模型與核心狀態(tài)機機制的算法對場景進行仿真。

圖4 12節(jié)點4跳拓撲

為了測試本文提出的協(xié)議的合理性和性能，仿真設(shè)計4種拓撲結(jié)構(gòu)：12節(jié)點4跳拓撲、7節(jié)點4跳拓撲、、7節(jié)點3跳拓撲和7節(jié)點2跳拓撲，并且同時測試了其網(wǎng)絡(luò)建立時間，拓撲建立時間以及突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸端到端延遲(ETEL)，如圖4～圖7所示。

圖5 7節(jié)點4跳拓撲

圖6 7節(jié)點3跳拓撲

圖7 7節(jié)點2跳拓撲

2.2 仿真結(jié)果與分析

7節(jié)點4跳拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間如圖8所示，7節(jié)點3跳拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間如圖9所示，7節(jié)點2跳拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間如圖10所示。各圖的橫軸表示時間，單位為s，縱軸表示狀態(tài)，從0→1表示收到了DCS信息對自己的回復(fù)，或是URS信息對自己的回復(fù)，此時各個節(jié)點將自身狀態(tài)設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)建立。

圖8 7節(jié)點4跳拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間

圖9 7節(jié)點3拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間

圖10 7節(jié)點2跳拓撲下網(wǎng)絡(luò)建立時間

7節(jié)點4跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間如圖11所示，7節(jié)點3跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間如圖12所示，7節(jié)點2跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間如圖13所示?？梢钥闯觯S著時間變化，距離中心節(jié)點一跳的網(wǎng)絡(luò)最先完成注冊，而后隨著跳數(shù)增加，注冊時間逐漸推后。

圖11 7節(jié)點4跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間

圖12 7節(jié)點3跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間

圖13 7節(jié)點2跳拓撲下GNS完成拓撲建立時間

7節(jié)點3跳拓撲中一個1號節(jié)點到11號節(jié)點出現(xiàn)突發(fā)業(yè)務(wù)如圖13所示。該包數(shù)據(jù)傳輸過程中各個節(jié)點的狀態(tài)變化如圖14所示，不同節(jié)點收到數(shù)據(jù)包時刻的延遲如圖15所示。

圖14 發(fā)業(yè)務(wù)傳輸各節(jié)點狀態(tài)變化

圖15 不同節(jié)點收到數(shù)據(jù)包時刻的延遲

由仿真結(jié)果可知，最終11號節(jié)點收到數(shù)據(jù)包延遲在400 ms以內(nèi)。在本文針對不同拓撲、不同業(yè)務(wù)進行了多次仿真，得出了數(shù)據(jù)取平均值作為MAC協(xié)議的最后性能指標(biāo)如表3所示。

表3 MAC協(xié)議的性能指標(biāo)

跳數(shù)網(wǎng)絡(luò)建立時間(不含拓撲建立)/s網(wǎng)絡(luò)建立時間(包括拓撲建立)/s平均ETEL/ms2跳4.87.42603跳7.411.93804跳11.418.0489

由本節(jié)仿真結(jié)果可以看出，本文提出的低速超短波自組網(wǎng)MAC層協(xié)議通過 “動態(tài)預(yù)約和隨機競爭”的分配策略，可以在較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中適用，取得較小的開銷、較短的組網(wǎng)時間以及傳輸時延，從而提高了傳統(tǒng)自組網(wǎng)設(shè)備的靈敏度和隱蔽性，在低速網(wǎng)絡(luò)中的作用非常重要，具有一定的先進性。

3 結(jié)束語

雖然低速自組網(wǎng)波形具有很多優(yōu)點，但目前在國內(nèi)還處于預(yù)研階段。相信其巨大的潛能會在不久的將來得到人們越來越多的重視。未來，低速自組網(wǎng)波形會朝著3個方向來發(fā)展：進一步減小協(xié)議開銷、提高波形的隱蔽性和提高組網(wǎng)性能。