移動Ad Hoc網絡由于抗毀性和分布式等特點，得到了越來越廣泛的應用，不斷有新的MAC協議被提出，以適應不同的應用環(huán)境。動態(tài)時隙混合類協議（HTDMA）[1]一般先通過碰撞回避[2]、虛擬載波監(jiān)聽[3]等方式探測網絡的局部拓撲信息，據此接入新節(jié)點，同時保留現有節(jié)點的傳輸安排，這種方式降低了大量的競爭開銷，更易為Ad Hoc網絡提供QoS保障。國內外已提出多種動態(tài)時隙混合類TDMA協議。在參考文獻[4]中提出一種集總式消除沖突的HTDMA協議——CCS-QR協議，它在一個控制時隙內將多個發(fā)射節(jié)點的接入請求集中處理，從而預約多個數據分組，之后再根據酬金類優(yōu)先級算法和接入順序分配數據時隙。它具有平均時延小、吞吐量穩(wěn)定等優(yōu)點，很適合為實時業(yè)務提供QoS保障，但卻不能完全支持分布式運行。這類問題還廣泛存在于非耦合式HTDMA協議中[5]。

1 分布式運行約束條件
    在CCS-QR協議中,控制時隙只完成虛擬載波監(jiān)聽，并不為節(jié)點分配數據時隙,這種完全解耦的業(yè)務關系，減少了很多控制開銷。但其帶來另一個問題是，如果不提前發(fā)送時隙分配表，在數據時隙內由各節(jié)點根據優(yōu)先級確定發(fā)送次序，則節(jié)點之間就不能相互協調地發(fā)送數據分組，就會引發(fā)沖突。
    CCS-QR協議的數據時隙如圖1所示，結合圖2，例如在第1個數據時隙內，兩跳范圍內業(yè)務①②③會同時發(fā)送，而相互沖突導致失敗。原因是分布式網絡結構下，節(jié)點覆蓋范圍有限，無法得到所有節(jié)點的業(yè)務信息，所以每個節(jié)點所維持的預約序列都不相同[6]。

   式(4)中的第一個約束條件表示一個時幀內節(jié)點至少分配一個時隙，第二個約束條件表示相距一跳的節(jié)點不能分配同一時隙，第三個約束條件表示兩個節(jié)點與同一節(jié)點相距一跳時不能分配同一時隙。以上說明，如果要滿足目標函數，無沖突發(fā)送數據，則必須保證相距兩跳范圍內的節(jié)點分配不同的時隙。
2 分布式隊列運行機制與分析
    本文針對解耦關系的HTDMA，提出一種自協調分布式運行解決方案。下面對圖2所示的網絡模型和CCS-QR協議[4]進行分析和說明。
    在圖2中，網絡由14個節(jié)點組成，實線表示兩個節(jié)點在對方覆蓋范圍內，箭頭表示兩個節(jié)點已在信令時隙完成數據時隙的預約，序號表示節(jié)點發(fā)送RTS/CTS分組的順序，為了簡化模型，省略了CCS-QR協議里優(yōu)先級的表達。
2.1業(yè)務管理樹算法原理
    定義1：各個發(fā)射節(jié)點將所有兩跳范圍內的發(fā)送業(yè)務排成預約隊列，稱為不完全隊列,用Ci={ci-a,ci-b…ci}表示，Li為不完全隊列的長度。
    定義2：根據協議安排，把控制時隙里允許接入的最大業(yè)務量按照優(yōu)先級或接入次序進行排隊，稱之為完全隊列，用Call={c1,c2…cn}表示，Lall為完全隊列的長度。
    定義3：設Ci為節(jié)點i的不完全隊列，Ni為節(jié)點i在Ci中的序號，每當Ci中的一個節(jié)點發(fā)送了相應的數據業(yè)務，有Li=Li-1，則稱使Li=Ni-1的節(jié)點為節(jié)點i的業(yè)務觸發(fā)節(jié)點，其相應的數據業(yè)務稱為觸發(fā)業(yè)務，將此時節(jié)點i的業(yè)務稱為待發(fā)業(yè)務。
    定義4：將所有發(fā)送業(yè)務按照預約順序的方向排成隊列，該隊列會從觸發(fā)業(yè)務和待發(fā)業(yè)務處產生樹形結構，稱它為業(yè)務管理樹，其模型如圖3。業(yè)務管理樹的長度Lall等于所有業(yè)務發(fā)送完畢所需時隙的個數。

    當某個業(yè)務同時作為兩個預約隊列中不同節(jié)點的觸發(fā)業(yè)務時，業(yè)務樹將產生分支結構，分支點位于當前業(yè)務之后，即某兩個待發(fā)業(yè)務之前；當不同分支的兩個節(jié)點同時作為某個業(yè)務的觸發(fā)業(yè)務時，業(yè)務樹將產生匯聚結構，匯聚點位于當前業(yè)務之前。
    業(yè)務樹出現分支意味著將有多個子序列同時發(fā)送數據，而業(yè)務樹的匯聚表示在某個節(jié)點接入信道前，其預約隊列中同時有多個節(jié)點發(fā)送了數據。
    前面已經通過數學模型論證，協議只需要將發(fā)射節(jié)點兩跳范圍之內的業(yè)務進行協調就可以防止此類沖突的發(fā)生。而兩跳之內的節(jié)點必處于同一業(yè)務樹分支當中，業(yè)務樹中不同分支上的節(jié)點至少相距兩跳以上，不在同一分支的節(jié)點可以同時隙發(fā)送業(yè)務,發(fā)送次序為Li。
2.2 算法描述

    一個業(yè)務管理樹運行過程面向業(yè)務序列，而不是節(jié)點。具體工作過程為：
    (1)收集發(fā)射狀態(tài)（Collection  Phase）：在控制時隙，通過對所有RTS分組和對應CTS分組的監(jiān)聽，接收節(jié)點將所有相鄰發(fā)射節(jié)點納入自身隊列，發(fā)射節(jié)點也將相應接收節(jié)點的所有相鄰發(fā)射節(jié)點納入自身隊列。大多數HTDMA協議都能滿足此條件。
    (2)接入順序表達（Sequence Phase）：此階段，依據協議里優(yōu)先級設置和節(jié)點的接入次序為每項業(yè)務分配權重，即發(fā)送次序，并由此產生一個相同的完全隊列，包含所有業(yè)務信息。
　(3)隊列形成（Establishing Phase）：在此階段，節(jié)點依據已得到兩跳范圍內其他節(jié)點的發(fā)射狀態(tài)來形成不完全預約隊列，這個隊列只關心發(fā)送次序在自己之前的業(yè)務。
　(4)確認發(fā)送次序（Approval Phase）：根據業(yè)務管理樹算法，得到不完全隊列的補集，并將自身不完全隊列接入自己的觸發(fā)節(jié)點，業(yè)務將在不同分支間并行傳輸，而業(yè)務在不完全隊列中的次序即為發(fā)送次序。
2.3 算例分析
　經過隊列調整后，各節(jié)點的預約隊列分別如表1所示。在此為了便于說明，隊列中業(yè)務序列按其序號排列。

 3.1 吞吐量分析
    圖6顯示了不同網絡負載下三種協議的吞吐量變化曲線。從圖中可以看出,CSMA/CA協議網絡吞吐量較低，這是由于競爭接入產生沖突所導致；而CCT—QR協議基于預留方式分配資源，產生的沖突很小，且控制開銷不大，所以網絡吞吐量較高；DCT—QR協議由于消除了CCT—QR協議數據時隙內的沖突，所以吞吐量更高且更穩(wěn)定。但由于接入容量有限，所以在網絡載荷增多的情況下，吞吐量會出現飽和。

    本文提出了解決Ad Hoc網絡非耦合HTDMA協議分布式運行沖突的自協調式的業(yè)務管理樹算法，通過舉例分析和仿真實驗可以看出，該算法能夠達到預期效果。但這種算法在復雜網絡環(huán)境下，會增加分組時延，這將是下一步研究工作的重點。
參考文獻
[1] Li Wei, Wei Jibo, Wang Shan. An evolutionai-dynamic TDMA slot assignment protocol for Ad Hoc networks[C]. IEEE Communications Society subject matter experts for  publication in the WCNC 2007 proceedings,2007:138-142.
[2] 嚴少虎，卓永寧，吳詩其,等． IEEE 802. 11 DCF 中帶優(yōu)先級的退避算法[J]．電子與信息學報，2005，27(8):1315-1319．
[3] KAYNIA M, JINDAL N. Improving the performance of wireless Ad Hoc networks through MAC layer design[C]. IEEE transactions on wireless communication:January 2011.
[4] 楊海東，李建海，鄧勇.采用集總式沖突消除算法的Ad Hoc網絡MAC協議[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術, 2009,31(5):1241-1245.
[5] 葉林容，余敬東．基于TDMA的Ad Hoc網絡MAC協議研究[D]. 成都：電子科技大學,2011．
[6] FULLERTON P S. Dynamic control slot scheduling algorithm for TDMA based mobile Ad Hoc networks[C]. Military Communications Conference, 2008:1-7.