適用于地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥的混合型分簇MAC協(xié)議

劉瀚文， 姜春蘭， 李明

(北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100081)

適用于地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥的混合型分簇MAC協(xié)議

劉瀚文， 姜春蘭， 李明

(北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100081)

為解決地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥MAC協(xié)議對(duì)彈藥網(wǎng)絡(luò)的功耗和傳輸時(shí)延的重大影響. 提出了一種適用于地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥的混合型分簇MAC協(xié)議. 結(jié)合基于競(jìng)爭(zhēng)和分配的協(xié)議特點(diǎn)，根據(jù)傳輸時(shí)間估計(jì)和業(yè)務(wù)量選擇不同的接入方式，避免了碰撞和信道浪費(fèi)；通過時(shí)隙復(fù)用降低端到端時(shí)延；通過無關(guān)節(jié)點(diǎn)睡眠降低占空比和網(wǎng)絡(luò)功耗. 仿真表明，與傳統(tǒng)的基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和基于TDMA機(jī)制的協(xié)議相比，該協(xié)議在吞吐量、端到端時(shí)延和功耗等方面均具有較好的性能.

地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥；介質(zhì)訪問控制協(xié)議；混合型；分簇；低功耗；低時(shí)延

地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥系統(tǒng)是通過無線通信，使傳統(tǒng)彈藥之間進(jìn)行信息融合、協(xié)同攻擊和遠(yuǎn)程監(jiān)控的新型武器系統(tǒng)[1]. 彈藥節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程部署，要求能夠自組網(wǎng)和自運(yùn)行. 節(jié)點(diǎn)硬件資源和能源匱乏，因此要求彈藥網(wǎng)絡(luò)具有低復(fù)雜度和低功耗性能. 戰(zhàn)場(chǎng)上目標(biāo)移動(dòng)速度快，要求彈藥節(jié)點(diǎn)從探測(cè)目標(biāo)到完成打擊在很短時(shí)間內(nèi)完成，網(wǎng)絡(luò)需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量探測(cè)數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較低的傳輸時(shí)延和較高的吞吐能力. 綜上，一個(gè)合理的地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥MAC協(xié)議應(yīng)該具備自組織、低功耗、低通信延時(shí)和較高的吞吐能力等特征.

目前無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究主要針對(duì)降低功耗、降低時(shí)延或提高信道利用率等某一個(gè)方面進(jìn)行. 競(jìng)爭(zhēng)類協(xié)議[2-4]易造成節(jié)點(diǎn)沖突，帶來較多的能源消耗. 分配類協(xié)議[5-6]需要較多的空間保存調(diào)度信息，文獻(xiàn)[6]中的LMAC協(xié)議會(huì)產(chǎn)生信道資源的浪費(fèi)和較高的時(shí)延. 異步類協(xié)議[2，7]依賴于對(duì)信道狀態(tài)的精確估計(jì)或周期性的調(diào)度來降低功耗，但傳輸時(shí)延較高. 混合類協(xié)議[8]綜合了競(jìng)爭(zhēng)類和調(diào)度類協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)信道的動(dòng)態(tài)變化具有較好的魯棒性，但是協(xié)議設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大. 分簇類協(xié)議往往采用多信道的方式提高吞吐量[9-10]. 固定信道方式中網(wǎng)絡(luò)的靈活性和適應(yīng)性較差，動(dòng)態(tài)信道方式提高了靈活性，但是每次通信前需要進(jìn)行握手，增加了時(shí)延和復(fù)雜度. 以上MAC協(xié)議均不能兼顧地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥低功耗、低時(shí)延的要求.

1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥的節(jié)點(diǎn)分為探測(cè)節(jié)點(diǎn)和戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn). 探測(cè)節(jié)點(diǎn)具備探測(cè)和遠(yuǎn)距離通信能力，戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn)具備打擊和近距離通信能力. 基于此提出一種分簇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示.

探測(cè)節(jié)點(diǎn)作為簇首組成骨干網(wǎng)絡(luò)，戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn)作為簇成員加入各簇中，從而形成一個(gè)兩層網(wǎng)絡(luò). 簇首和簇成員構(gòu)成星型下層網(wǎng)絡(luò)；簇首之間構(gòu)成網(wǎng)狀上層網(wǎng)絡(luò). 從簇首節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，搜集各簇首節(jié)點(diǎn)的探測(cè)信息并進(jìn)行攻擊決策. 各簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)距匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)劃分等級(jí). 匯聚節(jié)點(diǎn)為0級(jí)，最小跳數(shù)為1的節(jié)點(diǎn)為1級(jí)，最小跳數(shù)為2的節(jié)點(diǎn)為2級(jí)，以此類推. 除匯聚節(jié)點(diǎn)外，各節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)高等級(jí)的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn).

網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可分為周期性數(shù)據(jù)和突發(fā)性數(shù)據(jù). 周期性數(shù)據(jù)流量較小，包含拓?fù)渚S護(hù)等控制幀；突發(fā)性數(shù)據(jù)包含目標(biāo)的探測(cè)信息和決策信息，其流量變化較大. 戰(zhàn)場(chǎng)上目標(biāo)出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)的方向無法預(yù)測(cè)，因此探測(cè)到目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和探測(cè)數(shù)據(jù)量都具有較大的隨機(jī)性.

2 混合型分簇MAC協(xié)議

本文提出的混合型分簇MAC協(xié)議使用兩個(gè)異頻收發(fā)器完成簇內(nèi)和簇間通信. 協(xié)議為節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙，使之成為該時(shí)隙的擁有者，具有使用該時(shí)隙的最高優(yōu)先級(jí). 當(dāng)擁有者放棄使用該時(shí)隙時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)用該時(shí)隙. 發(fā)送數(shù)據(jù)前，通過在Notice子時(shí)隙中廣播相關(guān)信息使無關(guān)節(jié)點(diǎn)睡眠，降低功耗. 在低流量狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)以TDMA方式運(yùn)行以降低功耗；高流量狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)以兩種方式同時(shí)運(yùn)行以降低時(shí)延，保證攻擊指令等關(guān)鍵信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性.

2.1 協(xié)議初始化

2.1.1 上層網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙和信道分配

時(shí)隙和信道分配過程由匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)起，為其兩跳內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分配不同的時(shí)隙和信道，并以Distrubution幀廣播. 其他簇首節(jié)點(diǎn)接收到該幀后進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，過程如下：

步驟1 判斷源節(jié)點(diǎn)是否為自己的父節(jié)點(diǎn)，若是執(zhí)行步驟2，否則丟棄該幀；

步驟2 提取幀中數(shù)據(jù)，獲得本節(jié)點(diǎn)兩跳范圍內(nèi)的未分配節(jié)點(diǎn)、空閑時(shí)隙和空閑信道列表；

步驟3 依次為各未分配節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙和信道，分配原則為優(yōu)先使用兩跳范圍外已使用的時(shí)隙和未使用過的信道；

步驟4 將分配結(jié)果封裝入Distrubution幀中廣播.

2.1.2 下層網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙分配

簇首節(jié)點(diǎn)完成信道分配后，其簇內(nèi)收發(fā)器即開始以一種特殊的TDMA的方式運(yùn)行. 此時(shí)時(shí)間幀中僅包含一個(gè)時(shí)隙，為自己擁有，即形成了一個(gè)單節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò). 當(dāng)接收到戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求后，在時(shí)間幀中添加一個(gè)時(shí)隙分配給該節(jié)點(diǎn)，并廣播告知所有簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)TDMA狀態(tài)的變化. 同樣，當(dāng)簇內(nèi)某節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，簇首節(jié)點(diǎn)也相應(yīng)地減少一個(gè)時(shí)隙.

這種動(dòng)態(tài)地調(diào)整時(shí)間幀長度的方式比傳統(tǒng)TDMA方式具有更好的拓展性和靈活性，降低了通信時(shí)延并提高了信道利用率.

2.2 時(shí)隙劃分和訪問

2.2.1 時(shí)隙劃分

協(xié)議以TDMA時(shí)間幀為基礎(chǔ)，為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙. 一個(gè)時(shí)間幀的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

如圖2所示，一個(gè)時(shí)間幀包含1個(gè)Sync同步段和若干個(gè)時(shí)隙段. 同步段是時(shí)間幀的起始段. 該階段用于時(shí)間同步和新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng). 時(shí)隙段中每個(gè)時(shí)隙分為兩個(gè)子時(shí)隙：Notice和Data. Notice子時(shí)隙用于時(shí)隙擁有者廣播時(shí)隙的使用情況；Data時(shí)隙用于數(shù)據(jù)傳輸.

2.2.2 時(shí)隙訪問策略

Notice時(shí)隙中，擁有者的緩沖區(qū)中若有數(shù)據(jù)包等待發(fā)送，則計(jì)算出各包發(fā)送所需要的時(shí)間.

(1)

當(dāng)前時(shí)隙的非擁有者在Notice時(shí)隙中無線模塊均處于接收狀態(tài)，監(jiān)聽Notice幀，檢測(cè)當(dāng)前時(shí)隙是否被放棄以及自己是否為本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康墓?jié)點(diǎn). 為提高信道利用率，Data時(shí)隙中擁有者完成TDMA傳輸后的剩余時(shí)段將被利用. 非擁有者將以CSMA的方式競(jìng)爭(zhēng)信道，當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)等待傳輸?shù)那闆r下共有如下3種情況：

① 當(dāng)前時(shí)隙被放棄. 此時(shí)節(jié)點(diǎn)在隨后的Data時(shí)隙中將以帶有握手機(jī)制的CSMA方式競(jìng)爭(zhēng)信道使用權(quán). 如圖3所示，當(dāng)前時(shí)隙擁有者節(jié)點(diǎn)A放棄時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C在Data時(shí)隙中競(jìng)爭(zhēng)訪問信道.

② 當(dāng)前時(shí)隙未被放棄，自己不是目的節(jié)點(diǎn). 此時(shí)節(jié)點(diǎn)將在Data時(shí)隙中進(jìn)入休眠狀態(tài)，并根據(jù)Notice幀中的TTrans來確定休眠的喚醒時(shí)間. 若節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)中由數(shù)據(jù)等待發(fā)送，則計(jì)算出各包發(fā)送所需要的時(shí)間為

(2)

式中LRTS和LCTS分別為RTS幀和CTS幀的長度. 若單個(gè)數(shù)據(jù)包所需的時(shí)間小于Data子時(shí)隙剩余的時(shí)間，則在喚醒后將以CSMA的方式競(jìng)爭(zhēng)信道. 若節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，或剩余時(shí)間不足以發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，則進(jìn)入接收狀態(tài)偵聽其他節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)情況. 如圖6所示，節(jié)點(diǎn)A為時(shí)隙擁有者，節(jié)點(diǎn)B為目的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)C為非目的節(jié)點(diǎn).

③ 當(dāng)前時(shí)隙未被放棄，自己是目的節(jié)點(diǎn). 此時(shí)節(jié)點(diǎn)在Data時(shí)隙中進(jìn)入接收狀態(tài)，TTrans時(shí)間結(jié)束后，如上一種情況一樣進(jìn)行處理. 訪問策略如圖4所示.

3 協(xié)議仿真與性能評(píng)估

3.1 環(huán)境參數(shù)和仿真方法

仿真采用OPNET軟件分析協(xié)議的性能，并與基于競(jìng)爭(zhēng)的IEEE802.15.4協(xié)議[3]和基于分配的LMAC協(xié)議[6]進(jìn)行對(duì)比. 實(shí)驗(yàn)主要分析在相同的環(huán)境和條件下不同協(xié)議在吞吐量、數(shù)據(jù)包端到端時(shí)延和節(jié)點(diǎn)能耗等方面的性能. 仿真環(huán)境中令網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分布在一個(gè)500 m×500 m的正方形區(qū)域內(nèi). 其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)量為10；戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn)數(shù)量為60；傳輸速率為250 kbit/s；最大數(shù)據(jù)長度(服從泊松分布)均值為1 024；時(shí)隙長度為10 ms；Notice長度為1.5 ms；探測(cè)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔(服從指數(shù)分布)均值λ為(2.00，1.00，0.70，0.30，0.10，0.08，0.06，0.04，0.02，0.01).

仿真中將探測(cè)到目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)稱為警戒節(jié)點(diǎn)，警戒節(jié)點(diǎn)要跟蹤目標(biāo)的位置并上報(bào)給匯聚節(jié)點(diǎn)，突發(fā)數(shù)據(jù)較多.

將本文協(xié)議與另外兩種協(xié)議的吞吐量、端到端時(shí)延和功耗進(jìn)行對(duì)比分析. 針對(duì)每一性能運(yùn)行兩組仿真. 一組將警戒節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)置為7，探測(cè)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔如表1所示. 另一組將數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔均值設(shè)置為0.20，探測(cè)到目標(biāo)的簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)從1逐漸增加到7.

3.2 吞吐量分析

網(wǎng)絡(luò)吞吐量反映了網(wǎng)絡(luò)的通信能力，仿真中通過改變探測(cè)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)量，評(píng)估協(xié)議在不同條件下的吞吐量. 仿真結(jié)果如圖5和圖6所示.

仿真結(jié)果表明本文協(xié)議的吞吐量在各種條件下均優(yōu)于另外兩種協(xié)議. 圖5中以λ取值為0.30為分界，低流量時(shí)本文協(xié)議比LMAC和802.15.4的吞吐量分別提高約32%和300%；高流量時(shí)高出32%和138%. 本文協(xié)議優(yōu)先以TDMA的方式運(yùn)行，當(dāng)探測(cè)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間間隔較小時(shí)，復(fù)用時(shí)隙的剩余時(shí)段以競(jìng)爭(zhēng)的方式傳輸數(shù)據(jù). 這樣既避免了802.15.4協(xié)議長時(shí)間的信道監(jiān)聽和頻繁的沖突碰撞，又不像LMAC協(xié)議那樣嚴(yán)格地只在自己的時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù). 當(dāng)有突發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)越多時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的剩余時(shí)隙將更充分地被鄰居節(jié)點(diǎn)利用. 因此圖6中隨著警戒節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，本文協(xié)議的優(yōu)勢(shì)逐漸增大.

3.3 平均端到端時(shí)延分析

平均端到端時(shí)延是各個(gè)節(jié)點(diǎn)中的有效數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到被目的節(jié)點(diǎn)成功接收和處理所用的平均時(shí)間. 仿真結(jié)果如圖7和圖8所示.

從圖7可以看出，隨著λ的減小，各協(xié)議的時(shí)延均有上升的趨勢(shì). 低流量時(shí)各協(xié)議的時(shí)延變化較小. LMAC協(xié)議節(jié)點(diǎn)只在節(jié)點(diǎn)自己的時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù)，因此時(shí)延較大. 802.15.4協(xié)議由于競(jìng)爭(zhēng)和碰撞的加劇和大量的控制報(bào)文導(dǎo)致時(shí)延一直增長. 本文協(xié)議優(yōu)先以TDMA執(zhí)行，并可在時(shí)隙剩余時(shí)段以競(jìng)爭(zhēng)的方式使用信道，因此時(shí)延的增長比較緩慢并處于較低的水平. 在網(wǎng)絡(luò)不過飽和的狀態(tài)下，本文協(xié)議能夠使盡量多的時(shí)間都用在數(shù)據(jù)傳輸上，信道利用比LMAC更加充分，端到端延時(shí)的優(yōu)勢(shì)更加顯著. 當(dāng)λ減小到0.06時(shí)，時(shí)延增大的速度開始變快，類似指數(shù)增長. 此時(shí)網(wǎng)絡(luò)逐漸接近飽和，一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量逐漸超出可發(fā)送的數(shù)據(jù)量，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)性能的急劇下降.

圖8中網(wǎng)絡(luò)沒有飽和，LMAC以TDMA的方式運(yùn)行，時(shí)延與時(shí)間幀的長度正相關(guān)，因此時(shí)延基本不變僅在較小的范圍內(nèi)波動(dòng). 隨著警戒節(jié)點(diǎn)的增多網(wǎng)絡(luò)流量逐漸加大，802.15.4協(xié)議的碰撞更加劇烈，因此時(shí)延呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì). 本文協(xié)議利用TDMA發(fā)送部分?jǐn)?shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)在時(shí)隙的剩余時(shí)段競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送，既避免了頻繁碰撞又提高了信道利用率，因此時(shí)延一直處于較低的水平.

3.4 節(jié)點(diǎn)平均能耗分析

這里的節(jié)點(diǎn)能耗只考慮網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中無線收發(fā)器消耗的電量，采用Chipcon公司的無線收發(fā)模塊CC1101在不同工作狀態(tài)下的電流來估計(jì)節(jié)點(diǎn)的能耗，發(fā)送狀態(tài)電流為29.6 mA，接收模式為15.5 mA，空閑模式為1.7 mA，睡眠模式為400 nA. 仿真結(jié)果如圖9和圖10所示.

仿真結(jié)果表明，本文協(xié)議的能耗遠(yuǎn)小于802.15.4協(xié)議，略高于LMAC協(xié)議. 802.15.4協(xié)議采用競(jìng)爭(zhēng)的方式，頻繁的信道監(jiān)聽和沖突碰撞導(dǎo)致消耗的能量最高. LMAC協(xié)議采用TDMA機(jī)制，采用了傳輸無關(guān)節(jié)點(diǎn)睡眠的方式節(jié)省功耗，一個(gè)時(shí)隙中僅進(jìn)行一次傳輸，大量節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，故能耗最低. 但是這樣的代價(jià)是較高的端到端時(shí)延. 本文協(xié)議采用TDMA方式避免了沖突碰撞帶來的能耗. 同時(shí)Notice時(shí)隙使節(jié)點(diǎn)明確自己是否是當(dāng)前傳輸?shù)哪康墓?jié)點(diǎn)，可以使部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，進(jìn)一步節(jié)省功耗. 但是由于利用了時(shí)隙剩余時(shí)間進(jìn)行傳輸，故能耗比LMAC協(xié)議略高.

圖9中隨著λ減小，各節(jié)點(diǎn)的能耗均有增加的趨勢(shì). 本文協(xié)議優(yōu)先以TDMA方式運(yùn)行，碰撞沖突較少，且通過少量的控制包即可完成時(shí)隙剩余時(shí)段的共用，因此能耗的增加比802.15.4協(xié)議平緩很多. 圖10中本文協(xié)議及LMAC協(xié)議的能耗幾乎沒有增大，而802.15.4協(xié)議的增加非常明顯. 這是由于當(dāng)λ取0.2時(shí)，網(wǎng)絡(luò)沒有達(dá)到過飽和，本文協(xié)議的TDMA和少量的CSMA/CA方式足夠保障數(shù)據(jù)的傳輸. 而801.15.4協(xié)議由于參與通信的節(jié)點(diǎn)增多，控制消息的數(shù)量和碰撞的概率均增大，由此帶來能耗的提高.

4 結(jié) 論

本文針對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥低時(shí)延、低功耗和高吞吐能力的戰(zhàn)術(shù)要求，提出了一種探測(cè)節(jié)點(diǎn)為骨干節(jié)點(diǎn)，戰(zhàn)斗節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn)的分簇型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu). 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種結(jié)合TDMA和CSMA的混合型分簇MAC協(xié)議. 協(xié)議采用了無關(guān)節(jié)點(diǎn)休眠的TDMA策略和考慮競(jìng)爭(zhēng)程度的CSMA/CA策略，能夠降低網(wǎng)絡(luò)功耗，提高信道接入的公平性. 該協(xié)議復(fù)雜度低，通過分布式時(shí)隙和信道分配實(shí)現(xiàn)自組織；通過時(shí)隙復(fù)用和動(dòng)態(tài)的時(shí)間幀結(jié)構(gòu)降低時(shí)延；通過無關(guān)節(jié)點(diǎn)睡眠降低功耗；通過簇頭選擇促進(jìn)能量均衡. 該協(xié)議的Notice和Data子時(shí)隙寬度可根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)置，可將協(xié)議性能更傾向競(jìng)爭(zhēng)類或TDMA類協(xié)議，以滿足特殊性能需求的網(wǎng)絡(luò)化彈藥系統(tǒng). 仿真表明本文協(xié)議在吞吐量和端到端時(shí)延方面比802.15.4和LMAC協(xié)議有較明顯的優(yōu)勢(shì). 在網(wǎng)絡(luò)能耗方面，本文協(xié)議略高于LMAC協(xié)議，但遠(yuǎn)低于802.15.4協(xié)議. 比LMAC協(xié)議高出的能耗主要用于對(duì)時(shí)隙剩余時(shí)段的利用，相當(dāng)于用略高的能耗換取了較低的通信時(shí)延. 該協(xié)議符合地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥MAC協(xié)議高吞吐、低延時(shí)和低功耗的特點(diǎn)，對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)化彈藥的研究和工程應(yīng)用具有參考價(jià)值.

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(責(zé)任編輯：劉雨)

Cluster-Based Hybrid Medium Access Control Protocol Suitable for Land-Based Networked Munitions

LIU Han-wen， JIANG Chun-lan， LI Ming

(School of Mechatronical Engineering， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China)

The MAC protocol plays an important role with power consumption and transmission delay in the networked munitions systems. A low power and low delay MAC protocol suitable for land-based networked munitions was presented. Features of competing and distributed based protocols were combined. Combining the features of competing and distributed based protocols, choosing different methods to access channels depend on transmission time and traffic, it could avoid collision and waste of the channel, and reduce the transmission delay with slot reuse. Sleeping unrelated nodes in transmission, it could reduce the power consumption. Simulation shows that this protocol has better performance on throughput, end-to-end delay and power consumption compared with traditional distribution and competing MAC.

land-based networked munitions; medium access control; hybrid; cluster-based; low power; low delay

2015-08-11

爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京理工大學(xué))基金資助項(xiàng)目(YBKT12-07)

劉瀚文(1989—)，男，博士生，E-mail:liuhanwen_bit@163.com.

TP 417

A

1001-0645(2016)12-1309-06

10.15918/j.tbit1001-0645.2016.12.019