无线Ad hoc网络一种最小化链路干扰的载波监听机制设计

如果接收节点r的干扰范围内的节点接入信道，便会造成r接收数据失败，产生丢包。从式(8)可以得到：干扰范围不是固定的，而是随传输距离的改变而改变。这一修正值，更为精确地描述了接收节点r的干扰范围，为接下来发送节点感知门限调整提供了重要依据。

2 最小链路干扰载波监听机制
在计算出精确的接收节点干扰范围之后，本节首先将计算在最小链路干扰条件下发送节点的感知范围和感知门限值。并据此提出相应的载波监听机制具体算法。
2．1 最小干扰的感知门限
为了确保发送节点s能够感知到节点Ni的发送，发送节点感知半径的取值范围为：

其对应最大的感知门限值CSmax-th。如果感知门限值小于CSmax-th，则发送节点s可以感知到此条链路上所有的干扰节点，从而保证数据包在接收节点处的正确接收；如果感知门限值大于CSmax-th，节点s将无法完全感知到所有的干扰节点，这样便导致链路中存在干扰，对接收节点来说影响数据的成功接收。
因此，最大的感知门限值CSmax-th根据感知门限与感知半径的关系，可以由如下公式计算得到：


这样，便得到发送节点s需要设置的感知门限大小。节点s在设置这一感知门限之后，能有效感知接收节点周围的所有干扰节点，从而达到最小化链路干扰的目的。
2．2 载波监听机制算法
本文利用RTS分组携带发送节点传输功率，利用CTS分组携带计算得到的感知门限，在数据传输之前进行链路信息交换；同时RTS-CTS机制取消NAV向量，其分组的交换只作为发送和接收节点之间的信息传递，不进行信道的预置和占用，周围节点在收到RTS-CTS分组后自动丢弃，发送节点是否发送数据，仍然通过感知门限和监听到的周围节点信号强度进行判断。
本文提出的最小化链路干扰的载波监听机制算法，由如下四步构成：
Step1：源节点携带发送功率Ps的RTS分组至目的节点；目的节点在接收到RTS分组后，取出发送功率Ps，并根据收到信号的功率Pr，计算得到发送节点到接收节点之间的距离d。
Step2：目的节点根据式(11)计算源节点的感知门限值CSmax-th，随后将这一感知门限值放入CTS分组，发送至源节点。
Step3：源节点在接收到CTS分组后，取出CSmax-th，并设置为自身的感知门限值。
Step4：源节点根据感知门限值和周围节点的信号强度决定是否进行传输。

3 仿真实验
本节将通过仿真实验对所提出机制的各项性能进行评估。本文将提出的最小化链路干扰的载波监听机制与IEEE 802．11 DCF机制相比较。实验模拟平台采用NS-2。在模拟实验中，默认传输范围是250m，初始的感知半径为450m，拓扑结构采用随机动态拓扑，100个节点随机分布在800×800m2的区域中。同时，最终数据为10次采集数据的平均值，且置信水平为95％，置信区间也在图中标出。
图2显示了两种机制在不同传输速率下的吞吐量变化情况。当传输速率约为25Mbps时，网络达到最大吞吐量。在随机拓扑中，本文提出的机制可以取得较好吞吐量，表示最小化链路干扰的载波监听机制的曲线位于图的最上端。

图3显示了两种机制在网络中随CBR数据流变化时的冲突概率。最下端的曲线为提出的机制，其表现出低冲突和低干扰的特性，链路中的冲突概率被大大降低，较低的冲突概率也必然导致网络吞吐量的提高。

图4显示在不同网络密度条件下，节点的吞吐量随着网络节点数的增加而增加，在网络密度较高，干扰程度增大的情况下，本文提出的载波监听机制能够有效降低链路的干扰，使网络保持较高的吞吐量。

本文提出的最小化链路干扰的载波监听机制基于更为实时的传输链路和干扰信息，实时调节干扰范围和感知范围，提高了网络节点对干扰的控制能力，使得网络中存在的冲突显著降低。同时，该机制能够很好地适应节点的移动性(仿真中最大移动速度5m／s)，在吞吐量和冲突概率两个指标上都具有显著的优势。

4 结束语
本文设计了一种最小化链路干扰的载波监听机制，通过对干扰半径的精确计算，进而对发送节点的感知门限进行合理设置，使得发送节点可以有效感知链路中的全部干扰节点，达到最小化链路干扰的目的。通过理论分析和实验模拟，都证明所提出的机制能够最小化链路中存在的干扰，减少数据包冲突概率，提高网络的吞吐量和性能。