一種高效低時(shí)延的寬帶電力線通信網(wǎng)多跳MAC協(xié)議*

任 智，劉順輝，任 冬，甘澤鋒

(重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065)

0 引 言

寬帶電力線通信[1](Broadband Power Line Communication，BPLC)是一種以電力線作為信號(hào)傳輸媒介的通信方式。BPLC也叫高速電力線通信，能實(shí)現(xiàn)1 Mb/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速率且抗干擾能力較強(qiáng)。寬帶電力線通信被廣泛應(yīng)用在用電信息采集系統(tǒng)[2]、智能電網(wǎng)[3]、智能家居[4]和多表集抄[5]等領(lǐng)域。文獻(xiàn)[6]針對(duì)傳統(tǒng)置零法引起的非線性失真問題，提出了一種基于迭代消除非線性失真的改進(jìn)置零法，可有效增加PLC系統(tǒng)對(duì)脈沖噪聲的抵抗能力。文獻(xiàn)[7]提出一種應(yīng)用在電力線載波通信(Power Line Communication,PLC)里面的Luby變換碼，可明顯降低譯碼的開銷和耗時(shí)。

目前，針對(duì)寬帶電力線通信的媒體接入控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議已有一些研究。文獻(xiàn)[8]采用時(shí)分復(fù)用(Time Division Multiple Access,TDMA)和帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid,CSMA/CA)混合接入技術(shù)，在大規(guī)模PLC網(wǎng)絡(luò)中能提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸效率，但不適用小規(guī)模的PLC網(wǎng)絡(luò)，具有一定的局限性。文獻(xiàn)[9]提出了一種將電力線和無線通信網(wǎng)絡(luò)融合的統(tǒng)一MAC協(xié)議，設(shè)計(jì)并統(tǒng)一MAC時(shí)隙劃分、組網(wǎng)過程和資源調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，但提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，只適用于某特殊環(huán)境下，不具有普遍性。文獻(xiàn)[10]引入跨層思想，在保證QoS的前提下，提出了一種基于MAC層QoS優(yōu)先級(jí)調(diào)度功能的寬帶電力線跨層資源分配方案，根據(jù)優(yōu)先級(jí)函數(shù)對(duì)物理層資源分配，但提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，且對(duì)物理層要求高。文獻(xiàn)[11]提出了一種改進(jìn)的自適應(yīng)P堅(jiān)持CSMA協(xié)議，在負(fù)載較高的情況下，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整概率P，降低了數(shù)據(jù)包的碰撞概率，但在負(fù)載較小的情況下會(huì)造成信道使用率較低等問題。文獻(xiàn)[12]考慮到PLC受傳輸距離的限制，提出了一種中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的PLC網(wǎng)絡(luò)，在源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)中間通過中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｎ墨I(xiàn)[13]提出了一種基于用戶延遲情況和信道條件的自適應(yīng)MAC協(xié)議，通過調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送速率和競爭窗口大小來提高系統(tǒng)的吞吐量，但破壞了節(jié)點(diǎn)的公平性。文獻(xiàn)[14]提出了一種改進(jìn)的CSMA/CA算法，適用于電力線和無線混合網(wǎng)絡(luò)場景。該算法與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)IEEE1901和802.11中的CSMA/CA算法兼容。文獻(xiàn)[15]對(duì)PLC系統(tǒng)MAC協(xié)議的最新技術(shù)進(jìn)行了全面調(diào)查，目前在PLC系統(tǒng)使用的MAC協(xié)議主要是CSMA/CA，少部分使用TDMA協(xié)議。由IEEE通信協(xié)會(huì)電力線通信委員會(huì)發(fā)布的寬帶電力線通信標(biāo)準(zhǔn)(IEEE1901.1)[16]規(guī)定了物理層和媒體訪問控制子層的關(guān)鍵技術(shù)。草案[17]對(duì)文獻(xiàn)[16]的標(biāo)準(zhǔn)做了補(bǔ)充，增加了物理層和MAC層的測試用例和測試場景。然而研究發(fā)現(xiàn)，IEEE1901.1 MAC協(xié)議存在信標(biāo)時(shí)隙利用不充分和控制開銷過大等問題。

鑒于此，本文提出了一種ELDM-MAC(Efficient and Low Delay Multi-hop MAC)協(xié)議，通過基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配機(jī)制和基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播機(jī)制來有效改善上述問題。

1 網(wǎng)絡(luò)模型與問題描述

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

寬帶電力線通信網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)(Central Coordinator,CCO)、多個(gè)代理節(jié)點(diǎn)(Proxy Coordinator,PCO)和多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)(Station,STA)組成，共同構(gòu)成多跳樹形場景，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)場景

寬帶電力線通信網(wǎng)絡(luò)將信道資源劃分為一個(gè)一個(gè)的信標(biāo)周期結(jié)構(gòu)，如圖2所示。從圖中可知，一個(gè)信標(biāo)周期又分為信標(biāo)時(shí)隙、CSMA時(shí)隙、TDMA時(shí)隙和綁定CSMA時(shí)隙，而信標(biāo)時(shí)隙由CCO分為若干個(gè)無競爭的小時(shí)隙，已入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在此時(shí)隙廣播信標(biāo)幀；節(jié)點(diǎn)在CSMA時(shí)隙使用CSMA/CA的方式競爭信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；在TDMA時(shí)隙，由CCO分配給某些具有特殊業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)，采用無競爭的方式接入信道；綁定CSMA時(shí)隙由CCO分配給某些特殊業(yè)務(wù)使用，采用CSMA/CA的方式競爭信道。

圖2 信標(biāo)周期時(shí)隙分配

CCO在信標(biāo)時(shí)隙中的第一個(gè)時(shí)隙廣播信標(biāo)幀，信標(biāo)幀中包含信標(biāo)周期的所有時(shí)隙分配信息。已入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，取出目的地址，形成一跳鄰居表，根據(jù)時(shí)隙分配信息，確定CCO給自身安排的時(shí)隙位置，轉(zhuǎn)發(fā)信標(biāo)幀；未入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，同樣確定時(shí)隙位置和形成一跳鄰居表，在CSMA時(shí)隙發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀，由已入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至CCO，CCO收到后若同意節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，則確定該節(jié)點(diǎn)的層級(jí)號(hào)，發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)幀。節(jié)點(diǎn)在加入網(wǎng)絡(luò)后，在每個(gè)路由周期發(fā)送10次發(fā)現(xiàn)列表報(bào)文，發(fā)現(xiàn)列表報(bào)文包含自身的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，節(jié)點(diǎn)收到發(fā)現(xiàn)列表后更新鄰居表，此時(shí)鄰居表包含一跳和兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)。

1.2 問題描述

(1) 節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完信標(biāo)幀后，不能立即進(jìn)入CSMA時(shí)隙，需要等到信標(biāo)時(shí)隙結(jié)束后才進(jìn)入CSMA時(shí)隙。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完信標(biāo)幀到CSMA時(shí)隙這一段時(shí)間都處在等待狀態(tài)，不能獲取到任何信道資源，造成了信標(biāo)時(shí)隙利用不充分和信道資源浪費(fèi)問題，降低了信道利用率。

(2) 由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)無法獲知全網(wǎng)拓?fù)湫畔?，在廣播過程中，時(shí)隙分配信息的內(nèi)容不會(huì)改變，各節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后會(huì)無條件地轉(zhuǎn)發(fā)所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，造成許多無效的時(shí)隙分配信息繼續(xù)被節(jié)點(diǎn)廣播，使得控制開銷過大。

2 ELDM-MAC

針對(duì)IEEE1901.1 MAC協(xié)議存在時(shí)隙浪費(fèi)、控制開銷較大和信道利用率低等問題，對(duì)IEEE1901.1 MAC協(xié)議進(jìn)行了如下改進(jìn)：一是提出“基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配”新機(jī)制，按照節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)從小到大的順序依次分配信標(biāo)時(shí)隙，在節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)幀后，計(jì)算不會(huì)對(duì)信標(biāo)幀發(fā)送造成干擾的時(shí)間，提前進(jìn)入CSMA時(shí)隙;二是提出“基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播”新機(jī)制，即通過拓?fù)湫畔⒕啎r(shí)隙分配消息，使得節(jié)點(diǎn)不再廣播冗余無效的時(shí)隙分配消息。

2.1 基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配

基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配機(jī)制的核心思想是：CCO根據(jù)節(jié)點(diǎn)的層級(jí)號(hào)從小到大依次分配時(shí)隙，層級(jí)號(hào)越小，在信標(biāo)時(shí)隙中的位置越靠前，且CCO為第0級(jí);然后CCO在信標(biāo)時(shí)隙中的第一個(gè)時(shí)隙里廣播信標(biāo)幀;已入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)收到后獲取時(shí)隙分配信息，確定各個(gè)時(shí)隙段的位置，在CCO安排的時(shí)隙廣播信標(biāo)幀;發(fā)送完信標(biāo)幀后，節(jié)點(diǎn)查看自己的鄰居表，等待自身的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送完信標(biāo)幀后，提前進(jìn)入CSMA時(shí)隙。在這段時(shí)間，節(jié)點(diǎn)不會(huì)與由CCO已經(jīng)安排需要發(fā)送信標(biāo)幀的節(jié)點(diǎn)發(fā)送碰撞，提高了時(shí)隙利用率。該新機(jī)制的具體操作步驟如下：

Step1 CCO在生成時(shí)隙分配信息字段前，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的層級(jí)號(hào)從小到大的順序分配信標(biāo)時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)越小，其在時(shí)隙分配信息表中的位置越靠前，然后在信標(biāo)時(shí)隙中的第一個(gè)時(shí)隙里廣播信標(biāo)幀。

Step2 節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，取出信標(biāo)幀的目的地址字段，更新一跳鄰居表。根據(jù)時(shí)隙分配信息獲取信標(biāo)周期的長度，以及信標(biāo)時(shí)隙、CSMA時(shí)隙、TDMA時(shí)隙和綁定CSMA時(shí)隙的位置。若該節(jié)點(diǎn)未入網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)在CSMA時(shí)隙里使用CSMA/CA的方式競爭信道發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；否則，執(zhí)行Step 3。

Step3 節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)隙分配信息計(jì)算CCO給自己安排發(fā)送信標(biāo)幀的時(shí)隙位置，在該時(shí)隙發(fā)送信標(biāo)幀。在發(fā)送完信標(biāo)幀后，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的鄰居表，查看自己的兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)，若有兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)Step 4；否則，執(zhí)行Step 5。

Step4 找出時(shí)隙分配信息中的兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)隙索引號(hào)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送完信標(biāo)幀后到最大時(shí)隙索引號(hào)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)幀后的這段時(shí)間為T，經(jīng)過時(shí)間T后，節(jié)點(diǎn)就可以使用CSMA/CA的方式競爭信道，提前進(jìn)入CSMA時(shí)隙。

Step5 當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒有兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，查看時(shí)隙分配信息，找出大于自身時(shí)隙索引號(hào)的一跳節(jié)點(diǎn)或同層級(jí)號(hào)節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)隙索引號(hào)。時(shí)隙分配信息里是否還有大于最大時(shí)隙索引號(hào)的節(jié)點(diǎn)，若沒有，節(jié)點(diǎn)在CAMA時(shí)隙里使用CSMA/CA競爭信道的方式接入信道；否則，執(zhí)行Step 6。

Step6 若存在大于最大時(shí)隙索引號(hào)的節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，則判斷其余節(jié)點(diǎn)不是自身節(jié)點(diǎn)的子孫節(jié)點(diǎn)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完信標(biāo)幀后到最大時(shí)隙索引號(hào)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)幀后的時(shí)間為T，經(jīng)過時(shí)間T后，節(jié)點(diǎn)就可以使用CSMA/CA的方式競爭信道，提前進(jìn)入CSMA時(shí)隙。

基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配新機(jī)制的操作流程如圖3所示。

圖3 基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配流程

2.2 基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播

基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播機(jī)制的核心思想是：CCO根據(jù)節(jié)點(diǎn)的層級(jí)號(hào)從小到大的順序分配信標(biāo)時(shí)隙，CCO在信標(biāo)時(shí)隙的第一個(gè)時(shí)隙里廣播信標(biāo)幀；已入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，根據(jù)時(shí)隙分配信息計(jì)算自身發(fā)送信標(biāo)幀的時(shí)隙，并且根據(jù)拓?fù)湫畔ⅲ瑒h除不大于自身層級(jí)號(hào)的節(jié)點(diǎn)和大于其層級(jí)號(hào)且在兩跳范圍內(nèi)的非其子孫節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，減少不必要的節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配信息廣播，縮短信標(biāo)幀的長度和內(nèi)容，提高接入效率。該新機(jī)制的具體操作步驟如下：

Step1 在信標(biāo)時(shí)期，CCO生成時(shí)隙分配字段前，CCO按照節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的從小到大的順序進(jìn)行排序。依次分配信標(biāo)時(shí)隙給每個(gè)已經(jīng)入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)幀，層級(jí)號(hào)越小的節(jié)點(diǎn)在信標(biāo)時(shí)隙中的位置越靠前，在信標(biāo)時(shí)隙的第一個(gè)時(shí)隙里廣播信標(biāo)幀。

Step2 普通節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，取出目的地址，更新自身的鄰居表。根據(jù)時(shí)隙分配信息計(jì)算自身發(fā)送信標(biāo)幀的時(shí)隙和信標(biāo)時(shí)隙、CSMA時(shí)隙、TDMA時(shí)隙和綁定CSMA時(shí)隙的位置。

Step3 普通節(jié)點(diǎn)在廣播信標(biāo)幀之前，首先查看自身時(shí)隙分配信息的位置，若其位置之前存在其他節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，則刪除這些層級(jí)號(hào)不大于自身層級(jí)號(hào)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息；若還存在大于自身層級(jí)號(hào)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，則進(jìn)一步查看鄰居表，若鄰居表中存在與時(shí)隙分配信息中相同的節(jié)點(diǎn)，則可知這些節(jié)點(diǎn)為自身的子孫節(jié)點(diǎn)；否則，刪除比自身層級(jí)號(hào)大且在兩跳范圍內(nèi)的非子孫節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息。

Step4 普通節(jié)點(diǎn)查看刪除完滿足條件的時(shí)隙分配信息后，發(fā)現(xiàn)無自身子孫節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，則判斷自身為邊緣節(jié)點(diǎn)。若為邊緣節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行Step 5；否則，執(zhí)行Step 6。

Step5 節(jié)點(diǎn)為邊緣節(jié)點(diǎn)，則廣播精簡的信標(biāo)幀，精簡信標(biāo)幀的時(shí)隙分配信息里只保留信標(biāo)周期的長度和信標(biāo)時(shí)隙、CSMA時(shí)隙、TDMA時(shí)隙和綁定CSMA時(shí)隙的長度，無信標(biāo)時(shí)隙的分配信息。

Step6 節(jié)點(diǎn)廣播刪除完滿足條件的時(shí)隙分配信息的信標(biāo)幀。

基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播新機(jī)制的操作流程如圖4所示。

圖4 基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播流程

3 仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析

為驗(yàn)證ELDM-MAC協(xié)議的性能，本文采用OPNET Modeler 14.5仿真工具對(duì)ELDM-MAC協(xié)議進(jìn)行仿真驗(yàn)證，選取IEEE1901.1 MAC協(xié)議作為參考協(xié)議，分析了信道利用率、控制開銷和數(shù)據(jù)平均時(shí)延等性能。

3.1 仿真場景和參數(shù)設(shè)置

基于OPNET Modeler 14.5仿真工具，模擬了1個(gè)主節(jié)點(diǎn)、10～50個(gè)代理和普通節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)場景。BPLC網(wǎng)絡(luò)場景由1個(gè)主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)代理節(jié)點(diǎn)和多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間的通信范圍為800 m，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵蛹?jí)共有8級(jí)。具體仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 主要仿真參數(shù)表

主節(jié)點(diǎn)在每個(gè)信標(biāo)周期內(nèi)廣播信標(biāo)幀，節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后獲取時(shí)隙分配信息，繼續(xù)廣播信標(biāo)幀。在仿真驗(yàn)證中，通過設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，重復(fù)50次實(shí)驗(yàn)得到信道利用率、數(shù)據(jù)平均時(shí)延和控制開銷的平均值，來驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)信道利用率、數(shù)據(jù)平均時(shí)延和控制開銷等性能指標(biāo)的影響。

由于TDMA和綁定CSMA時(shí)隙目前還未有具體的用途，在仿真過程中不做考慮，即信標(biāo)周期只包含信標(biāo)和CSMA時(shí)隙。

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1 信道利用率

信道利用率指節(jié)點(diǎn)占用信道進(jìn)行有效數(shù)據(jù)傳輸所用的時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間的比值。圖5所示為在節(jié)點(diǎn)數(shù)目不同的條件下，ELDM-MAC和IEEE1901.1 MAC兩種協(xié)議的信道利用率。由圖可知，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，信道利用率都在顯著提高。這是由于信道還未達(dá)到飽和，但隨著業(yè)務(wù)量增加，信道趨向飽和，信道利用率隨著提高。ELDM-MAC協(xié)議的信道利用率要高于原IEEE1901.1 MAC協(xié)議。由于在ELDM-MAC協(xié)議里使用了基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配，節(jié)點(diǎn)在由CCO指定時(shí)隙發(fā)送完信標(biāo)幀后，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的鄰居表和時(shí)隙分配信息計(jì)算自身進(jìn)入CSMA時(shí)隙的時(shí)間，而不是和IEEE1901.1 MAC那樣，在信標(biāo)時(shí)隙中自身只占用一個(gè)時(shí)隙發(fā)送信標(biāo)幀，其空閑時(shí)間一直在等待CSMA時(shí)隙的到來，ELDM-MAC協(xié)議會(huì)使自身提前進(jìn)入到CSMA時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)通過CSMA/CA的方式競爭信道。在信標(biāo)時(shí)隙期間增加了節(jié)點(diǎn)占用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間，減少了信標(biāo)時(shí)隙的浪費(fèi)，從而提高了信道利用率。

圖5 信道利用率

3.2.2 數(shù)據(jù)平均時(shí)延

數(shù)據(jù)平均時(shí)延指數(shù)據(jù)幀從產(chǎn)生到目的節(jié)點(diǎn)成功接收的平均耗時(shí)。圖6所示為在節(jié)點(diǎn)數(shù)目不同的條件下，ELDM-MAC和IEEE1901.1 MAC兩種協(xié)議的平均時(shí)延。由圖可見，所提出的ELDM-MAC協(xié)議的平均時(shí)延性能優(yōu)于IEEE1901.1 MAC協(xié)議。這是由于ELDM-MAC協(xié)議通過基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配新機(jī)制，節(jié)點(diǎn)能盡早地進(jìn)入到CSMA時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)消息，使節(jié)點(diǎn)有足夠的時(shí)隙來傳輸數(shù)據(jù)包，從而減少數(shù)據(jù)消息的時(shí)延。

圖6 數(shù)據(jù)平均時(shí)延

3.2.3 控制開銷

圖7所示為ELDM-MAC協(xié)議和IEEE1901.1 MAC協(xié)議的控制開銷，由圖可知，在這兩種協(xié)議下的控制開銷隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而增加，相較于IEEE1901.1 MAC協(xié)議，ELDM-MAC協(xié)議通過基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播新機(jī)制，降低了網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在廣播信標(biāo)幀時(shí)，節(jié)點(diǎn)只廣播其兩跳節(jié)點(diǎn)以內(nèi)的子孫節(jié)點(diǎn)和大于兩跳節(jié)點(diǎn)的所有時(shí)隙分配信息，冗余的時(shí)隙分配信息不再廣播，刪除時(shí)隙分配信息里不必要的相關(guān)字段，縮短了信標(biāo)幀的長度，降低了控制開銷。

圖7 控制開銷

4 結(jié)束語

本文針對(duì)寬帶電力線通信網(wǎng)絡(luò)，提出了一種高效低時(shí)延的多跳MAC協(xié)議。ELDM-MAC協(xié)議在保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性的前提下，通過基于節(jié)點(diǎn)層級(jí)號(hào)的信標(biāo)時(shí)隙分配機(jī)制有效減少了信標(biāo)時(shí)隙的浪費(fèi)，提高了信道利用率；基于拓?fù)湫畔⒌男艠?biāo)幀高效廣播機(jī)制有效減少了節(jié)點(diǎn)廣播無效的時(shí)隙分配信息，降低了網(wǎng)絡(luò)的控制開銷。OPNET Modeler 14.5仿真結(jié)果表明，ELDM-MAC協(xié)議在信道利用率、數(shù)據(jù)平均時(shí)延和控制開銷等性能指標(biāo)方面均優(yōu)于IEEE1901.1 MAC協(xié)議。未來的研究工作可圍繞進(jìn)一步減少信標(biāo)時(shí)隙浪費(fèi)問題展開。