周海東,周 遜,2,任 智,嚴(yán) 炎,葛理威
1(重慶郵電大學(xué) 移動(dòng)通信技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)2(中國(guó)工程物理研究院 激光聚變研究中心,四川 綿陽(yáng) 621900)
信息交互方式的發(fā)生的改變促使數(shù)據(jù)流量快速增加,而當(dāng)前移動(dòng)數(shù)據(jù)流量已占據(jù)主流.層出不窮的新應(yīng)用對(duì)無(wú)線速率提出更高要求,預(yù)計(jì)到2020年左右,人們對(duì)短距離無(wú)線通信的數(shù)據(jù)速率需求將達(dá)到數(shù)10Gbps[1].現(xiàn)有無(wú)線通信技術(shù)受限于帶寬難以滿足此需求,這促使人們探索更高的頻率波段,在這種環(huán)境下,太赫茲(terahertz,THz)波段(0.1THz-10THz)已被提升為一個(gè)關(guān)鍵的無(wú)線技術(shù)來(lái)滿足這一需求[2].
太赫茲(terahertz,THz)波[3-5]是位于毫米波和遠(yuǎn)紅外光波之間的電磁波,其頻率范圍為0.1THz-10THz,相應(yīng)波長(zhǎng)范圍為0.03mm-3mm.太赫茲波處于宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過(guò)渡區(qū),它是人類最后一個(gè)尚未完全認(rèn)知利用的頻段.相比于60GHz及以下頻段,太赫茲頻段大部分尚未被分配使用,具有較大的開發(fā)潛力,因此相關(guān)的太赫茲通信技術(shù)被看做是5G通信的關(guān)鍵技術(shù)之一[6].在實(shí)際的無(wú)線通信中,空氣中的水分子對(duì)太赫茲通信的影響較大,水分子會(huì)造成太赫茲波特別大的大氣衰減,因此它的通信距離范圍受到限制,考慮到太赫茲波具有特性,太赫茲頻段比較適合短距離無(wú)線通信[7].
太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(Terahertz Wireless Personal Area Networks (THz-WPANs)是一種數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Gbps并且以太赫茲波作為載波的自組織網(wǎng)絡(luò)[8,9].THz-WPANs是一種通信范圍較小的網(wǎng)絡(luò),通常是由多個(gè)具有太赫茲無(wú)線通信的節(jié)點(diǎn)組成.與傳統(tǒng)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)最主要的區(qū)別是,它能夠?yàn)椴粩喑霈F(xiàn)的新型業(yè)務(wù)提過(guò)超過(guò)10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸保證.
接入方法工作在網(wǎng)絡(luò)中的MAC層,其主要功能是承擔(dān)著信道的接入控制,在通信體系架構(gòu)中起著非常重要的作用.最近幾年,太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道MAC協(xié)議的研究已經(jīng)獲得了一定進(jìn)展,相關(guān)的研究工作仍在繼續(xù)進(jìn)行.Jornet等人提出了一種太赫茲電磁納米網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議-PHLAME(a PHysical Layer Aware MAC protocol for Electromagnetic nanonetworks)[10].PHLAME協(xié)議包含握手和數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)階段,其結(jié)合物理層脈沖通信的特點(diǎn),使節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù),其中,采用不同節(jié)點(diǎn)使用不同的符號(hào)速率機(jī)制,能夠有效避免數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞,提高網(wǎng)絡(luò)性能.Shahram Mohrehkesh等人提出一種由接收節(jié)點(diǎn)開始、集能感知的接入?yún)f(xié)議RIH-MAC(Receiver-Initiated Harvesting-aware MAC).RIH-MAC協(xié)議要求只有接收節(jié)點(diǎn)具有足夠的能量,數(shù)據(jù)傳輸才會(huì)成功,其還要求發(fā)送端和接收端在時(shí)間上同步,將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間分為等長(zhǎng)的時(shí)隙,這可以顯著減小數(shù)據(jù)幀之間碰撞的概率和能量的消耗[11].Pu Wang等人針對(duì)納米傳感網(wǎng)絡(luò)提出一種頻譜感知的接入?yún)f(xié)議--DSS-TDMA(a Dynamic Scheduling Scheme based on TDMA)[12].DSS-TDMA協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是由一般的納米傳感器節(jié)點(diǎn)和更高邏輯地位、具備無(wú)線個(gè)域網(wǎng)控制功能的控制器節(jié)點(diǎn)組成,其將網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間劃分為三部分,分別是每個(gè)幀包含的下行鏈路、上行鏈路以及隨機(jī)接入.DSS-TDMA提出這種基于TDMA+RA(時(shí)分多址+隨機(jī)接入)的太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)MAC協(xié)議對(duì)未來(lái)研究和設(shè)計(jì)THz-WPANs接入?yún)f(xié)議具有重要的指導(dǎo)意義.
目前關(guān)于THz-WPANs雙信道MAC協(xié)議研究比較少,Peng等人提出了一種利用帶外信令的增強(qiáng)型組網(wǎng)方案:通過(guò)在低頻信道進(jìn)行信道掃描和信令交互來(lái)確定節(jié)點(diǎn)的大致位置,然后在在太赫茲信道實(shí)現(xiàn)使用高增益天線進(jìn)行精確掃描,最后掃描完成才進(jìn)行太赫茲通信[13];Yao等人參考了IEEE802.11ac[14]協(xié)議,并提出了一種TAB-MAC[15]協(xié)議,其基本思路是控制信息的交換在WiFi(2.4GHz)信道用全向天線進(jìn)行,真正的數(shù)據(jù)傳輸在太赫茲信道用定向天線進(jìn)行實(shí)現(xiàn),該協(xié)議可以解決太赫茲通信距離受限問(wèn)題,但存在信道利用率較低,數(shù)據(jù)傳輸延遲較大等問(wèn)題.針對(duì)這些問(wèn)題,本文提出了一種高效低時(shí)延的THz-WPANs雙信道MAC協(xié)議.
TAB-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示.網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)由錨節(jié)點(diǎn)(Anchor node)和常規(guī)節(jié)點(diǎn)(Regular node)構(gòu)成,錨節(jié)點(diǎn)可以幫助常規(guī)節(jié)點(diǎn)獲得自身節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息,常規(guī)節(jié)點(diǎn)可以在太赫茲信道發(fā)送數(shù)據(jù).錨節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)配備GPS定位模塊或手動(dòng)配置來(lái)獲得自己的位置坐標(biāo)信息,常規(guī)節(jié)點(diǎn)通過(guò)配置波束成形天線陣列在太赫茲信道進(jìn)行通信.
錨節(jié)點(diǎn)在WiFi波段周期性的廣播信標(biāo)信號(hào),常規(guī)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信標(biāo)幀信號(hào)來(lái)定位自身節(jié)點(diǎn)的位置信息,定位一個(gè)常規(guī)節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)維度的位置坐標(biāo)需要三個(gè)不在一條直線上的錨節(jié)點(diǎn),定位一個(gè)常規(guī)節(jié)點(diǎn)在三維空間的位置至少需要4個(gè)不在一條直線的錨節(jié)點(diǎn).常規(guī)節(jié)點(diǎn)的太赫茲波束成形天線適當(dāng)?shù)恼{(diào)整之后,兩個(gè)常規(guī)節(jié)點(diǎn)之間在太赫茲信道才可以建立連接,由于常規(guī)節(jié)點(diǎn)可以定位自身節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息,這使調(diào)整天線變的簡(jiǎn)單.
TAB-MAC協(xié)議的主要思路是在WiFi信道用全向天線來(lái)交互控制信息,在太赫茲信道用定向天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,如下圖2所示.在WiFi信道,有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的源節(jié)點(diǎn)用全向天線向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)RTS(Request To Send,請(qǐng)求發(fā)送)幀(包含源節(jié)點(diǎn)的位置信息),目的節(jié)點(diǎn)收到RTS幀,若信道空閑,等待一個(gè)SIFS(Short Interframe Space,短幀間間隔)時(shí)間之后,就向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)CTS(Clear To Send,允許發(fā)送)幀(包含目的節(jié)點(diǎn)的位置信息),源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)相互交互的信息,調(diào)整太赫茲波束成形天線使用定向天線相互對(duì)準(zhǔn),然后切換到太赫茲信道;在太赫茲信道,首先源節(jié)點(diǎn)會(huì)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)TTS(Test To Send,測(cè)試)幀(為了確保源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的定向天線相互對(duì)準(zhǔn)),目的節(jié)點(diǎn)收到TTS幀會(huì)向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)ACK(ACKnowledgement, 確認(rèn))幀,源節(jié)點(diǎn)收到ACK幀之后才能夠向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀.目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的多個(gè)數(shù)據(jù)幀僅使用一個(gè)ACK幀進(jìn)行確認(rèn).
圖1 網(wǎng)絡(luò)模型Fig.1 Network model
圖2 TAB-MAC協(xié)議Fig.2 TAB-MAC protocol
測(cè)試幀的幀格式如圖3所示.測(cè)試幀是一個(gè)短的數(shù)據(jù)幀,它的幀體是一個(gè)長(zhǎng)度為4字節(jié)的數(shù)據(jù)字段.
圖3 測(cè)試幀格式Fig.3 Test To Send frame format
通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道MAC協(xié)議存在信道利用率不高以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延較大問(wèn)題:
1)在WiFi信道如果源節(jié)點(diǎn)(假定為A)向目的節(jié)點(diǎn)(假定為B)發(fā)送RTS幀,節(jié)點(diǎn)B收到RTS幀之后,如果此時(shí)節(jié)點(diǎn)B也有數(shù)據(jù)需要向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送,根據(jù)現(xiàn)有的太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道接入方法,節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B傳輸數(shù)據(jù)完成之后,節(jié)點(diǎn)B才能夠與節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行RTS/CTS幀交互,而節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送完數(shù)據(jù)之后,A節(jié)點(diǎn)和B節(jié)點(diǎn)在太赫茲信道定向天線還處在對(duì)準(zhǔn)狀態(tài),因此可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,省去了RTS/CTS幀交互過(guò)程以及測(cè)試時(shí)延.
2)在太赫茲信道引入測(cè)試幀是為了測(cè)試源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的定向天線是否處于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài),測(cè)試幀中的4字節(jié)數(shù)據(jù)字段為無(wú)用數(shù)據(jù),因此可以考慮去掉,進(jìn)一步減少控制開銷.
針對(duì)以上問(wèn)題,提出一種高效低時(shí)延的接入?yún)f(xié)議--ELD-MAC.該協(xié)議較好地解決了上述問(wèn)題,同時(shí)提高信道利用率,減少網(wǎng)絡(luò)控制開銷,降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延,提升網(wǎng)絡(luò)性能.
"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制的基本思路為:如果目的節(jié)點(diǎn)B在向源節(jié)點(diǎn)A回復(fù)CTS幀之前有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)A,則計(jì)算出發(fā)送那些數(shù)據(jù)所需總的時(shí)間值,加上RTS幀中攜帶的"持續(xù)期"字段的值,將兩者的和裝入CTS幀的"持續(xù)期"字段中,然后廣播該CTS幀;A、B節(jié)點(diǎn)之外的其它節(jié)點(diǎn)(假設(shè)太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)都可以直接通信)收到該CTS幀后,它們都會(huì)在這段時(shí)間內(nèi)在太赫茲信道保持靜默;節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后,節(jié)點(diǎn)B可以將自己的數(shù)據(jù)發(fā)送給節(jié)點(diǎn)A.這樣使用一個(gè)RTS/CTS幀交互過(guò)程,節(jié)點(diǎn)A、B都可以把自己要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給對(duì)方節(jié)點(diǎn),從而省去一個(gè)RTS/CTS交互過(guò)程以及測(cè)試時(shí)延,降低了控制開銷和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延.
"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制的操作流程如圖4所示.
圖4 自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程
Fig.4 Adaptive ellipsis RTS/CTS frame interaction process
在太赫茲信道引入測(cè)試幀時(shí)為了測(cè)試源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的定向天線是否處于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài),測(cè)試幀中的4字節(jié)數(shù)據(jù)字段為無(wú)用數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)字段為冗余的控制開銷,增大了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延,不利于網(wǎng)絡(luò)吞吐量的提高.
"精簡(jiǎn)測(cè)試幀"新機(jī)制的基本思路為:去掉測(cè)試幀中4字節(jié)的無(wú)用數(shù)據(jù)字段,來(lái)減少控制開銷,同樣可以測(cè)試源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的定向天線是否處于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)."精簡(jiǎn)測(cè)試幀"幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示 .Duration:持續(xù)時(shí)間;RA:the address of the STA receiving the TTS frame,TTS幀接收站點(diǎn)地址;TA:the address of the STA transmitting the TTS frame,TTS幀發(fā)送站點(diǎn)地址;FCS: Frame Check Sequence,幀校驗(yàn)序列.
圖5 精簡(jiǎn)測(cè)試幀格式
Fig.5 Simplified test frame format
下面按照WiFi信道和太赫茲信道的順序,具體介紹提出的太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道MAC協(xié)議的操作流程.
3.3.1 WiFi信道
步驟1.錨節(jié)點(diǎn)周期性的廣播信標(biāo)信號(hào),常規(guī)節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)信號(hào)然后來(lái)確定自身節(jié)點(diǎn)的位置信息.
步驟2.有數(shù)據(jù)發(fā)送需求的源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀,目的節(jié)點(diǎn)收到RTS幀,如果目的節(jié)點(diǎn)也有數(shù)據(jù)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送,則采用本文提出的"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"機(jī)制,否則采用原協(xié)議,即目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回送一個(gè)CTS幀.
步驟3.源和目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)RTS/CTS交互的信息,調(diào)整太赫茲波束成形天線,使用定向天線對(duì)準(zhǔn),然后切換到太赫茲信道.
3.3.2 太赫茲信道
步驟1.源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)精簡(jiǎn)測(cè)試幀,目的節(jié)點(diǎn)收到精簡(jiǎn)測(cè)試幀向源節(jié)點(diǎn)回送一個(gè)ACK幀.
步驟2.源節(jié)點(diǎn)收到對(duì)精簡(jiǎn)測(cè)試幀的確認(rèn)幀之后,立即向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀,目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的多個(gè)數(shù)據(jù)幀僅用一個(gè)ACK幀進(jìn)行確認(rèn).
為確定ELD-MAC協(xié)議的有效性,本文采用TAB-MAC協(xié)議作為比較對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行理論分析驗(yàn)證.
定理1.與TAB-MAC協(xié)議相比,在太赫茲信道ELD-MAC協(xié)議有更小的測(cè)試時(shí)延.
證明:原TAB-MAC協(xié)議和ELD-MAC協(xié)議測(cè)試時(shí)延如公式(1)和公式(2)所示:
Ttest1=Tswitch+TTTS-T+TACK+Tsifs+2Tprop
(1)
Ttest2=Tswitch+TTTS-E+TACK+Tsifs+2Tprop
(2)
其中Tswitch為切換時(shí)間,它的值為WiFi信道切換到太赫茲信道所用的時(shí)間,TACK為發(fā)送ACK幀所用的時(shí)間,Tsifs為短幀間間隔時(shí)間,Tprop為傳播時(shí)延.在相同的場(chǎng)景和參數(shù)設(shè)置下,TAB-MAC協(xié)議和ELD-MAC協(xié)議在Tswitch、TACK、Tsifs、Tprop保持一致,TTTS-T和TTTS-E分別為TAB-MAC協(xié)議和ELD-MAC協(xié)議發(fā)送一個(gè)測(cè)試幀所用的時(shí)間.由于ELD-MAC協(xié)議采用精簡(jiǎn)測(cè)試幀機(jī)制,省去了4字節(jié)的無(wú)用數(shù)據(jù)字段,因此TTTS-T>TTTS-E,可知,Ttest2 定理2.與TAB-MAC協(xié)議相比,ELD-MAC協(xié)議能夠提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量. 證明:設(shè)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的概率為pi,TAB-MAC協(xié)議與ELD-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量分別為ST、SE,則TAB-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量期望ST可由下式(3)得出: (3) 式中S為TAB-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨機(jī)變量,Si為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量變量,Nasc為當(dāng)前已關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的總數(shù),Li為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)待發(fā)送數(shù)據(jù)的大小,Psucc為節(jié)點(diǎn)在太赫茲信道成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀的概率,Ti為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在WiFi信道建立連接和在太赫茲信道發(fā)送數(shù)據(jù)幀總的時(shí)間.相應(yīng)地,ELD-MAC網(wǎng)絡(luò)吞吐量SE如式(4)所示: (4) 4.1.1 仿真統(tǒng)計(jì)量 1)信道利用率 信道利用率是指數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間占信道總時(shí)間的比例,它體現(xiàn)出MAC協(xié)議的工作效率,其計(jì)算公式如下所示: (5) 其中Ti為第i個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)延,T為網(wǎng)絡(luò)通信總時(shí)長(zhǎng).數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)間所占比例越高,說(shuō)明信道資源無(wú)效浪費(fèi)所占比例越少,MAC層工作效率越高. 2)數(shù)據(jù)平均時(shí)延 數(shù)據(jù)時(shí)延一般指數(shù)據(jù)開銷自產(chǎn)生到正確接收中間所用的時(shí)間.平均時(shí)延則是對(duì)所有的時(shí)延值取平均,其計(jì)算公式如下所示: (6) 其中di為第i個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)延,包括層間處理、MAC層排隊(duì)、傳輸以及傳播耗時(shí),一般不考慮目的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延,當(dāng)數(shù)據(jù)出錯(cuò)重傳時(shí),重傳耗時(shí)也包括在內(nèi);而N為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中MAC層已正確接收的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù). 3)MAC層吞吐量 MAC層吞吐量為MAC層單位時(shí)間內(nèi)向上層提供數(shù)據(jù)的總量,單位取比特每秒(b/s),其計(jì)算公式如下所示: (7) 其中,Drec為各節(jié)點(diǎn)MAC層正確接收的數(shù)據(jù)開銷大小,T為網(wǎng)絡(luò)通信總時(shí)長(zhǎng),在仿真中即數(shù)據(jù)產(chǎn)生開始時(shí)間到當(dāng)前時(shí)刻.MAC層吞吐量不僅受物理層條件限制,而且還受MAC協(xié)議工作效率的影響. 4.1.2 參數(shù)設(shè)置 主要的仿真參數(shù)如表1所示. 表1 主要仿真參數(shù)表1Table 1 Simulation main parameters 4.2.1 信道利用率 如圖6所示,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到飽和時(shí),ELD-MAC協(xié)議信道利用率提高了11.39%.信道利用率提高的主要原因?yàn)椋?/p> 圖6 信道利用率對(duì)比 1)"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制,對(duì)于存在反向信道傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn),能夠省去RTS/CTS交互過(guò)程,減少控制開銷,從而增大傳輸數(shù)據(jù)幀占總的信道時(shí)間比例,提高信道利用率; 2)"精簡(jiǎn)測(cè)試幀"機(jī)制,省去測(cè)試幀4字節(jié)的無(wú)用數(shù)據(jù)字段,減少了控制幀占總的信道時(shí)間比例,從而提高信道利用率. 4.2.2 數(shù)據(jù)平均時(shí)延 如圖7所示,ELD-MAC協(xié)議數(shù)據(jù)平均時(shí)延至少降低了12.63%.時(shí)延降低的主要原因?yàn)椋?自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制對(duì)于存在反向信道傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)省略了RTS/CTS交互過(guò)程以及測(cè)試時(shí)延,加快了數(shù)據(jù)傳輸,從而降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延. 圖7 數(shù)據(jù)平均時(shí)延對(duì)比 4.2.3 MAC層吞吐量 如圖8所示,ELD-MAC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)飽和的情況下吞吐量提高了10.96%,這主要原因在于: 圖8 MAC層吞吐量對(duì)比 1)"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制,對(duì)于存在反向信道傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn),能夠省去RTS/CTS交互過(guò)程,減少冗余控制開銷,從而在相同的信道時(shí)間內(nèi)能夠發(fā)送更多的正常數(shù)據(jù); 2)"精簡(jiǎn)測(cè)試幀"機(jī)制省去4字節(jié)無(wú)用數(shù)據(jù)字段,減少了發(fā)送測(cè)試幀所用的時(shí)間以及接收時(shí)間,降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延,從而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量. 本文主要針對(duì)現(xiàn)有相關(guān)太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道MAC協(xié)議存在信道利用率較低以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延大問(wèn)題,提出一種適用于太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的高效低時(shí)延的雙信道接入?yún)f(xié)議--ELD-MAC.ELD-MAC通過(guò)采用"自適應(yīng)省略RTS/CTS幀交互過(guò)程"新機(jī)制,對(duì)于存在反向信道傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn),能夠省去RTS/CTS交互過(guò)程,減少控制開銷;采用"精簡(jiǎn)測(cè)試幀"機(jī)制,省去測(cè)試幀4字節(jié)的無(wú)用數(shù)據(jù)字段,減少冗余控制開銷從而達(dá)到提高信道利用率、降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、提升網(wǎng)絡(luò)性能的效果.最后通過(guò)仿真驗(yàn)證ELD-MAC協(xié)議的有效性.在未來(lái)的研究中,本文將進(jìn)一步研究如何實(shí)現(xiàn)太赫茲無(wú)線個(gè)域網(wǎng)雙信道的MAC協(xié)議的空分復(fù)用,結(jié)合空分復(fù)用對(duì)信道資源進(jìn)行更高效的分配,使網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到顯著提升.4 仿真驗(yàn)證
4.1 仿真統(tǒng)計(jì)量及參數(shù)設(shè)置
4.2 仿真結(jié)果分析
Fig.6 Comparison of channel utilization
Fig.7 Comparison of data′s average delay
Fig.8 Comparison of MAC layer throught5 結(jié) 論