Ad hoc網(wǎng)絡(luò )空分復用問(wèn)題與應對方法研究

ssN10093044And Technology電腦知識與技術(shù)http://www.dnzs.net.cnVol3, No 9 September 2008, pp 1931-1932Tel+86-551-56909635690964Ad hoc網(wǎng)絡(luò )空分復用問(wèn)題與應對方法研究張鳳苛(武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院湖北武漢430081)摘要:針對 Ad hoc網(wǎng)絡(luò )中的通信沖突和能源受限問(wèn)題,描逑空間干擾的成因和空間復用率的大小,并分析如何設重發(fā)送功率將信號換收功率控制在合適區間,以實(shí)現空分復用優(yōu)化。通過(guò)NS-2下的仿真實(shí)驗,分析了該方法的有效性。關(guān)鍵詞:空分復用;移動(dòng)自組網(wǎng);拓撲控制中圖分類(lèi)號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-304420083)27-1931-02The Study on the Problems and Measures for Spatial Reuse in MANETZHANG Fengke(Wuhan University of Science and Technology School of Information Science and Engineering, Wuhan 430081, China)Abstract: Aiming at the problem of collision and energy limitation in MANET, described the cause of interference and the spatial reusefactor, then analysed how to set transmit power to keep the reception power in the appropriate bound for spatial reuse optimization. Byemulation in NS-2, the availability of the method was studiedKey words: spatial reuse; MANET; topology control在 Ad hoc網(wǎng)絡(luò )中,節點(diǎn)共享無(wú)線(xiàn)信道且分布式獨立運行,節點(diǎn)間的通信沖突可能頻繁發(fā)生,會(huì )影響空間的有效利用,此外各節點(diǎn)攜帶能量有限,不必要的能耗會(huì )對網(wǎng)絡(luò )壽命產(chǎn)生負面影響。針對這些問(wèn)題,本文研究通信干擾的成因與實(shí)現最佳空分復用的條件探討在拓撲控制技術(shù)等方面,可以采用的優(yōu)化方法。1通信干擾與空分復用狀態(tài)分析L1傳輸范圍與接收功率的關(guān)系電波在無(wú)線(xiàn)信道中傳播,在距離上存在信號能量的衰減,一般采用雙線(xiàn)地面(Two- Ray ground)傳播模型叫來(lái)描述信道衰落特性。其中,接收信號總強度由直射信號和反射信號疊加形成信號接收功率用式1表示。式中P-發(fā)送功率P-接收功率G-發(fā)送天線(xiàn)增益,G-接收天線(xiàn)增益,d-傳輸距離,h-發(fā)送天線(xiàn)高度,h-接收天線(xiàn)高度Pr=PGro, h2n?從式1看出當P固定時(shí)P,與d成反比,說(shuō)明節點(diǎn)間不顯著(zhù)的距離變化都會(huì )帶來(lái)P的顯著(zhù)變化,從而影響通信效果。12傳輸范圍與通信干擾的關(guān)系IEEE80211四中的 RTS/CTS機制能在一定程度上克服隱藏終端和暴露終端問(wèn)題但 MANET節點(diǎn)可自由移動(dòng)新進(jìn)入兩個(gè)節點(diǎn)的通信范圍內的其它節點(diǎn)對之前的 RTS/CTS交互不知情誤認為其周?chē)鷽](méi)有通信進(jìn)行,可能會(huì )發(fā)送數據而引起通信沖突,形成節點(diǎn)動(dòng)態(tài)移動(dòng)過(guò)程中隨機出現的隱藏終端問(wèn)題和暴露終端問(wèn)題。依據式1,針對一定的P,令P等于正確接收數據包所需最小功率RXThresh時(shí),得到對應的通信半徑為R,代表沒(méi)有干擾時(shí)能夠正確接收數據包的最大通信半徑考慮信道存在干擾的情況設通信在節點(diǎn)A,B間進(jìn)行,干擾節點(diǎn)C的發(fā)送功率為P,P是A收到的來(lái)自C的干擾信號功率,各天線(xiàn)的增益和高度均相同,信噪比閾值為 SNR THRESH,AC距離為r,AB距離為d結合式1得到,要想正確接收數據包,信噪比SNR應滿(mǎn)足式2SNRB/R=P/R 2SNRTHRES假設PP,推得mREH,令l= SNR_THRESH.d為干擾信號的臨界半徑,在該半徑之外的其它節點(diǎn)都不會(huì )對A生干擾。若給定d則r也固定,而節點(diǎn)采用不同的P,就對應有不同的R,根據r和R之間的關(guān)系,得到如圖I的兩種情況。其中圖1(a)對應隱藏終端問(wèn)題,通信信號半徑R<,在兩個(gè)虛線(xiàn)圓范圍之內、兩個(gè)實(shí)線(xiàn)圓范圍之外的節點(diǎn)都可能對AB間的正常通信產(chǎn)生影響;圖1(b)對應暴露終端問(wèn)題,通信信號半徑Ra>r,在兩個(gè)實(shí)線(xiàn)圓范圍之內、兩個(gè)虛線(xiàn)圓范圍之外的節點(diǎn)被AB間的通信信號覆蓋但也不會(huì )對A、B間的通信產(chǎn)生影響。13最佳空分復用狀態(tài)0r a1的部分曲線(xiàn)對應隱藏終端問(wèn)題,SRI<1的部分曲線(xiàn)對應暴露終端問(wèn)題。2基于拓撲控制的空分復用優(yōu)化2021拓撲控制的作用拓撲控制是協(xié)調節點(diǎn)傳輸范圍決策的一種技術(shù),目的是產(chǎn)生一個(gè)具有理想特性的網(wǎng)絡(luò ),以減少節點(diǎn)能消并且增加網(wǎng)絡(luò )容量。采用自適應功率調節方法實(shí)現拓撲控制具有以下優(yōu)點(diǎn):當通信距離減小時(shí),可通告對方及自己降低P以減小傳輸范圍,達到節能05并減小對其它節點(diǎn)干擾的日的;當通信距離增大時(shí),通告對方及03040.091.0自己適當增大P以增大傳輸范圍,保持足夠的信號強度,維持通信連接的穩定。圖2SRI隨d/R支化曲線(xiàn)22基于功率調節的拓撲控制實(shí)現考慮無(wú)線(xiàn)信道衰落效應,各數據包的P值隨機變化,因此在實(shí)際情況中難以準確的調控P,使P=Pop,此外一般P≠P,當PP,時(shí),干擾信號較強,無(wú)暴露終端問(wèn)題,有隱藏終端問(wèn)題,通信可能受到干擾?？尚械姆桨甘峭ㄟ^(guò)調整P將P限定在合適區間以實(shí)現較好的空分復用,由式2,當P=kP時(shí)(k0為實(shí)數)最佳接收功率Pop=10k* RXThresh,故設置最優(yōu)接收功率區間如式4B eJ10kx RXTaresh, 10RXTresh]0