47、利用定向天线在自组织网络中防止冲突并实现空间复用

利用定向天线在自组织网络中防止冲突并实现空间复用

1. 引言

无线自组织网络是移动节点的自组织系统，无需既定基础设施或集中控制设施即可快速部署。然而，它容易与其他相邻节点发生冲突。使用定向天线可以实现空间复用并减少冲突，但现有的MAC协议在支持定向天线实现空间复用方面设计不足或较弱。

此前针对无线自组织网络的研究主要是为单跳和全向天线的无线环境设计的，例如802.11 MAC。在单信道环境中，802.11 MAC的冲突解决机制主要侧重于确保在任何时刻只有一对节点能够无冲突地访问信道，它并未充分利用多跳网络中固有的空间复用特性。而在多信道环境中，由于隐藏节点和暴露节点的存在，802.11 MAC协议容易发生冲突。因此，在自组织网络中实现相邻节点之间的空间复用是本文的主要研究内容。

过去一些研究人员致力于解决防止冲突和提高无线空间复用的问题：
- A. Chandar指出IEEE 802.11 DCF使用4向分布式握手机制来解决节点间的冲突，但不允许相邻节点或有共同邻居节点的两个节点同时传输。
- Y. Ko提出了使用定向天线的MAC协议以允许并发传输，该协议中发送方发送定向RTS，接收方回复全向CTS。
- M. Takai提出了定向虚拟载波感知，使用定向RTS和CTS传输，并提出了缓存方案来维护邻居节点的位置信息。

本文提出了一种新颖的MAC协议来处理空间复用问题：
- 在RTS/CTS和DATA/ACK之间插入控制窗口，帮助相邻节点交换控制数据包以实现并发传输。
- 评估该协议的性能，并与现有的MAC协议在吞吐量和端到端延迟方面进行比较。

2. 预备知识

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