分組無線網分群后的隱藏終端問題分析

2026-02-27 云知道

一、引言
現代空軍作為海陸空聯合作戰的重要組成部分，不僅要求戰機裝備多種先進電子設備，將各種功能高度綜合，提高單機戰斗和生存能力，還要求機群之間、飛機與地面部隊、艦隊以及地面指控中心在戰時能迅速建立無線戰術信息網絡，保證各種軍事信息高度共享和互通，提高整個作戰體系的統一指揮和協同作戰能力。這對于空中飛機組網提出了嚴格的要求。飛機機動性強，高速移動，通過機載電臺聯成空中移動通信網。這是一種分組無線網［１～３］(PRN,即Packet Radio Network)，與確定性連接網絡比較，PRN網絡具有2個顯著特性：廣播媒介和動態拓撲。廣播媒介使節點能與其所有一跳節點直接通信，但為避免沖突必須限制同時發送的節點數；無線信道支持節點自由移動，但節點移動導致網絡拓撲動態變化，從而帶來很多新問題。因此，PRN網絡必須建立穩健有效的網絡治理方法，來解決沖突和動態拓撲問題。
對于無線網絡，隱藏終端［４～７］也是一個嚴重影響通信性能的問題。隱藏終端問題發生在相距兩跳的２個節點同時發送報文的情況下，這時２個節點的公共接收節點處將產生沖突，導致網絡吞吐量和延時性能急劇下降。文獻［４］分析了無線局域網中隱藏終端的影響，提出了單信道下無線局域網的完整解決方案；文獻［５］提出了一種新的基于FAMA (Floor AcquisitionMultiple Access)協議來分析PRN中的隱藏終端的方法。文獻［6］提出一種基于捎帶幀來解決VHF數據鏈中藏終端問題的方案；文獻［７］對于CDMA體制下分組無線網隱藏終端問題開展研究，提出了一種基于RTS/CTS調度的多址方式來解決隱藏終端問題。對于采用分群算法分群后的PRN，隱藏終端問題更加錯綜復雜，對于此類問題尚未檢索到相關研究文獻。?
二、概述
1?基本定義和假設
為論述方便首先介紹采用的幾個定義和假設。
(1)假設網絡中各節點發射功率相同，不考慮功率控制，顯然各節點通信覆蓋半徑相等，記為r 。
(2)k跳節點：考察節點i和j 。若j在i的通信覆蓋范圍內，可直接接收i的報文和向i發報，則稱j為i的一跳節點。顯然i和j互為一跳節點。若i至少通過1個節點轉發報文才能和j建立通信連接，稱i和j互為兩跳節點。依此類推，假如i和j至少通過(k-1)(k=2,3…）個節點轉發報文才能建立通信連接，稱i和j互為k跳節點。定義k跳節點之間相距跳數為k跳，記為H(i,j)=k,i≠j,并定義H(i,j)=0,i=j 。
(3)一跳鄰節點集：對于節點i，其所有一跳節點的集合稱為一跳鄰節點集，記為Ｎ１(i)，依次類推可定義i的k跳鄰節點集Nk（i）（k=2,3,…）。
(4)網絡狀態模型：PRN網絡拓撲動態變化，但考察足夠短的任一時間段，該時間段內各節點位移微小，這時可認為網絡拓撲基本不變，呈現靜止狀態，稱為瞬時靜態。瞬時靜態時，網絡執行分群算法，節點進行分群治理和通信。瞬時靜態會持續一段時間，直到網絡拓撲變化量增大到一定程度，瞬時靜態被完全打破，原有網絡秩序徹底失效，網絡進入短暫的混沌狀態，然后迅速達到另一瞬時靜態，網絡重新分群，重建網絡秩序。網絡狀態在瞬時靜態和混沌狀態之間不斷交替，呈現一種動態平衡。本文基于以上網絡狀態模型，重點研究當PRN網絡處于瞬時靜態時的隱藏終端問題。一些未列出的定義和假設，將在敘述時給出。
2．基于自組織分群算法的網絡治理方法
PRN的路由和治理是一個非常復雜的問題。若采用全分布算法，網絡中每個節點都需維持一張全網拓撲的路由表來維護網絡。路由表的長度隨節點數線性增長，因此路由總開銷隨節點數呈平方增長。借鑒中心控制網絡的思想，若只在少量主要節點維持路由表，這樣既可充分發揮分布式網絡的優點，又可大大減少路由總開銷。但是單純減少PRN網絡中保存路由表的節點數并不能顯著減少開銷。由于PRN拓撲頻繁變化，路由信息的更新開銷占總開銷的主要部分，因此應采取措施降低更新頻率和每次的更新開銷。

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