18、无线网络的离散音调驱动定向速率控制通信系统

无线网络的离散音调驱动定向速率控制通信系统

1. 引言

如今，定向天线在定向数据传输中的应用日益广泛，相较于全向天线，它具有更高的天线增益、更高的数据速率和更大的传输范围等显著优势。众多基于定向天线设计的介质访问控制（MAC）协议，有效提升了无线网络的空间复用率和容量。

然而，设计基于定向天线的MAC协议也面临诸多挑战，其中隐藏终端和耳聋问题较为突出。在定向数据传输中，若隐藏终端未得到妥善处理，极易引发冲突；而处于发送或接收状态的耳聋节点，由于无法响应其他通信请求，可能导致能量损耗或冲突。因此，寻找有效机制来解决这些问题，成为设计新型MAC协议的关键。

定向天线的定向覆盖范围，使得大量节点可能对正在进行的传输不知情，从而引发隐藏终端和耳聋问题。尽管定向天线能在一定程度上减少阻塞/暴露节点，缓解隐藏终端问题，但解决耳聋问题仍颇具挑战，且在大型网络中实现同步也十分困难。

目前，已有大量使用忙音（一种非干扰正弦波，用于告知其他节点自身状态）的定向MAC协议，采用单数据通道和多无线电设备来解决定向隐藏终端和耳聋问题。然而，单数据通道的使用可能会降低信道带宽的有效利用率。

为了克服这些限制，我们提出了一种离散音调驱动定向速率控制（DTD2RC）通信系统，该系统利用带有定向天线的多无线电设备、多个数据通道和不连续的忙音包进行介质访问。多通道概念的引入，避免了暴露节点的不必要阻塞，提高了吞吐量。同时，忙音包通过CSMA中的p - 持久方法在公共控制通道中发送，基于计算的概率阈值解决定向隐藏终端和耳聋问题。此外，利用香农 - 哈特利定理调整定向控制包和数据包的传输速率，降低了能耗，提高了吞吐量，并消除了定向隐藏终端和耳聋问题。

2.