專利名稱：一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的DCF協(xié)議節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的DCF協(xié)議節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制。
背景技術(shù)：
無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)。它由一系列地位完全平等的移動節(jié)點(diǎn)組成，無需任何固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn),是終端又是路由器，它們在信道訪問控制(Medium Access Control, MAC)協(xié)議的控制下，以多跳共享的方式接入無線信道。由于ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點(diǎn)一般依賴壽命非常有限的電池供電，能量是非常寶貴的資源，因而在MAC協(xié)議的設(shè)計中應(yīng)該考慮盡量節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗，從而延長節(jié)點(diǎn)的工作時間和網(wǎng)絡(luò)的生存時間。
近幾年來，MAC協(xié)議中的能量節(jié)省機(jī)制是ad hoc網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)之一。目前已有的MAC協(xié)議能量節(jié)省機(jī)制大致可以分為節(jié)點(diǎn)休眠控制機(jī)制和節(jié)點(diǎn)功率控制機(jī)制兩大類。其中，節(jié)點(diǎn)休眠控制機(jī)制允許節(jié)點(diǎn)在適當(dāng)?shù)臅r候切換到低功耗的休眠狀態(tài)，從而降低節(jié)點(diǎn)的能耗；而節(jié)點(diǎn)功率控制機(jī)制要求在保證信號發(fā)送成功的前提下，盡可能的節(jié)省節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功耗。由于網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度與節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率大小直接相關(guān)，因而合理的功率控制機(jī)制不僅能有效的節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗，還能提高網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。本發(fā)明涉及的即為MAC協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)功率控制機(jī)制。
Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議大多采用的是載波檢測多點(diǎn)接入的隨機(jī)訪問機(jī)制。對于載波檢測無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的接收節(jié)點(diǎn)收到的信號功率大于信號接收門限時，只有當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)的信噪比SNR大于節(jié)點(diǎn)的接收信噪比門限SNRthr6Sh。ld時，節(jié)點(diǎn)才能無沖突地接收該信號。因此，為了保證節(jié)點(diǎn)無沖突地接收信號，在信號傳輸期間，該節(jié)點(diǎn)周圍一定區(qū)域內(nèi)的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)均不能發(fā)送信號，這個區(qū)域即為該接收節(jié)點(diǎn)的沖突干擾范圍。
考慮無線信號傳播模型采用雙線地面反射(Two-Ray)模型的情況，接收信號功率Pn可由下式計算得出
_ ptxht2hr2GtGr
Prx 一 — —
d4 (1)
其中Pu為信號的發(fā)射功率，Gt和Gr分別為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的天線增益，
ht和hr分別為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的天線高度，d為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的
距離。假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率分別為PW和PU2，忽略熱噪聲的影
響，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)并行發(fā)送信號時，接收節(jié)點(diǎn)收到的信號功率與干擾
信號功率之比為
SNR,M(，)4 (2)
Ptx2 dtx
其中，du和dif分別為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。因為只有在滿足
SNRrx2SNRthresh0ld (3)
的條件時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號才能被接收節(jié)點(diǎn)正確接收。因此，由式(2),式(3)即可得出發(fā)送節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)并行發(fā)送信號時，接收節(jié)點(diǎn)的沖突干擾范圍rif為
rif =d 4SNR加e頓^ (4)
V Ptxl
假設(shè)SNRth一。w恒定，由式(4)可知，接收節(jié)點(diǎn)相對于某一干擾節(jié)點(diǎn)的沖突干擾范圍取決于發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的距離以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率比值。由于SNRth一。w通常設(shè)置為10dB，因此在p^和pw相等的情況下，rif 通常取1. 78 dtx。
然而，當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)沖突干擾范圍外存在多個干擾節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送信號時，接 收節(jié)點(diǎn)受到的干擾信號功率應(yīng)該是多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的干擾信號功率之和。在 這種情況下，假定節(jié)點(diǎn)接收到的信號功率為Pu，為了保證接收節(jié)點(diǎn)無沖突地接 收信號，在信號傳輸期間，不僅接收節(jié)點(diǎn)沖突干擾范圍內(nèi)的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)不能 發(fā)送信號，而且接收節(jié)點(diǎn)沖突干擾范圍外的各個發(fā)送節(jié)點(diǎn)對該接收節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的 干擾信號功率之和Pif,"還必須滿足以下條件(忽略熱噪聲的影響)
IEEE 802.11 DCF (Distributed Coordination Function)是無線局域網(wǎng) 中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，目前已被廣泛應(yīng)用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的各種仿真和測試床，成為了 事實(shí)上的ad hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議規(guī)范。該協(xié)議通過物理載波檢測機(jī)制和虛擬載波 檢測機(jī)制避免發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的沖突，并采用RTS-CTS控制幀握手機(jī)制部分的解 決了隱終端問題。但是，該協(xié)議卻沒有引入節(jié)點(diǎn)功率控制機(jī)制來進(jìn)一步提高網(wǎng) 絡(luò)的性能。目前，研究人員已經(jīng)在DCF協(xié)議的框架內(nèi)提出了幾種功率控制機(jī)制。
Pursley M. B.和Russell H. B.提出的功率控制機(jī)制采用最大的發(fā)送功率發(fā) 起RTS-CTS幀交互，而以較低的功率完成數(shù)據(jù)幀的傳輸和應(yīng)答，從而降低數(shù)據(jù) 幀的發(fā)送功率，節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗。Jung E.S.將此類功率控制機(jī)制稱為基本功率 控制機(jī)制，該機(jī)制的實(shí)現(xiàn)較為簡單，不需引入新的控制幀，并能與現(xiàn)有的DCF 協(xié)議兼容。然而，由于在DCF協(xié)議中，所有節(jié)點(diǎn)均采用相等的功率p"d發(fā)送信號， 因而由式(4)可知，假定SNRt^,的值為10dB，則當(dāng)收/發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離大于 0.56r"時，接收節(jié)點(diǎn)的沖突干擾范圍rif將大于CTS幀的傳輸范圍ru。在這種情 況下，ru范圍之外，rif范圍之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)無法正確監(jiān)聽接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答的CTS幀，因而無法通過虛擬載波檢測機(jī)制延遲發(fā)送。在數(shù)據(jù)幀傳輸過程中，這些節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的信號仍然會導(dǎo)致接收節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突。因此，簡單的增大CTS幀的傳輸范圍， 不僅無法完全避免沖突，而且還會引起節(jié)點(diǎn)能耗的增加和網(wǎng)絡(luò)頻率空間復(fù)用度 的降低，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量的下降。
同時，由式(4)可知，降低節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率能節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗，但同時也增
大了接收節(jié)點(diǎn)的沖突干擾范圍，使接收節(jié)點(diǎn)更容易發(fā)生沖突，而沖突導(dǎo)致的發(fā)
送節(jié)點(diǎn)重傳數(shù)據(jù)幀又浪費(fèi)了節(jié)點(diǎn)的能量。Jung E.S.通過仿真證明，基本功率控 制機(jī)制不僅會引起網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量的下降，甚至還可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能耗的增加。
Jung E. S.在基本功率控制機(jī)制的基礎(chǔ)上提出了 PCM協(xié)議。該協(xié)議在數(shù)據(jù)幀 的發(fā)送期間，周期性地增大發(fā)送功率，從而避免沖突。仿真證明，該協(xié)議雖然 能節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗，但沒有同時通過功率控制機(jī)制提高頻率的空間復(fù)用度，因 而無法提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
Monks J. P.和Bharghavan V.提出的PCMA協(xié)議引入了 一種基于雙信道的功
率控制機(jī)制。該機(jī)制規(guī)定，接收節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)信道上接收數(shù)據(jù)幀的同時，還在忙 音信道上發(fā)送忙音信號。忙音信號的功率等于該節(jié)點(diǎn)正確接收數(shù)據(jù)幀所允許的 最大噪聲功率，其他發(fā)送節(jié)點(diǎn)能通過監(jiān)聽忙音信號來調(diào)整發(fā)送功率，從而避免 沖突。與DCF協(xié)議相比，該協(xié)議能獲得更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但監(jiān)聽忙音信號僅 能避免節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)幀時發(fā)生沖突，卻無法保證發(fā)送節(jié)點(diǎn)正確接收ACK應(yīng)答 幀。因此，發(fā)送節(jié)點(diǎn)重傳數(shù)據(jù)幀仍然會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。同時，該協(xié)議的 實(shí)現(xiàn)基于雙信道，因而無法與DCF協(xié)議兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)ad hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)通信狀況動態(tài)變化的特點(diǎn)，在DCF協(xié)議的框架內(nèi)建立一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制，允
許各個接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的通信狀況，自適應(yīng)的調(diào)整接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀的發(fā) 送功率和由該接收節(jié)點(diǎn)決定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率。從而保證在節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗，延
長網(wǎng)絡(luò)生存時間的同時，還能有效增大網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，提高網(wǎng)絡(luò)的平 均吞吐量。
本發(fā)明提出的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制釆用了以下步驟
步驟1:發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)釆用DCF協(xié)議中的RTS-CTS握手機(jī)制預(yù)約信道， 接收節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的RTS幀后，根據(jù)接收信號的功率估算收方?jīng)Q定的最小 數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率和最大CTS幀發(fā)送功率。
步驟2:接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的通信狀況，對收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀和CTS幀發(fā)送 功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較低時，接收節(jié)點(diǎn)通過增 大數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率提高了接收節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，同時通過增大CTS幀的發(fā)送 功率擴(kuò)大了 CTS幀的傳輸范圍，使更多發(fā)送節(jié)點(diǎn)能通過虛擬載波檢測機(jī)制延遲 發(fā)送，從而減少對該接收節(jié)點(diǎn)的干擾；反之，當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較 高時，接收節(jié)點(diǎn)通過減小數(shù)據(jù)幀和CTS的發(fā)送功率降低節(jié)點(diǎn)的能耗，增大網(wǎng)絡(luò) 的頻率空間復(fù)用度，從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
步驟3:接收節(jié)點(diǎn)以調(diào)整后的功率向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀，并將調(diào)整后的收 方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率告知發(fā)送節(jié)點(diǎn)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)以該功率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送 Data幀。同時，允許接收節(jié)點(diǎn)CTS幀傳輸范圍外的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)嘗試并行發(fā)起 傳輸，從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為網(wǎng)絡(luò)中多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)并行發(fā)起傳輸?shù)氖疽鈭D； 圖2為本發(fā)明的仿真結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的DCF協(xié)議節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制已經(jīng)在無線網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境 GloMoSim中實(shí)現(xiàn)，并通過GloMoSim環(huán)境中的仿真結(jié)果驗證了該機(jī)制的有效性。 在后面的敘述中，將本發(fā)明提出的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制簡記為APCM (Adaptive Power Control Mechanism)。下面給出APCM的具體實(shí)現(xiàn)步驟 步驟1:最小數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率和最大CTS幀發(fā)送功率的估算； APCM規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)均以標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)送功率i^向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送 RTS幀。接收節(jié)點(diǎn)收到RTS幀后，可以根據(jù)接收信號的功率Prx及式(l)給出的 傳播模型、節(jié)點(diǎn)的天線增益G和天線高度h估算出發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的 距離U:
V PrX
根據(jù)du和已知的信號接收門限r(nóng)xthr6Sh。ld、信噪比門限SNRthrssh。ld，接收節(jié)點(diǎn)即 可由當(dāng)前的信道噪聲功率Pn。^估算出發(fā)送節(jié)點(diǎn)的最小數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率P。"^為
dtx PnoiseSNRtlireshold "tlyesho—ld
、^1、1、 threshold
(7)
.tamin
"j^^ ， < SNRthreshold
atx ^threshold ^ threshold
》s肌
l4^c2 , 一 。丄u、threshold
— h Cr pnoise
P。w即為在當(dāng)前信道噪聲條件下，為保證接收節(jié)點(diǎn)正確接收數(shù)據(jù)幀，發(fā)送
節(jié)點(diǎn)必須釆用的最小發(fā)送功率。由于P。W《Pstd,因此，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)以最小發(fā)送 功率PD"^向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，對該接收節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生干擾的任一節(jié)點(diǎn)的最大
干擾功率即為Ps"。在l和p"d均已知的情況下，由式(4)即可得出當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)以最小發(fā)送功率p。""向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，接收節(jié)點(diǎn)的最大沖突干擾范圍
i"ifmax
rifmax = dtx《|SNRthresho|d ~^~ (8)
JDatami
因此，為了保證接收節(jié)點(diǎn)能無沖突的接收發(fā)送節(jié)點(diǎn)以最小發(fā)送功率P。 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，在幀傳輸期間，接收節(jié)點(diǎn)最大沖突干擾范圍"，內(nèi)的其余發(fā)送 節(jié)點(diǎn)均不能發(fā)送信號。令CTS幀的傳輸范圍為rita，即可得到接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS 幀時所需采用的最大發(fā)送功率Pm艦為
4
n —fifmax "threshold ,。、
PCTS薩一 l4。2 W
由于rx threshold 〉 Pnoise 因此由式(7),式(8)和式(9)可知PcTS憩〉Pst"
步驟2:接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的通信狀況，對收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀和CTS幀發(fā)送 功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；
APCM要求節(jié)點(diǎn)在內(nèi)存中維護(hù)四個變量"數(shù)據(jù)幀接收成功次數(shù)計數(shù)器 USC)"、"數(shù)據(jù)幀接收失敗次數(shù)計數(shù)器(RFC)"、"數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率調(diào)整系數(shù) (DPC)"和"CTS幀發(fā)送功率調(diào)整系數(shù)(CPC)"。 APCM規(guī)定
1、 RSC和RFC的初值設(shè)置為O,DPC和CPC的初值分別設(shè)置為DPCU和CPC in。
2、 接收節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的RTS幀，并估算出發(fā)送節(jié)點(diǎn)的最小數(shù)據(jù)幀發(fā)送
功率P。au^和接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀時的最大發(fā)送功率PcTs吣后，即可由以下兩式
得出本次數(shù)據(jù)傳輸過程中，接收節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀時的發(fā)送功率pCTS
和發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時的發(fā)送功率
<formula>formula see original document page 10</formula>|PData = PDatamin(1 + DPC), pDatamin(1 + DPC) <pstd Ipd加=Pstd ， PDatamin (1 + DPQ ^ Pstd
3、接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)通信狀況自適應(yīng)的調(diào)整DPC和CPC的值
(1) 如果接收節(jié)點(diǎn)成功接收了發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，則將RSC的值加1。如 果RSC的值大于或等于RSCTh，則將RFC的值設(shè)置為0,并將DPC和CPC的值調(diào) 整為
jdpc = 0.5dpc, 0.5dpc > dpcmin
1dpc:dpc畫，g.5dp"dpc畫 (12)
cpc = 2cpc (13)
(2) 如果接收節(jié)點(diǎn)接收發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀失敗，則將RFC的值加1。如果
RFC的值大于或等于RFCTh，則將RSC的值設(shè)置為0，并將DPC和CPC的值調(diào)整為
J"CPC = 0.25CPC, 0.25CPC > CPCmm
icPC-CPC讓，0.25cpcscpc腿 (14) dpc = 2dpc (15)
其中，RSCTh、 RFCTh、 DPC由和CPC咖均為常量。
由此可知，APCM根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)的通信狀況，分別在區(qū)間[pstd， pCTSJ和(pDatMin,
pstd]內(nèi)動態(tài)的調(diào)整接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀時的發(fā)送功率PcTs和收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)
送功率P。a"當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較低時，APCM通過增大p,提高了接
收節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，同時通過增大P^擴(kuò)大了 CTS幀的傳輸范圍，使更多發(fā)送
節(jié)點(diǎn)能通過虛擬載波檢測機(jī)制延遲發(fā)送，從而減少對該接收節(jié)點(diǎn)的干擾；反之，
當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較高時，APCM通過減小PD自和Pm降低節(jié)點(diǎn)的能耗，
增大網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
步驟3:發(fā)送節(jié)點(diǎn)以收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率發(fā)送Data幀，同時允許接
收節(jié)點(diǎn)CTS幀傳輸以外的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)起并行傳輸；
iiAPCM在CTS幀中增加了一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率(DTP)字段，用于存放收方?jīng)Q 定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率pData。接收節(jié)點(diǎn)以發(fā)送功率Pm向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀，發(fā) 送節(jié)點(diǎn)收到該幀后，即可由幀中的DTP字段獲知數(shù)據(jù)幀的發(fā)送功率p。ata，并以此
功率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。接收節(jié)點(diǎn)正確接收數(shù)據(jù)幀后，以標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)送功 率Pna向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答ACK幀。
由于APCM能根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)的通信狀況，自適應(yīng)地調(diào)整CTS幀和數(shù)據(jù)幀的發(fā) 送功率，因此，為了提高網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，在數(shù)據(jù)幀傳輸期間，APCM允 許接收節(jié)點(diǎn)CTS幀傳輸范圍外的其余節(jié)點(diǎn)嘗試并行發(fā)起傳輸。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸 范圍內(nèi)收到RTS幀而延遲發(fā)送的其余節(jié)點(diǎn)，如果在Tww時間內(nèi)沒有監(jiān)聽到接收 節(jié)點(diǎn)應(yīng)答的CTS幀，即可開始嘗試并行發(fā)起傳輸。乙ucTs設(shè)置為發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收 節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀后，等待CTS幀的時間，即
TwaitCTS=SIFS + TtrCTS (16)
其中，Tt^s為CTS幀的傳輸時間。
附圖1給出了釆用APCM機(jī)制時，網(wǎng)絡(luò)中多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)并行發(fā)起傳輸?shù)氖疽?圖。發(fā)送節(jié)點(diǎn)A、 D和E分別釆用收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率Pw"、 P。^和Pd"" 向接收節(jié)點(diǎn)B、 D和F發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
附圖2給出了本發(fā)明的仿真結(jié)果。考慮在邊長為1000m的正方形仿真區(qū)域 中，隨機(jī)分布100個節(jié)點(diǎn)，并在這IOO個節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)建立30個發(fā)方和收方均不 相同的CBR流。發(fā)送節(jié)點(diǎn)以1Mbps的速率發(fā)送數(shù)據(jù)包，路由協(xié)議采用AODV。在 仿真中，通過改變seed值得到了 50種不同的隨機(jī)仿真場景，附圖2給出了這 50次隨機(jī)仿真的結(jié)果。由仿真結(jié)果可以看出，APCM在有效節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的同時 還能顯著提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。本發(fā)明申請書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有 技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的DCF協(xié)議節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)功率控制機(jī)制，所采用的步驟是步驟1發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)采用DCF協(xié)議中的RTS-CTS握手機(jī)制預(yù)約信道，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的RTS幀估算收方?jīng)Q定的最小數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率和最大CTS幀發(fā)送功率；步驟2接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的通信狀況，對收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀和CTS幀發(fā)送功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；步驟3接收節(jié)點(diǎn)以調(diào)整后的功率向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀，并將調(diào)整后的收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率告知發(fā)送節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)以該功率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送Da ta幀，同時，允許接收節(jié)點(diǎn)CTS幀傳輸范圍外的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)嘗試并行發(fā)起傳輸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的DCF協(xié)議節(jié)點(diǎn)自適應(yīng) 功率控制機(jī)制，其特征是(1) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送功率發(fā)送RTS幀，而接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答CTS幀的功 率及發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的功率由接收節(jié)點(diǎn)決定；(2) 接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)收/發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離和接收節(jié)點(diǎn)的最大沖突干擾范圍 確定最小數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率和最大CTS幀發(fā)送功率；(3) 允許接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的通信狀況，對收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率和 CTS幀發(fā)送功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較低時，接收節(jié) 點(diǎn)通過增大數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率提高了接收節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，同時通過增大CTS 幀的發(fā)送功率擴(kuò)大了 CTS幀的傳輸范圍，使更多發(fā)送節(jié)點(diǎn)能通過虛擬載波檢測 機(jī)制延遲發(fā)送，從而減少對該接收節(jié)點(diǎn)的干擾，反之，當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)幀的概率較高時，接收節(jié)點(diǎn)通過減小數(shù)據(jù)幀和CTS的發(fā)送功率降低節(jié)點(diǎn)的能耗，增大網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量；(4)在CTS幀中添加一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率字段，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到接收節(jié)點(diǎn)應(yīng) 答的CTS幀后，即可獲知數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率，并以此功率向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀;(5 )允許接收節(jié)點(diǎn)CTS幀傳輸范圍外的其余發(fā)送節(jié)點(diǎn)嘗試并行發(fā)起傳輸， 從而提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)功率控制機(jī)制。本發(fā)明首先詳細(xì)分析了載波檢測無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的沖突干擾問題，然后在IEEE 802.11 DCF協(xié)議的框架內(nèi)提出了一種適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)功率控制機(jī)制。該機(jī)制能根據(jù)各個接收節(jié)點(diǎn)的通信狀況，自適應(yīng)的調(diào)整接收節(jié)點(diǎn)的CTS幀發(fā)送功率和收方?jīng)Q定的數(shù)據(jù)幀發(fā)送功率。無線網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境GloMoSim中的仿真實(shí)驗證明，該機(jī)制不僅能有效節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間，還能同時增大網(wǎng)絡(luò)的頻率空間復(fù)用度，提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量。
文檔編號H04W52/02GK101466133SQ200910028119
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者許宗澤, 磊 雷 申請人:南京航空航天大學(xué)