基于IEEE 802.11协议的MAC层协同组播策略

第２９卷第６期　２０ｌ１年ｌ１月　应用　科学学ｃｓ报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．６　ＮＯＶ．２０１１　ＤＯｈ　１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５５—８２９７．２０１１．０６．００２　基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的ＭＡＣ层协同组播策略　宋留斌　，　徐友云　，一，　谢威２，　余２．上海交通大学电子工程系，上海２００２４０　江　ｌ＿解放军理工大学通信工程学院，南京２１０００７　摘　要：提出一种基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的ＭＡＣ（ｍｅｄｉａ　ａｃｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏ１）层协同组播调度策略，利用正确接收数据　的组内用户充当临时中继，根据地理位置信息选择优秀的转发节点来协同传输组播数据．分析了所提出的组播策　略的中断概率和吞吐量性能，并给出了使用ＮＳ２（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　２）工具的仿真方法．仿真结果表明，相比于原　有的ＭＡＣ层协议，该策略提升了组播的吞吐量，降低了组播用户的丢包率．　关键词：无线组播；协同通信；Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　２；，ＩＥＥＥ　８０２．１１协议　中图分类号：ＴＮ９２９．５　文章编号：０２５５．８２９７（２０１１）０６．０５５９—０６　ＭＡＣ　Ｌａｙｅｒ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＥＥＥ　８０２．１　１　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ＳＯＮＧ　Ｌｉｕ—ｂｉｎ　，ＸＵ　Ｙｏｕ—ｙｕｎ　，一，ＸＩＥ　Ｗｅｉ　，ＹＵ　Ｊｉａｎｇ　１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰＬＡ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００７，Ｃｈｉｎａ　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ａ　ＭＡＣ　ｌａｙｅｒ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　８０２．１１　ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｄａｔａ　ｃａｎ　ｓｅｒｖｅ　ａｓ　ａ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｒｅｌａｙ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｕｓｅｒ　ｌｏｃａｔｅｓ　ａ　ｒｉｇｈｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔａｇｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｔｒａｔｅｇｙ，ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ＮＳ２．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｈａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｃｋｅｔ　ｌｏｓｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ＭＡＣ　ｐｒｏｔｏｃｏ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ，ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　２，ＩＥＥＥ　８０２．１１　ｐｒｏｔｏｃａｌ　无线组播技术是一种在无线环境下用于一对多数　据传输的高效机制，为电视、广播、电影等应用供应　商提供了广阔的平台．目前，基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的　无线网络发展迅速，机场、咖啡馆等热点地区都可以　通过ＷＩＦＩ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｉｆｄｅｌｉｔｙ）接入互联网．　在单播通信中，ＩＥＥＥ　８０２．１１协议一方面采用载　波侦听多址访问与碰撞回避机制以避免冲突，有　效地解决了显隐终端问题；另一方面采用ＡＣＫ　达ＭＡＣ层时，ＭＡＣ层按照网络层的选路策略以开环　广播或者单播的方式简单地将数据包发送出去．开环　广播形式既没有考虑数据包的损坏和丢失，也没有对　丢失的数据包进行重传，导致组播业务的丢包率较大．　而以单播形式发送组播数据包不能获得组播增益，降　低了组播的性能．　协同通信技术利用无线信道的广播特性和多用　户协同来获取组播增益和多用户分集增益，以改善　因信道环境等因素引起的通信质最问题．该技术应用　于无线单播，即点对点的数据传输已有了大量的研　（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）反馈与自动重传机制，保证了数　据包传送的可靠性．相比于单播，ＩＥＥＥ　８０２．１１协议　并没有考虑组播方面的需求．当网络层组播数据包到　究【１＿８＿．文献ｆ４．５１明确提出了协同通信的概念，并给出　收稿日期：２０１０—０９—２７；　修订日期：２０１１—０５—２５　基金项目：国家“８６３”高技术研究发展计划基金（Ｎｏ．２００９ＡＡ０１ｚ２４９）；新一代宽带无线移动通信网科技重大专项基金（Ｎｏ．２０１０ＺＸ０３００３—　００３—０１）资助　通信作者：徐友云，教授，博导，研究方向：认知无线电、Ｔｕｒｂｏ编译码、协同通信等，Ｅ－ｍａｉｌ　５６０　应用科学学报　第２９卷　了性能分析结果．文献ｆ８ｌ提出了一种新的ＭＡＣ层　同　机￥１］ＤＣＭＡＣ（ｄｙｎａｍｉｃａｌ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ＭＡＣ）．该机制　充分利用无线信道的广播特性来获取信道信息，从而　选择出最优的协同节点，改善系统性能．　终端用户．组播源是一台主机，终端用户足一台笔记　本电脑或者支持ＷＩＦＩ功能的于机．在一轮组播后，由　源节点挑选出合适的协同节点给剩余的用户以再次传　输组播数据，如图ｌ（ｂ１所示．　相对而言，协同通信应用丁组播的研究则较　少［９＿１２１．文献ｉ９１给出了一种基于ＩＥＥＥ　８０２．１６　络下　的协同组播调度策略，利用ＭＩＭＯ技术充分获取多个　协同信号的分集增益，但功率消耗会相　增加，且虚　１．１转发方式　源节点转发数据时，巾继节点可以采用放大转　拟ＭＩＭＯ技术的实现复杂度很高．文献［１Ｏｌ提出了…　种ＭＡＣ层组播轮序协同机制，分析了最优协同节点　发（ａｍｐｌｉｆｙ　ａｎｄ—ｆｏｒｗａｒｄ，ＡＦ）或译码转发（ｄｅｃｏｄｅ　ａｎｄ　ｆｏｒｗａｒｄ，ＤＦ）两种最常用的协同转发方式［　］．放大转　发是指中继节点接收到源节点发送来的数据后不进行　信息的解码，亩接将信号进行简　放大，然后转发给　目的接收节点．这种转发机制的系统设计简　，但它　在放大有用信号的同时也放大了混在接收信号ｒｆ］的噪　卢，当噪声较大时会影响协同性能．译码转发是指将　接收到的信号进行译码、重新编码等数宁处理后再发　送到目的节点．译码转发又称可再生中继，虽可以避　的数目，并给出了快速而简单地寻找最优协同点数目　的算法，但并没有给出具体的有关ＭＡＣ协议的实现　过程．文献［１２１引入了策略控制系统，提出了一种基　丁策略控制系统的组播接入控制技术，给出了该系统　的模犁，并具体闸述了用户接入时的请求、应答、配　置ＡＣＬ的过程．　鉴丁现有的协同组播策略没有给出接入控制层的　具体实现方案，本文提出了一种基丁ＩＥＥＥ　８０２．１１协　议的ＭＡＣ层协同组播调度策略，将数据包的传输分　免噪声传播，但增加了协同节点的处理复杂度．　本文中的中继选白组内笫１阶段正确接收数据的　用户，最终也需要译码山组播数据．因此，本文选用　为　个阶段．第１阶段，由源节点给所有组播组内的　用户组播数据；第２阶段，采用基于地理位置信息的　协同节点选择算法，选出合适的协同传输中继节点；　第３阶段，巾继给剩余的用户重传纽播数据．文中首　译码转发方式，既可以取得较好的性能，又　垒丁过　分增加中继节点的处理复杂度．　１．２信道模型　由于电磁波的传输存在反射、衍射和散射等现　先分析了这种策略的ｒｆ１断概率和吞吐晕性能，然后利　用　络仿真Ｔ具ＮＳ２进行了协议层的仿真．　象，无线信道环境非常复杂．现有的兀线信道模犁大　致可分为大尺度衰落模犁和小尺度衰落模型．大尺度　１　基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的无线网络模型　考虑如图１（ａ）所示的基Ｔ－ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的无　线局域　（ＷＬＡＮ），　络中分布着一个组播源和Ⅳ个　衰落模犁主要考虑传输距离和天线增益对于接收信号　功率的影响．小尺度衰落模型主要用于描述多径传输　引起的信号波动．　ｆ　二二＿　：：　、　（，　ｉ、／　、、二　、　二　二二兰二　二二二二　／／　二　二二兰二曼　＼、正确接收数据的用户　组播源　用户　未正确接收数据的用户　（ａ）；￣８０２．１１￣ＪＷＬＡＮＮ架构　（ａ）Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆａｎ　ＩＥＥＥ　８０２．１１　ＷＬＡＮ　Ｃｏ）协同调度模型　（ｂ）Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｍｏｄｅｌ　图ｌ　于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的无线网络模型　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＥＥＥ　８０２．１１　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　第６期　宋留斌等：基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的ＭＡＣ层协同组播策略　５６１　参考文献【９】，本文综合考虑大尺度衰落和小尺度　衰落．接收信号功率的均值由无线信道环境和收发信　据的用户在规定的时隙内不吲馈ＡＣＫ包，具体实现过　程如图２所示．　机之问的距离决定，见式（１）　Ｐ（ｄ）：Ｐ（ｄ。）＋１　ｇ（　）　（１）　ＤＩＦＳ　组播　式中，Ｐ（ｄｏ）为近距影响的损耗，　为路径损耗指数．　假设噪声功率一定，经过一段距离的衰减以及多径传　输，接收端的信号功率服从指数分布　数据　。）　回馈　，　协同传输　数据　）　、、、，（Ｅ）：￣　ｅ－Ｅ／Ｅ　（２）　．，，　ｌ：　ｉ：　ＳＩＦｓ：　、ｉ；：　、、、、、１：　、、、、、　　｝Ⅲ　，，　，，，　，，，．ＳＷＳ式中，Ｅ和　分别表示接收端的瞬时和平均信信号　功率．　２　协同ＭＡＣ组播策略　目前，无线网络巾的组播业务大多依靠路由协　议来完成数据的分发．而ＭＡＣ层只用来传输组播数　据包，数据包传输的正确与否取决于路由层选定组　播路径的好坏．如果数据传送发生错误，ＭＡＣ层只能　按照单播的协议简单地重传．本节在ＭＡＣ层建立组　播ＡＣＫ回馈与协同重传机制，以提高ＭＡＣ层组播数　据包传送的可靠性，降低丢包率．　２．１　前提条件　１１　ＭＡＣ层组播源知晓本次组播数据的用户数和　用户的地理位置；２）网络内其他节点能够判断是否　该接收数据．　２．２　协同机制　将每个数据包的发送分为３个阶段，即将原先一　个时隙　的时间分为　和　两个阶段．在　阶　段，数据源组播数据；在　阶段，各用户回馈ＡＣＫ包　来确认组播数据是否被正确接收．如果有需求，中继　节点在新增时隙乃内，也就是第３阶段，重传组播数　据．为避免冲突，　时隙内源节点停止发送纽播数据．　在ＩＥＥＥ　８０２．１１协议中，组播的数据速率是固定　的．一般预先根据信道环境确定物理层的信息，然后　将所有的组播数据按照预算出来的数据速率进行传　输．因此，在第１阶段，为了弥补源节点在　时段的　开销，源节点需要以一个稍高的数据速率Ｒ１发送组播　数据，并要求ＲｏＴｏ：Ｒ１　，其中，Ｒｏ为原先在　时隙　上的数据速率，Ｒ１为第１阶段的组播速率．在第２阶　段，让组内用户在规定的时隙上轮流发送ＡＣＫ包．这　个阶段时间的长＝短取决于用户数的多少．当编号为ｉ　的用户正确接收到组播数据包后，等待（　一１）ＴＡＣＫ，　然后回馈ＡＣＫ包给源节点．因此，第２阶段的时长　为　＝ＮＴＡｃＫ，其中Ⅳ为用户数目．而未正确接收数　　Ｉ’　…　图２　ＭＡＣ层协同组播　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｏｎ　ＭＡＣ　Ｌａｙｅｒ　图２　ｒｆ１，ＳＩＦＳ为短帧间距，ＤＩＦＳ为ＤＣＦ（分布式　协调功能１帧问问距，ＮＡＣＫ为不能正确接收回馈数　据包，ＡＣＫ为确认正确接收数据包．　由于固定用户的位置不会发生变化，对同定用户　而言每轮组播只需向源节点回馈１　ｂｉｔ的确认信息．这　样Ⅳ个用户实际的开销为Ｎ　ｂｉｔｓ，再加上ＭＡＣ头的开　销远小于组播数据包的大小．而移动用户回馈的信息　中需要带有各自的地理位置信息，会造成较大的开销．　本文暂时只考虑组播用户固定的情况．　例如：在一个无线局域网中，组播用户数为２０　个，一个组播数据包约１　０２４　Ｂｙｔｅｓ，一个ＡＣＫ包大小　为１４　Ｂｙｔｅｓ．设定物理层以２　Ｍｂｉｔ／ｓ的速率发送数据，　则回馈一轮ＡＣＫ包需要的时间为２０×１４×８／（２×　１００）＝１　１２０　ｓ，占用了数据包传送的１４×２０／１　０２４＝　２７％．因此，第１阶段的数据速率至少为Ｒ１＝１．４Ｒ０．　在第３阶段，如图１ｆｂ）所示，选中的巾继节点给　未正确接收数据的用户以速率Ｒ３重传组播数据．由于　距离较近，　可以是一个较高的值，　相应较小．在　协同过程中，要求每一阶段发送的数据量相等，即　ＲｏＴｏ＝Ｒｉ　＝Ｒ３Ｔ３　（３）　参考文献【１４】，对于一个给定的接收信噪Ｌ￣，ＳＮＲ，　单位带宽下可达到的无差错传输数据速率为ｉｂ（１＋　ＳＮＲ）．当接收信噪比低于２Ｒ　一１时，认为接收中断．　因此，对于符合式（３）要求的Ｒｌ和Ｒ３，在第１阶段用户　能够正确接收数据的概率为　Ｐ（瑞．ｔ≥（２　一１）Ⅳ０）＝ｅ一（（２ＲＩ－１）　）／（　Ｂ　（４）　式中，明．ｔ为第１阶段结束时用户ｉ接收到信号的功　率，上标“１”代表组播的第１阶段；　为接收信号　功率的均值；Ｂ为信道带宽；Ｎｏ为高斯白噪声的噪声　５６２　应用科学学报　第２９卷　功率　同样，第３阶段用户正确接收组播数据的概率为　Ｐ（霹　≥（２　一１）Ｎｏ）＝ｅ一（（２Ｒａ－１）　）／（　Ｂ　（５）　式中，霹　为用户尼从中继节点Ｊ接收到的信号功率，　上标“３”代表组播的第３阶段；　为用户　从中继节　点Ｊ接收信号功率的均值．　２．３　协同节点的选择算法　假设信道环境的变化相对于一个数据包的发送时　间是缓慢的，也就是说在一定的时问内信道增益保持　不变．在确定数据发送失败后，简单的源节点重传只　会重复原来的过程，故丢包率依然很高．而采用协同　机制可以利用中继节点与目的节点间良好的信道来辅　助传输，并取得了较好的效果．因此，如何选择合适的　中继节点成为决定协议性能的关键．本文主要考虑距　离因素和衰落对于信号的影响，距离越近，衰落越小，　节点接收到信号的功率越大，数据包被正确解码的几　率也就越高．为此，从第１阶段正确接收数据的用户　中选出所有未正确接收数据用户平均距离最短的节点　作为中继节点．具体算法如下：　ｉｆ　ｆ定时器超时１　ｔｈｅｎ　｛　ｉｆ　ｆ源节点接收到ＡＣＫ包的数目＜组播用户　数１　ｔｈｅｎ　｛　ａｄｄｒ＝ｍｉｎ（用户ｉ到未回馈ＡＣＫ包用户　的平均距离１；　ｓｅｎｄ（协同指令，ａｄｄｒ）；　协同定时器ｓｔａｒｔ（）；　｝　ｅｌｓｅ　ｓｅｎｄ（组播数据包１；　）　上述选择算法实际上是选择合适的中继节点使　得　．ｋ尽量大，从而提高第３阶段用户正确接收数　据的概率．由于中继节点距离剩余用户较近，大尺　度的衰落很小，新的组播组平均接收信噪比较高．　￣—Ｅｒ—ｋ＝Ａ—Ｅｏ—，，ｉ，一般情况下可达到　≥２．　丁是用户在３个阶段结束后正确接收数据的概率　可表示为　Ｐ＝１一Ｐ（　．ｔ＜　（２Ｒ１—１）Ｎｏ）Ｐ（Ｅ３　．　＜（２Ｒ。一１）Ｎｏ）＝　１一（１一ｅ一（（。　）Ⅳ。）／　Ｂ））（１一　ｅ一（（　。一　）Ⅳ０）／　Ｂ）１＿　１一（１一ｅ一（（　一　）Ⅳ０）／　Ｂ））（１一　ｅ一（（　。一　）Ⅳ０）　Ｂ））　（６）　式中，Ｊ　代表上述算法选出的中继用户．图３对比了　本策略与直接组播策略在相同平均信噪比条件下的中　断概率，可以看出本文提出的协同组播策略在相同的　平均信噪比条件下中断概率较低，可靠性较高．　中断概率比较曲线　ｌ　—、～　＇　＆　＼　：　、　‘　、　、　＼　＼　＼　（Ｅｏ，ｆＢ／Ｎｏ）／ｄＢ　图３相同平均信噪比条件下的中断概率　Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｏｕｔａｇｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌ—　ｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｎｄ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　８０２．１１　ｍｕｌ－　ｔｉｃａｓｔ　网络总的平均吞吐量可表示为第１阶段正确接收　的数据与第３阶段接收数据住时问上的　均　＝　１　一１）Ⅳ０）＋　Ｐ（Ｅ１　）Ⅳｏ）Ｐ（　≥　，　（２Ｒａ－－１）Ⅳ０）＝　ｅ－（（２Ｒ１－１）Ｎｏ）／　）＋　＋Ｔ　２＋Ｔａ　ｅ一（（２Ｒａ－１）Ⅳ０）／　Ｂ　（１一ｅ一（（　一　）Ⅳ０）／　Ｂ））　（７）　式中，　为第１阶段的平均数据速　率，　为第３阶段的平均速率．　３　仿真实现与结果分析　３．１　仿真过程　利用ＮＳ２进行了协议层的仿真，主要扩展了ＩＥＥＥ　８０２．１１协议ＭＡＣ层在组播方面的功能，修改ＭＡＣ　第６期　宋留斌等：基于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的ＭＡＣ层协同组播策略　５６３　８０２　１１类．根据协同调度策略，增加新的功能函数和　控制信令，主要包括：ｓｅｎｄＢＣ　ＡＣＫ（１，ｓｅｎｄＣ　ＲＴＳ（１，　源节点可以产生数据并广播给５个用户，故不会出　现多源同时发送的情况．２．０秒时仿真开始，２５０．０秒　ｒｅｃｖＣ—ＲＴＳ（），ｒｅｃｖＢＣ—ＡＣＫ（），ｓｅｌｅｃｔ—ｎｏｄｅ（），　ｓｅｎｄ　ｆｒ　Ｄａｔａ（１，Ｃ　ＲＴＳ￣ＨＢＣ　ＡＣＫ．　ｓｅｎｄＢＣ　ＡＣＫ０方法、ｓｅｎｄＣ　ＲＴＳ０方法和　ｓｅｎｄ　ｆｒ　Ｄａｔａ（）方法分别用于产生组播ＡＣＫ报头、　协同请求指令和转发的数据包；ｒｅｃｖＣ　ＲＴＳ０方　法￥￣ｒｅｃｖＢＣ　ＡＣＫ０方法主要用于处理上述数据　包；Ｃ　ＲＴＳ为协同请求指令，结构类似于ＲＴＳ报　头，主要用来通知协同节点进行数据包的重　传；ＢＣ　ＡＣＫ为正确接收组播数据包的确认指令，　相比于单播的ＡＣＫ报头，额外携带了数据包的节点地　址信息．　修改后协议的组播部分ＭＡＣ层流程如图４所示．　从图４中可以看出，一个组播包在ＭＡＣ层传输的时间　为　＋ＮＴＡＣＫ＋ＴｓＩＦＳ＋　ＲＴＳ＋ＴｓＩＦＳ＋Ｔ３；如果　所有用户都能正确接收，则为　＋ＮＴＡＣＫ＋ＴｓＩＦＳ．　有分组要发送，且无线接口空闲　等待信道ＮＡＶ　ＮＡＶ允许信　道访问，设置　回退计数器　等待　ｌ　！　ｆ　介质　闲　里ｌ　　分组为广播包　．．．．．．．．．．　Ｉ．．．．．　．．．．．．．．一　等待ＢｃＡｃＫ　～ｌ发送数据包　数据分组发送完成，设置定时器　图４协同组播ＭＡＣ层流程图　Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｎ　ＭＡＣ　ｌａｙｅｒ　３．２　结果分析　在Ｃｙｇｗｉｎ软件的Ｌｉｎｕｘ环境下重新编译了修改后　的ＮＳ２．２９，对５个用户的静态路由进行仿真，主要观　察ＭＡＣ层的性能．网络拓扑由一个源节点和５个固　定用户节点组成．参数设定如表１所示，源数据速率　设为１　Ｍｂｉｔ／ｓ，ＭＡＣ层基本速率采用２　Ｍｂｉｔ／ｓ，分组　大小设为１　０００　Ｂｙｔｅ，传输层基于ＵＤＰ协议，信道模　型采用ＮＳ２瑞利衰落信道扩展包［１５］．在仿真中，只有　时ＣＢＲ源停止，２５０．００１秒时仿真结束．实验主要统计　了用户１和２每１０秒吞吐量和丢包率的变化．信『　　表１　ＮＳ２仿真环境　Ｔ　ｂｌｅ　１　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｓｉ—　刚　ｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＮＳ２　数据源　传输层　路由层　臂　ＵＤＰ　Ｎ０ＡＨ　ＭＡＣ层　加入协同机制的８０２．１１协议　信道环境　瑞丽衰落信道（Ｒｉｃｅａｎ）　ＢａｓｉｃＲａｔｅ　２Ｍｂｉｔ／ｓ　仿真时间　２４８　Ｓ　图５和６分别为用户１和２每１０秒的平均吞吐量　和丢包率在协同组播模式下￥１ＩＥＥＥ　８０２．１１　ＭＡＣ协　议下的统计对比．由图５可以看出，在协同机制下，　用户１和２的平均吞吐量明显高于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议，　达到１　Ｍｂｉｔ／ｓ．这是由于数据业务源产生数据的速率　为１　Ｍｂｉｔ／ｓ，低于ＭＡＣ层的传输速率２　Ｍｂｉｔ／ｓ；协同　重传利用了数据源的发送空隙，不消耗额外的数据传　输时隙，使得大部分丢包得以正确接收．用户１和２　的吞吐量基本接近，从而验证了协同机制已进行资源　共享，保证了用户问接收质量的公平性．图６表明协　同机制下用户的丢包率明显低于ＩＥＥＥ　８０２．１１机制下　的用户丢包率．在ＩＥＥＥ　８０２．１１机制下，用户的丢包率　达到了１０％，而协同机制下仪为０．１％．由此可见，本文　提出的协同组播调度策略提高了组播业务的吞吐量，　大幅降低了丢包率，而且有着很好的公平性．　’・●－●。。　～　’　～■‘　’　　：享蒜一　＇１１ｈ．．８０２．１１Ｍ　　ＡＡｃ￣Ｐ２ｒ出白１　　ｏ　皇　、ｅ　—　ｓ　图５协同ＭＡＣ组播和８０２．１１ＭＡＣ组播的吞吐量统计　Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　ｏｆ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｎｄ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　８０２．１　１　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　１　１　５６４　应用科学学报　第２９卷　１０一　拦一　０　＿ｅ。　蕊　ｅ　ｅ　ｅ＿。ｄ　ｌ　槲　皿　◆＋　●　．　广　‘　◆．●　；　１０－３　　１●　●　呻　．　同ＭＩ　ＬＣ．用　司Ｍ　ｃ－用　ＭＡＣ用尸１　・－・－－８０２．１　ＭＡＣ用户２　１ｏ．４　０　５０　１００　１５０　２００　２５０　３００　ｔ／ｓ　图６协ｌ，￣ＪＭＡＣ组播￥￣８０２．１１ＭＡＣ组播的丢包率统计　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｐａｃｋｅｔ　ｌｏｓｓ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉ—　ｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｎｄ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　８０２．１１　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　４　结　语　本文将协同技术应用于组播，提出了～种基　于ＩＥＥＥ　８０２．１１协议的ＭＡＣ层协同组播调度策略，并　且分析了这种策略的中断概率和吞吐量性能．然后利　用ＮＳ２Ｔ．具进行了网络仿真，仿真结果验证了本策略　在吞吐晕和丢包率性能方＿血具有优势，但在收集各个　终端的反馈信息方面消耗了一定的传输时间，有待进　一步的改进．下一步主要研究对于移动用户的支持，　考虑在反馈信息巾加入地理位置信息．　参考文献：　【１】ＮＯＳＲＡＴＩＮＩＡ　Ａ，ＨＵＮＴＥＲ　Ｔ　Ｅ）ＨＥＤＡＹＡＴ　Ａ．Ｃｏｏｐｅｒ—　ａｔｉｖｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ＩＪＩ．ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００４，４２ｆ１０１：７４．８０．　ＬＡＮＥＭＡＮ　Ｊ　Ｎ，ＴＳＥ　Ｄ　Ｎ　Ｃ，ＷＯＲＮＥＬＬ　Ｇ　Ｗ．Ｃｏｏｐｅｒ—　ａｔｉｖｅ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｅｍｃｉｅｎｔ　ｐｒｏｔｏ　ｃｏｌｓ　ａｎｄ　ｏｕｔａｇｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｌＪ１．ＩＥＥＥ　Ｔ　ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ，２００４，５０（１２）：３０６２．３０８０．　【３】ＤＩＡＮＡＴＩ　Ｍ，ＳＨＥＮ　Ｘ，ＮＡＩＫ　Ｋ．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｆａｉｒ　ｓｃｈｅｄｕｌｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｏｆ　ＣＤＭＡ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｎｅｔ—　ｗｏｒｋｓ　ｆＪ】．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２００７，５６（４）：１７４９—１７６０．　ＳＥＮＤＯＮＡＲＩＳ　Ａ，ＥＲＫＩＰ　Ｅ，ＡＡＺＨＡＮＧ　Ｂ．Ｕｓｅｒ　ｃｏｏｐｅｒ—　ａｔｉｏｎ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ—ｐａｒｔ　Ｉ：ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ［ＪＪ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００３，５１（１１）：　１９２７—１９３８．　１５　ＳＥＮＤＯＮＡＲＩ５１Ｓ　Ａ，ＥＲＫＩＰ　Ｅ，ＡＡＺＨＡＮＧ　Ｂ．Ｕｓｅｒ　ｃｏｏｐ—　ｅｒａｔｉｏｎ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ—ｐａｒｔ　ＩＩ：ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｆｉｎａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｌＪ１．ＩＥＥＥ　ｒ】　ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００３，５１（１１１：１９３９—１９４８．　１６Ｉ　ＺＨＡＯ　Ｓｈｕａｎｇ，ＰＥＮＧ　Ｍｕｇｅｎ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｎｂｏ．Ａｎ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｒｅｌａｙ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｄｉ—　ｖｅｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｇａｉｎｓ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ【Ｃ１／／２０１０　ＩＥＥＥ　ＷＣＮＣ，Ｓｙｄｎｅｙ，ＮＳＷ，　Ａｕｓｔｒａｌｉａ．Ａｐｒｉｌ　２０１０．　１７Ｉ　ＣｕＩ　Ｓ，ＨＡＩＭＯＶＩＣＨ　Ａ　Ｍ，ＭＥＭＢＥＲ　Ｓ，ＳＯＭＥＫＨ　Ｏ，　ＰＯＯＲ　Ｈ　Ｖ．Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ　ｒｅｌａｙｉｎｇ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔ—　ｗｏｒｋｓ　ｌＪ１．ＩＥＥＥ　１　ａｎｓａｃｔｉｏｎ　Ｏｉｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ，　２００９，５５（１１１：５１２１—５１３７．　Ｉ８Ｉ　Ｌｒ　Ｙｕｎ，ＣＡＯ　Ｂｉｎ，ＷＡＮＧ　Ｃｈｏｎｇｇａｎｇ，Ｙｏｕ　Ｘｉａｏｈｕ，　ＤＡＮＥＳＨＭＡＮＤ　Ａ，ＺＨＵＡＮＧ　Ｈｏｎｇｃｈｅｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｔａｏ．　Ｄｙｎａｍｉｃａｌ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ＭＡＣ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｐｔｉｍａ１　ｓｅ—　ｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｈｅｌｐｅｒｓ　ｆＣ１／／ＩＥＥＥ　ＧＬＯＢＥＣＯＭ　２００９，Ｈｏｎｏｌｕｌｕ，Ｈｌ，Ｕｎｉｔｅｄ　ｓｔａｔｅｓ，Ｎｏｖ．２００９．　Ｈｏｕ　Ｆｅｎ，ＣＡＩ　Ｌ　Ｘ，ＨＯ　Ｐｉｎｈａｎ，ＳＨＥＮ　Ｘｕｅｍｉｎ，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎｓｈａｎ．Ａ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｃｈｅｄｕｌ—　ｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｉｎ　ＩＥＥＥ　８０２．１６　ｎｅｔｗｏｒｋｓ『Ｊ】＿ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍ—　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００９，８（３）：１５０８—１５１９．　【１０】ＮＩｕ　Ｂｉｎｇｌａｉ，ＪＩＡＮＧ　Ｈａｉ，ＺＨＡＯ　Ｈ　Ｖ．Ａ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ【Ｊ１．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，５９（６）：　３１３６—３１４３．　【１１】　ＡＬＡＹ　Ｏ，ＬＩＵ　Ｐ）Ｇｕｏ　Ｚ，ＷＡＮＧ　Ｌ，ＷＡＮＧ　Ｙ，ＥＲＫＩＰ　Ｅ，ＰＡＮＷＡＲ　Ｓ．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒｅｄ　ｖｉｄｅｏ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ｕｓｉｎｇ　ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ　ｃｏｄｅｓ［Ｃ］／／　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｍ—　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ＭＯＶＩＤ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ａｐｒ．２００９．　ｆ１２１刘利，李津生，洪佩琳，朱文涛．基于策略的纽播接入　控制研究ｆＪ１．应用科学学报，２００５，２３（２）：２１４—２１７．　ＬＩｕ　Ｌｉ，ＬＩ　Ｊｉｎｓｈｅｎｇ，ＨＯＮＧ　Ｐｅｉｌｉｎ　ＺＨＵ　Ｗｅｎｔａｏ．Ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　ａｃｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｏｌｉｃｙ　ｆＪＩ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００５，２３（２）：２１４—　２１７．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　Ｉ　ｌ３ｌ　ＷＡＮＧ　Ｔ，ＣＡＮＯ　Ａ，ＧＩＡＮＮＡＫＩＳ　Ｇ　Ｂ，ＬＡＮＥＭＡＮ　Ｊ　Ｎ．Ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｄｅｃｏｄｅ．ａｎｄ—ｆｏｒｗａｒｄ　ｒｅｌａｙｓ　ｌＪ１．ＩＥＥＥ　ｒＴａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，５５（７）：１４２７—１４３８．　１ｌ４】　ＡＬＯＵＩＮＩ　Ｍ　Ｓ）ＣＯＬＤＳＭＩＴＨ　Ａ　Ｊ．Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｆａｄｉｎｇ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ—ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆＪ】．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ—　ａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，４８（４）：１１６５—　１１８１．　Ｉ１５】ＰＵＮＮＯＯＳＥ　Ｒ　Ｊ，ＮＩＫＩＴＩＮ　Ｐ　Ｖ，ＳＴＡＮＣＩＬ　Ｄ　Ｄ．Ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｉｃｅａｎ　ｆａｄｉｎｇ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　ｐａｃｋｅｔ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　［Ｃ］／／Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，　ＰＡ，ＵＳＡ，２０００，２：７６４—７６７．　（编辑：管玉娟）