雷洪利，田 雨，馬林華，茹 樂

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減少無線自組網(wǎng)簇間通信沖突的MAC協(xié)議

雷洪利1,2，田 雨2，馬林華2，茹 樂2

(1. 西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，西安 710072；2. 空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，西安 710038)

多個(gè)無人飛行器編隊(duì)在執(zhí)行協(xié)同任務(wù)時(shí)，不但要保證編隊(duì)間指揮和協(xié)同數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，還要保證編隊(duì)內(nèi)的高速通信。為此，提出一種可減少無線自組網(wǎng)簇間通信沖突的MAC協(xié)議。該協(xié)議設(shè)計(jì)優(yōu)先保證編隊(duì)間關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕旌辖尤霗C(jī)制，編隊(duì)間的通信均須經(jīng)過簇首，簇首采用載波偵聽多路存取接入方式。編隊(duì)內(nèi)可以直接通信，采用時(shí)分復(fù)用接入方式。對(duì)簇首節(jié)點(diǎn)分配 2個(gè)相鄰的子時(shí)隙，在簇間通信時(shí)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。雙時(shí)隙的使用可以保證當(dāng)某個(gè)簇向其他簇發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他簇首的內(nèi)部通信數(shù)據(jù)只影響第1個(gè)時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)，而載波偵聽則能使第2個(gè)時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)不會(huì)與其他簇首產(chǎn)生內(nèi)部通信沖突。仿真結(jié)果表明，該協(xié)議能有效減小簇內(nèi)通信對(duì)簇間通信產(chǎn)生的干擾，提高通信成功率。

分簇；信道接入；時(shí)分復(fù)用；載波偵聽多路存??；沖突；丟包率

1 概述

無人飛行器已經(jīng)廣泛地用于地理勘測(cè)、海洋監(jiān)控等領(lǐng)域，但無人飛行器存在計(jì)算、通信和能量等諸多受限的問題。傳統(tǒng)MAC協(xié)議已經(jīng)不能滿足多個(gè)無人飛行器編隊(duì)組網(wǎng)通信的需求。時(shí)分復(fù)用(Time Division Multiple Access, TDMA)將不同的節(jié)點(diǎn)分配到不同的時(shí)隙從而避免了信道沖突。ALOHA[1]和載波偵聽多路存取(Carrier Sense Multiple Access, CSMA)[2]采用競爭接入的方式利用相同的信道資源。典型的基于分簇的數(shù)據(jù)收集協(xié)議有LEACH[3]、HEED[4]等，這些協(xié)議需要使用頻分多址(Frequence Division Multiple Access, FDMA)或碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)的方式通信[5]，文獻(xiàn)[6-7]采用簇間FDMA、簇內(nèi)TDMA/CSMA的混合接入方式。上述協(xié)議由于采用了FDMA或CDMA，增加了硬件的復(fù)雜度。文獻(xiàn)[8]根據(jù)流量大小在TDMA和CSMA協(xié)議之間進(jìn)行切換。Z-MAC協(xié)議[9]結(jié)合了CSMA和TDMA，減弱了2種協(xié)議的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[10-12]采用了簇間CSMA，簇內(nèi)TDMA的接入方式，但是不能保證優(yōu)先傳輸簇間的指揮、協(xié)同等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。本文提出一種基于分簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MAC接入?yún)f(xié)議DSHP，該協(xié)議在簇首之間采用CSMA競爭接入方式，在簇內(nèi)采用TDMA接入方式，通過避免簇內(nèi)通信對(duì)簇間通信產(chǎn)生干擾，提高簇間通信的成功率。

2 協(xié)議應(yīng)用場(chǎng)景

假設(shè)每個(gè)無人飛行器編隊(duì)的半徑為10 km，任意2個(gè)編隊(duì)所在球域球心間的距離大于40 km。在這種特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，可以通過電磁波衰減的特性，設(shè)計(jì)出編隊(duì)內(nèi)部無隱藏終端，各個(gè)編隊(duì)內(nèi)部可以同時(shí)通信，編隊(duì)間通信優(yōu)先實(shí)現(xiàn)的MAC協(xié)議?？梢詫⒍鄠€(gè)無人飛行器編隊(duì)組成的網(wǎng)絡(luò)視為分簇網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)編隊(duì)都是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)簇。

在計(jì)算電磁波的傳輸距離時(shí)，本文結(jié)合了電磁波自由空間損耗、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、大氣衰減和通信裕量?？紤]天線后端的低噪放=2.0 dB，接收信噪比門限=12.0 dB (保證誤碼率<10–6)，中頻處理損耗=2.0 dB，編碼增益G=5.0 dB，大氣衰減每公里的影響=0.05 dB，發(fā)射機(jī)天線增益和接收機(jī)天線增益=0 dB；由于飛行器的姿態(tài)變化等考慮通信裕量10 dB。由靈敏度及衰減的計(jì)算公式，可得：

如果發(fā)射機(jī)功率為(W)、頻帶寬度為(MHz) 、最大通信距離為(km)，只有當(dāng)式(3)成立時(shí)才能滿足系統(tǒng)要求。根據(jù)式(1)~式(3)可以得到如表1所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表1 考慮大氣衰減時(shí)的通信距離 km

由表1可知，當(dāng)發(fā)射功率為1 W、帶寬為8 MHz時(shí)最大通信距離為20 km；發(fā)射功率為1 W、帶寬為256 kHz時(shí)最大通信距離為111 km。因此，簇內(nèi)部通信采用8 MHz數(shù)據(jù)帶寬，而簇間的通信采用256 kHz數(shù)據(jù)帶寬，并將其擴(kuò)頻至8 MHz帶寬。這樣的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)不必同時(shí)配備8 MHz帶寬和 256 kHz帶寬的射頻模塊，只使用8 MHz帶寬的射頻模塊就可以實(shí)現(xiàn)簇間的通信，降低了成本。

(2)簇首之間的通信可以通過降低簇首之間的數(shù)據(jù)通信帶寬提高其通信距離；而簇內(nèi)通信不會(huì)影響到其他簇內(nèi)的通信。

(3)簇內(nèi)通信速度高達(dá)4 Mb/s，如果不分簇則所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率都要降至128 Kb/s才能滿足通信距離的要求。

(4)通知在該場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)由距離較遠(yuǎn)的多個(gè)簇組成，而簇內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)距離較近，不存在隱藏節(jié)點(diǎn)。不同簇之間的數(shù)據(jù)只能通過簇首傳輸，簇首之間采用CSMA的競爭接入方式，簇內(nèi)采用TDMA的接入方式。

3 簇內(nèi)通信與簇間通信的沖突問題

簇內(nèi)TDMA及簇間CSMA相互獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)方式，在接收端存在沖突，結(jié)合圖1及圖2進(jìn)行分析。圖2給出了簇、簇及簇中TDMA的時(shí)隙劃分情況，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)隙。簇內(nèi)的時(shí)隙6、簇內(nèi)的時(shí)隙1、簇內(nèi)的時(shí)隙均為簇首節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙。結(jié)合圖1進(jìn)行分析，假定當(dāng)前時(shí)刻為，簇內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)1已經(jīng)建立了與簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)6的通信。簇的簇首節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙在時(shí)刻到來，該簇首節(jié)點(diǎn)在發(fā)送控制分組之前首先對(duì)信道進(jìn)行偵聽，發(fā)現(xiàn)信道忙被占用，則先不發(fā)送數(shù)據(jù)分組，隨機(jī)地等待一段時(shí)間之后再重新檢測(cè)信道。在時(shí)隙結(jié)束前，直到檢測(cè)到時(shí)隙空閑才進(jìn)行簇間數(shù)據(jù)分組的發(fā)送，避免了信道接入的沖突。但當(dāng)1時(shí)刻，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)4的時(shí)隙到來時(shí)，節(jié)點(diǎn)4有數(shù)據(jù)分組需要進(jìn)行簇內(nèi)的信息傳輸，節(jié)點(diǎn)4為非簇首節(jié)點(diǎn)，在自己的時(shí)隙直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的發(fā)送，于是對(duì)簇的簇首節(jié)點(diǎn)1與簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)6已經(jīng)建立的通信造成了干擾，導(dǎo)致分組丟失，通信建立失敗。

圖1 簇內(nèi)及簇間信道接入方式

圖2 簇內(nèi)及簇間的通信沖突

為解決該問題，通常的做法是在TDMA時(shí)隙開始階段設(shè)置偵聽部分，如圖3所示。當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)送時(shí)隙到達(dá)時(shí)，節(jié)點(diǎn)先對(duì)信道進(jìn)行載波偵聽，若發(fā)現(xiàn)簇內(nèi)信道未被占用，則進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的發(fā)送，若信道被占用，則節(jié)點(diǎn)不發(fā)送數(shù)據(jù)，等待下一幀中對(duì)應(yīng)時(shí)隙的到來，優(yōu)先保證簇與簇之間通信的建立。

圖3 TDMA偵聽時(shí)隙示意圖

當(dāng)1時(shí)刻，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)4的時(shí)隙到來時(shí)，節(jié)點(diǎn)4先對(duì)信道進(jìn)行載波偵聽，發(fā)現(xiàn)信道被進(jìn)行簇間通信的簇首節(jié)點(diǎn)以CSMA信道接入方式占用，則節(jié)點(diǎn)4不發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先保證了簇的簇首1與簇的簇首6之間的通信。但通過更進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，這種為TDMA時(shí)隙增加偵聽階段的方法，也無法保證簇與簇之間的通信一定能夠建立。例如在簇內(nèi)存在簇的簇首1無法建立通信的節(jié)點(diǎn)3時(shí)，節(jié)點(diǎn)3恰好在對(duì)應(yīng)的時(shí)隙進(jìn)行簇內(nèi)數(shù)據(jù)分組的傳輸。當(dāng)節(jié)點(diǎn)1的時(shí)隙到來，若無其他簇的簇首正在進(jìn)行簇間通信，節(jié)點(diǎn)3偵聽信道狀況為空閑，于是發(fā)送數(shù)據(jù)分組。則該數(shù)據(jù)分組仍然會(huì)在接收端發(fā)生沖突，致使分組發(fā)送失敗，簇之間的通信沒有建立。

4 簇內(nèi)TDMA和簇間CSMA的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)上節(jié)的分析，只要有無法載波偵聽到的節(jié)點(diǎn)存在，則沖突就無法避免。但這種在可通信范圍內(nèi)卻無法偵聽到的節(jié)點(diǎn)總是極少數(shù)的“特殊情況”。解決方案為：在TDMA的同一幀中為每個(gè)非簇首節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的開始設(shè)定為載波偵聽部分，目的是偵聽是否有其他簇的簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，若偵聽到有其他簇的簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，則該節(jié)點(diǎn)在自己的時(shí)隙中不發(fā)送信號(hào)。而為每個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)分配2個(gè)連續(xù)的時(shí)隙，在第1個(gè)時(shí)隙的開始仍然設(shè)定為載波偵聽部分，而在其連續(xù)的第2個(gè)時(shí)隙的開始階段沒有設(shè)置載波偵聽部分。設(shè)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)為，改進(jìn)后的TDMA協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后TDMA的幀結(jié)構(gòu)

在圖4中，簇的簇首0節(jié)點(diǎn)以CSMA的方式進(jìn)行信道的載波偵聽，若偵聽到信道空閑，即沒有其他簇的簇首節(jié)點(diǎn)接入信道，則節(jié)點(diǎn)0在01時(shí)隙和02時(shí)隙發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。具體分為以下2種情況進(jìn)行分析，如圖5所示，其中，1節(jié)點(diǎn)為0節(jié)點(diǎn)無法偵聽到的節(jié)點(diǎn)。

圖5 簇間通信示意圖

(1)當(dāng)不存在節(jié)點(diǎn)1的發(fā)送干擾時(shí)，是單純的簇間競爭的CSMA機(jī)制。完成一次簇間的通信，其實(shí)現(xiàn)過程的時(shí)間域示意圖，如圖6所示，圖中標(biāo)注的01為節(jié)點(diǎn)0的第1個(gè)時(shí)隙，02為節(jié)點(diǎn)0的第2個(gè)時(shí)隙。1、2分別為節(jié)點(diǎn)1、2對(duì)應(yīng)的時(shí)隙。接收節(jié)點(diǎn)0簇內(nèi)對(duì)應(yīng)發(fā)送時(shí)隙的非簇首節(jié)點(diǎn)1和2偵聽到有簇首節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不再進(jìn)行分組的發(fā)送，等待下一幀中對(duì)應(yīng)時(shí)隙的到來。此過程中其他簇首以CSMA機(jī)制偵聽信道。

圖6 無隱藏終端干擾時(shí)信道接入的時(shí)隙示意圖

(2)當(dāng)存在節(jié)點(diǎn)1的發(fā)送干擾時(shí)。簇中有數(shù)據(jù)發(fā)送的簇首0在第1個(gè)時(shí)隙開始時(shí)偵聽信道，由于偵聽不到節(jié)點(diǎn)1正在發(fā)送數(shù)據(jù)分組。0則認(rèn)為信道處于空閑狀態(tài)，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的發(fā)送，使得在接收端1處發(fā)生了沖突，造成分組的丟失，如圖7所示。

圖7 存在隱藏終端干擾時(shí)信道接入的時(shí)隙示意圖

此時(shí)節(jié)點(diǎn)0在01時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)和1節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)碰撞，簇內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)此時(shí)偵聽到了沖突，在之后2節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙不發(fā)送數(shù)據(jù)分組，隨后的節(jié)點(diǎn)在接入信道前都會(huì)進(jìn)行載波偵聽，當(dāng)偵聽到信道空閑時(shí)才進(jìn)行分組地發(fā)送，保證了簇與簇之間通信的順利進(jìn)行。此過程中其他簇的簇首節(jié)點(diǎn)以CSMA機(jī)制偵聽到信道。當(dāng)節(jié)點(diǎn)偵聽到信道忙時(shí)，說明簇間有其他的簇首節(jié)點(diǎn)正在占用信道，則隨機(jī)的等待一段時(shí)間后再重新檢測(cè)信道。

分析以上實(shí)現(xiàn)過程可以看出，改進(jìn)TDMA協(xié)議為簇首節(jié)點(diǎn)分配雙時(shí)隙的優(yōu)勢(shì)在于：簇首節(jié)點(diǎn)雙時(shí)隙的使用，有效地保證了簇間通信的成功率。即使存在簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送干擾時(shí)，也能保證簇首節(jié)點(diǎn)使用第2個(gè)時(shí)隙直接進(jìn)行分組的發(fā)送，保證信道接入的成功，實(shí)現(xiàn)簇與簇之間的通信。

5 仿真實(shí)驗(yàn)

在200 km×200 km區(qū)域中分別放置=5和=10個(gè)簇，各簇的范圍為半徑10 km的圓域，每個(gè)簇內(nèi)有8個(gè)節(jié)點(diǎn)。簇內(nèi)TDMA劃分為9個(gè)不同的時(shí)隙，簇首節(jié)點(diǎn)占用2個(gè)時(shí)隙。設(shè)定任意2個(gè)簇所在圓的圓心之間的距離大于40 km。各個(gè)簇首在編寫的Mobility Configure模塊控制下移動(dòng)，而單個(gè)無人機(jī)節(jié)點(diǎn)在其所在簇的球形區(qū)域(以簇首為圓心，半徑為10 km)內(nèi)隨機(jī)移動(dòng)。簇與簇之間的通信只通過簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，簇首節(jié)點(diǎn)可以給簇內(nèi)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)、其他簇的簇首節(jié)點(diǎn)及簇間的非簇首一跳鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而非簇首節(jié)點(diǎn)只在本簇內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送，不與簇外節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度設(shè)定為40 m/s。數(shù)據(jù)包的大小為2 Kb。非簇首節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行簇內(nèi)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，設(shè)定其數(shù)據(jù)分組的產(chǎn)生間隔服從均值為0.002 2 s的泊松分布。簇首節(jié)點(diǎn)既要進(jìn)行簇內(nèi)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，還要進(jìn)行簇間數(shù)據(jù)的發(fā)送，設(shè)定簇首節(jié)點(diǎn)給本簇節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的產(chǎn)生間隔服從均值為0.002 5 s和1 s的泊松分布。設(shè)定簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簇間通信的數(shù)據(jù)分組的產(chǎn)生間隔服從均值為10 s的泊松分布，數(shù)據(jù)分組的大小為400 Kb~900 Kb。仿真時(shí)間=300 s，每種場(chǎng)景運(yùn)行50次，對(duì)仿真結(jié)果取平均值。在圖8、圖9中，without DSHP為采用本文圖3所示的接入方式。

圖8分析了簇內(nèi)及簇間通信同時(shí)存在時(shí)，丟包率與簇間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系。仿真結(jié)果表明DSHP有效的降低了簇間通信丟包率，原因是DSHP避免了簇間的數(shù)據(jù)受到簇內(nèi)通信干擾而產(chǎn)生丟包。由圖8可以看出，簇內(nèi)數(shù)據(jù)包的丟失率隨簇間通信業(yè)務(wù)量的增大而有所增加，呈一定的正比關(guān)系。當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簇間的通信時(shí)，會(huì)對(duì)其他簇的非簇首節(jié)點(diǎn)的通信造成干擾，引起數(shù)據(jù)包的丟失。當(dāng)簇間通信的數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生量不斷增加或簇?cái)?shù)量增加時(shí)，簇間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大，所需要占用的時(shí)隙越多，對(duì)簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸造成的影響也越大，從而導(dǎo)致簇內(nèi)丟包率的增加。當(dāng)簇的數(shù)量5增加到10時(shí)，DSHP算法簇間的丟包率基本保持不變，但簇內(nèi)通信的丟包率增加了約1倍。DSHP在進(jìn)行簇內(nèi)及簇間通信時(shí)，優(yōu)先保證了簇間通信的建立。

圖8 簇間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組與丟包率的關(guān)系(產(chǎn)生間隔均值為10 s)

圖9描述的是簇間存在大量數(shù)據(jù)需要傳輸，即簇間產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組的平均間隔時(shí)間減少到1 s時(shí)，簇內(nèi)簇間通信的丟包率。DSHP的簇間通信丟包率依然保持較低的水平，這是因?yàn)镈SHP為簇首分配了雙時(shí)隙，當(dāng)?shù)?個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)因?yàn)榻尤肱鲎捕鴣G包時(shí)，數(shù)據(jù)依然可以通過第2個(gè)時(shí)隙完整地傳輸。當(dāng)簇的數(shù)量5增加到10時(shí)，DSHP算法簇間的丟包率基本保持不變，但是簇內(nèi)通信的丟包率增加了將近1倍。

圖9 簇間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組與丟包率的關(guān)系(產(chǎn)生間隔均值為1 s)

比較圖8和圖9可以看出，采用DSHP后，簇內(nèi)通信的丟包率隨著平均時(shí)間間隔的減少而增加，而簇間通信的丟包率幾乎保持不變，即使簇?cái)?shù)量變化時(shí)DSHP算法的簇間通信丟包率也基本保持不變。因此，DSHP可以有效地保證無人機(jī)編隊(duì)間指揮、控制、協(xié)同等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸。由于飛行器編隊(duì)間主要傳輸?shù)氖强刂?、指揮、協(xié)作等數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較少，因此簇間通信不會(huì)出現(xiàn)如圖9所示的大量通信。雖然簇內(nèi)通信的丟包率很大，但圖9僅是證明即使簇間通信量很大，DSHP依然可以保證簇間通信的優(yōu)先實(shí)現(xiàn)，這種簇間的大量通信在實(shí)際應(yīng)用中是不會(huì)出現(xiàn)的。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)分簇網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種采用TDMA和CSMA的MAC協(xié)議，在使用少量握手協(xié)議的前提下優(yōu)先保證簇間的通信，有效解決了簇內(nèi)與簇間通信時(shí)存在的沖突問題。仿真結(jié)果表明，DSHP算法可以在保持簇間通信的同時(shí)，降低簇間通信的丟包率。下一步工作將研究在保證簇間通信優(yōu)先的前提下，如何降低簇內(nèi)通信的丟包率。

[1] Abramson N. Development of the ALOHANET[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 1985, 31(2): 119-123.

[2] Kleinrock L, Tobagi F. Packet Switching in Radio Channels: Part I——Carrier Sense Multiple Access Modes and Their Throughput Delay Characteristics[J]. IEEE Transactions on Communications, 1975, 23(12): 1400-1416.

[3] Heinzelman W B, Chandrakasan A P, Balakrishnan H. An Application-specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2002, 1(4): 660-670.

[4] Younis O, Fahmy S. HEED: A Hybrid, Energy-Efficient, Distributed Clustering Approach for Ad Hoc Sensor Networks[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2004, 3(4): 366-379.

[5] 龔海剛, 劉 明, 王曉敏. TLTS: 大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下基于簇的兩級(jí)TDMA調(diào)度協(xié)議[J]. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展, 2007, 44(1): 71-77.

[6] 劉蘭軍, 張曉彤, 王 沁, 等. 一種基于分簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)混合調(diào)度MAC協(xié)議[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué), 2008, 35(9): 67-70.

[7] 鐘揚(yáng)坤, 向 新, 劉在勇, 等. 混合多址接入的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J]. 電視技術(shù), 2012, 36(19): 131-135.

[8] Min Zhang, Babaei A, Agrawal P. A Cluster-based Hybrid Access Protocol for Wireless Sensor Networks[C]//Proc. of IEEE Sarnoff 2012. Newark, USA: IEEE Computer Society, 2012: 1-5.

[9] Rhee I, Warrier A, Aia M, et al. Z-MAC: A Hybrid MAC for Wireless Sensor Networks[J]. IEEE Transactions on Net- working, 2008, 16(3): 511-524.

[10] Shakir M, Ahmed I, Peng M, et al. Cluster Organization Based Design of Hybrid MAC Protocol in Wireless Sensor Networks[C]//Proc. of the 3rd International Conference on Networking and Services. Athens, Greece: IEEE Computer Society, 2007: 78.

[11] 方維維, 錢德沛, 褚天舒, 等. 分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠高效的數(shù)據(jù)傳輸方案[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2009, 43(8): 28- 32.

[12] 柳衛(wèi)平, 王培康. 一種基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議[J]. 無線通信技術(shù), 2009, 18(2): 53-56.

編輯 金胡考

MAC Protocol for Reducing Inter-cluster Communication Conflict in Wireless Ad Hoc Network

LEI Hong-li1,2, TIAN Yu2, MA Lin-hua2, RU Le2

(1. College of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China; 2. School of Aeronautics and Astronautics Engineering, Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China)

There are two issues should be satisfied when multiple unmanned aircraft groups implementing cooperative task. First, the command and cooperation data should be transmitted preferentially among the groups. Second, the inner group transmission rate should be fast. To solve these problems, a cluster-based MAC protocol Double Slots Hybrid Protocol(DSHP) is presented. The hybrid access protocol DSHP sets the key data transmission among groups as top target. The inter-group communication is processed through cluster head with Carrier Sense Multiple Access(CSMA) access protocol. The nodes in the same group can communicate directly with each other with Time Division Multiple Access(TDMA) access protocol. The cluster head is assigned two successive time slots. The two time slots send the same data during inter-cluster communication. The double slots can make sure that the inner-group data of other cluster heads only collide with the inter-group data in the first time slot, and the carrier sensing can make sure that the transmitted data in the second time slot won’t ruined by any inner-group data. Simulation results show that this protocol can prevent the inter-group communication from the interference of inner-group communication and improve the successrate of communication.

clustering; channel access; Time Division Multiple Access(TDMA); Carrier Sense Multiple Access(CSMA); conflict; packet loss rate

1000-3428(2014)03-0158-05

A

TP393

陜西省電子信息系統(tǒng)綜合集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助重點(diǎn)項(xiàng)目(2011.ZD01, 2011.02Y02)；國家部委基金資助項(xiàng)目。

雷洪利(1970－)，男，教授，主研方向：通信與信息系統(tǒng)，導(dǎo)航制導(dǎo)與控制；田 雨，博士研究生；馬林華，教授、博士；茹 樂，副教授、博士。

2013-10-30

2013-12-27 E-mail：labyahoo@126.com

10.3969/j.issn.1000-3428.2014.03.032