摘要：無線Ad hoc網絡中，干擾產生于接收節點處的接收信號被其他無用信號疊加，干擾問題嚴重影響接收端解碼信息的能力，導致數據包沖突和重傳的增加。如何最小化鏈路干擾，減少數據包沖突概率，是提高網絡性能的關鍵。MAC協議中，合理的載波監聽機制是減小鏈路干擾的有效方式之一，通過合適的感知門限設計，可以有效地降低鏈路中的干擾和沖突，提高網絡吞吐量。文章提出一種最小化鏈路干擾的載波監聽機制，該機制根據鏈路的實際狀況對接收節點的干擾范圍進行計算，進而使得發送節點調節合適的感知門限值，使發送節點可以感知到所有干擾節點，進而最小化鏈路干擾。模擬結果顯示，本文提出的機制能有效地提高網絡吞吐量，最小化數據包沖突概率和鏈路中存在的干擾。
關鍵詞：無線Ad hoc網絡；干擾；沖突；載波監聽

0 引言
無線Ad hoc網絡是由一組可以自由移動的節點構成的多跳無線網絡，又稱自組織網和多跳網。干擾產生于同一空間內的多個同時傳輸節點相互之間的信號作用。因為無線自組織網中的數據是通過無線電形式傳播，如果一個正在傳輸的鏈路周圍存在其他無用的無線電信號，則在此鏈路上造成了干擾，較輕的干擾會造成誤碼率提高，部分數據包丟失；較重的干擾會造成傳輸失敗，鏈路斷開。產生干擾的節點處于接收節點的周圍，其存在的根本原因是發送節點在發送數據之前無法有效感知到這些干擾節點。無線Ad hoc網絡中每個節點的發送功率無法無限增大，每個節點的通信距離也根據自身功率的大小不盡相同，所以，每一個節點都存在著通訊半徑和干擾半徑。這兩個半徑中，通訊半徑保證了節點在此范圍內能夠接收到信號，如果干擾值被控制在一定范圍之內，則可以正確接收信號；干擾半徑(din)表示節點受到干擾的區域，這一干擾區域的大小也和周圍節點的發送功率有關。
設計合理的載波監聽機制是降低干擾的有效途徑之一。其中，基于IEEE 802．11協議的載波監聽機制得到了最廣泛的應用。載波監聽機制規定：節點在發送數據之前，首先檢測周圍信道的信號強度，如果檢測到的信號強度大于感知門限值(CSth)，則表明此時信道處于繁忙狀態，節點進入退避過程；如果檢測到的信號強度小于感知門限值，則進行數據發送。所以，通過合理設置載波監聽機制中的感知門限值，可以使得發送節點在傳輸數據之前感知到周圍節點對接收節點的干擾，從而判斷是否進行數據的發送。載波監聽機制中，每個節點的感知門限值(CSth)對應一個感知范圍(Carrier Sense Area)。如果網絡中的節點采用相同的傳輸功率，則感知范圍可以形式化為一個圓，此圓的半徑即被稱為感知半徑(din)，感知半徑和感知門限值成反比。
與載波監聽機制相比，RTS-CTS機制通過RTS-CTS-DATA-ACK四次握手和網絡分配向量(NAV)的設置實現信道的預置和占用。但是，RTS-CTS機制因為控制包的發送范圍有限，接收節點無法將CTS包發送至周圍所有的干擾節點；同時，RTS／CTS控制包發送范圍固定，無法根據干擾范圍和鏈路的實際情況進行發送距離調節。所以，RTS-CTS機制對接收節點周圍存在的干擾控制能力有限。然而，通過載波監聽機制的設計，可以根據鏈路狀況選擇合適的感知門限，確定合適的感知半徑，使得發送節點感知到所有干擾節點，從而最小化鏈路中存在的干擾。
本文提出最小化鏈路干擾的載波監聽機制。接收節點首先根據鏈路狀態對其干擾范圍進行計算；再將計算值反饋給發送節點，使得發送節點精確調節自身感知門限使其可以感知到鏈路周圍所有的干擾節點，從而最小化鏈路干擾。

1 干擾模型
本節內容對接收節點的干擾范圍進行形式化描述并計算干擾半徑，進而考慮干擾信號的累加問題，進一步得到修正后的干擾半徑。本節所提出的干擾模型，與傳統干擾模型相比更為精確。
1. 1 干擾半徑計算

如圖1所示，接收節點r接收到的信號強度Pr隨著發送節點s和接收節點r之間的距離d的增大而減小，隨著距離d的減小而增大。Ps定義為發送節點s的發送功率，g是天線增益，a是路徑衰減指數(Path Loss Exponent)，這一指數通常選擇2到4之間的整數。所以，在接收節點r處收到發送節點s的信號強度為：