PCMA協議中的封閉問題研究范文

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《電子科技》2014年第五期

1DBTMA協議

DBTMA協議是一種基于雙信道加忙音信道的信道接入協議，其除了使用控制信道上的RTS/CTS分組外，還使用了兩個窄帶忙音來標識信道狀態。DBTMA協議的工作方式描述如下:當一個節點有數據要發送時，首先監聽信道上是否存在傳輸忙音(BTt)。若沒有，發送節點就會發送一個包含接收節點標識的RTS分組，并在發送RTS期間一直監聽傳輸忙音。若發送節點監聽到傳輸忙音，則即使收到了來自接收節點的CTS卻也要延遲發送。當接收節點接收RTS分組時，要監聽傳輸忙音來判斷是否有節點正在發送數據，如果檢測到當前沒有傳輸，則接收節點將響應CTS分組，并發送接收忙音(BTr)，否則將保持沉默。當發送節點接收到CTS后，其開始在數據信道上傳送數據并發送傳輸忙音。當發送和接收數據完畢后，則停止工作。在DBTMA協議中，采用了雙忙音機制可確保沒有數據分組的沖突，并徹底解決了隱藏終端和暴露終端的問題。同時，雙忙音機制還在一定程度上減少了封閉現象，這是因為在DBTMA協議中，一個節點是否被禁止傳輸的依據為其是否檢測到了忙音信號，而并非RTS/CTS控制信息。

2pcma協議分析

PCMA協議同樣將信道分為忙音信道和數據信道，但其根據收到的控制分組信號強度來限制隱藏終端和暴露終端的發射功率，將開關型的固定功率發射模型推廣為功率可變的發射模型。其工作方式如下:發射端首先向接收端發射RPTS幀來請求發射功率，接收端應答一個APTS幀，里面包含使接收端能成功接收分組的最小發射功率Pt_des。然后發射端發射數據幀，接收端在成功接收數據后應答一個ACK幀。同時每個活躍的接收機周期性地在忙音信道上廣播其能忍受的最大噪聲。這樣，潛在的發射機通過監聽忙音來決定自己的最大發射功率，即約束功率Pt_bound。隱藏終端收到控制信息時，并非不能向外發送分組，而需根據控制信息的強度來限制自己的發射功率。在PCMA協議中，如果一個節點有數據要發送，發射端會在一個門限時間內監聽忙音信道，通過測量忙音信道上的最大接收功率來確定其約束功率Pt_bound。即當這一節點以約束功率Pt_bound進行傳輸時，產生的干擾不會超過正在進行通信的節點的噪聲容忍門限。接收節點也會周期性地向其他節點廣播其能忍受的最大附加噪聲，以確保自身的數據傳輸。PCMA協議中存在的封閉情況比DBTMA協議更少，這是基于以下兩點原因:(1)節點發送控制分組和數據分組時，并不會用最大功率發送，而是在約束功率的范圍內，選擇一個能成功發送分組到目的節點的最小發送功率。尤其是在負載較高的網絡，Pt_bound可能被限制在一個較低的水準上。節點的發送功率縮小，使得節點發送分組的覆蓋范圍變小，即其覆蓋范圍內的節點總數減少。即在一對節點能夠成功通信的前提下，受到其影響的節點數目變少，而可能被封閉的節點數目也隨之減少。(2)偵聽到接收忙音BTr的節點并不會像在DBTMA協議中那樣簡單地禁止接入信道。當其傳輸功率Pt_des低于約束功率Pt_bound時，其是可以接入信道的。暴露發送終端通過測量，若認為不會影響接收方的接收質量，而在DBTMA協議中的封閉節點按照該協議的規定是可與發送節點同時發送數據的，其不再被封閉。PCMA協議以現已建立的數據傳輸的噪聲容忍限度作為約束，通過RPTS/APTS分組的交互，控制了源節點與目的節點控制分組和數據分組發送的功率，有效抑制了沖突范圍，減少了封閉現象，提高了網絡的空間復用率，從而顯著提高了系統的總容量，同時也降低了網絡的總功耗。

3改進型DBT－PCMA協議分析

將DBTMA協議中的雙忙音技術應用于現有的PCMA協議，可得到一種改進型的DBT－PCMA協議，其是基于以下傳輸假設的:(1)使用和PCMA協議相同的信道傳輸模型假設。(2)為避免多個忙音信號的重疊，DBT－PCMA協議采用了周期性的忙音脈沖。只有1%～2%的帶寬用來發射忙音就可達到最佳性能。這樣，本文假設由忙音信號引起的開銷可忽略不計。(3)假設無需由接收端返回APTS分組，發送節點就已知發送數據分組的傳輸功率值Pt_des。為確定Pt_des，發送節點必須掌握接收端和自身的距離信息。為幫助發端確定到達接收端的距離，已經提出了眾多位置可知的MAC協議，例如通過全球定位系統GPS來確定，也可通過先驗路由進行估計。DBT－PCMA協議的基本模型:(1)當節點處于空閑狀態時，其連續的偵聽接收忙音信道，以此來更新其傳輸約束功率。(2)當節點有數據要發送時，其首先偵聽發送忙音信道。若在發送忙音信道上有BTt存在，則意味著其他節點正在傳輸RPTS分組，發送節點就進入退避狀態以避免沖突。否則，該節點就檢測并計算自身的約束功率Pt_bound是否大于等于已知的Pt_des。若是，發送節點便以相同的功率Pt_bound在不同信道上分別傳輸發送忙音信號和RPTS分組。否則，該節點將進入退避狀態。(3)當接收節點收到RPTS分組時，其根據計算出的接收端忙音信號的傳輸功率，傳輸接收忙音信號作為對發送節點的回復，替代了PCMA協議中的APTS分組。(4)發送節點在傳輸RPTS分組之后持續偵聽接收忙音信道，當判定接收節點已收到RPTS分組時，發送節點停止發送傳輸忙音信號BTt，并以功率Pt_des發送數據分組。若經過一個時間段的偵聽，發送節點偵聽到的接收忙音信號功率不滿足上述條件，該節點則進入退避狀態，而當退避計數器減小到零時重新開始建立連接。(5)在數據分組的接收期間，接收節點基于測量的噪聲，不斷更新其接收忙音信號功率。該節點成功接收到數據分組后，停止發送接收忙音信號。在DBT－PCMA協議中，將DBTMA協議內的雙忙音技術應用于現有的PCMA協議中，對于減少封閉問題具有以下優點:(1)在PCMA協議中，控制分組RPTS/APTS分組并未有任何保護機制，可能會與其他的控制分組或數據分組發生沖突，導致連接建立失敗。而在DBT－PCMA協議中，發端在發送RPTS分組的同時，在忙音信道上也發送了忙音脈沖，告知其他節點當前的發送狀態，以避免沖突。且忙音信號的發送功率對其他節點也產生了傳輸功率限制，有效降低了沖突發生的可能性。(2)另外，PCMA協議中存在APTS分組的封閉問題。雖與IEEE802.11MAC協議及DBTMA協議相比，該協議更好地處理了封閉問題，可當兩個接收端距離較近時，其中一個節點將會因功率約束而被另一個節點回復的APTS分組封閉。而DBT－PCMA協議使用了DBTMA協議中的雙忙音技術，接收端用接收忙音脈沖作為對RPTS分組的回復，替代了PCMA協議中的APTS控制分組，不僅避免了APTS分組的沖突，且可較好地解決網絡負載較重時的APTS封閉問題。

4結束語

通過以上分析可知，本文提出的一種改進型DBT－PCMA協議采用了DBTMA協議中的雙忙音技術來解決PCMA協議中RPTS的沖突問題和APTS的封閉問題。接收端用接收忙音作為對RPTS的回復，替代了PCMA協議中的APTS控制分組，可以較好地解決網絡負載較重時的APTS封閉問題，從而大幅提高了系統的吞吐量。但因封閉現象對于網絡的空間復用率、系統的總容量以及網絡的總體功耗等方面均具有重要影響。因此，如何解決封閉問題，并提高系統的吞吐量是日后需改進協議的一個新的研究方向。

作者：王悅單位：西安文理學院物理與機械電子工程學院