busy tone

【1】Dual Busy Tone Multiple Access (DBTMA): A New Medium Access Control for Packet Radio Networks

【2】Dual Busy Tone Multiple Access (DBTMA)—A Multiple Access Control Scheme for Ad Hoc Networks

文献【1】和【2】提出DBTMA协议，该协议基于双信道硬件结构，采用RTS+DATA 消息构成的会话来发送数据。采用双信道（数据信道和控制信道），DATA在数据信道上传输，RTS在控制信道上传输，并且在控制信道上增加了两个窄带忙音信号：BTt（发送忙音）和BTr（接收忙音），发送节点在向接收节点发送RTS 消息的过程中，发送忙音BTt。接收节点接收到RTS 消息后，如果同意接收发送点的数据，则发送忙音BTr 进行应答。发送节点侦测到忙音BTr 后，开始发送数据；在数据发送过程中，接收节点一直发送忙音BTr，所有邻近节点检测到忙音BTt 或者BTr 后都进行退避。协议采用较大的功率发射忙音，可彻底解决隐藏节点问题。

优点：在发送节点发送数据的过程中，发送节点的邻近节点只要不影响接收节点接收数据就可以并行发送数据，因而协议也能够解决暴露节点问题。

DBTMA能解决隐藏节点和暴露节点问题；

缺点：DBTMA 没有ACK 机制，出错数据需要上层协议处理，对传输效率影响较大。

图 1

图 2

【3】IEEE 802.11 MAC Protocol Enhanced by Busy Tones

这篇文章提出了两种解决隐藏节点和暴露节点的MAC 协议，FPDBT （Fixed Power Dual Busy Tone ）和VPDBT （Variable Power Dual Busy Tone ），这两个协议不同于DBTMA, FPDBT 和VPDBT 考虑了大干扰范围对MAC 层的影响。

图 3

定义 A 发送节点，B 接收节点，A-B 之间的距离为d ，A 的发送距离为r ，-本文用two-ray ground 模型算出了最大干扰范围为Im 1.78ax

r r ≈，I 1.78r d ≈。当d 大于0.56r 时，传输范围比干扰范围小。

节点A 的BTt 节点A

节点B

节点B 的BTr

FPDBT协议

当d大于0.56r时，采用FPDBT协议，FPDBT协议一方面保留802.11 DCF协议中的VCS和PCS，另一方面，在在802.11基础上加了两个不同频率的带外忙音信号：BTt（发送忙音）和BTr（接收忙音），两个忙音信号覆盖范围和干扰范围一样大。否则，采用802.11协议。FPDBT协议中，BTt（发送忙音）和BTr（接收忙音）都以最大功率传输，收到RTS和CTS的节点根据RTS和CTS中所带信息设置它们的NAV，侦听到忙音或者NAV信息显示信道忙的节点都停止传输。A向B发送RTS，收到RTS的节点根据RTS携带信息设置自己的NAV进行退避，B收到RTS 后向A回复CTS，并以最大传输功率发送BTr忙音，收到RTS/CTS的节点根据RTS 携带信息设置自己的NAV进行退避，A收到CTS后，侦听信道是否有BTt忙音存在，如果没有忙音开始发送数据，并一直以最大传输功率发送BTt忙音，B数据接收完关闭忙音，侦听是否有BTr忙音存在，没有BTr忙音向A回复ACK，等A收到B回复的ACK后，关闭忙音，进入空闲状态。

SIFS SIFS

B

A的忙音BT

B的忙音BT

A的邻节点

B的邻节点

图4

FPDBT协议在大干扰范围下能隐藏节点问题，由于双忙音以最大功率传输，使得暴露节点问题比802.11更严重。

VPDBT协议

在VPDBT协议中，通过调节发送忙音的功率来调整忙音覆盖范围。VPDBT用BTt

（发送忙音）和BTr（接收忙音）取代了802.11 DCF机制中VCS和PCS。A侦听信

P

道，DIFS时间后，如果信道仍然空闲，向B发送RTS，并以最大传输功率max

BT

发送忙音，B收到A发的RTS后，侦听信道是否存在接收忙音BTr，存在BTr，则丢弃RTS；否则，回复A一个CTS,并以功率()

P d发送忙音BTr，等待CTS_Timeout

BT

时间后,如果A正确接收CTS，A开始发送DATA，并根据CTS信号强度调整忙音传输功率，以()

P d功率发送忙音BTt，否则关闭忙音BTt并进行退避；B在SIFS

BT

时间内收到DATA，B持续以()

P d发送忙音直到DATA接收完毕，否则B认为

BT

RTS/CTS握手失败并关闭BTr忙音；B接收完数据向A回复ACK，如果在

ACK_Timeout时间内ACK被正确接收，A关闭忙音通信结束；否则，A进行退避关闭忙音，准备重传。

DIFS

SIFS SIFS

B

A(BT)

B(BT)

图5

VPDBT较好地抑制大干扰范围下的隐藏终端，改善了802.11的暴露节点问题，但是由于忙音BTt的存在仍然存在暴露节点问题。

【4】可调功率双忙音无线MAC 协议

本文针对无线多跳网络大干扰范围下的暴露终端问题及无线介质访问控制(MAC)协议的多源干扰叠加现象，提出一种基于双忙音信号的可调功率MAC 协议——非对称双忙音(ADBT)协议，协议利用忙音调制简短控制信号解决暴露节

点问题，根据干扰源的个数调整阻塞区域，从而解决多源干扰问题。由于ADBT 对BTr忙音做BPSK调制，BTt不做调制，因此称非对称型忙音协议。节点对信道的侦听都通过忙音实现，取消了DCF 中的虚拟载波侦听(NA V)机制。发送节点通过侦听BTt 和BTr 决定是否发送RTS，接收节点发送BTr 保护数据分组的接收。

图6中r I是B收到一个干扰节点干扰时的干扰范围。

阻塞区域：如图6，处于传输范围和干扰范围之间的区域。处在阻塞区域的节点能侦听到RTS/CTS，但是收不到RTS/CTS。

协议中RTS和DATA在数据信道中传输，忙音信号、BT-CTS和BT-ACK在忙音信道中传输，用BT-CTS和BT-ACK避免和传统DCF类协议RTS/DATA和RTS/CTS 分组的相互影响。

传输范围

A

B

A(BT)

B(BT)

ADBT MAC 协议描述如下：

(1)当节点A欲发送数据给B时，A先侦听信道中是否存在BTt 和BTr，如果在DIFS 时间内检测到BTt 和BTr，则暂停发送并保持侦听；如果在DIFS 时间内没有检测到BTt 和BTr，节点A 发送RTS，同时以发射功率P BTt传输BTt，RTS 发送完毕后关闭BTt。

(2)当节点B 接收到来自A的RTS 和BTt 后，以P BTr(d) 的功率发送BTr，以避免邻居节点发送RTS，经过SIFS 后再以P BTr(d)的功率发送BT-CTS。

(3)节点A 发完RTS 后将等待BT_CTS_Timeout 时段。如果在该时段内正常接收到BT-CTS，节点A开始发送数据分组；否则，采取退避机制准备重传。(4)节点B回复BT-CTS 后，继续以P BTr(d) 的功率发送未调制信息的BTr，并等待接收数据分组。如果数据分组在此后SIFS 间隔内到达，B将保持发送BTr；否则，B推断RTS/BT-CTS 握手失败，立刻关闭BTr。

(5)当B 正确接收完数据分组，经过SIFS 后发送BT-ACK，最后关闭BTr。

(6) A发送数据分组后等待BT_ACK_Timeout 时长，如果在该时段内接收到BT-ACK，成功结束本次传输；否则，A将尝试重传该分组。

【5】DUCHA: A New Dual-Channel MAC Protocol for Multihop Ad Hoc Networks

【5】提出了DUCHA协议，在DUCHA 协议中，信道被划分为数据信道、控制信道和忙音信道，并且加入了一个NCTS来解决接收阻塞问题，用NACK来确定数据是否正确接收。数据信道用于传输DATA 消息，控制信道用于传输

RTS/CTS/NCTS 消息，忙音信道用于传输忙音。发送节点在发送DATA 消息前先在控制信道发送RTS 消息。接收节点接收到RTS 消息后，如果同意接收数据，则在控制信道发送CTS 消息，同时在忙音信道发送忙音,防止隐藏节点对接收节点造成干涉；如果不同意接收数据，则发送NCTS 消息，阻止发送节点发送数据。DATA 消息完成后以NACK 方式进行确认，即如果接收节点没有正确接收DATA 消息，则持续发送忙音NACK信号。发送节点发送完成后，如果在一段时间内仍然检测到NACK，则进行重新发送，协议解决隐藏节点与暴露节点问题的方法与DBTMA 完全相同。

1 能够解决隐藏节点问题；

2 能够解决暴露节点问题；

3 解决接收机阻塞问题；

4 提高空间复用率

【6】面向多跳无线网络的无冲突 MAC 协议

为了解决隐藏节点问题本文对一些以提出的协议方法进行了简单的介绍，并且提出了一种新的解决方案。这篇文章在考虑了环境噪声和积累干扰的情况下，提出了解决隐藏节点问题的方法DCCFMA 协议(dual channel collision free media access)。DCCFMA 协议采用双信道结构，一个数据信道和一个控制信道，控制信道只用来检测发送忙音，接收节点采集收到的信号强度并采用“放大器”机制动态的调节控制信道发射功率，以完全覆盖接收节点周围的隐藏节点，保证接收

Control channel Busy tone

Busy tone DATA

节点在接收过程中不受干扰。

节点A在发送数据之前侦听信道，如果信道空闲，则向接收节点B发送RTS 消息，接收节点B在接收到RTS消息的同时采集数据信道的信号强度Pr，根据采集到的信号强度Pr计算出Pm，向控制信道发送功率为Pm的忙音，回复A一个CTS，发送节点A在接收CTS的同时进行数据信道信号强度采集，向控制信道发出一个忙音信号，紧接着向接收节点B发送DATA。DATA 消息发送完成后,接收节点B如果收到数据无误,停止发送忙音，在数据信道发送ACK 消息。发送节点收到ACK 消息后也停止发送忙音，完成通信。

A

B

A(BT)

优点：

1 采用忙音机制，接收节点在接收数据过程中持续发送忙音,而节点在发送数据之前都需要进行信道侦听,从而解决隐藏节点问题，不存在消息丢失现象。

2 采用“放大器”机制，动态的调节忙音的覆盖范围，提高空间利用率。

3采用邻节点冲突自适应机制，处理节点分布不均匀所造成的影响。

缺点：协议没有考虑发送节点发出的忙音是否影响ACK正确接收。

【7】e-MAC:一种面向Ad Hoc 网络的高吞吐量MAC 协议本文提出了一种高效的MAC 协议e-MAC，协议采用两种方法提高网络空间复用率:首先,协议中接收节点根据接收到发送节点的信号强度动态调整忙音发射功率，使忙音恰好覆盖所有的隐藏节点,在彻底解决隐藏节点问题的同时，提高网络空间复用率；其次，协议中暴露节点通过计算信号强度与干涉信号强度的比值来决定是否接收其他节点发送的数据，允许满足条件的暴露节点接收数据，解决暴露节点接收问题，进一步提高网络空间复用率。

e-MAC 协议基于多信道硬件结构,包括数据信道、控制信道和忙音信道。数据信道用于传输DATA 消息，控制信道用于传输控制消息，忙音用于传输忙音BTr。协议过程描述：

(1) 发送节点在发送数据之前首先侦听忙音BTr 和控制信道，如果检测到忙音BTr 或者控制信道被邻近节点占用，则进入等待状态；如果控制信道空闲而且检测不到忙音BTr，则立即在控制信道发送RTS消息。

(2) 接收节点在接收RTS 消息的过程中采集控制RTS 消息的信号强度Pr，在此之前，节点采集本节点数据信道中噪声和其他干涉节点的强度N。如果Pr/N<β+Δ，则接收节点不能正确接收后续DATA 消息，在控制信道发送NCTS 消息对RTS 消息进行应答。如果Pr/N≥β+Δ，则接收节点能够正确接收后续DATA 消息。接收节点发送CTS 消息对RTS 消息进行应答，同时在忙音信道发送忙音功率为Pb的忙音BTr 。其中，Δ的目的是在后续过程中，控制信道中的N 增加不明显的情况下，不会影响数据的正确接收。

(3) 发送节点在发送RTS 消息等待CTS 消息。如果TIMEOUT时间内仍然没有接收到CTS 消息,则重新开始；如果接收到接收节点的CTS消息,则在数据信道中发送DATA 消息。

(4) 接收节点在发送完CTS 消息后等待DATA 消息。如果正确接收DATA 消息，则结束忙音BTr；如果没有成功接收DATA 消息,则持续发送BTr。

(5) 发送节点在发送DATA 消息后一段时间内持续检测忙音BTr。如果忙音BTr 没有结束，说明接收节点没有正确接收DATA 消息，进行重发；如果忙音BTr 结束，说明接收节点已经正确接收DATA消息，数据发送过程完成。