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一种基于多信道分簇结构Ad Hoc网络的簇间中继实现方案

时间:05-25 来源:互联网 点击:

,并等待主控/簇头在BEACON帧中广播时隙分配表,适合实时的长数据包传输。

本系统模型的优点在于可根据业务需求灵活变化。因为每一复帧内CFP时段开始时间由主控/簇头控制并在BEACON帧中广播,当网内节点数较多,需要传输的数据业务量大时,可以适当缩短CP时段长度,在CFP时段多安排几对通信节点;当网络拓扑变化大,需要大量的控制帧管理更新时,可以适当延长CP时段长度,减少数据传输。此外,当主控/簇头在分配时隙时,会根据业务类型的重要性、节点权值等信息进行判断,并且在将时隙分配出去后,仍对信道保持监听,如果连续若干个复帧内,某个被分配的时隙段都没有数据传输,主控/簇头将收回该时隙段重做安排。通过上述方式,可大大提高信道利用率,保证通信质量。

4簇间中继实现方案

对于分簇结构的Ad Hoc网络,节点之间的通信可以分为簇内通信和簇间通信。对于簇内通信,节点可以通过HELLO帧获得本地路由表直接通信。

在本方案中,簇间通信不再依赖于某一节点,而是根据自身的路由信息找到最佳路径。由于每个簇的数据信道频点不同,节点之间无法直接通信,需要切换信道或者借助中继节点才能实现连接。对于非实时业务,只需在发送时切换频点便可实现簇间通信,而实时业务的通信比较复杂,具体分为以下3种情况:(1)节点之间为邻居节点,可以直达;(2)节点之间为两跳路由,需要一个同簇中继节点转发;(3)节点之间为两跳路由,中继节点与收发双方均不同簇。至于更复杂的情况,会导致时延过长,且跨越多个簇,网络情况难以预测,可以参考文献[810],借助簇头甚至主控节点发射功率大、辐射范围广的特点减小簇间跳数实现通信,本文不再赘述。

4.1簇间一跳节点通信方案

当簇间一跳节点如图1中a1、b1所示,通信双方在彼此的功率辐射范围内,节点能在CCC信道上收到对方广播的HELLO帧,并知道对方所在的簇号以及数据信道的频点,此时与簇内通信情况大致相同,具体通信流程如图2所示。

  

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节点a1先在CCC信道CP时段向b1发送簇间时隙申请帧,该帧中包括了目的节点ID号、要发送的数据帧长度等信息,由于所有节点都在CCC信道上监听,可以有效避免碰撞。b1收到后得知不同簇的节点a1要向自己发送实时业务,即替a1向簇头B申请DCHB信道CFP时隙段。簇头B收到簇间时隙申请之后,不同于一般的簇内时隙申请帧会得到一对时隙,簇间一跳通信只需要一个时隙,并在下一复帧开始通过BEACON帧广播。节点b1收到DCH_BEACON帧后记录下a1被分配的时隙段,并通过簇间时隙回应帧告知a1。与此同时,为了减小簇间通信时延,a1在向b1发送簇间时隙申请帧之后,将发送信道立即切换到DCHA上,替b1向本簇簇头A申请DCHA信道一个CFP时隙。

4.2簇间两跳节点通信方案

当收发双方在两跳范围内,通过自己周围邻居节点广播的HELLO帧中一跳节点表能找到对方,即在本地的二级邻居节点表中找到目的节点,则将该一级邻居节点作为中继节点;如果存在多个一级邻居节点能到达的节点,那么将根据信道状态、剩余电量、移动性等评估节点权值,综合选出最适合的节点作为中继节点。此时又分为两种情况:

(1)中继节点与其中一个节点同簇

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如图1所示,当b2想与c4通信并选择c3作为中继节点时,通信流程如图3所示。图3簇间两跳节点通信流程图(中继节点与其中一者同簇)首先,b2在本地路由表中找到最适合中继的节点c3后,会先替候选c3向本簇簇头B申请1个簇间时隙,收到B分配的时隙后,b2以高优先级发送中继请求帧,告知c3为候选节点,中继转发与c4的通信,并附带已申请的簇内CFP时隙和要发送的数据长度;c3随后向c4发送簇间时隙申请帧,并告知源节点是b2,自己是中继一跳节点;c4收到后向簇头C发送簇间申请帧,替自己和b2、c3一共申请3个时隙,簇头C广播回应后,簇内节点c3、c4会解析出被分配的时隙段,c3也会记录下b2被分配的时隙段,通过中继确认帧告知,并将自己的节点属性改为中继节点(发送优先级更高)。当b2收到c3的中继回应帧表明簇间中继请求成功,b2、c3、c4只需要在被分配的时隙选择对方的信道发送数据帧即可。

(2)中继节点与两个节点均不同簇

如图1中,c1要与d1建立通信,与(1)大致相同,只不过中继节点e1需要替c1、d1向簇头E申请两个时隙,通信节点c1和d1要分别替e1申请一个时隙。限于篇幅不再详述。

值得一提的是,本文提出的基于分簇结构的多信道混合接入协议,会对分配后的时隙实时监控,监听已分配的时隙段是否有数据传输,如果连续多个复帧都没有使用则将时隙收回。

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