论文摘要
在无线自组织网中,节点的发送功率决定了节点的传播距离和覆盖范围,进一步决定网络的拓扑结构和空间复用性,最终影响网络性能。此外,节点电池容量受限且充电不易,节点的发送能耗又是网络能耗的主要方面。因此,如何有效控制节点的发送功率成为无线自组织网研究的重要方向。在无线自组织网功率控制研究中,干扰感知MAC协议,如PCMA协议和PCDC协议,通过广播冲突避免信息来调整节点发送功率,避免对正在进行的通信不可恢复的干扰(本文称之为“冲突避免机制”)。干扰感知MAC协议一改CSMA/CA协议DCF机制的单一竞争型信道接入方式,允许同一共享信道的并行通信,完全解决了隐藏终端/暴露终端问题,提高了无线信道利用率和网络吞吐量。在从通信前的信道接入和正在通信的冲突避免这两个阶段分别分析PCMA协议和PCDC协议的冲突避免机制后发现:PCMA协议中,当网络负载较高时,由于忙音信号周期广播方式不能满足及时更新忙音信号的需求,数据报文的碰撞率将显著提高,从而对信道利用率造成负面影响。PCDC协议中,网络负载较高时,RTS/CTS报文在RTS/CTS信道中以最大发送功率传播其碰撞率很高的。四握手机制中,任何一个报文的碰撞或丢失将会直接导致整个重传,频繁的RTS/CTS报文的碰撞将会导致报文的频繁重传。针对PCMA协议和PCDC协议冲突避免机制中的问题,本文分别提出两种措施——“随机突发周期并及时忙音信号广播方式”和“RTS/CTS碰撞避免机制”来改进PCMA协议和PCDC协议。为了避免在网络负载高时忙音信号不能得到及时更新的问题,在原有的周期性忙音信号广播方式中加入及时性广播方式以解决这一问题。对于RTS/CTS报文频繁碰撞问题,通过侦听RTS/CTS信道上的报文获取邻居节点的通信状况和通信持续时间去调度RTS报文的发送以尽量避免碰撞,一旦RTS/CTS报文发生碰撞,需要随机等待一段时间,来避免RTS/CTS报文的持续多次碰撞。最后,运用NS2网络仿真平台模拟DCF机制、PCMA协议和改进后的PCMA’协议、PCDC协议和改进后的PCDC’协议,获取它们的网络性能指标。对比原协议和改进后的报文碰撞率和网络吞吐量后发现,“随机突发周期并及时忙音信号广播方式”在有限范围内降低报文碰撞率和提升网络吞吐量,提升了PCMA协议的性能,但是提升的程度有限;“RTS/CTS碰撞避免机制”较好解决了高网络负载下的RTS/CTS碰撞问题,在网络负载高时,能显著带来报文碰撞率的减少和网络吞吐量的提升。