Ad hoc网络空分复用问题与应对方法研究

ssN10093044And Technology电脑知识与技术http://www.dnzs.net.cnVol3, No 9 September 2008, pp 1931-1932Tel+86-551-56909635690964Ad hoc网络空分复用问题与应对方法研究张凤苛(武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430081)摘要:针对 Ad hoc网络中的通信冲突和能源受限问題,描逑空间干扰的成因和空间复用率的大小,并分析如何设重发送功率将信号换收功率控制在合适区间,以实现空分复用优化。通过NS-2下的仿真实验,分析了该方法的有效性。关键词:空分复用;移动自组网;拓扑控制中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-304420083)27-1931-02The Study on the Problems and Measures for Spatial Reuse in MANETZHANG Fengke(Wuhan University of Science and Technology School of Information Science and Engineering, Wuhan 430081, China)Abstract: Aiming at the problem of collision and energy limitation in MANET, described the cause of interference and the spatial reusefactor, then analysed how to set transmit power to keep the reception power in the appropriate bound for spatial reuse optimization. Byemulation in NS-2, the availability of the method was studiedKey words: spatial reuse; MANET; topology control在 Ad hoc网络中,节点共享无线信道且分布式独立运行,节点间的通信冲突可能频繁发生,会影响空间的有效利用,此外各节点携带能量有限,不必要的能耗会对网络寿命产生负面影响。针对这些问题,本文研究通信干扰的成因与实现最佳空分复用的条件探讨在拓扑控制技术等方面,可以采用的优化方法。1通信干扰与空分复用状态分析L1传输范围与接收功率的关系电波在无线信道中传播,在距离上存在信号能量的衰减,一般采用双线地面(Two- Ray ground)传播模型叫来描述信道衰落特性。其中,接收信号总强度由直射信号和反射信号叠加形成信号接收功率用式1表示。式中P-发送功率P-接收功率G-发送天线增益,G-接收天线增益,d-传输距离,h-发送天线高度,h-接收天线高度Pr=PGro, h2n?从式1看出当P固定时P,与d成反比,说明节点间不显著的距离变化都会带来P的显著变化,从而影响通信效果。12传输范围与通信干扰的关系IEEE80211四中的 RTS/CTS机制能在一定程度上克服隐藏终端和暴露终端问题但 MANET节点可自由移动新进入两个节点的通信范围内的其它节点对之前的 RTS/CTS交互不知情误认为其周围没有通信进行,可能会发送数据而引起通信冲突,形成节点动态移动过程中随机出现的隐藏终端问题和暴露终端问题。依据式1,针对一定的P,令P等于正确接收数据包所需最小功率RXThresh时,得到对应的通信半径为R,代表没有干扰时能够正确接收数据包的最大通信半径考虑信道存在干扰的情况设通信在节点A,B间进行,干扰节点C的发送功率为P,P是A收到的来自C的干扰信号功率,各天线的增益和高度均相同,信噪比阈值为 SNR THRESH,AC距离为r,AB距离为d结合式1得到,要想正确接收数据包,信噪比SNR应满足式2SNRB/R=P/R 2SNRTHRES假设PP,推得mREH,令l= SNR_THRESH.d为干扰信号的临界半径,在该半径之外的其它节点都不会对A生干扰。若给定d则r也固定,而节点采用不同的P,就对应有不同的R,根据r和R之间的关系,得到如图I的两种情况。其中图1(a)对应隐藏终端问题,通信信号半径R<,在两个虚线圆范围之内、两个实线圆范围之外的节点都可能对AB间的正常通信产生影响;图1(b)对应暴露终端问题,通信信号半径Ra>r,在两个实线圆范围之内、两个虚线圆范围之外的节点被AB间的通信信号覆盖但也不会对A、B间的通信产生影响。13最佳空分复用状态0r a1的部分曲线对应隐藏终端问题,SRI<1的部分曲线对应暴露终端问题。2基于拓扑控制的空分复用优化2021拓扑控制的作用拓扑控制是协调节点传输范围决策的一种技术,目的是产生一个具有理想特性的网络,以减少节点能消并且增加网络容量。采用自适应功率调节方法实现拓扑控制具有以下优点:当通信距离减小时,可通告对方及自己降低P以减小传输范围,达到节能05并减小对其它节点干扰的日的;当通信距离增大时,通告对方及03040.091.0自己适当增大P以增大传输范围,保持足够的信号强度,维持通信连接的稳定。图2SRI随d/R支化曲线22基于功率调节的拓扑控制实现考虑无线信道衰落效应,各数据包的P值随机变化,因此在实际情况中难以准确的调控P,使P=Pop,此外一般P≠P,当PP,时,干扰信号较强,无暴露终端问题,有隐藏终端问题,通信可能受到干扰。可行的方案是通过调整P将P限定在合适区间以实现较好的空分复用,由式2,当P=kP时(k0为实数)最佳接收功率Pop=10k* RXThresh,故设置最优接收功率区间如式4B eJ10kx RXTaresh, 10RXTresh]0