陶建軍，黃 勤，胡 飛，王�；�，楊海芬
（1.西南通信研究所，四川 成都 610041；2.電子科技大學(xué)，四川 成都 611731）
0 引言
移動自組網(wǎng)（Mobile Ad-hoc NETworks，MANETs）是一種不依賴于固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線、多跳、自組織的移動通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點具有數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送的功能，能夠在任何時間、任何地點被快速地組建起來。移動自組網(wǎng)具有諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在沒有條件架設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的場景中[1-3]。
移動自組織網(wǎng)絡(luò)的信道接入方式主要有競爭類介質(zhì)訪問控制層（Media Access Control，MAC）協(xié)議、分配類MAC 協(xié)議和混合類MAC 協(xié)議。競爭類協(xié)議主要有載波偵聽多址訪問/沖突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid，CSMA/CA）協(xié)議等，其特點是通過競爭的方式獲取信道；分配類協(xié)議主要有碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、頻分多址（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）和時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）3 類，其特點是信道資源固定分配給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。目前移動自組網(wǎng)的廣播協(xié)議中，以競爭類協(xié)議為主，基于CSMA 協(xié)議的廣播通信方案按照其發(fā)送機制可以分為基于簡單泛洪的廣播方案[4-5]、基于概率轉(zhuǎn)發(fā)的廣播方案[6-7]和基于可靠轉(zhuǎn)發(fā)的廣播方案[8-9]3 種。
在簡單泛洪方案中每個節(jié)點都向自己的鄰居節(jié)點廣播，由于無線傳輸在空間上具有廣播特性，一個空間區(qū)域可能同時受到多個移動節(jié)點的無線信號覆蓋，所以簡單的泛洪可能引發(fā)廣播風(fēng)暴，產(chǎn)生大量冗余廣播、信道競爭和傳輸碰撞[10]。在基于概率轉(zhuǎn)發(fā)方法的廣播方案中，每個節(jié)點以某種概率向自己的鄰居節(jié)點廣播，只有部分節(jié)點隨機地參與廣播數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)約了帶寬，減少了沖突�；诳煽哭D(zhuǎn)發(fā)的廣播方案中，節(jié)點通過鄰居信息判斷出下一跳節(jié)點，并賦予轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限，只有獲得轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限的節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)過程。
盡管基于概率轉(zhuǎn)發(fā)和基于可靠轉(zhuǎn)發(fā)的廣播方案中通過算法一定程度上減少了冗余數(shù)據(jù)的傳輸，但在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點競爭失敗的概率依然會隨著網(wǎng)絡(luò)負載的增加而增大，尤其是在復(fù)雜信道環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)的性能下降愈加明顯。文獻[11]提出空間復(fù)用時分多址（Self-Organizing Time Division Multiple Access，STDMA）技術(shù)，可以在有效解決鏈式網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點競爭的同時，有效解決傳統(tǒng)TDMA效率低下的問題，但是在節(jié)點隨機分布的網(wǎng)絡(luò)中，其時隙分配復(fù)雜且低效。協(xié)同通信技術(shù)可以利用空間分集改善網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，文獻[12-13]基于糾錯編碼和相位抖動提出一種自主協(xié)同通信方案，可以在解決信道資源搶占的同時利用空間分集帶來的傳輸增益。最常見的協(xié)同通信方法有分布式空時編碼（Distributed Space Time Coding，D-STC）[14]和分布式波束成形（Direct Copper Bond，D-CB）[15-17]。然而協(xié)同技術(shù)需要大量節(jié)點間的協(xié)調(diào)，分布式波束成形技術(shù)需要節(jié)點知道協(xié)同發(fā)送的發(fā)射節(jié)點數(shù)量，并且需要所有的發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點知道信道信息。在動態(tài)拓撲的網(wǎng)絡(luò)中，頻繁更新節(jié)點間的協(xié)調(diào)信息，這些限制了協(xié)同通信技術(shù)在無線自組網(wǎng)中的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲變化的情況下如何協(xié)調(diào)節(jié)點是研究者需要解決的問題。
本文針對移動自組網(wǎng)場景，提出了一種基于協(xié)同通信的廣播網(wǎng)絡(luò)方案，充分利用基于競爭類協(xié)議在低負載下的傳輸優(yōu)勢傳輸競爭報文，利用動態(tài)時隙分配使節(jié)點能夠進行協(xié)同通信，同時利用協(xié)同通信帶來的傳輸優(yōu)勢完成數(shù)據(jù)廣播。仿真實驗結(jié)果表明，相較于基于競爭類協(xié)議的廣播算法，本文方案在控制開銷、負載能力、數(shù)據(jù)投遞率及魯棒性方面有顯著提高。
1 研究背景
1.1 STDMA 技術(shù)
在移動自組網(wǎng)中，MAC 層采用信道資源固定分配的方式可以有效避免信道資源的搶占，典型的是TDMA 技術(shù)，其基本思想是將時間分割成幀，再將幀分為若干時隙，給每個節(jié)點分配獨一無二的時隙。TDMA 接入技術(shù)從根本上解決了信道沖突問題，但這種時隙分配方式使得網(wǎng)絡(luò)在單個時隙內(nèi)只有一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，極大地浪費了信道資源，因此一般應(yīng)用在無法對信道占用做出及時判斷的遠距離組網(wǎng)中，例如航空自組網(wǎng)。
STDMA 由傳統(tǒng)TDMA 改進而來，能夠?qū)⑼粫r隙按照不同空間位置分配給不同的節(jié)點，其核心是時隙分配算法。在節(jié)點隨機分布的網(wǎng)絡(luò)中，文獻[18]將時隙分配抽象為圖染色問題，并通過貪婪算法和遺傳算法對其進行優(yōu)化。而在鏈式網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點間距在3 跳及以上時，則兩節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸可以看作互不干擾，因此本文將3 個時隙作為一個循環(huán)，將相同的時隙號分配給間距3 跳的節(jié)點以保證節(jié)點間不會相互干擾。
定義：存在B個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，標記節(jié)點集合V=(v0,v1,…,vB-1)，vi和vj分別表示節(jié)點i和節(jié)點j，0 ≤i,j≤B-1，v0表示源節(jié)點，T(vi)表示節(jié)點vi時隙。STDMA 時隙分配算法描述如下：
（1）網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點同步，時隙計數(shù)m初始化為0，隨時隙增長。源節(jié)點分配時隙T(v0)為0，并準備發(fā)送包含自身時隙T(v0)的時隙分配報文。
（2）定義節(jié)點vi自身時隙T(vi)與m%3（%為取余）相等時為此節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送時隙。節(jié)點若已分配時隙，在數(shù)據(jù)發(fā)送時隙發(fā)送時隙分配報文。若節(jié)點未分配時隙，則等待時隙分配報文的到來。
（3）若節(jié)點vi首次接收到來自上一跳節(jié)點vj的時隙分配報文，則根據(jù)報文中的時隙信息分配自己的時隙，否則丟棄報文。具體算法為：
重復(fù)步驟（2），進行下一跳的時隙分配。
網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點完成時隙分配算法后，數(shù)據(jù)傳輸過程如圖1 所示，即網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后，在滿足發(fā)送條件的時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)包。在時隙計數(shù)為3 時，網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點和節(jié)點3 可以同時發(fā)送數(shù)據(jù)包而不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。STDMA 技術(shù)通過空間復(fù)用的方式，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，降低傳輸延時。
圖1 數(shù)據(jù)傳輸過程
1.2 自主協(xié)同通信技術(shù)
自主協(xié)同通信技術(shù)是一種需要較少節(jié)點間協(xié)調(diào)的通信方案，方案中假設(shè)有N個發(fā)射節(jié)點協(xié)同發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)射節(jié)點將源數(shù)據(jù)進行分組，訓(xùn)練序列生成器給每個發(fā)射分組插入相同的訓(xùn)練序列，發(fā)射節(jié)點獨立地對符號進行相位旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)值對于每組都是恒定的，因此在同一組中，復(fù)合信道的唯一變化是由信道傳播因素所導(dǎo)致的。接收端收到從協(xié)同發(fā)射節(jié)點發(fā)出的經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)后的復(fù)合信號，通過訓(xùn)練序列估計信道響應(yīng)并進行解碼。假設(shè)整個過程只考慮發(fā)送和接收信號的等效基帶模型，發(fā)射節(jié)點發(fā)送具有單位能量的符號分組s[k]。對于發(fā)射節(jié)點n，產(chǎn)生的隨機相位和幅值分別為P[n,k]和A[n,k]，將公共符號s[k]乘以相位P[n,k]和幅值A(chǔ)[n,k]，得到傳輸符號為：
考慮在無記憶信道下引入附加增益G[n]和相位F[n]，則接收端收到N個協(xié)同發(fā)射機發(fā)射的復(fù)合數(shù)據(jù)z[k]為：
其中，噪聲樣本φ[k]獨立于發(fā)送符號和協(xié)同發(fā)射機的數(shù)量，則公式（3）可以表示為：
式中：C[k]和Q[k]分別是每個獨立信道所施加的復(fù)合增益和相位。在考慮AWGN 信道中僅有兩個協(xié)同發(fā)射節(jié)點的情況下，式（3）可以寫為：
相位序列P[1,k]和P[2,k]利用信道估計得知，即接收機知道復(fù)合相位Q[k]，并對接收信號進行反旋轉(zhuǎn)，得到z[k]為：
如此，接收端即可進行譯碼。自主協(xié)同通信方案中協(xié)同節(jié)點只需保持TDMA 時間同步，利用相位抖動和現(xiàn)代前向糾錯碼即可實現(xiàn)協(xié)作通信，這使得節(jié)點間無須使用額外的沖突避免協(xié)議，在減少傳輸開銷的同時，增強了傳輸?shù)目煽啃浴?/P>
2 方案設(shè)計
在移動自組網(wǎng)的廣播方案中，數(shù)據(jù)鏈路層往往采用CSMA 協(xié)議來避免信道的沖突，但是隨著網(wǎng)絡(luò)負載的增加，網(wǎng)絡(luò)中會產(chǎn)生大量的冗余報文，造成數(shù)據(jù)沖突，使得過多的網(wǎng)絡(luò)資源消耗在信道競爭與數(shù)據(jù)重傳上，復(fù)雜的信道環(huán)境進一步影響了數(shù)據(jù)包的投遞率，極大地限制了自組網(wǎng)廣播的效率。雖然一些方案通過限制節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)等方式一定程度降低了冗余報文與數(shù)據(jù)沖突的概率，但是這些方案往往需要增加控制開銷來維持網(wǎng)絡(luò)的拓撲關(guān)系，帶來的性能提升有限，而協(xié)同通信機制可以在有效解決信道資源搶占的同時充分利用空間分集帶來的傳輸增益。本文通過STDMA 動態(tài)時隙分配機制協(xié)調(diào)節(jié)點間的發(fā)射關(guān)系，將自主協(xié)同通信技術(shù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸上，并與采用CSMA 機制的廣播方案相結(jié)合，設(shè)計出基于協(xié)同通信的廣播算法。
整個廣播過程劃分為多個周期，如圖2 所示，每個周期分為競爭、時隙分配和數(shù)據(jù)傳輸3 個階段，其中競爭階段采用CSMA 機制，利用其在低負載下的傳輸優(yōu)勢傳輸少量競爭報文，分配廣播權(quán)限；時隙分配階段利用STDMA 時隙分配算法完成時隙的動態(tài)分配，使節(jié)點傳輸滿足自主協(xié)同通信；數(shù)據(jù)傳輸階段充分利用協(xié)同通信帶來的傳輸優(yōu)勢，完成數(shù)據(jù)的廣播。通過將3 個過程周期化，克服網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲帶來的影響。
圖2 廣播過程
方案中競爭階段分配固定的時間大小，時隙分配和數(shù)據(jù)傳輸階段分配M個時隙，而固定時間大小和時隙閾值M的設(shè)置應(yīng)考慮具體場景，對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密集、有較多廣播需求的場景，其固定時間大小應(yīng)適當(dāng)增加，以保證競爭報文的廣播；對于節(jié)點移動頻繁的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)設(shè)置較小的時隙閾值M，以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)拓撲的變換。
競爭階段需要完成節(jié)點初始化與廣播權(quán)限的分配，流程如圖3 所示，具體步驟如下文所述。
圖3 競爭階段流程
定義：VB表示廣播競爭節(jié)點集合，VW為普通節(jié)點集合，vS為廣播節(jié)點。初始條件為vS∈V，且VB∪VW=V，VB∩VW=∅。
（1）若節(jié)點vi已初始化，進入步驟（2）；否則，節(jié)點初始化參數(shù)a(vi)為1，用于產(chǎn)生競爭隨機值。
（2）有廣播需求的節(jié)點vi加入集合VB，產(chǎn)生隨機值δ(vi)∈[0,a(vi)]，作為競爭條件，其余節(jié)點作為普通節(jié)點，加入集合VW。
（3）廣播競爭節(jié)點在競爭階段采用洪泛協(xié)議廣播競爭報文（Control Packet Transmission，CPT）δtx(vi)，其中δtx(vi)表示發(fā)送節(jié)點vi產(chǎn)生的隨機值δ(vi)。
（4）節(jié)點vj首次接收到CPT，取得δtx(vi)并進行報文轉(zhuǎn)發(fā)。若vj∈VB，且δ(vj)小于δtx(vi)，則節(jié)點vj本周期競爭失敗，更新參數(shù)a(vj)=1-δ(vj)，加入普通節(jié)點集合VW。
（5）對于節(jié)點vi∈VB，且競爭階段結(jié)束時δ(vi)一直屬于最小值，則節(jié)點vi取得廣播權(quán)限，在本周期中成為廣播節(jié)點vS。
（6）進入控制報文階段。
如圖4 所示為控制報文與數(shù)據(jù)傳輸階段流程。在控制報文階段，通過控制報文完成網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點時隙的分配；在數(shù)據(jù)傳輸階段，通過自主協(xié)同通信算法每個節(jié)點按照已分配好的時隙進行數(shù)據(jù)傳輸。具體步驟如下文所述。
圖4 控制報文階段與數(shù)據(jù)傳輸階段流程
控制報文階段：
（1）節(jié)點初始化參數(shù)時隙閾值M，參數(shù)時隙計數(shù)m為0，隨時隙增長。廣播節(jié)點vS定義自身時隙T(vS)為0。發(fā)送包含時隙的控制報文，進入數(shù)據(jù)傳輸階段。普通節(jié)點則等待時隙分配。
（2）若節(jié)點首次接收到時隙分配報文，則根據(jù)接收到控制報文中的時隙信息分配自己的時隙。
（3）若節(jié)點在自身分配時隙后再次收到時隙分配報文，丟棄報文并將自身節(jié)點種類從普通節(jié)點變更為中繼節(jié)點；否則，自身節(jié)點種類從普通節(jié)點變更為邊界節(jié)點。
（4）進入數(shù)據(jù)傳輸階段。
數(shù)據(jù)傳輸階段：
（1）廣播節(jié)點vS準備發(fā)送數(shù)據(jù)包，在節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送時隙進行數(shù)據(jù)包廣播。
（2）若節(jié)點為中繼節(jié)點，并且是首次接收到此數(shù)據(jù)包，則在數(shù)據(jù)發(fā)送時隙協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，若接收到重復(fù)的數(shù)據(jù)包，則丟棄。
（3）若節(jié)點為邊界節(jié)點，則節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)包后，不進行任何轉(zhuǎn)發(fā)。
（4）若時隙計數(shù)m小于時隙閾值M，則重復(fù)步驟（1）、（2）、（3）；若時隙計數(shù)m大于等于M，進入步驟（5）。
（5）節(jié)點種類變更為普通節(jié)點，時隙計數(shù)清零，各節(jié)點時隙清除，進入競爭階段。
圖5 給出了時隙分配與數(shù)據(jù)傳輸示例。如圖所示，節(jié)點vS獲得廣播權(quán)限后，進入時隙分配階段，T(vS)和時隙計數(shù)m初始化為0。此時，vS滿足發(fā)送條件，發(fā)送包含自身時隙T(vS)的時隙分配報文。由于無線信道的特性，距離源節(jié)點一跳的鄰居節(jié)點都會收到包含廣播節(jié)點時隙信息的報文。源節(jié)點vS的鄰居節(jié)點讀取報文中時隙信息T(vS)，按式（1）分配時隙為1，并等待發(fā)送時隙的到來。
圖5 時隙分配與數(shù)據(jù)傳輸示例
隨著時隙計數(shù)m的增長，廣播節(jié)點開始發(fā)送數(shù)據(jù)報文，此時網(wǎng)絡(luò)中可能存在正在進行時隙分配過程的節(jié)點，但是與廣播節(jié)點至少有3 跳距離，并不會對數(shù)據(jù)發(fā)送產(chǎn)生影響，這也是STDMA 空間復(fù)用帶來的傳輸優(yōu)勢。當(dāng)一跳節(jié)點收到數(shù)據(jù)包時，等待發(fā)送時隙進行轉(zhuǎn)發(fā)。到達發(fā)送時隙時，動態(tài)時隙分配機制使得所有一跳節(jié)點滿足自主協(xié)同通信的條件，能夠協(xié)同地將數(shù)據(jù)包發(fā)送至兩跳節(jié)點，廣播節(jié)點同樣會收到來自一跳節(jié)點的數(shù)據(jù)包，因為是已經(jīng)發(fā)送過的數(shù)據(jù)包，對比后丟棄。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重復(fù)這個過程，完成數(shù)據(jù)廣播過程。當(dāng)時隙計數(shù)m與時隙閾值M相等時，時隙計數(shù)m清零，節(jié)點時隙清除，進入下一個廣播周期。
3 性能仿真及結(jié)果分析
本文采用NS-2 離散網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對提出的協(xié)同廣播方案進行仿真，并與采用洪泛協(xié)議、北美國家廣播（North Country Public Radio，NCPR）協(xié)議和邏輯塊尋址（Logical Block Addressing，LBA）協(xié)議的廣播網(wǎng)絡(luò)在不同節(jié)點密度、網(wǎng)絡(luò)負載以及移動速度下的網(wǎng)絡(luò)性能進行對比，節(jié)點移動采用隨機移動模型，詳細的仿真參數(shù)如表1 所示。
表1 默認仿真參數(shù)
圖6 仿真了不同任務(wù)負載下不同廣播協(xié)議的分組傳輸開銷�？梢钥闯�，洪泛協(xié)議的分組傳輸開銷隨著任務(wù)負載的增加而增加，當(dāng)任務(wù)負載大于30 packet/s 時，傳輸開銷明顯增加，這是因為洪泛過程中會產(chǎn)生大量的冗余分組，造成了大量的沖突，增加了網(wǎng)絡(luò)的傳輸開銷�；诟怕兽D(zhuǎn)發(fā)的NCPR 和基于可靠轉(zhuǎn)發(fā)的LBA 協(xié)議通過減少節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，一定程度上限制了冗余報文，降低了傳輸開銷，但當(dāng)任務(wù)負載達到50 packet/s 時，傳輸開銷也有了明顯漲幅，說明網(wǎng)絡(luò)中的信道競爭開始出現(xiàn)。在基于協(xié)同通信的廣播中，節(jié)點間按照分配好的時隙對數(shù)據(jù)包只進行一次轉(zhuǎn)發(fā)，大幅度降低了分組傳輸?shù)?開銷。
不同任務(wù)負載對于投遞率的影響如圖7 所示。由于協(xié)同通信可以在避免信道資源搶占的同時充分利用空間分集帶來的傳輸增益，所以網(wǎng)絡(luò)投遞率一直處于較高水平。NCPR 和LBA 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)投遞率相較于協(xié)同通信廣播下降了2.0%～6.3%。 展示了不同移動速度對廣播控制開銷的影響。實驗結(jié)果表明，移動速度對LBA 和NCPR 的控制開銷有明顯影響，隨著節(jié)點移動速度的增加，網(wǎng)絡(luò)拓撲變化加快，鏈路的穩(wěn)定性下降，NCPR 和LBA 協(xié)議需要更多的控制開銷來維護網(wǎng)絡(luò)的拓撲，以保證數(shù)據(jù)的傳輸。基于協(xié)同通信的廣播網(wǎng)絡(luò)由于是周期性更新網(wǎng)絡(luò)，只在競爭階段和時隙分配階段產(chǎn)生控制開銷，所以控制開銷受節(jié)點移動的影響不大。
圖9 給出了不同移動速度對分組投遞率的影響�？梢钥闯觯袕V播方案的性能都隨著節(jié)點移動速度的增大而降低。洪泛協(xié)議由于每個節(jié)點都參與廣播，因此投遞率相較于其他3 個廣播協(xié)議仍處于較高水平。協(xié)同通信的廣播由于節(jié)點間的協(xié)同帶來的優(yōu)勢，在低移動速度下有較高投遞率，但隨著節(jié)點移動速度增加，網(wǎng)絡(luò)拓撲變化破壞了時隙分配，節(jié)點間會出現(xiàn)一定沖突，導(dǎo)致投遞率下降。而LBA與NCPR 這種需要維護鄰居信息的廣播協(xié)議，節(jié)點的移動使得網(wǎng)絡(luò)的投遞率大幅降低。
圖9 移動速度對投遞率的影響
在節(jié)點數(shù)量低于150 時，隨著節(jié)點數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)包投遞率均有了一定的提升，除洪泛協(xié)議外的3 種協(xié)議平均時延均有一定的下降。節(jié)點數(shù)量高于150 時，隨著節(jié)點數(shù)量的提升，基于協(xié)同通信的廣播網(wǎng)絡(luò)投遞率和平均延時趨于穩(wěn)定，其他3 種協(xié)議投遞率逐漸下降，平均延時出現(xiàn)明顯增加。這主要是因為在節(jié)點稀疏的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，節(jié)點數(shù)量的上升使得網(wǎng)絡(luò)的連通性增加，提升了網(wǎng)絡(luò)投遞率。對于協(xié)同廣播網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的平均延時主要取決于時隙的大小和傳輸時隙的數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)連通性增加使得網(wǎng)絡(luò)的平均傳輸時隙降低，也進一步降低了端到端平均延時。對于NCPR 和LBA 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)連通性增加使得網(wǎng)絡(luò)的開銷進一步減小，這使得廣播方案的運行更加有效，降低了端到端平均延時。但在節(jié)點密集的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，持續(xù)增加的節(jié)點使得網(wǎng)絡(luò)變得更加擁擠，采用CSMA 競爭協(xié)議的廣播方案會加劇信道的競爭和沖突，增加重傳的概率，導(dǎo)致平均時延的增加和數(shù)據(jù)包投遞率的下降。對于協(xié)同廣播網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點密度的增加帶來更多的傳輸增益，也進一步提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性，而網(wǎng)絡(luò)廣播所占用的平均時隙數(shù)量并沒有增加，這使得網(wǎng)絡(luò)能夠在較低平均時延下仍保持較高的傳輸投遞率。
4 結(jié)語
為了提高移動自組網(wǎng)的廣播性能，針對目前基于CSMA 競爭信道廣播協(xié)議存在的問題，本文將動態(tài)時隙分配技術(shù)與協(xié)同通信算法相結(jié)合，提出了一種基于協(xié)同通信的廣播方案。該方案分為競爭階段、時隙分配階段以及數(shù)據(jù)傳輸階段。利用基于CSMA競爭信道的廣播協(xié)議在低負載下的傳輸優(yōu)勢進行廣播權(quán)限競爭，利用時隙分配和協(xié)同通信帶來的傳輸優(yōu)勢，完成數(shù)據(jù)的廣播，并通過將3 個過程周期化，克服了網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲帶來的影響。仿真結(jié)果表明，基于協(xié)同通信的廣播方案在傳輸開銷、投遞率和平均延時方面都優(yōu)于NCPR 和LBA 廣播協(xié)議。在節(jié)點數(shù)量較多或網(wǎng)絡(luò)負載較高時，基于協(xié)同通信的廣播方案不會產(chǎn)生大量的冗余傳輸及信道競爭，這使得該方案的網(wǎng)絡(luò)性能有更加明顯的優(yōu)勢。
