移动Ad hoc网络中的多信道预约MAC协议

　　移动Ad hoc网络是一种不需要固定基础设施支撑的、由若干移动节点组成的无线自组织网络.该网络没有预先确定的拓扑结构和中心控制.它的一个关键设计问题是媒质接入,也就是多个用户共享公共信道资源的方式.目前,为解决移动Ad hoc网络中多个用户共享公共信道资源的问题提出了许多媒质接入协议[1-2],这些协议大多采用随机接入方式或者随机接入方式与其它接入方式相结合的混合方式.典型的纯随机接入方式是IEEE 802. 11 MAC协议中的RTS/CTS(Re-quest-to-Send/Clear-to-Send)模式[3],协议采用RTS/CTS握手方式将数据分组上较长的冲突时间缩小到较短的RTS/CTS分组传输时间上.依据用户妥善安排的媒质接入协议[4]采用混合接入方式.协议中,处于活动态的节点在中心接入节点或群首的帮助下,无冲突地随机竞争接入信道并获取轮询服务.不过,这类协议需要事先通过信息交互选择群首,并且群首的传输业务太多,携带的能量会很快耗尽,因此不能有效适用于移动Adhoc网络.空基通信网络中使用的甚高频数据链模式4采用自组织时分媒质接入协议[5],可支持空中节点之间以及空中节点与地面节点之间的通信.但是它需要依靠全球卫星导航系统来达到严格的时间同步,大大增加了系统的复杂度.并且由于传输业务的突发性,移动节点不能立即使用释放的时隙.此外,那些基于随机预约按需服务的冲突避免方式在高业务量情况下,因存在大量的预约冲突而不适用于目前高负荷和大量移动节点的网络情况.

　　采用多信道传输方式有利于具有突发性业务的移动节点更有效地使用信道资源.多信道协议包括有控制信道和无控制信道两类.无控制信道协议中,大多是将基于CSMA/CA的单信道协议简单应用于多信道中[6],并没有充分利用多信道的优势,信道使用效率不高.在控制信道类媒质接入协议中划分单独的控制信道用于传输控制分组预约业务信道,预约成功的节点对转移到相应的业务信道上接收/发送数据分组,如动态信道分配(DCA,Dynamic ChannelAssignment)[7]协议和协同异步多信道(CAM-MAC, Cooperative Asyn-chronousMultichannelMAC)[8]协议.在DCA协议中,为了获得准确的业务信道信息,每个节点需要两台工作在半双工模式的无线收/发机. CAM-MAC协议采用四握手的方式预约业务信道,空闲节点辅助相邻节点选择业务信道,带来较大的控制开销.不管是DCA还是CAM-MAC协议都没有解决暴露终端问题.为有效利用信道资源,提出一种可解决暴露终端的媒质接入协议,即MRMA(MultichannelReservationMultipleAccess)协议.

　　1　网络模型

　　网络中各节点仅有一部工作在半双工模式的无线收/发信机,且拥有一个互不相同的ID号.无线信道资源被分成若干份(总信道数记为NCH),其中两个为公共信道(分别记为C1和C2)用来传输控制分组(RTS分组、CTS分组)和ACK(Ac-knowledgment)分组.其余为业务信道(TCH,Traf-fic Channa,l第i个业务信道简写为Ti)用来传输业务分组.每个节点维护一个信道使用表,用来纪录各业务信道的状态(忙/闲)和必要的参数(比如,信道忙状态的结束时间等).假定RTS/CTS分组中包含目的节点和发送节点的ID号.节点在不接收或发送任何分组时侦听公共信道C1,并将侦听到的各业务信道使用情况记录到信道使用表中.通过侦听信道C1上传输的控制分组也可以获得各自的一跳、两跳节点信息.