自組織網(wǎng)絡(luò)課件

Adhoc網(wǎng)絡(luò)Adhoc網(wǎng)絡(luò)11、概念2、MAC層的協(xié)議，以及一些改進(jìn)方法3、有向天線及其在Adhoc中的使用1、概念2定義：由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)組成，多跳、臨時(shí)與無中心的自治系統(tǒng)定義：由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)組成，多跳、臨時(shí)與3特征：1、分布式控制，沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（basestation）。2、多跳性。因?yàn)闊o線結(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率有限，傳輸需要中間結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)3、動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，決定了不斷有新的結(jié)點(diǎn)的加入和舊的結(jié)點(diǎn)的離開，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在不斷的變化特征：4優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可臨時(shí)的組網(wǎng)，抗損害能力強(qiáng)，比傳統(tǒng)的基于基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)有更大的優(yōu)勢(shì)。可應(yīng)用于軍事通信，災(zāi)難救助等缺點(diǎn)：a、轉(zhuǎn)發(fā)需要其他的節(jié)點(diǎn)參與，干擾比較嚴(yán)重b、數(shù)據(jù)的多跳性存在安全問題c、缺乏對(duì)視頻會(huì)議等的服務(wù)質(zhì)量保證優(yōu)缺點(diǎn)：5 Adhoc使用的是屬于多跳共享的廣播信道，因此會(huì)引來很多的問題，如隱終端和暴露終端的問題隱終端：在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍以外的節(jié)點(diǎn)。暴露終端：在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍外的節(jié)點(diǎn) Adhoc使用的是屬于多跳共享的廣播信道，因此會(huì)引來6隱終端：暴露終端：

隱終端：7MAC協(xié)議的分類（1）按接入方式：隨機(jī)接入，受控接入，混合接入（2）信道使用數(shù)量：?jiǎn)涡诺?，雙信道，多信道（3）使用天線類型：全向天線，有向天線MAC協(xié)議的分類8802.11MAC層的DCF協(xié)議幀交互順序：RTS-CTS-DATA-ACK采用：載波監(jiān)聽，信道預(yù)約，幀確認(rèn)的機(jī)制

802.11MAC層的DCF協(xié)議9問題如圖C本來可以發(fā)送，被過度的保護(hù)了問題10C的發(fā)送，會(huì)影響B(tài)的接收，但是仍然可以發(fā)送自組織網(wǎng)絡(luò)11改進(jìn)方案CCR協(xié)議AVOS協(xié)議DACS協(xié)議等改進(jìn)方案12其中，Pb是節(jié)點(diǎn)B接收到的幀的能量，Pa是節(jié)點(diǎn)A發(fā)送幀的能量，Ga，Gb分別是發(fā)送端天線和接收端天線的增益(Gain)，ha，hb分別是節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的天線高度，dab是節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B間的距離。自組織網(wǎng)絡(luò)13同理：對(duì)節(jié)點(diǎn)c假設(shè)各種物理參數(shù)一致，那么在節(jié)點(diǎn)B處的信噪比：自組織網(wǎng)絡(luò)14所以：一般情況下，取SNR=10，根據(jù)以上公式，當(dāng)接收端與發(fā)送端之間的距離在0到0.56Rt的時(shí)候，隱終端很少會(huì)出現(xiàn)，這就解決了隱終端的問題，這就是CCR協(xié)議選擇的方案，但是暴露終端的問題并沒有解決所以：15AVOS在將距離再次劃分區(qū)域I：0.56Rt<d<Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS這種握手機(jī)制并不有效，被稱為UnderactiveRTS/CTS場(chǎng)景。區(qū)域II：0.36Rt<d<0.56Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS能夠有效的發(fā)揮作用，被稱為ModerateRTS/CTS場(chǎng)景。區(qū)域III：0<d<0.36Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS可以有效的發(fā)揮作用，但是在這個(gè)區(qū)域外的其他節(jié)點(diǎn)將變成暴露終端，這種場(chǎng)景被稱為OveractiveRTS/CTS。AVOS在將距離再次劃分16只要在以上的2和3區(qū)域區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)受到RTS后直接發(fā)送CTS不用檢測(cè)信道，這種可以解決暴露終端的問題，很難知道該節(jié)點(diǎn)處在哪個(gè)區(qū)域只要在以上的2和3區(qū)域區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)受到RTS后直接發(fā)送C17造成隱終端和發(fā)送終端的根本原因是：1、潛在的發(fā)送端無法知道當(dāng)前正在接受節(jié)點(diǎn)的位置2、正在接收消息的節(jié)點(diǎn)接收信息能量的大小

基于此，提出了IABT協(xié)議造成隱終端和發(fā)送終端的根本原因是：18IABT協(xié)議一個(gè)基于忙音的可感知干擾的MAC協(xié)議。忙音：一組有著特定單頻的正弦信號(hào)。忙音計(jì)算公式是：其中fs是當(dāng)前接收端發(fā)出的忙音的頻率，f1，f2是忙音所占用頻帶的低端和高端頻率，Pt是當(dāng)前接收端能夠容忍的噪聲能量，Pmax是發(fā)送端的最大發(fā)送能量。

IABT協(xié)議19假設(shè)節(jié)點(diǎn)A正在向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送幀，節(jié)點(diǎn)B是接收節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)C是一個(gè)潛在的發(fā)送端，C的發(fā)送不對(duì)B的接收產(chǎn)生干擾，則必須滿足a、知道B處可以容忍的噪音b、節(jié)點(diǎn)C發(fā)送的信號(hào)傳送到節(jié)點(diǎn)B處的能量大小：SNR必須滿足：假設(shè)節(jié)點(diǎn)A正在向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送幀，節(jié)點(diǎn)B是接收節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)C是一個(gè)20節(jié)點(diǎn)C可以通過下面的公式來獲取節(jié)點(diǎn)B可以容忍的噪聲的大?。寒?dāng)Pc的能量小于Pt‘的時(shí)候，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了自組織網(wǎng)絡(luò)21有向天線能夠在某個(gè)特定方向上接收和發(fā)送的電磁波工作狀態(tài)有四種： o-o，o-d，d-o，d-d； d-d是距離最短的一種，一般使用d-o模式有向天線22使用有向天線的優(yōu)點(diǎn)：1、擴(kuò)大傳輸范圍，減少了傳輸跳數(shù)，降低時(shí)延2、提高接收質(zhì)量3、增加空間復(fù)用，提高系統(tǒng)容量使用有向天線的優(yōu)點(diǎn)：23原有的隱終端問題：原有的隱終端問題：24原有的暴露終端的問題原有的暴露終端的問題25使用有向天線引入的隱終端問題“聾”問題：使用有向天線引入的隱終端問題26傳統(tǒng)的DMAC大多采用DRTS/OCTS的握手機(jī)制來協(xié)商通信，接收端能通知的范圍依然是o-o,存在過度保護(hù)，隱終端，還有聾問題，引入了FFT-DMAC協(xié)議傳統(tǒng)的DMAC大多采用DRTS/OCTS的握手機(jī)制來協(xié)商通信27一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取周圍節(jié)點(diǎn)忙碌與否的方式1接收節(jié)點(diǎn)或發(fā)送節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送自己的忙碌狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，只需要監(jiān)聽信道是否忙碌，不需要一直監(jiān)聽2周圍節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送監(jiān)聽信號(hào)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，他們的發(fā)送根據(jù)監(jiān)聽到的控制信道來決定是否可以發(fā)送一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取周圍節(jié)點(diǎn)忙碌與否的方式28FFT-DMAC協(xié)議使用第一種方式獲得節(jié)點(diǎn)的忙碌狀態(tài)采用兩對(duì)忙音來第一種：全向發(fā)送，進(jìn)入聾狀態(tài)，發(fā)送FFT1+，離開聾狀態(tài)，發(fā)送FFT1-第二種：有向忙音，由接收端向發(fā)送端發(fā)送，發(fā)送端發(fā)送之前，發(fā)送FFT2+，完畢后發(fā)送FFT2-來通知這個(gè)方向的節(jié)點(diǎn)FFT-DMAC協(xié)議29謝謝自組織網(wǎng)絡(luò)30Adhoc網(wǎng)絡(luò)Adhoc網(wǎng)絡(luò)311、概念2、MAC層的協(xié)議，以及一些改進(jìn)方法3、有向天線及其在Adhoc中的使用1、概念32定義：由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)組成，多跳、臨時(shí)與無中心的自治系統(tǒng)定義：由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)組成，多跳、臨時(shí)與33特征：1、分布式控制，沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（basestation）。2、多跳性。因?yàn)闊o線結(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率有限，傳輸需要中間結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)3、動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，決定了不斷有新的結(jié)點(diǎn)的加入和舊的結(jié)點(diǎn)的離開，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在不斷的變化特征：34優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可臨時(shí)的組網(wǎng)，抗損害能力強(qiáng)，比傳統(tǒng)的基于基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)有更大的優(yōu)勢(shì)。可應(yīng)用于軍事通信，災(zāi)難救助等缺點(diǎn)：a、轉(zhuǎn)發(fā)需要其他的節(jié)點(diǎn)參與，干擾比較嚴(yán)重b、數(shù)據(jù)的多跳性存在安全問題c、缺乏對(duì)視頻會(huì)議等的服務(wù)質(zhì)量保證優(yōu)缺點(diǎn)：35 Adhoc使用的是屬于多跳共享的廣播信道，因此會(huì)引來很多的問題，如隱終端和暴露終端的問題隱終端：在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍以外的節(jié)點(diǎn)。暴露終端：在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍外的節(jié)點(diǎn) Adhoc使用的是屬于多跳共享的廣播信道，因此會(huì)引來36隱終端：暴露終端：

隱終端：37MAC協(xié)議的分類（1）按接入方式：隨機(jī)接入，受控接入，混合接入（2）信道使用數(shù)量：?jiǎn)涡诺?，雙信道，多信道（3）使用天線類型：全向天線，有向天線MAC協(xié)議的分類38802.11MAC層的DCF協(xié)議幀交互順序：RTS-CTS-DATA-ACK采用：載波監(jiān)聽，信道預(yù)約，幀確認(rèn)的機(jī)制

802.11MAC層的DCF協(xié)議39問題如圖C本來可以發(fā)送，被過度的保護(hù)了問題40C的發(fā)送，會(huì)影響B(tài)的接收，但是仍然可以發(fā)送自組織網(wǎng)絡(luò)41改進(jìn)方案CCR協(xié)議AVOS協(xié)議DACS協(xié)議等改進(jìn)方案42其中，Pb是節(jié)點(diǎn)B接收到的幀的能量，Pa是節(jié)點(diǎn)A發(fā)送幀的能量，Ga，Gb分別是發(fā)送端天線和接收端天線的增益(Gain)，ha，hb分別是節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的天線高度，dab是節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B間的距離。自組織網(wǎng)絡(luò)43同理：對(duì)節(jié)點(diǎn)c假設(shè)各種物理參數(shù)一致，那么在節(jié)點(diǎn)B處的信噪比：自組織網(wǎng)絡(luò)44所以：一般情況下，取SNR=10，根據(jù)以上公式，當(dāng)接收端與發(fā)送端之間的距離在0到0.56Rt的時(shí)候，隱終端很少會(huì)出現(xiàn)，這就解決了隱終端的問題，這就是CCR協(xié)議選擇的方案，但是暴露終端的問題并沒有解決所以：45AVOS在將距離再次劃分區(qū)域I：0.56Rt<d<Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS這種握手機(jī)制并不有效，被稱為UnderactiveRTS/CTS場(chǎng)景。區(qū)域II：0.36Rt<d<0.56Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS能夠有效的發(fā)揮作用，被稱為ModerateRTS/CTS場(chǎng)景。區(qū)域III：0<d<0.36Rt。在這個(gè)區(qū)域中，RTS/CTS可以有效的發(fā)揮作用，但是在這個(gè)區(qū)域外的其他節(jié)點(diǎn)將變成暴露終端，這種場(chǎng)景被稱為OveractiveRTS/CTS。AVOS在將距離再次劃分46只要在以上的2和3區(qū)域區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)受到RTS后直接發(fā)送CTS不用檢測(cè)信道，這種可以解決暴露終端的問題，很難知道該節(jié)點(diǎn)處在哪個(gè)區(qū)域只要在以上的2和3區(qū)域區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)受到RTS后直接發(fā)送C47造成隱終端和發(fā)送終端的根本原因是：1、潛在的發(fā)送端無法知道當(dāng)前正在接受節(jié)點(diǎn)的位置2、正在接收消息的節(jié)點(diǎn)接收信息能量的大小

基于此，提出了IABT協(xié)議造成隱終端和發(fā)送終端的根本原因是：48IABT協(xié)議一個(gè)基于忙音的可感知干擾的MAC協(xié)議。忙音：一組有著特定單頻的正弦信號(hào)。忙音計(jì)算公式是：其中fs是當(dāng)前接收端發(fā)出的忙音的頻率，f1，f2是忙音所占用頻帶的低端和高端頻率，Pt是當(dāng)前接收端能夠容忍的噪聲能量，Pmax是發(fā)送端的最大發(fā)送能量。

IABT協(xié)議49假設(shè)節(jié)點(diǎn)A正在向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送幀，節(jié)點(diǎn)B是接收節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)C是一個(gè)潛在的發(fā)送端，C的發(fā)送不對(duì)B的接收產(chǎn)生干擾，則必須滿足a、知道B處可以容忍的噪音b、節(jié)點(diǎn)C發(fā)送的信號(hào)傳送到節(jié)點(diǎn)B處的能量大?。篠NR必須滿足：假設(shè)節(jié)點(diǎn)A正在向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送幀，節(jié)點(diǎn)B是接收節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)C是一個(gè)50節(jié)點(diǎn)C可以通過下面的公式來獲取節(jié)點(diǎn)B可以容忍的噪聲的大?。寒?dāng)Pc的能量小于Pt‘的時(shí)候，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了自組織網(wǎng)絡(luò)51有向天線能夠在某個(gè)特定方向上接收和發(fā)送的電磁波工作狀態(tài)有四種： o-o，o-d，d-o，d-d； d-d是距離最短的一種，一般使用d-o模式有向天線52使用有向天線的優(yōu)點(diǎn)：1、擴(kuò)大傳輸范圍，減少了傳輸跳數(shù)，降低時(shí)延2、提高接收質(zhì)量3、增加空間復(fù)用，提高系統(tǒng)容量使用有向天線的優(yōu)點(diǎn)：53原有的隱終端問題：原有的隱終端問題：54原有的暴露終端的問題原有的暴露終端的問題55使用有向天線引入的隱終端問題“聾”問題：使用有向天線引入的隱終端問題56傳統(tǒng)的DMAC大多采用DRTS/OCTS的握手機(jī)制來協(xié)商通信，接收端能通知的范圍依然是o-o,存在過度保護(hù)，隱終端，還有聾問題，引入了FFT-DMAC協(xié)議傳統(tǒng)的DMAC大多采用DRTS/OCTS的握手機(jī)制來協(xié)商通信57一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取周圍節(jié)點(diǎn)忙碌與否的方式1接收節(jié)點(diǎn)或發(fā)送節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送自己的忙碌狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，只需要監(jiān)聽信道