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Ad Hoc网络由于其具有不需要基础设施、多跳、分布式控制、节点低能耗和移动性等特点,使得基于有线网络的协议和规范并不适合于Ad Hoc网络,因此必须重新设计新的协议来满足Ad Hoc网络的需要。
Ad Hoc网络中的MAC协议是分组在无线信道上发送和接收的直接控制者,而MAC层存在的隐藏终端和暴露终端问题使得网络的性能如吞吐量、容量、时延、公平性及功耗等方面受到巨大的影响。如何很好地解决这些问题,是Ad Hoc网络MAC协议研究中的一个重要目标。目前,已有许多学者提出了针对Ad Hoc网络的MAC协议,但这些协议通常都存在很多的限制,基本上都是采取折中的方法实现其目的。
本文首先明确了隐藏终端和暴露终端的定义及其影响。从解决隐藏和暴露终端问题的角度,归纳了现有的Ad Hoc网络中MAC协议解决隐藏和暴露终端问题的方法,并分析了其原理和优劣。然后提出了两种改进的并行MAC协议PCTS—MAC和Ⅰ—EMAC。
PCTS—MAC协议在控制帧中携带时间信息和功率容忍度信息,其中时间信息用于隐藏和暴露终端并行收发时获得与首发节点对的同步,而功率信息则使隐藏和暴露终端在功率控制下参与并行通信,从而减轻了并行通信给首发节点对的干扰。PCTS—MAC协议改进点在于功率控制普及到所有从发节点对,从而很好地保护了首发节点对的通信。
Ⅰ—EMAC协议是单信道下帧分段并行MAC协议,通过接收的RTS、CTS、Data和ACK帧来识别自己的身份,允许隐藏和暴露终端能随时参与并行通信。此外,最后一个数据分片一律留出一个分段阀值的时长来发送,使首发节点对的数据发送先完毕后,从发节点对仍然能继续发送自己的数据分片。Ⅰ—EMAC协议的改进在于采用多种帧进行身份识别,能适应节点的移动性,并消除了对从发节点包大小的限制。
这两种协议均能很好的解决隐藏和暴露终端问题,并使隐藏终端也参与并行通信。提高了网络的端到端吞吐量、减小了数据包发送时延、获得较好的公平性,与现有的单信道并行MAC协议相比,达到的并行程度非常可观。