ad hoc网络mac层协议公平性分析与改进

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1、AdHoc网络MAC层协议公平性分析与改进本文首先分析了AdHocX络存在的公平性问题，其次，在MAC层改进协议的传输假设下，研究了保证改进协议公平性的退避机制以及MAC层协议的公平性模型，最后通过仿真表明研究的有效性。关键词：MAC层协议；公平性分析；AdHocX络1引言　　由于AdHocX络的多跳通信以及无线通信的共享信道，AdHocX络在节点数量较大和通信量密集时的性能不能令人满意，在对实时多媒体业务的支持上尤其不利。本文研究的主要意义旨在通过对现在广泛应用于无线X络的MAC层系列协议的基础上，针对于AdHocX络以及MAC层系列协议的特点，找到一种适合AdHocX络的

2、MAC协议或机制，使之能够提高实时多媒体业务在AdHocX络中的服务质量。2公平性问题的剖析2.1AdHocX络的公平性　　对AdHocX络的公平性问题，即是期望所有的节点以均等的机会访问。移动AdHocX络不存在中心控制节点，各节点处于平等地位，因而需要有MAC协议来控制各节点接入信道的能力。而对AdHocX络公平性起着关键作用的是退避算法。如果退避算法赋予各节点的退避时间相差悬殊，就可能引发公平性问题，严重的可能造成某些节点一直无法接入，即造成“饿死”现象[1]。所以，要采用适当的退避算法，以便在退避一段时间后能成功地发送报文，并保证移动AdHocX络的公平性。一种解决方

3、法是赋予各节点相同的退避时间，这就能充分保证公平性，然而，这样做虽然能保证各节点访信道的能力完全相等，但却增大了各退避时间同时减小到0的可能性，从而增大了发生冲突的机率。2.2退避机制的公平性　　退避算法总是对最近发送成功的节点有利，对发送失败的节点不利，使各节点间存在明显的不公平。采用二进制退避机制时，每个节点竞争窗口的初始大小为，在每次竞争信道失败后，节点都将以二进制指数递增的方式增大竞争窗口直到竞争窗口达到最大值，每次获得信道控制权并传输成功后，竞争窗口都将重置为。　　由于参与竞争信道的所有节点中只有一个节点能够竞争信道成功，所以除了竞争信道成功的节点能够将竞争窗口重置

4、为外，其它参与信道竞争的节点都要将自己的竞争窗口加倍。这样，在下一次信道竞争时，由于上次竞争信道成功的节点由于竞争窗口较小，更有可能选取一个较小的后退时间，在再次竞争信道时获胜的可能性更大[2]。对于再次竞争失败的其它节点，竞争窗口的进一步增大愈加降低了这些节点在接下来的信道竞争中获得信道访问权的可能。竞争失败次数越多的节点，其竞争窗口比其它节点越大，获得信道访问权的可能性越低，这就严重影响了信道带宽资源的公平分配，在极端条件下甚至可能发生一个节点独占信道带宽资源的情况。2.3PCMA协议的公平性　　PCMA协议的最大问题在于在传输负载较重时存在公平性问题。从长程角度来说，如

5、果一个节点想要同一个较远的节点通信，应该使用一个较高的功率进行传输。可是在PCMA协议中，一个使用较高功率进行传输的节点总是在获取信道上处于劣势，因为节点的一旦超过约束功率，节点将无法接入信道。如果节点附近有很多并发的传输，可能被限制在一个较小的水准上。因此对于相距较远的节点对来说，这种信道接入协议是不公平的。　　不公平问题的另一方面原因在于PCMA协议中使用的BEB退避算法的缺陷。在某一小段时间内，BEB算法总是有利于前一次成功发送的节点短时间内再次竞争信道甚至持续占有信道，而竞争中失败的节点将会处于更不利的地位，从而造成小时间尺度上的不公平性现象，即短程不公平性。而且节点

6、不能了解周围X络状况，退避窗口由各个节点单独计算，不能根据X络状况动态地调整，导致不公平性的加剧。3AdHocX络MAC层协议的改进设计3.1MAC层改进协议的传输假设　　本文研究的MAC层改进协议的传输假设描述如下：　　(1)使用和PCMA协议一样的信道传输模型假设。　　(2)为了避免多个忙音信号的重叠，本文研究的MAC层改进协议采用了周期性的忙音脉冲。只有1-2%的带宽用来发射忙音就可以达到最佳的性能。这样，我们假设由忙音信号引起的开销可以忽略不计。　　(3)我们也假设不需要由接收端返回APTS分组，发送节点就已知发送数据分组的传输功率值。为了确定，发送节点必须掌握接收端

7、和自己的距离信息。为了帮助发端确定到达接收端的距离，已经提出了很多位置可知的MAC协议，例如通过全球定位系统GPS来确定，也可以通过先验路由来估计。3.2保证改进协议公平性的退避机制(1)双窗口的实现　　不同于BEB的单窗口机制，DAC层改进协议中所设定的退避次数门限值B_Thresh以内的正整数。　　(2)竞争窗口通告机制　　在控制分组RTS中增加一个字段CIN（2×CAC层改进协议的公平性模型(1)当节点i已经进行的退避次数不大于B-Thresh时，采用双窗口动态退避机制DAC层改进协议的基本模型接