媒體接入控制協議

簡介

媒體接入控制(AX-MAC)協議。設計了一個基於 ^[1]  Markov鏈的模型，分析了協議閡值對協議性能的影響，並在一個9跳的線性拓撲上對協議性能進行了仿真分析。

雖然X-MAC和Boost-MAC分別改進了B-MAC，但這兩種協議都有其自身的缺陷:

(1)固定的偵聽間隔使得X-MAC不能很好適應動態網絡負載。而傳感器網絡的很多應用場景的網絡負載都是動態變化的，特別是一些監控類的應用。在這類應用中，在被監測事件沒有發生前，網絡中基本沒有數據分發;當被監測事件發生後，事件區域內的所有節點都需要將監測數據快速轉發到監測中心，從而短時間內形成網絡流量的井噴。

(2)無論Boost-MAC如何調節節點的偵聽間隔，前導序列的長度總是等於整個偵聽間隔長度。因此，當網絡負載較低時，節點偵聽間隔會較長，導致發送前導序列的能耗會較大。另外，Boost-MAC根據前一次偵聽的情況來斷定網絡負載程度並據此調節節點偵聽間隔，並不是一個最優方案。

通過以上分析發現，X-MAC和Boost-MAC的缺陷可以被相互彌補，因此，設計了一種AX-MAC協議.節點週期工作一體眠，維護獨立的工作週期.當節點有數據要發送時，將首先發送一個包含目的地址的短前導序列，然後偵聽接收方的喚醒確認包.如果偵聽到該確認包，表示接收節點已經被喚醒，則開始發送數據，否則將持續這一發送一偵聽過程.非發送節點在醒來後，首先偵聽是否有發送給自身的前導序列，如果有目的地址是自身的前導序列。

系統中設定一個控制信道和n個數據信道，網絡中所有節點共享控制信道.通過在控制信道交換控制分組，節點可以獲得接入業務信道的權利.數據信道用於節點發送接收數據和確認控制分組。每個節點採用兩收一發的收發信機結構，收發不能同時進行，但可以同時分別接收數據和控制信息。沒有發送或接收分組任務的節點，監測公共控制信道，記錄各個碼的使用情況並形成信息列表，該表是 IEEE802. 11標準中網絡分配矢量(N AV)的擴展，保存下列數據(以節點X為例):

( 1)碼分配列表.如果節點X的某一相鄰節點使用某一擴頻碼，那麼節點X將在其碼分配列表中為該節點添加一條記錄.記錄包括4個字段:節點ID號;所使用的 ^[2]  擴頻碼;發送的業務類型(數據或語音);信道佔用時間。

( 2)自由碼列表.其內容根據碼分配列表而動態地改變。

( 3)相鄰節點所能容忍的最大幹擾，並將此作為其發起會話建立請求的依據。

如果節點X向節點Y發送數據，其主要過程為:

( 1)節點X首先向節點Y發送控制分組RTS預約數據信道並標明信道將被佔用的時間，RTS中包括X記錄的空閒碼字列表.如果節點X在定時器超時之前收到來自Y的應答分組CTS, CTS中指示1個雙方都認為空閒的碼字，表明節點X可以使用雙方協商的信道發送數據分組.節點X在實際發送數據分組之前，要向其相鄰節點廣播發送確認控制分組(SACK) ,指出它要使用的碼字，之後，X開始發送數據分組.如果節點X直到定時器超時仍沒有收到來自節點Y的應答分組CTS,或是收到第三方節點的拒絕分組，這時節點X同樣要向其相鄰節點廣播發送確認控制分組，釋放它在RTS控制分組中指定的空閒碼字，然後進入退避過程。

( 2)如果節點Y成功地接收到節點X的RT S,它將RTS中的空閒碼字與自己記錄表中的空閒碼進行比較，並根據監測的信道狀況，選出1個具有最小功率的信道碼，在應答控制分組CTS中指出.否則節點Y保持沉默。

( 3)X或Y的鄰節點Z，即第三方節點，當監測到CTS或發方確認控制分組時，知道RTS/CTS已經交換成功並將在指定的信道上進行數據傳送，這時相鄰節點Z更新它的碼分配列表;如果新建立的會話引入的多址干擾有可能使正處於接收狀態的第三方節點Z的信噪比低於它的最小值，則節點Z發出拒絕分組，阻止X與Y之間的通信建立。

支持語音擻據業務的多信道媒體接入控制協議，通過不同的幀間隔和改進的退避算法為語音業務提供了優先接入機制。由於在會話建立過程中考慮了多址干擾的影響，從而有助於系統吞吐量的提高。仿真結果表明，設置合適的仿真參數，協議可以滿足語音擻據業務對吞吐量和時延的要求，在相同的應用條件下，其性能優於IEEE 802. 11協議對語音和數據混合業務的支持。