[发明专利]一种无线自组织网络的MAC层可靠组播方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种无线自组织网络的MAC层可靠组播方法。

背景技术

无线自组织网络无需固定的基础网络设施或中央系统的管理，由无线移动节点自动形成网络，它能灵活应用于战场、灾区、野外考察等难以预先架设网络设施的场合，无线自组织网络的应用主要体现在军事、家用无线自组织网、移动会议、紧急服务、传感器网络、蜂窝移动通信系统的多跳增强(即利用移动终端的多跳转发能力扩大蜂窝移动通信系统的覆盖范围)等领域。当前世界各国学术界和工业界都对无线自组织网络展开了深入而广泛的研究，全球各大通信设备企业纷纷看好无线自组织网络市场，基于Ad Hoc(点对点)网络技术的移动终端以及网络设备已经成为一些大通信公司研发的重点。

另一方面，人们对交互式的多媒体组播业务的需求日益增长，这些业务都要求网络具有组播能力，例如音频/视频会议、交互式仿真、多人游戏、分布式数据库等，特别是在无线自组织网络中，组播能够支持战场指挥、紧急救援和移动会议等需要协作的应用。作为无线自组织网络中一种非常重要的应用，组播将使得无线自组织网络增值，具有广阔的市场前景。

而MAC(Media Access Control)层的广播特性对组播性能的好坏有很大的影响，没有可靠的广播机制，将无法实现良好的组播。目前大部分无线自组织网络中的MAC层协议都采用了IEEE 802.11 DCF(分布式协调功能)，但是，采用IEEE 802.11 DCF作为无线自组织网络组播的MAC层协议，会有以下问题：

(1)在IEEE 802.11中，没有提供显式的组播机制，为了使得组播分组到达所有相邻的组成员，使用单跳广播的方法进行转发。单跳广播并不需要ACK(应答帧)应答，所以发送者不能判断接收者是否已经正确收到数据或者接收者是否已经移出覆盖范围。

针对这个问题，现阶段研究学者提出的许多解决方案都在交互中利用了ACK应答机制，如BMW(Broadcast Medium Window)协议将广播看成多个单播操作，每个广播包都单独和每个邻节点进行RTS-CTS-DATA-ACK交互。像单播包一样，当一个单播成功，发送端就增加数据帧的序列号并转给下一邻节点，如果某邻节点没有接收到数据帧，则重新进行RTS-CTS-DATA-ACK交互，只是发送端发送给其RTS(请求发送帧)时，它回复给发送端一带有序列号的CTS(允许发送帧)，然后发送端将重传带有序列数的数据帧，所以简单且可靠性较高。但是数据帧交互所需时间较长，效率极低，并且存在过多的重传；

而BMMM(Batch Mode Multicast MAC Protocol)协议要求发送者用RTS依次指示各个接收者发送CTS。当多个RTS-CTS交互完成后，广播数据帧DATA，然后发送者向每个接收者发送RAK(控制帧)并要求各接收者回复应答帧ACK，如果没有收到其中一个ACK，发送者会在这个邻居节点上重复整个发送过程RTS-CTS-DATA-RAK-ACK，增加了控制开销，并且存在隐蔽终端问题和过多的重传。

(2)在基于IEEE 802.11的移动Ad Hoc网络(MANETS)中，由于信道的广播特性，存在着隐蔽节点问题，这就导致有可能在组播时试发多次不成功的现象。

在MANETs中，现有的支持组播方法试图利用Ad Hoc网络的广播特性，单跳的广播分组被发送到所有邻居节点，然而CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)协议并不采取任何防范措施解决隐蔽节点的问题，由于碰撞导致系统性能急剧下降。

带有忙音的广播协议BPBT(Broadcast Protocol with Busy Tone)采用窄带忙音帮助发送端对当前信道及其邻节点状态进行检测，忙音用来为所传输的数据包提供连续的保护。如果任意接收端回复了一个CTS，发送端则开始传输数据包。在接收数据包过程中，接收端又会向发送端回复ACK。但在整个交互过程中，CTS和ACK回复会占用很长的时间；另外信道上有噪声就被认为是信道忙，进而在条件都满足的情况下DATA不发送，导致信道利用率低；而且采用忙音的方式对硬件有要求，以前的硬件就无法实现，这对于普及就有一定的难度；忙音还会消耗一定的能量，而对于无线自组织网络的节点来说，能量是相当有限的，为了能保持更久的工作状态，忙音类的方式并不是很可取。