PCMA協(xié)議中的封閉問(wèn)題研究范文
本站小編為你精心準(zhǔn)備了PCMA協(xié)議中的封閉問(wèn)題研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
《電子科技》2014年第五期
1DBTMA協(xié)議
DBTMA協(xié)議是一種基于雙信道加忙音信道的信道接入?yún)f(xié)議，其除了使用控制信道上的RTS/CTS分組外，還使用了兩個(gè)窄帶忙音來(lái)標(biāo)識(shí)信道狀態(tài)。DBTMA協(xié)議的工作方式描述如下:當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先監(jiān)聽(tīng)信道上是否存在傳輸忙音(BTt)。若沒(méi)有，發(fā)送節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)送一個(gè)包含接收節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)的RTS分組，并在發(fā)送RTS期間一直監(jiān)聽(tīng)傳輸忙音。若發(fā)送節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到傳輸忙音，則即使收到了來(lái)自接收節(jié)點(diǎn)的CTS卻也要延遲發(fā)送。當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)接收RTS分組時(shí)，要監(jiān)聽(tīng)傳輸忙音來(lái)判斷是否有節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果檢測(cè)到當(dāng)前沒(méi)有傳輸，則接收節(jié)點(diǎn)將響應(yīng)CTS分組，并發(fā)送接收忙音(BTr)，否則將保持沉默。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到CTS后，其開(kāi)始在數(shù)據(jù)信道上傳送數(shù)據(jù)并發(fā)送傳輸忙音。當(dāng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)完畢后，則停止工作。在DBTMA協(xié)議中，采用了雙忙音機(jī)制可確保沒(méi)有數(shù)據(jù)分組的沖突，并徹底解決了隱藏終端和暴露終端的問(wèn)題。同時(shí)，雙忙音機(jī)制還在一定程度上減少了封閉現(xiàn)象，這是因?yàn)樵贒BTMA協(xié)議中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否被禁止傳輸?shù)囊罁?jù)為其是否檢測(cè)到了忙音信號(hào)，而并非RTS/CTS控制信息。
PCMA協(xié)議同樣將信道分為忙音信道和數(shù)據(jù)信道，但其根據(jù)收到的控制分組信號(hào)強(qiáng)度來(lái)限制隱藏終端和暴露終端的發(fā)射功率，將開(kāi)關(guān)型的固定功率發(fā)射模型推廣為功率可變的發(fā)射模型。其工作方式如下:發(fā)射端首先向接收端發(fā)射RPTS幀來(lái)請(qǐng)求發(fā)射功率，接收端應(yīng)答一個(gè)APTS幀，里面包含使接收端能成功接收分組的最小發(fā)射功率Pt_des。然后發(fā)射端發(fā)射數(shù)據(jù)幀，接收端在成功接收數(shù)據(jù)后應(yīng)答一個(gè)ACK幀。同時(shí)每個(gè)活躍的接收機(jī)周期性地在忙音信道上廣播其能忍受的最大噪聲。這樣，潛在的發(fā)射機(jī)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)忙音來(lái)決定自己的最大發(fā)射功率，即約束功率Pt_bound。隱藏終端收到控制信息時(shí)，并非不能向外發(fā)送分組，而需根據(jù)控制信息的強(qiáng)度來(lái)限制自己的發(fā)射功率。在PCMA協(xié)議中，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，發(fā)射端會(huì)在一個(gè)門限時(shí)間內(nèi)監(jiān)聽(tīng)忙音信道，通過(guò)測(cè)量忙音信道上的最大接收功率來(lái)確定其約束功率Pt_bound。即當(dāng)這一節(jié)點(diǎn)以約束功率Pt_bound進(jìn)行傳輸時(shí)，產(chǎn)生的干擾不會(huì)超過(guò)正在進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)的噪聲容忍門限。接收節(jié)點(diǎn)也會(huì)周期性地向其他節(jié)點(diǎn)廣播其能忍受的最大附加噪聲，以確保自身的數(shù)據(jù)傳輸。PCMA協(xié)議中存在的封閉情況比DBTMA協(xié)議更少，這是基于以下兩點(diǎn)原因:(1)節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制分組和數(shù)據(jù)分組時(shí)，并不會(huì)用最大功率發(fā)送，而是在約束功率的范圍內(nèi)，選擇一個(gè)能成功發(fā)送分組到目的節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)送功率。尤其是在負(fù)載較高的網(wǎng)絡(luò)，Pt_bound可能被限制在一個(gè)較低的水準(zhǔn)上。節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率縮小，使得節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組的覆蓋范圍變小，即其覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)減少。即在一對(duì)節(jié)點(diǎn)能夠成功通信的前提下，受到其影響的節(jié)點(diǎn)數(shù)目變少，而可能被封閉的節(jié)點(diǎn)數(shù)目也隨之減少。(2)偵聽(tīng)到接收忙音BTr的節(jié)點(diǎn)并不會(huì)像在DBTMA協(xié)議中那樣簡(jiǎn)單地禁止接入信道。當(dāng)其傳輸功率Pt_des低于約束功率Pt_bound時(shí)，其是可以接入信道的。暴露發(fā)送終端通過(guò)測(cè)量，若認(rèn)為不會(huì)影響接收方的接收質(zhì)量，而在DBTMA協(xié)議中的封閉節(jié)點(diǎn)按照該協(xié)議的規(guī)定是可與發(fā)送節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的，其不再被封閉。PCMA協(xié)議以現(xiàn)已建立的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑肼暼萑滔薅茸鳛榧s束，通過(guò)RPTS/APTS分組的交互，控制了源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)控制分組和數(shù)據(jù)分組發(fā)送的功率，有效抑制了沖突范圍，減少了封閉現(xiàn)象，提高了網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用率，從而顯著提高了系統(tǒng)的總?cè)萘浚瑫r(shí)也降低了網(wǎng)絡(luò)的總功耗。
3改進(jìn)型DBT－PCMA協(xié)議分析
將DBTMA協(xié)議中的雙忙音技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的PCMA協(xié)議，可得到一種改進(jìn)型的DBT－PCMA協(xié)議，其是基于以下傳輸假設(shè)的:(1)使用和PCMA協(xié)議相同的信道傳輸模型假設(shè)。(2)為避免多個(gè)忙音信號(hào)的重疊，DBT－PCMA協(xié)議采用了周期性的忙音脈沖。只有1%～2%的帶寬用來(lái)發(fā)射忙音就可達(dá)到最佳性能。這樣，本文假設(shè)由忙音信號(hào)引起的開(kāi)銷可忽略不計(jì)。(3)假設(shè)無(wú)需由接收端返回APTS分組，發(fā)送節(jié)點(diǎn)就已知發(fā)送數(shù)據(jù)分組的傳輸功率值Pt_des。為確定Pt_des，發(fā)送節(jié)點(diǎn)必須掌握接收端和自身的距離信息。為幫助發(fā)端確定到達(dá)接收端的距離，已經(jīng)提出了眾多位置可知的MAC協(xié)議，例如通過(guò)全球定位系統(tǒng)GPS來(lái)確定，也可通過(guò)先驗(yàn)路由進(jìn)行估計(jì)。DBT－PCMA協(xié)議的基本模型:(1)當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)時(shí)，其連續(xù)的偵聽(tīng)接收忙音信道，以此來(lái)更新其傳輸約束功率。(2)當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其首先偵聽(tīng)發(fā)送忙音信道。若在發(fā)送忙音信道上有BTt存在，則意味著其他節(jié)點(diǎn)正在傳輸RPTS分組，發(fā)送節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入退避狀態(tài)以避免沖突。否則，該節(jié)點(diǎn)就檢測(cè)并計(jì)算自身的約束功率Pt_bound是否大于等于已知的Pt_des。若是，發(fā)送節(jié)點(diǎn)便以相同的功率Pt_bound在不同信道上分別傳輸發(fā)送忙音信號(hào)和RPTS分組。否則，該節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入退避狀態(tài)。(3)當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)收到RPTS分組時(shí)，其根據(jù)計(jì)算出的接收端忙音信號(hào)的傳輸功率，傳輸接收忙音信號(hào)作為對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的回復(fù)，替代了PCMA協(xié)議中的APTS分組。(4)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸RPTS分組之后持續(xù)偵聽(tīng)接收忙音信道，當(dāng)判定接收節(jié)點(diǎn)已收到RPTS分組時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送傳輸忙音信號(hào)BTt，并以功率Pt_des發(fā)送數(shù)據(jù)分組。若經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間段的偵聽(tīng)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到的接收忙音信號(hào)功率不滿足上述條件，該節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入退避狀態(tài)，而當(dāng)退避計(jì)數(shù)器減小到零時(shí)重新開(kāi)始建立連接。(5)在數(shù)據(jù)分組的接收期間，接收節(jié)點(diǎn)基于測(cè)量的噪聲，不斷更新其接收忙音信號(hào)功率。該節(jié)點(diǎn)成功接收到數(shù)據(jù)分組后，停止發(fā)送接收忙音信號(hào)。在DBT－PCMA協(xié)議中，將DBTMA協(xié)議內(nèi)的雙忙音技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的PCMA協(xié)議中，對(duì)于減少封閉問(wèn)題具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)在PCMA協(xié)議中，控制分組RPTS/APTS分組并未有任何保護(hù)機(jī)制，可能會(huì)與其他的控制分組或數(shù)據(jù)分組發(fā)生沖突，導(dǎo)致連接建立失敗。而在DBT－PCMA協(xié)議中，發(fā)端在發(fā)送RPTS分組的同時(shí)，在忙音信道上也發(fā)送了忙音脈沖，告知其他節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的發(fā)送狀態(tài)，以避免沖突。且忙音信號(hào)的發(fā)送功率對(duì)其他節(jié)點(diǎn)也產(chǎn)生了傳輸功率限制，有效降低了沖突發(fā)生的可能性。(2)另外，PCMA協(xié)議中存在APTS分組的封閉問(wèn)題。雖與IEEE802.11MAC協(xié)議及DBTMA協(xié)議相比，該協(xié)議更好地處理了封閉問(wèn)題，可當(dāng)兩個(gè)接收端距離較近時(shí)，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)將會(huì)因功率約束而被另一個(gè)節(jié)點(diǎn)回復(fù)的APTS分組封閉。而DBT－PCMA協(xié)議使用了DBTMA協(xié)議中的雙忙音技術(shù)，接收端用接收忙音脈沖作為對(duì)RPTS分組的回復(fù)，替代了PCMA協(xié)議中的APTS控制分組，不僅避免了APTS分組的沖突，且可較好地解決網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)的APTS封閉問(wèn)題。
4結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析可知，本文提出的一種改進(jìn)型DBT－PCMA協(xié)議采用了DBTMA協(xié)議中的雙忙音技術(shù)來(lái)解決PCMA協(xié)議中RPTS的沖突問(wèn)題和APTS的封閉問(wèn)題。接收端用接收忙音作為對(duì)RPTS的回復(fù)，替代了PCMA協(xié)議中的APTS控制分組，可以較好地解決網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)的APTS封閉問(wèn)題，從而大幅提高了系統(tǒng)的吞吐量。但因封閉現(xiàn)象對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用率、系統(tǒng)的總?cè)萘恳约熬W(wǎng)絡(luò)的總體功耗等方面均具有重要影響。因此，如何解決封閉問(wèn)題，并提高系統(tǒng)的吞吐量是日后需改進(jìn)協(xié)議的一個(gè)新的研究方向。
作者：王悅單位：西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院