一種多信道分配機(jī)制的研究

在多段無線mesh網(wǎng)絡(luò)中，段到端路徑應(yīng)充分利用所有可用的非重復(fù)通道，以某種方式實(shí)現(xiàn)空間復(fù)制率的最大化，并將同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)區(qū)域的最大值。單頻多通道多通道m(xù)ac協(xié)議可以在一定程度上解決無線mesh網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題。隨著無線應(yīng)用業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和用戶對(duì)高速率的要求，單個(gè)高頻收發(fā)器的多通道m(xù)ac協(xié)議需要頻繁更換信道和網(wǎng)絡(luò)同步?，F(xiàn)在，80211硬件設(shè)備的轉(zhuǎn)換時(shí)間從數(shù)百微秒到幾分鐘不等。頻繁的信號(hào)變換可以被認(rèn)為是有效路徑的延長(zhǎng)。轉(zhuǎn)換期間，路徑中的虛擬跳轉(zhuǎn)數(shù)可以用來表示為虛擬跳轉(zhuǎn)數(shù)。因此，與單個(gè)通道場(chǎng)景相比，多正交通道的使用可以顯著提高1段的總吞吐量，但它需要增加端到端的延遲。隨著無線射頻收發(fā)器硬件成本的降低和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,在1個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上裝備多個(gè)射頻收發(fā)器成為可能,多射頻Mesh網(wǎng)絡(luò)給MAC層協(xié)議的設(shè)計(jì)引進(jìn)了新的自由度,打破了常規(guī)單射頻無線設(shè)備的關(guān)鍵限制,有望成為未來無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中解決網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和適用性的關(guān)鍵組成部分.多信道MAC協(xié)議包括2方面的問題:接入控制和信道分配問題,其中需要重點(diǎn)研究的是信道分配的問題.Ramachandran等人提出了BFS-CA算法,該算法給所有路由器節(jié)點(diǎn)都設(shè)置1個(gè)相同的默認(rèn)射頻,網(wǎng)關(guān)充當(dāng)了信道分配服務(wù)器的角色,信道分配服務(wù)器首先根據(jù)信道等級(jí)選擇默認(rèn)射頻信道,然后根據(jù)多射頻沖突圖(multi-radioconflictgraph,MCG)多次執(zhí)行信道分配算法完成信道分配.Raniwala和Chiueh將網(wǎng)絡(luò)視為生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出一種基于Hyacinth結(jié)構(gòu)的信道分配算法D-HYA,信道分配通過鄰居-射頻綁定和射頻-信道綁定2個(gè)階段實(shí)現(xiàn).Subramanian等人將信道分配問題轉(zhuǎn)化為對(duì)沖突圖的點(diǎn)著色問題.集中式的算法要求網(wǎng)絡(luò)中有1個(gè)中心控制節(jié)點(diǎn)存在并用來協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的信道分配問題,要求能獲取網(wǎng)絡(luò)全局拓?fù)浜土髁糠植嫉刃畔?這將加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān),同時(shí)會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和可靠性.為了克服集中式算法的缺點(diǎn),研究者提出了多種分布式的信道分配算法,文獻(xiàn)中提出的算法規(guī)定只有業(yè)務(wù)中繼節(jié)點(diǎn)才會(huì)得到傳輸信道,避免了空閑節(jié)點(diǎn)占用大量的信道資源,但存在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重的情況下性能大幅度下降的缺點(diǎn).Shin等人提出按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行信道分配,射頻個(gè)數(shù)少的節(jié)點(diǎn)具有較高的信道分配優(yōu)先級(jí),算法在保證網(wǎng)絡(luò)連通的情況下使用了盡可能多的信道,但是在移動(dòng)的過程中節(jié)點(diǎn)需要遍歷所有的信道后才可以確認(rèn)鄰居的存在,增加了節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的開銷和時(shí)延.Jian等人提出了基于拓?fù)淇刂频男诺婪峙渌惴?信道分配算法CA-OLSR融合在路由協(xié)議之內(nèi),算法的核心思想就是利用OLSR協(xié)議提供的路由控制信息來交換信道信息.Franklin等人提出了一種考慮當(dāng)前信道分配狀態(tài)的減小信道切換開銷的信道切換算法DeSARA.Pediaditaki和Marina提出了LCAP算法,使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自學(xué)習(xí)的思想進(jìn)行多射頻無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的信道分配,每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地使用保證節(jié)點(diǎn)連通性的概率自適應(yīng)算法迭代的進(jìn)行信道分配的學(xué)習(xí).在多射頻多信道網(wǎng)絡(luò)中,由于信道分配將不同的鄰居綁定到不同的信道上,制約了一些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的可操作性.比如許多控制協(xié)議都依賴的廣播操作,為保證消息到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn),必須在所有射頻上都廣播,這會(huì)增加傳輸?shù)臎_突概率及節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間,進(jìn)而增加廣播時(shí)延和帶寬消耗.另外,射頻切換信道帶來的時(shí)延對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響也不可忽視,在切換過程中可能由于節(jié)點(diǎn)無法連接而造成隱藏終端問題.針對(duì)以上這些問題,本文在考慮節(jié)點(diǎn)接收負(fù)載的基礎(chǔ)上,提出了一種基于混合式信道分配策略的多射頻多信道MAC機(jī)制(multi-radiomulti-channelMAC,MRMC-MAC).該機(jī)制以節(jié)點(diǎn)的負(fù)載作為信道分配的優(yōu)先級(jí),考慮2跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載來進(jìn)行分布式的信道分配,有效地減少了節(jié)點(diǎn)的切換頻率,通過使用固定廣播信道的方式避免多射頻廣播,并且解決了多射頻多信道環(huán)境下的隱藏終端問題.1廣播信號(hào)的上傳本算法基于混合的信道分配機(jī)制,有如下前提假設(shè):1)多信道被分成N個(gè)正交信道,各信道帶寬完全相同,其中1個(gè)作為廣播控制信道作用,其余作為數(shù)據(jù)信道使用,廣播信道可用來傳輸廣播控制信息、信道預(yù)約以及虛擬載波偵聽,數(shù)據(jù)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā).2)各節(jié)點(diǎn)配備M個(gè)半雙工射頻收發(fā)器(M<N),其中1個(gè)射頻收發(fā)器綁定到廣播信道,用作廣播信號(hào)的收發(fā)以及虛擬載波偵聽;另一個(gè)射頻收發(fā)器分配1個(gè)固定的信道,作為節(jié)點(diǎn)的主接收射頻收發(fā)器,該固定信道作為節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道;其余所有射頻收發(fā)器作為可切換射頻使用.3)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都有1個(gè)唯一的ID號(hào),ID號(hào)通過對(duì)節(jié)點(diǎn)物理地址或者網(wǎng)絡(luò)地址根據(jù)一定的算法規(guī)則變換得到.1.1廣播及控制信息的產(chǎn)生信道分配方案采用混合信道分配機(jī)制,主要包括固定射頻的信道分配以及動(dòng)態(tài)射頻信道的分配.在本多射頻信道分配算法中,固定射頻分為2個(gè):1個(gè)工作在廣播信道,用于廣播及控制信息的收發(fā);1個(gè)工作于節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道,作為節(jié)點(diǎn)的主接收射頻使用.僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道處于忙碌狀態(tài)時(shí)節(jié)點(diǎn)才考慮使用其他數(shù)據(jù)信道接收數(shù)據(jù).除了以上2個(gè)固定信道射頻外其余所有的射頻都作為動(dòng)態(tài)射頻使用,可以靈活切換到其他各個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā).1.1.1加工網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)證理想情況下,在同一沖突域中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目小于等于網(wǎng)絡(luò)中可用正交信道數(shù)時(shí),給各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配不同的默認(rèn)接收信道即可以保證節(jié)點(diǎn)可以無沖突地接收數(shù)據(jù).而在實(shí)際情況下,這種理想情況往往不存在,即在同一沖突域中節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于可用正交信道數(shù)時(shí),就必然存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)分享同一個(gè)默認(rèn)接收信道的情況.為了更好地平衡各信道的負(fù)載,提升系統(tǒng)的吞吐能力,本算法在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳輸流量比較穩(wěn)定的情況下,將節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載作為選擇默認(rèn)接收信道的依據(jù).采用優(yōu)先級(jí)選擇———通告的方式為節(jié)點(diǎn)的主接收射頻收發(fā)器分配默認(rèn)接收信道.將節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載(接收負(fù)載指節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收量,采用統(tǒng)計(jì)的方式得出)作為優(yōu)先級(jí)選擇參數(shù),節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載程度越大優(yōu)先級(jí)越高.當(dāng)接收負(fù)載程度相同時(shí),以節(jié)點(diǎn)的ID作為優(yōu)先級(jí)參數(shù),ID值越大優(yōu)先級(jí)越高.在默認(rèn)接收信道分配算法中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):2跳鄰居信息表(2-Hopneighborinformation,2_HNI),記錄了2跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)以及該鄰居節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載值情況;信道使用表(channelusage,CU),記錄了各信道被分配的情況.算法包括以下步驟:1)各節(jié)點(diǎn)初始化信道使用表.2)各節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)通信建立起自己的2跳鄰居集.3)各節(jié)點(diǎn)與其兩跳鄰居集內(nèi)的節(jié)點(diǎn)交換ID號(hào)以及接收負(fù)載值,并填充自己的2跳鄰居集信息表.4)各節(jié)點(diǎn)將自己的接收負(fù)載值與2跳鄰居中尚未分配默認(rèn)接收信道的節(jié)點(diǎn)的負(fù)載值相比較,在負(fù)載值相同的情況下,比較節(jié)點(diǎn)ID的大小,如果自己的負(fù)載值最大,則選擇CU表中負(fù)載最小的信道作為自己的默認(rèn)接收信道,并將選擇結(jié)果(包括節(jié)點(diǎn)ID、接收負(fù)載以及選擇的信道)發(fā)送給2跳鄰居中尚未分配默認(rèn)信道的節(jié)點(diǎn).否則,進(jìn)入步驟5).5)節(jié)點(diǎn)接收2跳鄰居集中的節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信道選擇情況,并更新自己的CU表,直到所有優(yōu)先級(jí)比自己大的2跳鄰居節(jié)點(diǎn)都完成了信道分配,該節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行自身的默認(rèn)接收信道的分配,方法同步驟4).將節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載作為分配默認(rèn)接收信道的依據(jù),保證了接收負(fù)載重的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先分配到了負(fù)載較小的信道,而接收負(fù)載程度較輕的節(jié)點(diǎn)間可以共享同一個(gè)默認(rèn)接收信道,從而平衡了各個(gè)信道間的負(fù)載,減小了通信沖突發(fā)生的頻率.1.1.2可切換主信道集分配算法除默認(rèn)接收信道及廣播信道外,其余所有信道都可作為節(jié)點(diǎn)的可切換信道(switchablechannel,SC)使用,即節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)射頻可以切換到其中任意1個(gè)信道進(jìn)行通信.當(dāng)信道數(shù)目大于節(jié)點(diǎn)射頻數(shù)目時(shí),切換射頻需要頻繁的在各個(gè)信道之間進(jìn)行切換,為減少節(jié)點(diǎn)射頻的切換頻率,降低通信延遲,將其中的k(M-2≤k<N-2)個(gè)可切換信道作為節(jié)點(diǎn)的可切換主信道集(mainswitchablechannelset,MSCS),簡(jiǎn)稱為主信道集(mainchannelset,MCS),即空閑時(shí)動(dòng)態(tài)射頻停留的信道數(shù).本算法中,我們僅考慮射頻數(shù)小于信道數(shù)的情況.給節(jié)點(diǎn)分配可切換信道的主要目的是減少射頻的切換次數(shù),從而能降低通信時(shí)延.將節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用概率最大的信道作為節(jié)點(diǎn)的可切換信道,以最大程度上減少射頻切換的次數(shù).在初次進(jìn)行分配時(shí),以鄰居節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道和接收負(fù)載情況作為該節(jié)點(diǎn)信道切換的依據(jù),即鄰居節(jié)點(diǎn)的接收負(fù)載越大,則節(jié)點(diǎn)切換到該鄰居節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道的概率越大.初次分配完成后,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中還需要根據(jù)射頻的切換情況周期性地對(duì)可切換主信道集進(jìn)行更新,以降低射頻的切換次數(shù).在分配可切換主信道集算法中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)1個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)默認(rèn)接收信道-接收負(fù)載值對(duì)表(defaultreceivingchannel-receivedload,DRC-RL),節(jié)點(diǎn)通過與鄰居節(jié)點(diǎn)交換默認(rèn)接收信道和接收負(fù)載值來填充DRC-RL表.可切換主信道集分配算法如下:節(jié)點(diǎn)首先將主信道集(MCS)置空,接著將鄰節(jié)點(diǎn)默認(rèn)接收信道———接收負(fù)載值對(duì)表(DRC-RL)按接收負(fù)載值降序排列,然后依序?qū)⒇?fù)載值高的鄰居節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道放入主信道集中,且保證主信道集中的信道不重復(fù)且個(gè)數(shù)不大于k,另外節(jié)點(diǎn)本身的默認(rèn)接收信道不在主信道集中.1.1.3節(jié)點(diǎn)可切換主信道更新在完成主信道集的分配后,信道分成了3類分別是2個(gè)固定信道、主信道集中的信道和剩余的其他信道,將主信道集中的信道稱為主信道,非主信道集中的信道稱為非主信道.隨著通信的進(jìn)行,節(jié)點(diǎn)射頻停留各個(gè)信道進(jìn)行通信的頻率出現(xiàn)波動(dòng),一種可能的情況是,節(jié)點(diǎn)射頻切換到非主信道進(jìn)行通信的頻率越來越大,而在主信道中通信的頻率越來越小,從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)射頻的切換頻率越來越大,此時(shí)就必須對(duì)節(jié)點(diǎn)的可切換主信道集進(jìn)行更新,以降低射頻的切換率.在本算法中,節(jié)點(diǎn)周期性的對(duì)其可切換主道集進(jìn)行更新,每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)1個(gè)信道使用次數(shù)表(其中不包括節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道以及廣播信道),對(duì)各個(gè)信道的通信次數(shù)進(jìn)行記數(shù),當(dāng)某個(gè)非主信道的使用次數(shù)大于某個(gè)主信道使用次數(shù)超過一個(gè)設(shè)定的閾值后,就進(jìn)行主信道集的更新,使用次數(shù)多的非主信道替換使用次數(shù)少的主信道.更新完畢后,將信道使用次數(shù)表清零.并將結(jié)果告之其鄰居節(jié)點(diǎn).1.2共同的閑置信道在整個(gè)運(yùn)行過程中,節(jié)點(diǎn)維護(hù)了3個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):可用信道表(usablechannel,UC)、鄰節(jié)點(diǎn)默認(rèn)接收信道表以及鄰節(jié)點(diǎn)主信道集表.源節(jié)點(diǎn)在與目的節(jié)點(diǎn)通信前,首先查看目的節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道是否在自己的可用信道表中,如果在,則說明當(dāng)前目的節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道空閑,源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)按常規(guī)RTS?CTS機(jī)制通信.如果目的節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道不在源節(jié)點(diǎn)的可用信道列表中,則說明當(dāng)前不能使用目的節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)接收信道進(jìn)行通信,源節(jié)點(diǎn)必須與目的節(jié)點(diǎn)協(xié)商一個(gè)共同的空閑信道來完成通信過程.源節(jié)點(diǎn)首先在控制信道給目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送CNI(channelnegotiationinformation)幀,在該幀中攜帶經(jīng)過重排序后的空閑信道表,其中空閑信道表按照主信道、默認(rèn)接收信道、非主信道的順序排序,從而保證目的節(jié)點(diǎn)在接收到CNI幀后,能夠按照上面的順序選擇共同的空閑信道.按照這個(gè)順序進(jìn)行信道排序的原因如下:1)將主信道放在默認(rèn)接收信道前,在選擇了主信道為公共的空閑信道后,源節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)用默認(rèn)接收信道接收其他節(jié)點(diǎn)的通信請(qǐng)求;2)將非主信道放在最后面,減小將非主信道選為公共空間信道的可能,從而降低了源節(jié)點(diǎn)射頻切換的次數(shù).目的節(jié)點(diǎn)在控制信道上收到發(fā)給自己的CNI幀后,就對(duì)照自己的信道空閑表,依序在該CNI幀中攜帶的源節(jié)點(diǎn)空閑表中尋找共同的空閑信道,在尋找到第1個(gè)共同空閑信道后向源節(jié)點(diǎn)反饋CRI(channelresponseinformation)消息,告之協(xié)商的共同空閑信道.如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收到了目的節(jié)點(diǎn)反饋的CRI消息,源節(jié)點(diǎn)就以協(xié)商的信道作為通信的數(shù)據(jù)信道與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)商通信.本算法同時(shí)支持廣播數(shù)據(jù)通信,廣播數(shù)據(jù)通信在廣播控制信道進(jìn)行,在廣播數(shù)據(jù)通信過程中,正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信繼續(xù)進(jìn)行,不受影響,而在此期間新的數(shù)據(jù)協(xié)商過程將暫停,直到此輪廣播通信的結(jié)束.2數(shù)據(jù)信道狀態(tài)多信道隱藏終端問題主要是由于通信節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)之間不知道對(duì)方的工作信道造成的,即節(jié)點(diǎn)不知道各個(gè)信道的工作狀態(tài).在單信道協(xié)議中,通常采用載波監(jiān)聽的方式來獲取信道狀態(tài),以降低通信的碰撞概率,但是在多信道中,如果也采取這種方式,節(jié)點(diǎn)就必須頻繁的在各個(gè)信道間切換,必然會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)延遲.因此,在MRMC-MAC協(xié)議中使用虛擬載波偵聽機(jī)制來解決多信道中的隱終端問題.虛擬載波偵聽是通過控制信息來得知信道的使用情況,是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)在緩沖區(qū)中建立1個(gè)數(shù)據(jù)信道狀態(tài)(channelstate,CS)表,在該表中記錄當(dāng)前被占用的數(shù)據(jù)信道號(hào)、信道占用的起始時(shí)間以及該信道占用的持續(xù)時(shí)間.節(jié)點(diǎn)通過讀取數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表而獲得當(dāng)前數(shù)據(jù)信道的狀態(tài).源節(jié)點(diǎn)在與目的節(jié)點(diǎn)協(xié)商數(shù)據(jù)信道之前,先在控制信道上廣播1個(gè)RTS幀,由上文可知,該幀包含了本次通信使用的信道號(hào),以及通信持續(xù)時(shí)間,以此來通知與發(fā)送節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)更新數(shù)據(jù)狀態(tài)表.目的節(jié)點(diǎn)在反饋的CTS幀中也包含了通信使用的信道號(hào)以及占用的持續(xù)時(shí)間,以此來通知與接收節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)更新數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表.對(duì)于處于空閑狀態(tài)的節(jié)點(diǎn),每次收到RTS幀或CTS幀后,就更新數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表.數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表如表1所示:節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道占用的起始時(shí)刻及信道占用的持續(xù)時(shí)間判定某個(gè)信道的狀態(tài),并隨時(shí)更新數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表以及空閑信道表,將空閑的信道從信道狀態(tài)表中刪除,添加到空閑信道表中.數(shù)據(jù)信道狀態(tài)的具體判定方法為:若當(dāng)前時(shí)刻為t,通過查找數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表得知:某一數(shù)據(jù)信道號(hào)為Chk的信道占用起始時(shí)刻為Stk,信道占用持續(xù)時(shí)間為Durak,則:當(dāng)t-Stk<Durak時(shí),該信道忙;當(dāng)t-Stk>Durak時(shí),該信道空閑.在MRMC-MAC協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行默認(rèn)接收信道分配以及可切換主信道集的分配,并設(shè)定主信道集的更新周期.在節(jié)點(diǎn)空閑狀態(tài)時(shí),節(jié)點(diǎn)的控制收發(fā)器(綁定在控制信道的射頻收發(fā)器)一直監(jiān)聽控制信道并進(jìn)行虛擬載波偵聽,當(dāng)在控制信道接收到RTS或CTS信號(hào),提取其中的信道使用信息更新節(jié)點(diǎn)自身的數(shù)據(jù)信道狀態(tài)表,根據(jù)信道狀態(tài)表判定各個(gè)信道的使用情況,并隨時(shí)更新可用信道表.3無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)配置仿真使用NCTUns5.0仿真平臺(tái)對(duì)MRMC-MAC進(jìn)行性能仿真,分析信道數(shù)目及射頻數(shù)目對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響,并與基于局部干擾最優(yōu)的貪婪多信道分配算法進(jìn)行比較.在NCTUns5.0中為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置多個(gè)基于802.11b以及802.11a標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡,其中802.11b擁有3個(gè)非重疊信道,802.11a擁有12個(gè)非重疊信道(實(shí)驗(yàn)中使用了其中的2個(gè)非重疊信道).在具體的實(shí)驗(yàn)過程中,多射頻無線節(jié)點(diǎn)優(yōu)先配置802.11b標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡,即僅當(dāng)信道數(shù)目大于3的情況下,多射頻節(jié)點(diǎn)才配置使用802.11a標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡.在仿真中,使用了節(jié)點(diǎn)均勻分布的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖1所示.25個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻分布在800m×800m的范圍內(nèi),相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離為200m,節(jié)點(diǎn)的通信范圍為250m.在本文的仿真中,外圍4個(gè)頂角節(jié)點(diǎn)1,5,21,25同時(shí)持續(xù)向中間節(jié)點(diǎn)13發(fā)送數(shù)據(jù),通過給網(wǎng)絡(luò)配置不同的道數(shù)以及為無線節(jié)點(diǎn)配置不同的射頻接口數(shù)來考察信道數(shù)目及射頻接口數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響.同時(shí)在該特定的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下,比較不同的信道分配算法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及網(wǎng)絡(luò)丟包率的影響.仿真參數(shù)如表2所示.MAC層的吞吐量是描述MAC協(xié)議性能的重要參數(shù)之一,表示網(wǎng)絡(luò)傳輸效率,可以反映網(wǎng)絡(luò)性能.下面就不同情況下MAC層的吞吐量來分析仿真結(jié)果.1多信道分配算法在每個(gè)仿真場(chǎng)景中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)配置1個(gè)綁定到默認(rèn)廣播信道的固定信道網(wǎng)卡,其他待分配網(wǎng)卡和信道的分配情況如下:(1)在網(wǎng)絡(luò)中使用單個(gè)待分配信道,每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置1個(gè)待分配信道的網(wǎng)卡,每個(gè)網(wǎng)卡上分配同1個(gè)信道;(2)在網(wǎng)絡(luò)中使用多信道,每個(gè)節(jié)點(diǎn)配2個(gè)待分配信道網(wǎng)卡,在這些網(wǎng)卡上分配多個(gè)信道,待分配信道數(shù)為2;(3)在網(wǎng)絡(luò)中使用多信道,每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置2個(gè)待分配信道的網(wǎng)卡,在這些網(wǎng)卡上分配多個(gè)信道,信道數(shù)為3,使用本文提出MRMC-MAC協(xié)議中的多信道分配算法給各個(gè)網(wǎng)卡分配信道;(4)在網(wǎng)絡(luò)中使用多信道,每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置2個(gè)待分配信道的網(wǎng)卡,在這些網(wǎng)卡上分配多個(gè)信道,信道數(shù)為5,使用本文提出MRMC-MAC協(xié)議中的多信道分配算法給各個(gè)網(wǎng)卡分配信道.仿真結(jié)果如圖2所示,圖中CN為可分配的信道數(shù)目.從圖2中可以看出,隨著信道數(shù)的增加,MAC層吞吐量隨之增大.相較于單信道網(wǎng)絡(luò),使用多信道網(wǎng)絡(luò)性能有了很大的提高.因?yàn)樵诙嘈诺谰W(wǎng)絡(luò)中,使用不同信道的鏈路可以同時(shí)通信,因此相較于單信道網(wǎng)絡(luò)而言,多信道網(wǎng)絡(luò)可以增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出,分配信道數(shù)從2增加到3時(shí)吞吐量的增加明顯降低.這是因?yàn)镸AC層吞吐量并不是隨著信道數(shù)目的增加而一直增加的,當(dāng)信道數(shù)目增加到一定程度時(shí),MAC層性能的提高幅度較小.2多信道分配算法仿真在考察射頻卡數(shù)目對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量影響的實(shí)驗(yàn)中,我們將網(wǎng)絡(luò)正交信道數(shù)目固定設(shè)置為5,另外,從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮,將網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景分別設(shè)置為取1~4個(gè)待分配信道射頻卡的情況(每個(gè)節(jié)點(diǎn)默認(rèn)已經(jīng)配置一個(gè)綁定到默認(rèn)廣播信道的射頻卡).不考慮射頻卡數(shù)目過大的情況,因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中,節(jié)點(diǎn)的射頻卡數(shù)目比較是有限的.采用本文提出的多信道分配算法給各個(gè)網(wǎng)卡分配信道.仿真結(jié)果如圖3所示,圖中RN為待分配信道射頻卡的數(shù)目.從圖3中可以看出,隨著射頻卡數(shù)目的增加,MAC層吞吐量隨之增加.當(dāng)待分配信道的射頻卡數(shù)目從1增加到2時(shí),MAC層吞吐量有較大的提升,這是因?yàn)樵诙嘈诺谰W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)配置多個(gè)射頻卡,理論上可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的全雙工通信,相較于傳統(tǒng)的半雙工節(jié)點(diǎn)來說,吞吐量將會(huì)加倍.但