無線網路傳輸問題 隱藏節點和暴露節點

2021-10-05 05:42:26 字數 2952 閱讀 3265

隱藏終端是指在接收接點的覆蓋範圍內而在傳送節點的覆蓋範圍外的節點。隱藏終端由於聽不到傳送節點的傳送而可能向相同的接收節點傳送分組,導致分組在接收 節點處衝突。衝突後傳送節點要重傳衝突的分組,這降低了通道的利用率。

隱藏終端又可以分為隱傳送終端和隱接收終端兩種。在單通道條件下,隱傳送終端可以通過在傳送資料報文前的控制報文握手來解決。但是隱接收終端問題在 單通道條件下無法解決。

當a要向b傳送資料時,先傳送乙個控制報文rts;b接收到rts後,以cts控制報文回應;a收到cts後才開始向b傳送報文,如果a沒有收到 cts,a認為發生了衝突,重發rts,這樣隱傳送終端c能夠聽到b傳送的cts,知道a要向b傳送報文,c延遲傳送,解決了隱傳送終端問題。

對於隱接收終端,當c聽到b傳送的cts控制報文而延遲傳送時,若d向c傳送rts控制報文請求傳送資料,因c不能傳送任何資訊,所以d無法判斷時rts 控制報文發生衝突,還是c沒有開機,還是c時隱終端,d只能認為rts報文衝突,就重新向c傳送rts。因此,當系統只有乙個通道時,因c不能傳送任何信 息,隱接收終端問題在單通道條件下無法解決。

暴露終端是指在傳送接點的覆蓋範圍內而在接收節點的覆蓋範圍外的節點。暴露終端因聽到傳送節點的傳送而可能延遲傳送。但是,它其實是在接收節點的通訊範圍之外,它的傳送不會造成衝突。這就引入了不必要的時延。

暴露終端又可以分為暴露傳送終端和暴露接收終端兩種。在單通道條件下,暴露接收終端問題是不能解決的,因為所有傳送給暴露接收終端的報文都會產生衝突;暴露傳送終端問題也無法解決,因為暴露傳送終端無法與目的節點成功握手。

當b向a傳送資料時,c只聽到rts控制報文,知道自己是暴露終端,認為自己可以向d傳送資料。c向d傳送rts控制報文。如果是單通道,來自d的cts 會與b傳送的資料報文衝突,c無法和d成功握手,它不能向d傳送報文。

在單通道下,如果d要向暴露終端c傳送資料,來自d的rts報文會與b傳送的資料報文在c處衝突,c收不到來自d的rts,d也就收不到c回應的cts報文。 因此,在單通道條件下,暴露終端問題根本無法得到解決!

由於ad hoc網路具有動態變化的網路拓撲結構,且工作在無線環境中,採用非同步通訊技術,各個移動節點共享同乙個通訊通道,存在通道分配和競爭問題;為了提高通道 利用率,移動節點電台的頻率和發射功率都比較低;並且訊號受無線通道中的雜訊、通道衰落和障礙物的影響,因此移動節點的通訊距離受到限制,乙個節點發出的 訊號,網路中的其它節點不一定都能收到,從而會出現「隱藏終端」和「暴露終端」問題。

「隱藏終端」和「暴露終端」的存在,會造成ad hoc網路時隙資源的無序爭用和浪費,增加資料碰撞的概率,嚴重影響網路的吞吐量、容量和資料傳輸時延。在ad hoc網路中,當終端在某一時隙內傳送資訊時,若其隱藏終端在此時隙發生的同時傳送資訊,就會產生時隙爭用衝突。受隱藏終端的影響,接收端將因為資料碰撞 而不能正確接收資訊,造成傳送端的有效資訊的丟失和大量時間的浪費(資料幀較長時尤為嚴重),從而降低了系統的吞吐量和量。當某個終端成為暴露終端後,由 於它偵聽到另外的終端對某一時隙的占用資訊,而放棄了預約該時隙進行資訊傳送。其實,因為源終端節點和目的終端節點都不一樣,暴露終端是可以占用這個時隙 來傳送資訊的。這樣,就造成了時隙資源的浪費

解決隱藏終端問題的思路是使接收節點周圍的鄰居節點都能了解到它正在進行接收,目前實現的方法有兩種:一種是接收節點在接收的同時傳送忙音來通知鄰居節點,即btma系列;另一種方法是傳送節點在資料傳送前與接收節點進行一次短控制訊息握手交換,以短訊息的方式通知鄰居節點它即將進行接收,即rts/cts方式。這種方式是目前解決這個問題的主要趨勢,如已經提出來的csma/ca、maca、macaw等。還有將兩種方法結合起來使用的多址協議,如dbtma。

對於隱藏傳送終端問題,可以使用控制分組進行握手的方法加以解決。乙個終端傳送資料之前,首先要傳送請求傳送分組,只有聽到對應該請求分組的應答訊號後才能傳送資料,而是收到此應答訊號的其他終端必須延遲傳送。

在單通道條件下使用控制分組的方法只能解決隱傳送終端,無法解決隱藏接收終端和暴露終端問題。為此,必須採用雙通道的方法。即利用資料通道收發資料,利用控制通道收發控制訊號

rts(request to send,請求傳送)、cts(clear to send ,允許傳送)

rts/cts機制是對csma的一種改進,它可以在一定程度上避免隱藏終端和暴露終端問題。採用基於rts/cts的多址協議的基本思想是在資料傳輸之前,先通過rts/cts握手的方式與接收節點達成對資料傳輸的認可,同時又可以通知傳送節點和接收節點的鄰居節點即將開始的傳輸。鄰居節點在收到rts /cts後,在以後的一段時間內抑制自己的傳輸,從而避免了對即將進行的資料傳輸造成碰撞。這種解決問題的方式是以增加附加控制訊息為代價的。

從幀的傳輸流程來看,基於rts/cts的多址方式有幾種形式,從複雜性和傳輸可靠性角度考慮,可採用rts/cts-data-ack的方式。具體做法 是:當傳送節點有分組要傳時,檢測通道是否空閒,如果空閒,則傳送rts幀,接收節點收到rts後,發cts幀應答,傳送節點收到cts後,開始傳送數 據,接收節點在接收完資料幀後,發ack確認,一次傳輸成功完成。如下圖所示。如果發出rts後,在一定的時限內沒有收到cts應答,傳送節點執行退避算 法重發rts。rts/cts互動完成後,傳送和接收節點的鄰居收到rts/cts後,在以後的一段時間內抑制自己的傳輸。延時時間取決於將要進行傳輸的 資料幀的長度,所以由隱藏終端造成的碰撞就大大減少了。採用鏈路級的應答(ack)機制就可以在發生其它碰撞或干擾的時候,提供快速和可靠的恢復。

1、不同節點傳送的rts和控制資訊發生衝突

2、多個cts資訊被不同的鄰居節點收到,從而導致衝突。

在csma系列的接入技術中,當報文產生衝突時,傳送者要執行退避演算法,延遲一段隨機時間後再次嘗試傳送。實行退避的目的是為了減小重發時在此發生衝突的 可能性。在adhoc網路中,為了解決隱藏終端和暴露終端問題,引入了rts-cts握手機制。rts和cts控制報文之間可能會發生衝突。發生衝突時, 傳送者超時,等不到cts,要執行退避演算法,延遲一段隨機時間後重發rts。

產生這個隨機時間的「種子」叫做退避計數器。退避計數器的值直接影響著產生的延遲時間的長短。顯然,節點退避計數器的值越短,它搶占通道的能力就越強,反之,它搶占通道的能力就越弱。也就是說,退避計數器的值反映了節點搶占接入通道的能力。所以, 維護退避計數器的值是非常重要的。

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