(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476100)

0 引言

無(wú)線自組網(wǎng)(Ad Hoc Network)的固有靈活性和大容量使其廣泛應(yīng)用于各種新興領(lǐng)域[1]。目前研究無(wú)線自組網(wǎng)的容量已經(jīng)成為科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，這有利于尋找可實(shí)現(xiàn)通信速率的基本限制條件[2]。

擴(kuò)展頻譜的多路訪問(wèn)和抗多徑特性可用于實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)物理層的理想碼分多址(CDMA)。自組網(wǎng)本質(zhì)上存在干擾有限性，因此使用直接序列碼分多址(DS-CMDA)緩解干擾和提高空間復(fù)用率引起了人們極大關(guān)注[3-4]。文獻(xiàn)[5]表明使用DS-CDMA的無(wú)線自組網(wǎng)的容量與擴(kuò)頻增益成子線性關(guān)系。因此，與窄帶系統(tǒng)相比，僅考慮容量對(duì)DS-CDMA中帶寬的影響意義不大。

本文研究了一種最優(yōu)保護(hù)區(qū)域，該區(qū)域定義為接收端周圍的傳輸受到抑制且允許高效共享無(wú)線信道的區(qū)域。與沒(méi)有使用調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)相比，本文方法明顯增加了網(wǎng)絡(luò)容量。

1 相關(guān)研究

在自組網(wǎng)中，共享無(wú)線信道的需求產(chǎn)生了調(diào)度問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)主要性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如端到端延遲、運(yùn)行中斷、吞吐量、功率等級(jí)等產(chǎn)生重要影響。

文獻(xiàn)[6]使用隨機(jī)幾何模型研究自組網(wǎng)中最優(yōu)調(diào)度算法。根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍的隨機(jī)禁區(qū)，提出了一種分布式介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議，該協(xié)議以增加傳輸失敗的信息數(shù)量(>50%)為代價(jià)最大化空間復(fù)用，因此能源利用率較低。文獻(xiàn)[7]以分布式方式實(shí)現(xiàn)了一種用于空間包裝的多級(jí)競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議，該方法的性能接近最優(yōu)，但是該模型假設(shè)了沒(méi)有功率控制的固定傳輸距離。

IEEE 802.11[8]無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的MAC協(xié)議通過(guò)載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)機(jī)制實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。載波監(jiān)聽(tīng)的基本思想是發(fā)射機(jī)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)物理媒介檢測(cè)傳輸信號(hào)，如果附近節(jié)點(diǎn)沒(méi)有傳輸信號(hào)，則發(fā)送機(jī)開(kāi)始傳輸信號(hào)，否則，一段時(shí)間后，它再次推遲傳輸信號(hào)且競(jìng)爭(zhēng)信道。因此，調(diào)度傳輸使用CSMA機(jī)制保證當(dāng)前傳輸之間的空間分離。文獻(xiàn)[9]提出的傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在給定需要最小信噪與干擾加噪聲比(SINR)時(shí)，推導(dǎo)了最優(yōu)載波監(jiān)聽(tīng)閾值最大化空間復(fù)用。

與載波監(jiān)聽(tīng)機(jī)制相比，本文提出的基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度允許兩個(gè)相近發(fā)送端同時(shí)傳播數(shù)據(jù)，只要它們沒(méi)有違反保護(hù)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。CSMA的一個(gè)主要問(wèn)題是它能抑制活動(dòng)發(fā)送端周圍的潛在傳輸，但現(xiàn)實(shí)中我們僅需要抑制活動(dòng)接收端周圍的傳輸。載波監(jiān)聽(tīng)中還存在兩個(gè)額外問(wèn)題：首先，不知道潛在干擾多久消失，因?yàn)闆](méi)有解碼節(jié)點(diǎn)控制數(shù)據(jù)包，這些節(jié)點(diǎn)位于接收端傳輸范圍外和干擾范圍內(nèi)。第二，載波監(jiān)聽(tīng)抑制接近發(fā)送端且在接收端周圍不存在潛在干擾的節(jié)點(diǎn)。

本文研究了當(dāng)前傳輸之間的空間分離對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響。本文提出一種節(jié)點(diǎn)選擇的分布式無(wú)線自組網(wǎng)區(qū)域調(diào)度算法，根據(jù)節(jié)點(diǎn)接受的“Hello”消息包選擇合適鄰居節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，本文推導(dǎo)了一種最大化空間復(fù)用的接近最優(yōu)的保護(hù)區(qū)域，該保護(hù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了適合DS-CDMA物理層。與沒(méi)有使用調(diào)度方法的網(wǎng)絡(luò)相比，本文保護(hù)區(qū)域明顯增加了網(wǎng)絡(luò)容量，在高密度網(wǎng)絡(luò)中，尤其是在嚴(yán)格中斷約束條件下，該算法優(yōu)勢(shì)更加明顯。另外，該算法的性能接近于高復(fù)雜度和最優(yōu)的集中算法性能，并且允許新鏈路的建立而不影響正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。

2 基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法

自組網(wǎng)的容量本身具有干擾限制，因此使用探索機(jī)制降低干擾很有必要。文獻(xiàn)[10]通過(guò)僅取消最接近干擾增加網(wǎng)絡(luò)容量，證明了靠近接收端的傳輸干擾幾乎構(gòu)成了接收端總干擾。因此，一種抑制附近傳輸?shù)暮线m大小保護(hù)區(qū)域也可能提高空間復(fù)用。針對(duì)預(yù)定義傳輸，尋找整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配，由于尋找整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配很難以分布式方法實(shí)現(xiàn)，因此本文結(jié)合配對(duì)功率控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率分配。在配對(duì)功率控制下，每個(gè)傳輸端根據(jù)其與目的接收端的距離調(diào)整它的傳輸功率，然后交換控制數(shù)據(jù)包(常常以一些固定功率傳輸)，傳輸節(jié)點(diǎn)利用傳輸功率確保目的接收端以固定功率ρ接收信號(hào)，而不需要考慮目的接收端任何數(shù)量總干擾。忽略短期和長(zhǎng)期衰減且僅考慮路徑損耗，使用的傳輸功率為Pt=ρdα，其中d為傳輸端與它的目的端之間的距離。

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型和假設(shè)

本文提出的調(diào)度方法僅根據(jù)來(lái)自N對(duì)競(jìng)爭(zhēng)Tx-Rx的初始傳輸場(chǎng)景的保護(hù)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)選擇一組可能的傳輸Tx-Rx。隨機(jī)排序這N對(duì)Tx-Rx為1,2,...,N，算法(從第一對(duì)Tx-Rx開(kāi)始)連續(xù)測(cè)試剩下競(jìng)爭(zhēng)對(duì)。在不存在任何干擾情況下，算法總是承認(rèn)第一對(duì)Tx-Rx；然而，如果第一對(duì)和第二對(duì)傳輸端分別位于第一對(duì)和第二對(duì)接收端的保護(hù)區(qū)域外，則承認(rèn)第二對(duì)。相似地，在處理第i對(duì)(i=0,1,...,N-1)時(shí)，假設(shè)已經(jīng)承認(rèn)了k(k=0,1,...,i)對(duì)，則算法測(cè)試第(i+1)對(duì)，如果滿足以下兩個(gè)條件，則承認(rèn)該對(duì)數(shù)據(jù)：

(1)第k對(duì)數(shù)據(jù)已經(jīng)承認(rèn)傳輸端位于第(i+1)個(gè)接收端的保護(hù)區(qū)域范圍外。

(2)位于第k個(gè)數(shù)據(jù)集保護(hù)區(qū)域范圍外的第(i+1)個(gè)傳輸端已經(jīng)被接收端承認(rèn)。

對(duì)于第i對(duì)Tx-Rx，如果競(jìng)爭(zhēng)對(duì)不能被承認(rèn)，則算法丟棄它且測(cè)試下一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)。N次迭代，即XN后調(diào)度算法停止，且承認(rèn)假設(shè)同時(shí)傳輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)對(duì)。

由于算法調(diào)度傳輸順序，隨機(jī)從1到N排序Tx-Rx對(duì)明顯是次優(yōu)的。而搜索空間的大小與競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量成指數(shù)關(guān)系，所以我們從隨機(jī)子集選擇傳輸序列實(shí)現(xiàn)算法。

上面解釋的調(diào)度算法能使用圖1中的離散馬爾科夫鏈模擬，其中每個(gè)狀態(tài)與承認(rèn)對(duì)數(shù)量對(duì)應(yīng)。該算法從狀態(tài)0開(kāi)始，其中每個(gè)狀態(tài)表示基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法承認(rèn)的Tx-Rx競(jìng)爭(zhēng)對(duì)總數(shù)量。給定第i對(duì)，承認(rèn)第(i+1)對(duì)Tx-Rx的概率是pi。N次決策后，根據(jù)每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)求出末尾狀態(tài)XN。這是一種通過(guò)(N+1)×(N+1)的轉(zhuǎn)移矩陣P描述的非均勻單邊隨機(jī)游動(dòng)，其中[pi,j]為從狀態(tài)i到i+1的一次轉(zhuǎn)移概率，轉(zhuǎn)移矩陣P描述如下：

(1)

(1-pi)aip1p2...pi-1

(2)

這是N決策后，鏈接位于狀態(tài)i的概率，即第i對(duì)Tx-Rx通過(guò)保護(hù)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的總數(shù)量。上面表達(dá)式中a1,a2,...,ai表示決策數(shù)量，其中丟棄總共(N-i)個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)，因?yàn)閮H第i對(duì)被承認(rèn)。

本文第一個(gè)目的是確定成對(duì)功率控制下最優(yōu)大小保護(hù)區(qū)域D，最大化承認(rèn)傳輸XN數(shù)量使得中斷概率小于ε，其中0<ε≤1。這里，中斷表示接收端SINR低于閾值Γ。限制ε為一較小值保證不浪費(fèi)容量。接下來(lái)，本文推導(dǎo)最大化上面描述系統(tǒng)模型的空間復(fù)用的最優(yōu)大小保護(hù)區(qū)域D。

圖1 使用單邊異質(zhì)隨機(jī)漫游模擬的調(diào)度算法

2.2 節(jié)點(diǎn)檢測(cè)選擇策略

自組織網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠承受的負(fù)載各不相同，為了降低節(jié)點(diǎn)消息包相互碰撞的概率，使節(jié)點(diǎn)負(fù)載達(dá)到均衡狀態(tài)，本小節(jié)以時(shí)分復(fù)用為出發(fā)點(diǎn)，提出了節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)檢測(cè)選擇方法。

2.2.1 節(jié)點(diǎn)選擇

網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)隙t后，開(kāi)始訪問(wèn)信道，節(jié)點(diǎn)之間交換“Hello”消息包，并根據(jù)各自獲得的相鄰節(jié)點(diǎn)的消息包建立自組織網(wǎng)絡(luò)。為了能使該節(jié)點(diǎn)選擇策略適用性更強(qiáng)，做出以下假設(shè)：

1)自組網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布，且發(fā)射功率相同。

2)自組網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)要求時(shí)間同步。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下，某個(gè)相同的時(shí)隙兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B所對(duì)應(yīng)的時(shí)間τA、τB有時(shí)候會(huì)不一樣，即τA=Δt+τB。此時(shí)，我們定義τdelay來(lái)確保節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步，那么原時(shí)隙和節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)延的和就等于定義的時(shí)隙，即τ′=τdelay+τ。

根據(jù)以上假設(shè)，給出節(jié)點(diǎn)選擇策略的具體步驟：

1)節(jié)點(diǎn)等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)隙t后開(kāi)始發(fā)送“Hello”消息包。

2)節(jié)點(diǎn)收接解析網(wǎng)絡(luò)中的消息包后，根據(jù)其中的信息更新相鄰節(jié)點(diǎn)列表。在一跳鄰居列表中儲(chǔ)存消息包的ID號(hào)，在兩跳鄰居列表中儲(chǔ)存鄰居節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。比如，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送“Hello”消息包，節(jié)點(diǎn)C接收并解析該包信息得到節(jié)點(diǎn)A的ID為a，節(jié)點(diǎn)A的相鄰節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)為b，此時(shí)a的值將會(huì)被記錄到C的一跳鄰居列表中，b的值將會(huì)被記錄到C的兩跳鄰居列表中。

3)各個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)更新其鄰居列表信息，并判斷各自鄰居節(jié)點(diǎn)的ID值是否能夠滿足算法條件，如果不滿足，返回步驟(1)重復(fù)發(fā)送“Hello”消息包，否則算法結(jié)束。

由以上分析，在節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)選擇方法中，節(jié)點(diǎn)在等待一個(gè)時(shí)隙t后向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送“Hello”消息包，此過(guò)程中并未使用消息重傳機(jī)制，這樣做能夠很大幅度降低節(jié)點(diǎn)間的傳播時(shí)延。此外，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到消息包后，不需要對(duì)該消息包進(jìn)行確認(rèn)和應(yīng)答操作，降低了節(jié)點(diǎn)消息包相互碰撞的概率，減小了開(kāi)銷。

2.2.2 時(shí)間幀長(zhǎng)度確定

在節(jié)點(diǎn)檢測(cè)選擇策略中，對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，若某個(gè)時(shí)隙下只有其相鄰節(jié)點(diǎn)A發(fā)送“Hello”消息包，C接收消息包，其他的(Nave-1)個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)處于等待狀態(tài)，設(shè)T是一個(gè)時(shí)間幀包含的時(shí)隙個(gè)數(shù)，s=1/T表示節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息包的概率。令s滿足條件s+q=1，則式(3)即為相鄰節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)概率：

(3)

sn=1-(1-qNave)n

(4)

由式(4)可得時(shí)間幀n的值：

n=ln(1-sn)/ln(1-qNave)

(5)

則節(jié)點(diǎn)的一跳范圍內(nèi)所有相鄰節(jié)點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間總和為：

f(L)=n×L

(6)

其中:L=τ′×T表示時(shí)間幀長(zhǎng)度。

由以上分析可得式(7)約束函數(shù)：

(7)

由式(7)可求得時(shí)間幀長(zhǎng)度L的值和f(L)的最小值。則式(8)表示時(shí)間幀長(zhǎng)度L和一跳鄰居間的數(shù)學(xué)關(guān)系：

L=K×Nave(1

(8)

2.3 配對(duì)功率控制下的最優(yōu)保護(hù)區(qū)域

在調(diào)度過(guò)程中，較小保護(hù)區(qū)域D導(dǎo)致同步傳輸之間的空間分離性能降低，進(jìn)而導(dǎo)致調(diào)度接收端存在過(guò)多干擾且容易發(fā)生中斷約束。一方面，較大D消除了許多干擾，因?yàn)樵S多潛在傳輸端將位于活動(dòng)接收端保護(hù)區(qū)域內(nèi)。因此，選擇的最優(yōu)且最大化區(qū)域頻譜效率的保護(hù)區(qū)域大小與滿足中斷需求的最小保護(hù)區(qū)域?qū)?yīng)，下文研究D對(duì)兩種約束的影響。

對(duì)于區(qū)域D對(duì)應(yīng)的最優(yōu)保護(hù)區(qū)域D*中的兩個(gè)強(qiáng)度λ1和λ2的最小值，尋找一個(gè)λ*使其最大化，同時(shí)使空間復(fù)用最大化。λ*的表達(dá)式為：

(22)

其中:λ1和λ2分別模擬中斷約束和空間約束。因?yàn)镈中λ1是一個(gè)遞增函數(shù)，λ2是一個(gè)遞減函數(shù)，使得λ1=λ2(該交叉點(diǎn)保證當(dāng)D=0時(shí)，λ1→0)時(shí)產(chǎn)生最優(yōu)D，簡(jiǎn)化后，表達(dá)式如下：

(23)

與最優(yōu)保護(hù)區(qū)域?qū)?yīng)的調(diào)度傳輸強(qiáng)度通過(guò)代替式(16)或(23)中的D*計(jì)算：

(24)

3 仿真比較

本文首先根據(jù)空間復(fù)用評(píng)估算法的性能，根據(jù)比較基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度方法與沒(méi)有使用調(diào)度算法的網(wǎng)絡(luò)作比較獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。緊接著比較基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法(僅考慮空間復(fù)用)與已知著名最優(yōu)調(diào)度算法和功率控制算法性能。

3.1 基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法vs未使用調(diào)度算法網(wǎng)絡(luò)

文獻(xiàn)[13]推斷，在沒(méi)有使用任何調(diào)度算法的網(wǎng)絡(luò)中，并行傳輸?shù)淖畲笤试S密度滿足中斷約束。它們的模型利用均勻泊松點(diǎn)過(guò)程描述傳播節(jié)點(diǎn)的位置且使用配對(duì)功率控制。推導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)傳輸λc的強(qiáng)度上界λu，其中λc>λu導(dǎo)致一種不可接受中斷概率，即Po>ε。文獻(xiàn)[13]的上界表示如下：

(25)

保護(hù)區(qū)域調(diào)度增加了空間復(fù)用，用ω表示，使用式(25)中的上界和式(24)中的λ*表示：

(26)

表1給出了仿真的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，圖2顯示了調(diào)度傳輸?shù)膹?qiáng)度增益ω與Tx-Rx競(jìng)爭(zhēng)對(duì)總數(shù)量之間的關(guān)系。由圖2可知，與沒(méi)有使用調(diào)度算法的網(wǎng)絡(luò)相比，最優(yōu)保護(hù)區(qū)域算法使網(wǎng)絡(luò)容量增加了2～40倍。增加的容量主要依賴于需求的中斷概率ε和競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。曲線表明較嚴(yán)格中斷需求需要越來(lái)越多的調(diào)度且增益變化比較劇烈。此外，ω的增加依賴競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。當(dāng)N較小時(shí)，許多競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)能同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈冎g存在固有空間分離。

表1 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法利用連續(xù)數(shù)據(jù)包傳輸提高空間利用率。因此，當(dāng)N較大時(shí)，消耗空間大且空間復(fù)用得到很大提高。但是這并不是最優(yōu)數(shù)據(jù)包，首先，保護(hù)區(qū)域調(diào)度方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)使用固定大小保護(hù)區(qū)域。其次，它連續(xù)逐漸調(diào)用傳輸，而不是全局調(diào)用。因此，接下來(lái)本文比較本文方法與最優(yōu)調(diào)度方法之間的性能。

圖2 調(diào)度傳輸?shù)膹?qiáng)度增益和Tx-Rx競(jìng)爭(zhēng)對(duì)總數(shù)量N關(guān)系

3.2 基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度方法vs最優(yōu)調(diào)度算法

為了評(píng)估保護(hù)區(qū)域調(diào)度算法和最優(yōu)調(diào)度與功率控制算法的性能，本文仿真了表1所示參數(shù)的自組網(wǎng)。根據(jù)均勻泊松點(diǎn)過(guò)程，競(jìng)爭(zhēng)傳輸端(一些初始化強(qiáng)度λc)是分布式的。每個(gè)傳輸端Zi的周圍有一個(gè)對(duì)應(yīng)接收端隨機(jī)位于區(qū)域b(Zi,dmax)。這里使用的傳播模型是基于簡(jiǎn)單路徑損失模型，該模型忽略短期和長(zhǎng)期衰減。合并衰減和陰影將導(dǎo)致建模擁有非圓線的保護(hù)區(qū)域。本文首先在配對(duì)功率控制下完成基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法。因?yàn)槿鄙俑?jìng)爭(zhēng)傳輸端的初始集合，因此本文隨機(jī)選擇一組Tx-Rx，然后打包傳輸。

為了最大化自組網(wǎng)中空間復(fù)用，文獻(xiàn)[14]提出了一種基于中心調(diào)度的全局搜索方法，該方法確定競(jìng)爭(zhēng)傳輸?shù)淖畲罂赡茏蛹?，這些子集能同時(shí)滿足SINR需求。然而，因?yàn)樗阉骺臻g以N的指數(shù)增加，所以最優(yōu)調(diào)度是一種NP完全問(wèn)題。因此，文獻(xiàn)[14]提出一種聯(lián)合調(diào)度和功率控制的算法完成最優(yōu)空間復(fù)用。本文稱之為集中算法，且比較該方法性能和本文提出基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度方法性能。

圖3和圖4顯示了使用基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度方法的空間進(jìn)步比率(集中算法使用空間進(jìn)步歸一化)。結(jié)果顯示基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法是次優(yōu)的且它的性能隨著負(fù)載增加而降低，如圖4所示。然而，基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度方法完成大約75～85%，這與擁有合適頻譜增益的集中算法相同。在高擴(kuò)頻增益或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)，算法性能非常好。因?yàn)檩p負(fù)載下，可以減少調(diào)度，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)已經(jīng)空間分離。因此基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法沒(méi)有損失更多性能。對(duì)固定N，增加的M松弛空間分離需求則再次提高了基于保護(hù)區(qū)域調(diào)度算法性能。

當(dāng)M<8時(shí)，在較高路徑損失指數(shù)下，基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法性能比較好，然而當(dāng)M>8時(shí)，較低的損失路徑指數(shù)提高了算法性能，如圖3所示。當(dāng)M<8時(shí)，網(wǎng)絡(luò)干擾受限且較高α有助于提高算法性能，因?yàn)楦咚p導(dǎo)致的總干擾受限。臨近節(jié)點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生干擾，因?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)域控制了它們，然而遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)具有較小總干擾，因?yàn)棣凛^高。因此，較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)性能較差。然而，當(dāng)α是距離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，它仍能貢獻(xiàn)總干擾且該知識(shí)可以用在集中算法里。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不存在干擾限制時(shí)，當(dāng)M>Q-1(ε)/δ時(shí)一樣會(huì)如此，對(duì)M>8，較高路徑損失降低了保護(hù)區(qū)域性能，如圖3所示。在這種情況下，配對(duì)功率控制對(duì)算法的性能有負(fù)面影響。圖4中，在較小dm情況下，算法性能較好且節(jié)點(diǎn)需要更少傳輸功率，因此，產(chǎn)生更少干擾。

圖3 擴(kuò)頻增益和空間利用率的關(guān)系

圖4 Tx-Rx競(jìng)爭(zhēng)對(duì)總數(shù)量和空間利用率的關(guān)系

4 總結(jié)

為了最大化空間復(fù)用且最小化重發(fā)，本文提出一種基于節(jié)點(diǎn)選擇的分布式無(wú)線自組網(wǎng)區(qū)域調(diào)度算法，使用隨機(jī)幾何推導(dǎo)了一種最優(yōu)保護(hù)區(qū)域，該區(qū)域能以一種分布式方法實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)接受的“Hello”消息包選擇合適鄰居節(jié)點(diǎn)。同時(shí)針對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)提出了一種簡(jiǎn)單的分布式調(diào)度機(jī)制和功率控制機(jī)制，這些機(jī)制適應(yīng)于DS-CDMA物理層。調(diào)度算法基于保護(hù)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，且抑制位于任何活動(dòng)接收端保護(hù)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。盡管根據(jù)空間復(fù)用，基于保護(hù)區(qū)域的調(diào)度算法是次優(yōu)的，但是該方法簡(jiǎn)單且容易使用分布式方法實(shí)現(xiàn)。本文推導(dǎo)了在中斷約束情況下最大化成功傳輸密度的最優(yōu)保護(hù)區(qū)域表達(dá)式。提出的方法實(shí)現(xiàn)了配對(duì)功率控制，其中節(jié)點(diǎn)的傳輸功率僅基于節(jié)點(diǎn)距離目的接收端的距離?；诒Ｗo(hù)區(qū)域的調(diào)度算法性能接近于高復(fù)雜度和最優(yōu)的集中算法性能，且允許承認(rèn)新鏈路而不影響正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。

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