基于TDMA支持實(shí)時(shí)應(yīng)用的多跳時(shí)隙預(yù)留協(xié)議

陶 洋 ，喬會(huì)學(xué)，譚 鵬，羅啟涵

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065)

AdHoc網(wǎng)絡(luò)的分布式和自組織特性使得它的媒體接入控制(MAC)協(xié)議設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性，時(shí)分多址接入(TDMA)技術(shù)在自由競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)信道資源進(jìn)行時(shí)隙劃分，可以高效地利用有限的無(wú)線(xiàn)信道資源，目前，已經(jīng)有許多基于TDMA的分布式MAC方案［1-3］。例如，五階段預(yù)留協(xié)議(FPRP)需要5個(gè)階段預(yù)留過(guò)程來(lái)完成TDMA時(shí)隙的分配［4］;E-TDMA協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)為一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)預(yù)留無(wú)沖突時(shí)隙，并利用預(yù)留時(shí)隙向鄰居節(jié)點(diǎn)單播、多播、廣播數(shù)據(jù)包［5］。在分布式分組預(yù)留多址接入(D-PRMA)協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)分為傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)一個(gè)時(shí)隙被分為多個(gè)微時(shí)隙。但是，這些協(xié)議都不支持超過(guò)兩跳的多跳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包傳輸，同時(shí)，D-PRMA沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，F(xiàn)PRP和E-TDMA只是限制性地考慮了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，F(xiàn)PRP假定節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳话l(fā)生變化的網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，且要求節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度非常慢，E-TDMA假定網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有被分隔，如果在一個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)將會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè)新的目的節(jié)點(diǎn)，并且強(qiáng)制性地移向這個(gè)節(jié)點(diǎn)。這在實(shí)際應(yīng)用中很不實(shí)用，因此，本文提出一種MANET中支持實(shí)時(shí)應(yīng)用的基于TDMA的時(shí)隙預(yù)留協(xié)議(TMSR)，TMSR為多跳數(shù)據(jù)包傳輸進(jìn)行信道資源預(yù)留，同時(shí)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)丟失時(shí)，TMSR通過(guò)快速故障點(diǎn)檢測(cè)和高效的資源釋放機(jī)制來(lái)支持節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性。

1 TMSR協(xié)議

TMSR超幀結(jié)構(gòu)，如圖1所示，關(guān)于超幀的基本概念請(qǐng)參考文獻(xiàn)［6］，在TMSR協(xié)議中，信道時(shí)間被分成多個(gè)超幀，每個(gè)超幀由3個(gè)主要部分組成，分別是beacon期(BP)、數(shù)據(jù)傳輸期(DTP)和時(shí)隙預(yù)留期(SRP)，每個(gè)超幀以BP開(kāi)始，一個(gè)BP由m個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙和n個(gè)beacon時(shí)隙組成，節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，首先通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙獲得一個(gè)beacon時(shí)隙，一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙包括1 byte的前同步碼、6 byte的節(jié)點(diǎn)MAC地址、1 byte的beacon時(shí)隙索引(BSI)和4 byte的前向錯(cuò)誤控制(FEC)域，其中，BSI是在BP期為節(jié)點(diǎn)分配的時(shí)隙號(hào)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被分配了beacon時(shí)隙，那么節(jié)點(diǎn)將在每個(gè)超級(jí)幀中傳輸其beacon。一個(gè)beacon時(shí)隙包括1 byte的前同步碼，6 byte的節(jié)點(diǎn)MAC地址，112 byte(7 byte×16 neighbors)的一跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)列表、32 byte的資源映射表和4 byte的前向錯(cuò)誤控制(FEC)域，其中，節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表由6 byte的節(jié)點(diǎn)MAC地址和1 byte的BSI組成，資源映射表顯示DTP中處于激活的每個(gè)時(shí)隙的預(yù)留狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)根據(jù)它在beacon時(shí)隙監(jiān)聽(tīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)的beacons更新它的鄰居表和資源映射表。在節(jié)點(diǎn)被成功分配了beacon時(shí)隙后，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)首先在BP和DTP沒(méi)有預(yù)留的時(shí)隙中，通過(guò)載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)(CSMA)方式執(zhí)行多跳信道時(shí)隙預(yù)留過(guò)程。如果在BP和DTP沒(méi)有可用的時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)將會(huì)在RRP中執(zhí)行多跳時(shí)隙預(yù)留過(guò)程，最后，如果多跳信道預(yù)留過(guò)程完成，節(jié)點(diǎn)將會(huì)通過(guò)DTP預(yù)留的時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 TMSR協(xié)議超幀結(jié)構(gòu)圖［6］

1.1 BP創(chuàng)建和beacon時(shí)隙分配過(guò)程

首先，本文假定每個(gè)節(jié)點(diǎn)保持全球時(shí)隙同步，因此，所有節(jié)點(diǎn)都知道每個(gè)超幀的起始時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)為了能夠被分配一個(gè)beacon時(shí)隙，首先將掃描至少一個(gè)超幀的beacons，如果在掃描過(guò)程中，沒(méi)有接收到beacon，那么該節(jié)點(diǎn)將創(chuàng)建一個(gè)新的BP，并且發(fā)送第一個(gè)時(shí)隙中不是beacon時(shí)隙的其他beacon。然而，如果節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自鄰近節(jié)點(diǎn)的beacon，它將啟動(dòng)beacon時(shí)隙分配過(guò)程，圖2演示了節(jié)點(diǎn)E在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙數(shù)為2的條件下beacon時(shí)隙的分配過(guò)程。例如，假定有兩個(gè)現(xiàn)存節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)C的BSI為3，節(jié)點(diǎn)B的BSI為4，初始時(shí)刻，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)E相距兩跳，所以節(jié)點(diǎn)E不知道節(jié)點(diǎn)B的存在，但是通過(guò)所有節(jié)點(diǎn)的beacons廣播(包含一跳范圍內(nèi)鄰居列表)，節(jié)點(diǎn)E能夠知道節(jié)點(diǎn)B的存在。其中斜體字母表示距離節(jié)點(diǎn)E兩跳的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)E在收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)C的beacon后，發(fā)送一個(gè)BSI請(qǐng)求的原始beacon，節(jié)點(diǎn)從n個(gè)beacon時(shí)隙中隨機(jī)地選擇它的初始BSI，本例中，假定節(jié)點(diǎn)E選擇的BSI為5，其中，原始beacon包括節(jié)點(diǎn)的MAC地址和BSI，原始beacon通過(guò)在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙中隨機(jī)獲得的時(shí)隙進(jìn)行傳輸，如果節(jié)點(diǎn)E的鄰居節(jié)點(diǎn)C能夠成功地接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)E的原始beacon，那么節(jié)點(diǎn)C將發(fā)送它一跳鄰居節(jié)點(diǎn)表中包含節(jié)點(diǎn)E的beacon，因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)E監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自節(jié)點(diǎn)C的beacon，并且在多個(gè)超幀中，節(jié)點(diǎn)E的MAC地址被包含在節(jié)點(diǎn)C的beacon中，那么節(jié)點(diǎn)E將正式地發(fā)送它在第5個(gè)時(shí)隙中的beacon。

1.2 beacon 沖突

在TMSR協(xié)議中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送beacon，當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)處于活動(dòng)狀態(tài)后，節(jié)點(diǎn)在beacon時(shí)隙分配過(guò)程中本地、獨(dú)立地選擇BSI，因?yàn)槭潜镜胤峙涞腂SI，所以可能存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有相同的BSI，在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種情況是沒(méi)有影響的，但是，當(dāng)具有相同BSI的多個(gè)節(jié)點(diǎn)定期或非定期地移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)位置時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生beacon沖突。TMSR提出一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)通過(guò)利用來(lái)自鄰居節(jié)點(diǎn)的beacon來(lái)檢測(cè)beacon沖突，如果在多個(gè)超幀中，節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自鄰居節(jié)點(diǎn)的beacon中都沒(méi)有自身的MAC地址，節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為有一個(gè)或多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)使用了與自己相同的BSI，因此，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)暫停它的beacon傳輸，并且如果該節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到它的beacon與其他節(jié)點(diǎn)的beacon產(chǎn)生重復(fù)的沖突，該節(jié)點(diǎn)將再次執(zhí)行beacon時(shí)隙分配過(guò)程。盡管它的beacon傳輸被終止，但是，只要該節(jié)點(diǎn)能夠接收到與既定流(如音、視頻)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)的beacon，該節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如果在beacon時(shí)隙分配過(guò)程中，該節(jié)點(diǎn)在多個(gè)超幀中都沒(méi)有接收到與既定流相關(guān)的beacon，該節(jié)點(diǎn)將會(huì)釋放與丟失節(jié)點(diǎn)相關(guān)的時(shí)隙。

圖2 節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)時(shí)隙分配過(guò)程

1.3 多跳信道時(shí)隙預(yù)留

在TMSR中，節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，先進(jìn)行多跳信道時(shí)隙預(yù)留，引入兩個(gè)控制包，分別是預(yù)留請(qǐng)求(SREQ)和預(yù)留響應(yīng)(SRES)，同時(shí)引入了專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)，如表1所示。

如果源節(jié)點(diǎn)需要預(yù)定到目的節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙，它將廣播初始躍點(diǎn)計(jì)數(shù)設(shè)置為0的SREQ包，SREQ包的轉(zhuǎn)發(fā)信息包括源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、預(yù)約尺寸和躍點(diǎn)計(jì)數(shù)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到新的SREQ包時(shí)，將檢測(cè)接收到的SREQ包中的躍點(diǎn)計(jì)數(shù)是否比跳數(shù)最大值小，如果不滿(mǎn)足此條件，節(jié)點(diǎn)將丟棄接收到的SREQ包。如果滿(mǎn)足此條件，節(jié)點(diǎn)將創(chuàng)建包含到源節(jié)點(diǎn)路徑信息的反向路徑表，反向路徑表由源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址和SRES包單播到的下一跳節(jié)點(diǎn)地址組成，在創(chuàng)建了反向路徑表之后，中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)SREQ包給它的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)躍點(diǎn)計(jì)數(shù)加1。同時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)可能收到同一媒體流的SREQ包的多個(gè)副本，這些節(jié)點(diǎn)選擇第一個(gè)到達(dá)節(jié)點(diǎn)的MAC地址作為目的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)將以反向路徑發(fā)送SRES包給最先到達(dá)的節(jié)點(diǎn)。在TMSR協(xié)議中，實(shí)際上多跳信道時(shí)隙預(yù)留在傳輸RRES包的反向路徑上執(zhí)行。

表1 專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)對(duì)照表

下面通過(guò)一個(gè)例子對(duì)多跳信道時(shí)隙預(yù)留術(shù)語(yǔ)進(jìn)行說(shuō)明，圖3中，考慮了這樣一個(gè)場(chǎng)景，目的節(jié)點(diǎn)d，源節(jié)點(diǎn)s和中間節(jié)點(diǎn)i，其中1≤i≤n，n表示與特定流相關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)數(shù)目，如果節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)地址是自己的MAC地址的REQ包，該節(jié)點(diǎn)將創(chuàng)建一個(gè)反向路徑表，同時(shí)由于所有的節(jié)點(diǎn)不僅知道自己的資源映射表，而且通過(guò)beacon還知道一跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的資源映射表，所以，目的節(jié)點(diǎn)d將在中間節(jié)點(diǎn)i和目的節(jié)點(diǎn)d的資源映射表中搜索和預(yù)留常用的非預(yù)約時(shí)隙，對(duì)于被目的節(jié)點(diǎn)預(yù)留的時(shí)隙，中間節(jié)點(diǎn)i將變成TN，目的節(jié)點(diǎn)變成RN，在TMSR中，它們被叫做一對(duì)預(yù)留對(duì)。作為T(mén)N預(yù)留的時(shí)隙包括源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、TN的MAC地址和單播的數(shù)據(jù)包的下一跳地址等信息，同時(shí)，作為RN預(yù)留的時(shí)隙包括源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、將要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包節(jié)點(diǎn)的MAC地址和RN的MAC地址等信息。在成功預(yù)留時(shí)隙后，目的節(jié)點(diǎn)將向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送SRES包。其中SRES包包含由源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、選定的時(shí)隙索引和單播SRES包的下一跳節(jié)點(diǎn)地址組成的前向轉(zhuǎn)發(fā)信息。

圖3 多跳信道時(shí)隙預(yù)留術(shù)語(yǔ)示意圖

算法1是針對(duì)源節(jié)點(diǎn)/中間節(jié)點(diǎn)的多跳信道時(shí)隙預(yù)留，算法描述(偽代碼)具體如下:

//其前提要求:

a1:當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)1接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)2的RRES包時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)1將檢測(cè)在其與源節(jié)點(diǎn)S之間是否有常用的非預(yù)留時(shí)隙。

a2:當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)i-1接收到來(lái)自中間節(jié)點(diǎn)i的RRES包時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)i-1將檢查其與節(jié)點(diǎn)i-2之間是否有常用的非預(yù)留時(shí)隙。

a1，a2={AVAILABLE or NOT_AVAILABLE}

1:if i=1 then

2:根據(jù)選定的時(shí)隙索引，源節(jié)點(diǎn)將為它與作為T(mén)N的中間節(jié)點(diǎn)1之間的通信預(yù)留時(shí)隙。

3:源節(jié)點(diǎn)s在預(yù)留時(shí)隙內(nèi)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。

4:else if i=2 then

5:根據(jù)選定的時(shí)隙索引，中間節(jié)點(diǎn)1將為它與作為T(mén)N的中間節(jié)點(diǎn)2之間的通信預(yù)留時(shí)隙。

6:if a1=AVAILABLE then

7:中間節(jié)點(diǎn)1為源節(jié)點(diǎn)與作為RN的自己之間的通信預(yù)留時(shí)隙。

8:中間節(jié)點(diǎn)1向源節(jié)點(diǎn)s發(fā)送帶有選定時(shí)隙索引的RRES包。

9:else

10:不做任何操作

11:end if

12:else if2 ＜i＜n，then

13:根據(jù)選定的時(shí)隙索引，中間節(jié)點(diǎn)i-1為其與中間節(jié)點(diǎn)i之間的通信預(yù)留時(shí)隙，自己作為T(mén)N。

14:if a2=AVAILABLE then

15:中間節(jié)點(diǎn)i-1為其與中間節(jié)點(diǎn)i-2之間的通信預(yù)留時(shí)隙

自己作為RN.

16:中間節(jié)點(diǎn)i-1向中間節(jié)點(diǎn)i-2發(fā)送帶有選定時(shí)隙索引的RRES包。

17:else

18:不做任何操作

19:end if

20:end if

算法1中，展示了中間節(jié)點(diǎn)或源節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自中間節(jié)點(diǎn)i的SRES包時(shí)執(zhí)行多跳信道時(shí)隙預(yù)留過(guò)程。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)或源節(jié)點(diǎn)接收到下一跳節(jié)點(diǎn)地址是自己MAC地址的SRES包時(shí)調(diào)用算法1，算法中，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)作為RN預(yù)留時(shí)隙時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)將優(yōu)先預(yù)留接收到的SRES包中選定時(shí)隙索引左邊的時(shí)隙，這樣使SRES包在通過(guò)多跳鏈路的超幀中變得連續(xù)有序。

圖4中，演示了在有1個(gè)源節(jié)點(diǎn)、2個(gè)中間節(jié)點(diǎn)和1個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景中多跳信道時(shí)隙預(yù)留過(guò)程。

圖4 TMSR協(xié)議多跳時(shí)隙預(yù)留過(guò)程示意圖

1.4 故障節(jié)點(diǎn)檢測(cè)

TMSR故障點(diǎn)檢測(cè)的基本思想是利用beacon，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自一跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的beacon時(shí)，它將創(chuàng)建鄰居列表，并且將鄰居的資源映射表保存到內(nèi)存中，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)移開(kāi)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將根據(jù)檢測(cè)閾值來(lái)決定是否繼續(xù)維持關(guān)于離開(kāi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流。如果節(jié)點(diǎn)通過(guò)檢測(cè)閾值決定不再維持丟失節(jié)點(diǎn)的流，那么該節(jié)點(diǎn)將釋放所有與丟失節(jié)點(diǎn)相關(guān)的預(yù)約時(shí)隙，而其他與丟失節(jié)點(diǎn)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)在達(dá)到生存期后釋放它們的預(yù)約時(shí)隙，在沒(méi)有任何包傳輸?shù)那闆r下，信道時(shí)隙釋放過(guò)程依次蔓延到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在節(jié)點(diǎn)釋放預(yù)留時(shí)隙過(guò)程中，如果流的源節(jié)點(diǎn)地址是自己的MAC地址時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將再次發(fā)送SREQ包。

2 性能仿真

2.1 TMSR協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)NS2實(shí)現(xiàn)TMSR協(xié)議，一個(gè)超幀由272個(gè)時(shí)隙組成，包括6個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙、90個(gè)beacon時(shí)隙、160個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙和16個(gè)信道資源預(yù)留時(shí)隙，假設(shè)每20 ms產(chǎn)生一個(gè)語(yǔ)音包，超幀中預(yù)留空間大小至少為4，表1列出了TMSR的仿真參數(shù)。

2.2 仿真場(chǎng)景

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有25個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在1 km×1 km的方形區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍是150 m，考慮了10種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，每個(gè)場(chǎng)景有兩個(gè)不同的流量模式，仿真結(jié)果取它們的平均值，其中節(jié)點(diǎn)按照隨機(jī)行走移動(dòng)模型在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)，考慮了速度為v1=0 m/s，v2=4 m/s，v3=8 m/s三個(gè)移動(dòng)場(chǎng)景，其中v1=0 m/s表示靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，v2=4 m/s，v3=8 m/s表示節(jié)點(diǎn)以在0～v之間的速度在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)。為了性能評(píng)價(jià)，考慮了以下性能參數(shù)，一個(gè)是平均端到端時(shí)延，其中端到端時(shí)延是目的節(jié)點(diǎn)接收到包的時(shí)間與源節(jié)點(diǎn)發(fā)送包的時(shí)間的差值，另一個(gè)是平均吞吐量，其中吞吐量是成功接收到的包的數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)陌臄?shù)量的比值。

表1 仿真參數(shù)

2.3 仿真結(jié)果

首先討論單跳場(chǎng)景的仿真結(jié)果，為了驗(yàn)證TMSR協(xié)議的性能，對(duì)使用TMSR協(xié)議和使用E-TDMA協(xié)議的單跳場(chǎng)景的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，然后，對(duì)使用TMRR協(xié)議的多跳場(chǎng)景的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，因?yàn)镋-TDMA不支持多跳場(chǎng)景，所以沒(méi)有考慮在多跳場(chǎng)景中使用E-TDMA協(xié)議的情況。

圖5和圖6是在不同流量負(fù)載和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度下，TMSR協(xié)議和E-TDMA協(xié)議的平均端到端時(shí)延和平均吞吐量仿真圖。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載比較輕時(shí)，這兩個(gè)協(xié)議都傳輸了幾乎所有的包，在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，初始時(shí)，TMSR的平均端到端時(shí)延略高于E-TDMA的平均端到端時(shí)延，直到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包達(dá)到105個(gè)時(shí)，這種情況才發(fā)送改變，這是因?yàn)樗械腡MSR節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了BP和SRP這兩個(gè)階段的固定時(shí)間延遲，此外，在執(zhí)行時(shí)隙預(yù)留的過(guò)程中，目的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇DTP的后半部分作為預(yù)約點(diǎn)，因此，根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)選擇哪部分作為預(yù)留點(diǎn)，也會(huì)造成不同的額外時(shí)延。盡管TMSR起始階段經(jīng)歷了一段時(shí)延，但是隨著數(shù)據(jù)流量的增加，TMSR在包吞吐量和時(shí)延方面的性能都優(yōu)于ETDMA。

圖7是多跳場(chǎng)景中TMSR協(xié)議的平均端到端時(shí)延仿真圖，在多跳場(chǎng)景中，本文評(píng)估了在流量恒定時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而引起TMSR協(xié)議性能的變化，仿真開(kāi)始時(shí)，由于許多節(jié)點(diǎn)同時(shí)預(yù)留信道時(shí)隙，所以使得TMSR的平均端到端時(shí)延顯著增加，而隨著TMSR網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定，平均端到端時(shí)延開(kāi)始下降。在飽和點(diǎn)，語(yǔ)音包的平均端到端時(shí)延小于250 ms，滿(mǎn)足表2中所列出的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)多跳端到端時(shí)延要求。

圖5 單跳場(chǎng)景下平均端到端時(shí)延

圖6 單跳場(chǎng)景下平均吞吐量

圖7 多跳條件下平均端到端時(shí)延

表2 多跳端到端時(shí)延要求

3 結(jié)論

為了支持實(shí)時(shí)應(yīng)用，本文提出了一種新的MANET中的TMSR MAC協(xié)議，盡管節(jié)點(diǎn)由于BP和SRP都經(jīng)歷了固定的時(shí)延，但是，TMSR節(jié)點(diǎn)的平均端到端時(shí)延都滿(mǎn)足節(jié)點(diǎn)在靜態(tài)和移動(dòng)環(huán)境中多跳端到端時(shí)延要求，因此，提出的TMSR協(xié)議可以應(yīng)用在MANET中以支持實(shí)時(shí)應(yīng)用。

［1］JURDAK R，LOPES C V，BALDI P.A survey，classification，and comparative analysis of medium access control protocols for Ad Hoc networks［J］.IEEE Communications Surveys and Tutorials，2004，6(1):2-16.

［2］BRATEN L E，VOLDHAUG J E，OVSTHUYS K.Medium access for a military narrowband wireless ad-hoc network;requirements and initial approaches［C］//Proc.MILCOM 2008.San Diego:IEEE Press，2008:1-7.

［3］DJUKIC P，MOHAPATRA P.Soft-TDMAC:a software TDMA-based MAC over commodity 802.11 hardware［C］//Proc.INFOCOM 2009，［S.l.］:IEEE Press，2009:1836-1844.

［4］ZHU C，CORSON M S.A five-phase reservation protocol(FPRP)for Mobile Ad Hoc networks［C］//Proc.17th Annual Joint Conf.IEEE Comp.and Commun.Societies.［S.l.］:IEEE Press，1998:322-331.

［5］ZHU C，CORSON M S.An evolutionary-TDMA scheduling protocol(ETDMA)for mobile ad hoc networks［R］.［S.l.］:The University of Maryland，2000.

［6］WiMedia Alliance.Distributed Medium Access Control(MAC)for Wireless Networks［EB/OL］.［2013-07-12］.http://www.wimedia.org/en/docs/091819r01aWM_BOD-only-Specification_1.5.pdf.

［7］DJUKIC P，MOHAPATRA P.Soft-tdmac:a software-based 802.11overlay tdma mac with microsecond synchronization［J］.IEEE Trans.Mobile Computing，2012，11(3):478-491.

［8］陶洋，張?jiān)?MANET中的高準(zhǔn)確度地址沖突檢測(cè)算法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2009，35(5):94-96.