定向ad hoc网络隐藏与暴露终端问题的研究

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1、定向AdHoc网络隐藏与暴露终端问题的研究摘要：介绍基于定向天线的MAC协议，阐述使用定向天线所面临的隐藏终端、暴露终端以及聋结点问题。重点分析定向天线的MAC协议造成隐藏终端和暴露终端的原因以及解决这些问题相应的策略，在此基础上提出了新的改进CSMA协议。通过仿真表明，改进CSMA协议能提高基于定向天线AdHocX路的整体性能。关键词：AdHocX路定向天线改进CSMA协议引言AdHocX络是一种特殊的无线移动X络。X络中所有节点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。X络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能

2、力。与普通的移动X络和固定X络相比，它具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑的特点。AdHocX络的无线通道是多跳共享的多点信道。在AdHocX络中，可能会有多个无线设备同时接入信道，导致分组之间相互冲突，使接收端无法分辨出接收到的数据，导致信道资源浪费，吞吐量显著下降。为了解决这些问题，就需要MAC协议。所谓MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序、和公平地使用共享媒体。因此MAC协议可以说是AdHoc?X络的关键技术之一。1.无线MAC协议面临的关键问题目前关于AdHocX络的研究重点大多为节点配备的是全向天线。建议基于

3、竞争的MAC协议：（1）ALOHA协议：ALOHA是最早提出的MAC接入协议，其工作原理是：所有结点均可以自由的通信，发起握手的结点不需要监听信道，结点直接用频率F0进行三次握手，发送方如果超过一定时限未收到应答，则认为发生了冲突，等待一定间隔后重试，直到重发成功为止。等待时间间隔是随机的，假定，各个结点通信是发送数据帧，发送数据帧所需时间是T，发送成功的条件是这个帧与该帧前后发送的两个帧到达的时间间隔均大于T。但是在这个时间内有其他帧传送，就可能产生冲突。ALOHA协议中没有考虑如何避免数据发送发生冲突，因此，发生冲突的几率较大。

4、（2）CSMA协议：CSMA中，发起握手的结点用频率F0进行连接建立前首先需监听，确定是否听得到有其它结点用频率F0进行握手（由于采用定向天线的AdHocX络天线波束的方向性，未听到并不意味着不存在冲突和隐终端问题），如果未监听到则以频率F0发送握手信息，否则等待一定间隔后重试；如果超过一定时限未收到应答，则认为发生了冲突，等待一定间隔后重试。由于采用了信道监听，这样就避免了一定的发送冲突。3.2“无冲突”的MAC协议目前“无冲突”的MAC协议越来越受到学者们的青睐。但是基于结点轮询或令牌环的X络的时延性能较差，而且没有采用同频道复

5、用技术，不利于多跳X络系统效率的提高；传统的FDMA或TDMA协议不适用于相互之间信息位置未知的建X过程。因此在采用定向天线的AdHocX络中，为了克服这些不足，建X阶段的MAC协议采用预先分配应答时隙的动态STDMA协议。其特点是：信道分时隙，时隙组成帧；结点必须粗同步，应答限制于时隙范围内；结点按照一个分布式、动态产生的时隙来接入信道；S指的空分复用，由于物理层使用定向天线。各结点的应答可在各自规定的时隙内实现并行操作，获取更好的复用度。总的来说，对于突然有大量握手操作的建X过程，动态时隙分配STDMA是更优的选择。4.定向天线

6、对MAC协议的影响（内容补充）虽然采用定向天线的X络天线波束具有方向性，但其信号覆盖范围仍为一个椎体，有可能发生冲突与隐藏终端问题。1.纯ALOHA协议结点用频率F0发出握手请求，若没有先验扫描方向信息，则全向扫描，若有先验扫描方向信息，则其波束覆盖范围为自身为顶点、α为半顶角的锥形区域，信号作用距离取决与距离和功控算法的精度。如图4.1所示。图4.1ALOHA协议中冲突与隐藏终端假设V6正与V7定向通信，没有收到V5和V2间的握手信息。当V6向V2发送RTS，由于V2正与V5通信，从而在V2处发生冲突，当V2向V5发送全向CTS时

7、，由于V1在V2全向发送范围之外，收不到V2的全向CTS。如果V1在V5和V2通信期间向V2发送定向RTS，则在V2处发生冲突。V6和V1即为V2的隐藏终端。2.CSMA协议结点首先需监听信道，确定是否听得到有其它结点用频率F0进行握手，若无则用频率F0发出握手请求，否则等待一定间隔后重试。若没有先验扫描方向信息，则全向扫描，若有先验扫描方向信息，则其波束覆盖范围为以自身为顶点、α为半顶角的锥形区域，信号作用距离取决与距离和功控算法的精度。参与握手的结点用频率F0进行连接建立前首先监听的机制能够避免部分可能产生的冲突与隐藏终端问题，

8、但由于波束信号覆盖范围为一个半顶角为α的椎体，任何结点必然存在监听盲区，冲突与隐终端问题仍可能存在。监听机制部分解决了冲突与隐终端问题，但也带来了暴露终端问题，如图4.2所示。图4.2CSMA协议的暴露终端现象假设首先由V1用频率F0