多接口协作的高吞吐多信道MAC协议

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2017154

通信学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (8): 50-59.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2017154

多接口协作的高吞吐多信道MAC协议

邓清勇^1,²,裴廷睿²,李哲涛^2,³(),刘安丰⁴,邓亚风⁵

¹ 北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876
² 湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭 411105
³ 东南大学计算机网络和信息集成教育部重点实验室，江苏南京 211189
⁴ 中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410083
⁵ 韩国亚洲大学计算机工程学院，韩国水源 443-749

修回日期:2017-05-31 出版日期:2017-08-01 发布日期:2017-09-07
作者简介:邓清勇（1981-），男，湖南武冈人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为无线通信、认知网络、智能电网。|裴廷睿（1970-），男，湖南通道人，博士，湘潭大学教授、博士生导师，主要研究方向为无线传感器网络、多媒体通信。|李哲涛（1980-），湖南邵阳人，博士，湘潭大学教授、硕士生导师，主要研究方向为无线传感器网络、压缩感知。|刘安丰（1971-），男，湖南汉寿人，博士，中南大学教授，主要研究方向为物联网络计算、传感网络、新型网络体系结构、服务计算等。|邓亚风（1990-），男，湖南益阳人，韩国亚洲大学计算机工程学院博士生，主要研究方向为WLAN、车联网等。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61379115);国家自然科学基金资助项目(61602398);国家自然科学基金资助项目(61372049);国家自然科学基金资助项目(61672447);湖南省教育厅一般基金资助项目(15C1330);湖南省重点学科建设基金资助项目;计算机网络和信息集成教育部重点实验室（东南大学）基金资助项目(K93-9-2016-09)

High-throughput multi-channel MAC protocol with multi-interface cooperation

Qing-yong DENG^1,²,Ting-rui PEI²,Zhe-tao LI^2,³(),An-feng LIU⁴,Ya-feng DENG⁵

¹ School of Information and Communication Engineering，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing 100876，China
² College of Information Engineering，Xiangtan University，Xiangtan 411105，China
³ Key Laboratory of Computer Network and Information Integration of Ministry of Education，Southeast University，Nanjing 211189，China
⁴ School of Information Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，China
⁵ Department of Computer Engineering，Ajou University，Suwon 443-749，Korea

Revised:2017-05-31 Online:2017-08-01 Published:2017-09-07
Supported by:
The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(61379115);The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(61602398);The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(61372049);The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(61672447);Hunan Provincia1 Education Office Genera1 Project(15C1330);The Construct Program of the Key Discip1ine in Hunan Province;Key Laboratory of Computer Network and Information Integration Program（Southeast University）,Ministry of Education(K93-9-2016-09)

摘要/Abstract

摘要：

多接口多信道MAC协议存在接口利用率不高等问题。为此，提出MIC-MAC协议在多接口节点模型中增加虚拟MAC层，利用单接口的成功握手信息建立源—目标节点之间所有接口同步传输的关系，提高了吞吐量和控制帧效率。另外，成功传输的节点选取当前信道作为下次传输的决策信道可以有效改善隐藏终端问题。实验结果表明在单跳网络中，与MIMC-SMAC、IEEE 802.11协议相比，吞吐量分别提高了100%～200%；在多跳网络中有效改善了碰撞和隐藏终端问题。

关键词: 多接口, 多信道MAC协议, 吞吐量, 隐藏终端

Abstract:

Low uti1ization of the interface a1ways exists in mu1ti-interface mu1ti-channe1（MIMC）medium access protoco1.Therefore，the mu1ti-interface cooperating（MIC）mechanism was proposed.A virtua1 MAC 1ayer was designed in mu1ti-interface node and mu1ti-interface cooperative mechanism through one successfu1 handshake of sing1e interface to estab1ish the synchronous transmission re1ationship between source-destination nodes a11 interface and data channe1 groups，thus improving the throughput and efficiency of contro1 frame.Furthermore，nodes with successfu1 transmission choose the current channe1 set as decision-making channe1s of the next transmission，which can effective1y reduce the impact of hidden termina1.The simu1ation resu1ts of MIC-MAC protoco1 show that the throughput has increased by 100% to 200% compared with MIMC-SMAC protoco1 and IEEE 802.11 in sing1e hop network，the co11ision and hidden termina1 prob1em have a1so been great1y optimized in mu1ti hop network.

Key words: mu1ti-interface, mu1ti-channe1 MAC protoco1, throughput, hidden termina1

中图分类号:

TP393

邓清勇,裴廷睿,李哲涛,刘安丰,邓亚风. 多接口协作的高吞吐多信道MAC协议[J]. 通信学报, 2017, 38(8): 50-59.

Qing-yong DENG,Ting-rui PEI,Zhe-tao LI,An-feng LIU,Ya-feng DENG. High-throughput multi-channel MAC protocol with multi-interface cooperation[J]. Journal on Communications, 2017, 38(8): 50-59.

图/表 14

表1

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图2

图3

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表2

表3

图5

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参考文献 15

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缩写	英文全称	中文注释
MIC	multi-interface cooperation	多接口协作
MMAC	multi-channel MAC	多信道MAC
MIMC	multi-interface multi-channel	多接口多信道
SMAC	synchronization-based media access control	基于同步的媒介访问控制
RRPS	round-robin packet scheduling	轮询分组调度
MPDU	MAC protocol data unit	MAC协议数据单元
CCC	common control channel	公共控制信道
RTS	request to send	请求发送
CTS	clear to send	清除发送
ACK	acknowledge	应答
nic	network interface card	网卡
NAV	network allocation vector	网络分配向量
SIFS	short inner frame spacing	短帧间间隔
DIFS	distribute inner frame spacing	分布式帧间间隙
CCW	channel coordination window	信道竞争窗口

参数	值	参数	值
Min_cw	16	ACK	120 bit
Max_cw	1 024	DIFS	50 μs
MAC head	224 bit	SIFS	10 μs
PHY head	192 bit	ST	20 μs
RTS	（128 + 8）bit	Data rate	2 Mbit/s
CTS	（136 + 8）bit	Control
数据分组大小	4 096 bit	frame rate	1 Mbit/s

流数目	吞吐量/（Mbit·s^?1）		RTS失败/次		数据分组失败/次		控制帧效率
流数目	双接口	三接口	双接口	三接口	双接口	三接口	双接口	三接口
1	2.070	3.340	0	0	0	0	2	3
2	4.160	6.720	3	22	0	0	1.999	2.990
3	6.029	10.023	17	158	0	0	1.999	2.990
4	7.730	12.230	33	753	0	0	1.998	2.980

多接口协作的高吞吐多信道MAC协议

High-throughput multi-channel MAC protocol with multi-interface cooperation

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