无线自组织网络(Wireless Ad Hoc Network)是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳临时性自治网络，具有无需架设网络基础设施、可快速展开和抗毁性强等特点，可广泛应用于战场环境、灾难救援及其他需要临时建立网络的场合[1].

媒体接入控制(Media Access Control, MAC)协议是Ad Hoc网络协议的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到整个Ad Hoc网络的性能[2].目前Ad Hoc网络MAC协议的研究一般分为3类：基于竞争机制的MAC协议、基于预留方式的MAC协议和混合类MAC协议.

文献[3]为基于竞争机制的CSMA/CA算法，采用离散时间分布随机算法，产生无冲突的传输计划.但节点竞争信道产生的延迟和数据包缓存队列延时随着网络负载的增加而增大.文献[4-5]采用多信道接入方式，文献[4]提出了一种混合多信道H-MMAC协议，允许节点在通知传输指示消息(Announcement Traffic Indication Message，ATIM)窗口期间传输数据，提高信道资源的利用率.但可能丢失来自其他频道上的邻居预留信息，导致隐藏终端问题，且容易受到公共控制信道饱和问题.文献[5]提出一种基于TDMA的多信道MAC协议，采用双接口方式进行通信，适合低负载网络.文献[6]网络拓扑为平面结构，采用的是基于预留方式的USAP协议，文中结合层次优先级机制解决了自组织网络中信道接入的问题，适合小规模网络.文献[7]提出了一种M-USAP协议，能够快速适应网络拓扑的变化，但当网络规模增大，造成路由开销、时延增大和广播信道阻塞.文献[8]采用基于分簇的TDMA/CDMA方案，簇内基于一跳、采用TDMA，簇间采用CDMA-TDMA技术，使用不同的扩频码隔离实现同时传输.但文献[9-10]簇内节点数相对较小，容易引发簇首竞争的问题，影响簇的稳定性，且簇的维护开销和分组投递时延较大.

针对上述问题，为了满足大规模网络的需求，本文作者提出无线自组织网络媒体接入控制协议C-USAP研究，该协议采用合适的网络结构、分簇技术，对M-USAP协议进行改进，实现高效、公平地利用有限的信道资源，降低时延，提高时隙复用率，减小路由开销，增强网络灵活性.

本文网络结构满足下列要求.

1)将网络分为多个簇，每个簇由簇首和普通节点组成，不同簇工作在不同频段.

2)簇间通过网关节点交互实现整个网络的通信.①簇首除了选取网关，也对迟入网节点分配控制时隙.簇首节点不可选为网关节点，选取路由路径时尽量不选取簇首，防止簇首成为网络瓶颈.②簇内和簇间节点交互不必先到达簇首节点再相互转发.普通节点仅知道本簇节点路由，网关节点知道本簇与对簇节点路由，降低路由开销，提高网络灵活性.

3)网关节点不会选为多点中继(Multi Point Relay，MPR)节点发送拓扑控制(Topology Control，TC)消息，防止TC消息出簇，网关成为瓶颈，保证网络的安全.

1 C-USAP协议帧结构设计

本节首先从帧结构介绍M-USAP帧结构，其次对C-USAP帧结构进行详细设计.

1.1 M-USAP协议帧结构

传统USAP协议[11]经过一个时元才能完成一次控制信息的交互.为了使USAP协议能快速适应网络拓扑结构的变化，通过增加每一帧中控制时隙的个数，保证每个节点在一帧内完成控制信息的交互.文献[12]提出了M-USAP协议，其帧结构如图1所示.

图1 M-USAP帧结构 Fig.1 Frame structure of M-USAP

在M-USAP协议中，时帧分为控制时隙和数据时隙两部分.网络中的每个节点占用一个控制时隙，节点在自己对应的控制时隙发送控制包.数据时隙分为预留时隙与竞争时隙两部分.其中，数据时隙是控制时隙的2倍.网络中的每个节点分配一个预留时隙，节点遵循两跳之外复用原则，根据业务负载申请竞争时隙，且网络中的每个节点拥有全网路由信息.

但是，随着网络规模的增大，控制时隙和数据时隙增多，时帧变长，导致时延增大、时隙复用率降低和网络灵敏度减弱.每个节点维护的路由条目增加，网络开销增大，路由收敛慢.针对上述问题，本文对M-USAP协议帧结构进行改进，提出C-USAP协议.

1.2 C-USAP帧结构设计

C-USAP协议的思想是将网络进行分簇，每个簇占用一个频道.簇内通过USAP实现时隙复用，提高节点对时隙的复用率，从而提高节点的平均吞吐量.簇间采用多频段分割技术，各个簇工作在不同频道，簇与簇之间互不干扰，簇间节点之间通过网关切频进行通信.改进后的C-USAP协议帧结构分为簇间探测帧、簇内控制帧、簇间交互帧和数据帧4部分，如图2所示.

从野蛮到文明，人类的进化漫长而又残酷。可是，善恶、美丑、真假、忠奸、好坏等等，永远会此消彼长，两相对垒，无休无止，循环往复。

各场景加载两条业务流，业务流为100 kbits/s，包大小为1 kbits/s，每秒发送100个包.

2)簇内控制帧普通节点工作在本簇，网关节点偶数帧工作在本簇，奇数帧工作在对簇.在本节点所属控制时隙发送邻居发现(NMOP0)、时隙申请(NMOP1)和时隙确认(ACK包)，用于节点申请数据时隙.

3)簇间交互帧发送NMOP4包，更新NMOP0包，簇首对网关、新入网节点进行控制时隙分配.

4)数据时隙根据本节点与目的节点所属簇，考虑是否切频发送上层的广播、单播业务.

图2 C-USAP帧结构 Fig.2 Frame structure of C-USAP

2 C-USAP控制信令交互

2.1 簇检测信令

图3 探测帧 Fig.3 Frame detection

在子网间探测帧，帧内时隙数与簇的个数相同，每个簇占用一个时隙.所有节点在不同时隙统一切频到占用当前时隙的簇频率，各簇的所有节点在本簇占用的时隙发送簇检测包(cluster-detect)，在其他时隙监听其他簇的检测包进行邻居发现，每个节点可以同时接收多个检查包.如图3所示，簇0～M分别占用探测时隙0～M进行邻居发现，在探测时隙0，所有节点切频到簇0所占用频率，簇0节点发送簇检测信令，其他节点监听进行邻居发现.簇检测信令包括簇ID、节点ID和时元循环数等信息.

2.2 簇内信令交互

在多跳Ad Hoc网络下，需要为邻居节点之间的数据传输合理的分配时隙，以避免传输冲突.文献[13-14]簇间通过簇首进行通信，在每个时隙开始设定载波侦听部分，簇首采用双时隙，优先保证簇间的通信，但导致簇内通信存在大量丢包.本文簇内采用USAP协议，把簇内控制帧分为两部分，分别为簇内控制时隙、簇间网关节点控制时隙.每个节点占用1个控制时隙，普通节点工作在本簇，网关节点作为一种特殊身份的节点，能够工作在两个簇.其中，网关节点在对簇的控制时隙编号Ri满足

Ri=N+Ci

(1)

式中：N为本簇控制时隙支持的最大簇内节点数；Ci为网关节点所属的簇ID.

有人说，这个故事是纳尔逊兄弟的老二，爱德华多，替老大克里斯蒂安守灵时说的。克里斯蒂安于一八九几年在莫隆区寿终正寝。揆乎情理，这种说法不太可能；但可以肯定的是，在那落寞的漫漫长夜，守灵的人们一面喝马黛茶，一面闲聊，有谁听到这件事，告诉了圣地亚哥·达波维，达波维又告诉了我。几年后，在故事发生的地点图尔德拉，又有人对我谈起，这次更为详细，除了一些难免的细小差别和走样外，大体上同圣地亚哥说的一致。我现在把它写下来，因为如果我没有搞错的话，我认为这个故事是旧时城郊平民性格的一个悲剧性的缩影。我尽量做到有一说一，有二说二，但我也预先看到自己不免会做一些文学加工，某些小地方会加以强调或增添。

我国历史上迄今保存最为完好的皇家藏书楼是皇史宬。嘉靖十三年（1534年）七月，明世宗效仿古代的“石室金匮”之制，开始在顺天府（今北京）兴建皇史宬。皇史宬用于专门收藏皇帝《宝训》《实录》《玉碟》等皇家典籍与贮存《永乐大典》副本，是我国迄今保存最为完好的皇家藏书楼。

簇内控制帧结构如图4所示.簇内控制帧主要用于邻居发现、时隙申请、时隙确认，交换与更新节点存储的消息表，根据传输情况来分配时隙，并了解剩余可用的时隙情况.

图4 簇内控制帧结构 Fig.4 Inner-cluster control frame structure

1)邻居发现.每个节点在自己所属的控制时隙广播NMOP0包进行邻居发现，NMOP0包格式如图5所示.

图5 NMOP0包格式 Fig. 5 NMIP0 packet format

簇首跳数为本节点离簇首的跳数，根据收到邻居节点的NMOP0包进行比较更新处理获得；邻居信息是本节点收到邻居节点的NMOP0包，本节点将邻居节点作为自己的一跳邻居，同时解析邻居节点的NMOP0包，将邻居节点的一跳邻居信息作为自己的二跳邻居策略新建或更新邻居信息；控制时隙分配是簇首根据收到的NMOP0包对新节点入簇进行控制时隙分配，普通节点收到NMOP0包只对控制时隙分配信息进行转发；收到NMOP4包的节点更新NMOP0中新节点信息，其余节点进行转发.

控制时隙分配仅能簇首进行操作，普通节点进行转发.簇首收到下层的NMOP4包或者根据NMOP0包中新节点信息，考虑本簇负载、资源剩余情况对申请加入本簇的节点的准入性进行仲裁并进行控制时隙分配.

2)时隙申请.每个节点根据业务量的大小计算所需的数据时隙数量，根据已分配的数据时隙数确定是否需要申请时隙或者释放时隙.每个节点将自己所需要申请的时隙信息通过NMOP1广播给其邻居节点.当节点收到来自邻居节点的NMOP1包对其进行解析，收集所有邻居节点的时隙申请信息，然后统一进行时隙仲裁，以确定将时隙资源分配给哪个邻居节点占用.图6为NMOP1包格式.

图6 NMOP1包格式 Fig. 6 NMOP1 packet format

节点在申请时隙时遵循两跳之外复用原则，普通节点有一套时隙表，网关节点有两套时隙表.网关节点在本簇申请时隙时考虑在对簇的时隙使用情况，在对簇申请时隙时考虑在本簇的时隙使用情况.

YE Linrui. The research of MAC protocol based on TDMA in Ad Hoc networks[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology， 2011. (in Chinese)

根据《国务院关于2017年度国有资产管理情况的综合报告》，2017年我国国有企业资产总额183.5万亿元，其中中央国有企业资产总额76.2万亿元，地方国有企业资产总额107.3万亿元。

3)时隙确认.在ACK帧时，节点收到每个邻居发送的时隙申请请求，会对这些请求进行仲裁，将仲裁的结果在本节点所属的时隙通过NMOP2包广播给每个邻居并在其他时隙进行监听处理.图7为NMOP2包格式.

图7 NMOP2包格式 Fig. 7 NMOP2 packet format

1)本文作者采用分簇技术，改进M-USAP协议，提出了一种新的适用于大规模无线自组织网络的媒体接入控制协议C-USAP.该协议中节点发送接收不同的控制信令，在簇间控制帧选取网关，在簇内交互帧申请时隙，在簇间交互帧网关切频、新节点入簇，在数据时隙根据节点频率发送接收广播、单播业务.

(2)

2)端到端时延.图14为网络加载100 kbits/s业务流时，节点数为64、128、192情况下M-USAP与C-USAP端到端时延对比.图15为节点不断变化情况下，M-USAP、C-USAP协议端到端时延性能对比.网络刚开始进行仿真即初始组网过程，节点未接收业务，时延增大；路由收敛，节点接收业务，时延减小趋于平稳.图14中在网络规模为64节点时，M-USAP时延约为1 s，C-USAP时延约为0.4 s.在网络规模为128节点时，M-USAP时延约为2.5 s，C-USAP时延约为1 s.在网络规模为192节点时，M-USAP时延很大，C-USAP时延约为1.2 s.M-USAP时延明显大于C-USAP.

此外，不依照所规定要求及标准，随意使用抗生素、不控制抗生素的使用含量，不仅会使得相应细菌的耐药性大幅度提升，也会导致相应机体倡导内的菌群不断趋于紊乱化，进而引发二重感染，包括寄生虫病，例如羊钩虫病；羊感染性传染病，例如结核病以及口蹄疫等。其他器官的疾病，包括牙齿、肺脏等患病，也可能导致羊患胃肠炎。

综上所述，在中学历史课堂教学中，教师要两头兼顾，不仅要有学生的“视角”，更要有历史的高度与深度。教师在“俯下身子”贴近学生教学的同时，更要踮起脚来“仰望天空”引导、提升，做到历史教学的广度、深度与高度的统一，才能使教学效果最大化。

(3)

(4)

(5)

式中：Lj(i)为本地二维时隙表节点i占用当前时隙j的标识；Oj(i)为对簇二维时隙表节点i占用当前时隙j标识；Sj(i)为节点i占用时隙j的状态;gi为网关标识.当节点为普通节点，只考虑本地二维时隙表，ai=0；当节点为网关节点，考虑本地和对簇二维时隙表，ai=1.

如果时隙申请存在冲突，当前时隙是本节点的预留时隙，则将本时隙分配给这个节点；如果已经有节点对该时隙申请成功，则将该时隙分配给这个节点.否则，分配给最小节点ID.仲裁成功或者没有冲突，将节点的时隙编号和节点ID回复给源节点.

收到邻节点的NMOP2包插入本节点NMOP2数据包缓存队列中.如果是普通节点或者工作在本簇的网关节点，从本簇邻居节点信息中获取本节点的邻节点数目.如果是工作在对簇的网关节点，从对簇邻居节点信息中获取本节点的邻节点数目.只有本节点收到的NMOP2数据包数量等于邻居节点数量的情况下，才能对NMOP2包进行处理.若本节点收到所有邻居节点的ACK，表明此时隙可以使用.

2.3 簇间信令交互

簇间交互帧用于节点的入簇，新节点的入簇流程如图8所示.

图8 新节点入簇流程 Fig.8 Flowchart of new nodes into the cluster

网关节点根据时元循环数进行切频，偶数帧工作在本簇，奇数帧工作在对簇.新节点入簇时，考虑网络负载，簇内节点最大数因素，每次最多允许4个节点入簇.新节点在簇间控制时隙发送NMOP4包，簇首收到NMOP4包，根据本簇资源剩余情况和网络负载对申请加入本簇的节点的准入性进行仲裁并分配控制时隙.距离簇首k跳的节点收到NMOP4，更新NMOP0包中新节点信息，经过k次转发告知簇首，然后簇首处理.距离簇首k跳的邻居节点收到NMOP0包转发控制时隙分配信息给新节点.图9为新节点入簇申请NMOP4包格式.

图9 NMOP4包格式 Fig. 9 NMOP4 packet format

2.4 网关选取

不同簇之间通过网关进行通信[14].C-USAP协议中节点通过远程终端把获取到的簇检测信息上传给网络层.网络层根据簇检测信息构建网关申请消息，发送单播包给簇首，簇首收到节点的网关申请消息，将信息存入网关候选表，根据网关选取策略选出网关构建网关表，在本簇内广播网关通告信息.每个簇需要向对簇各推荐一个且仅有一个网关，网关选取流程图如图10所示.

PPT共有14个页面，页面12设计简洁，页面13构成要素最多。选取第12、13页面的眼动数据加以对比分析，并完成以下工作：(1)提取研究页面的热点图；(2)划分关注区域(AOI)；(3)统计首次进入AOI的时间(TFF)和所有注视点持续时间总和(TFD)；(4)使用热点图中的注视热区、TFF和TFD三个参数分析开放教育学习者的学习行为；(5)评价PPT课件的可用性；(6)研究不同设计要素对可用性的影响。

图10 网关选取 Fig.10 Gateway selection

候选网关i权重wi选取为

(6)

式中：l为本簇与对簇候选网关节点数，nj为第j个候选网关监听到对簇节点的个数，为候选网关i监听到对簇节点的平均信号强度；α和β为权重因子，满足α+β=1，由系统进行配置.

根据式(6)计算wi，选取权值最大的节点为本簇与对簇网关.

3 仿真结果及分析

3.1 实验平台及仿真参数

OPNET Modeler是当前业界领先的网络技术开发环境，用于设计和研究通信网络、设备、协议和应用，为开发人员提供建模、仿真及分析的集成环境，减轻编程及数据分析的工作量.

本文基于OPNET进行仿真，修改M-USAP协议的帧结构、包格式并创建新的帧结构、包格式.同时，利用OPNET图形化方式实现对C-USAP网络拓扑、节点属性和仿真参数配置等，测试不同网络规模场景下M-USAP、C-USAP性能.实验仿真参数设置见表1.

表1 仿真参数设置

Tab.1 Simulation parameters configuration

参数数值节点数50～200个区域大小100 km×100 km仿真时间600 s通信范围15～20 km网络层协议Modified-OLSR链路层协议USAP Cluster测试流量100 kbits/s发包数100个带宽速率自适应256 kbits/s～5 Mbits/s

3.2 性能分析

本节在不同节点场景下测试C-USAP，并与M-USAP进行业务接收量、时延抖动、端到端时延和时隙复用率对比分析.

1)簇间探测帧所有节点工作在同一频率，主要用于选取网关.

时隙复用率计算公式为

(7)

式中：G为全网中节点数，即为子网a中节点数量,Di表示第i个节点占用的数据时隙数量；T为子网中一个时元的数据时隙数量.

根据发送与接收包的仿真时间获取端到端时延.

1)业务收发情况及延时抖动.图11为64节点、128节点、192节点网络场景分别加载100 kbits/s业务流时，M-USAP协议与C-USAP协议业务接收量统计对比.

1.2 方法 在放疗专用手术室开始手术，根据肿瘤部位、大小切除肿瘤组织，进行淋巴结清扫;根据需要照射瘤床，挑选限光筒，准备好屏蔽铅块，将限光筒对准照射部位，使之与照射区表明贴紧;将邻近重要脏器组织推移至限光筒外，或在病灶周围用铅块屏蔽，使正常组织免受照射，最后将消毒机罩覆盖在直线加速器头上，使之与限光筒对接，准备完毕后所有人员撤离至观察室，进行放射治疗。

图12为图11业务接收量对应的M-USAP与C-USAP的时延抖动.图13为节点不断变化情况下，M-USAP与C-USAP协议的时延抖动对比.

图11 节点业务接收量 Fig.11 Traffic receive of nodes

图12 节点时延抖动 Fig.12 Packet jitter of nodes

图13 M-USAP、C-USAP时延抖动 Fig.13 Packet jitter of M-USAP and C-USAP

图11中在网络规模为64节点时，M-USAP与C-USAP协议业务接收量平稳.在网络规模为128、192节点时，M-USAP协议出现大量抖动，C-USAP接收量保持平稳.图12中在同等规模下，M-USAP时延抖动大于C-USAP.且随着网络规模的增大，M-USAP业务接收量不稳定，出现大幅度抖动.

式中：cj为占用当前时隙j的节点数，如果cj>1，则存在冲突需要进行仲裁；如果cj=1，不存在冲突；cj=0，没有节点申请本时隙.M为分簇个数.其中，j∈[0,2N-1],

UPLC-MS/MS法同时测定人血浆中卡马西平、文拉法辛、罗格列酮和硝苯地平的浓度 …………………… 王 伟等（2）：194

图14 节点端到端时延 Fig.14 End to end delay of nodes

图15 M-USAP、C-USAP端到端时延 Fig.15 End to end delay of M-USAP and C-USAP

M-USAP协议中节点拥有全网的路由信息，C-USAP协议中普通节点有本簇节点路由信息，网关节点有本簇和对簇节点路由信息.根据图14(a)、(b)、(c)仿真开始，节点间存在时延，从坐标横轴可以看出C-USAP路由收敛时间约为42 s，M-USAP协议在节点规模增大时，路由开销大、收敛慢.C-USAP协议路由收敛明显优于M-USAP协议.

3)时隙复用率.图16为对网络加载100 kbits/s的IP业务流、节点数为64、96、128时，M-USAP与C-USAP协议时隙复用率对比.C-USAP协议与M-USAP协议申请时隙时遵循两跳之外复用原则.路由收敛，节点根据业务流来计算分配时隙数量.M-USAP协议中T=2S,S为网络中所有节点个数，C-USAP协议T=2(N+M).根据式(7)计算时隙复用率.C-USAP协议时隙复用率明显优于M-USAP协议.

图16 节点时隙复用率 Fig.16 Slot reuse rate

从本节仿真结果图中可知，在网络节点增大时，C-USAP协议在业务收发量、时延抖动、端到端时延、路由收敛和时隙复用率方面明显优于M-USAP.

4 结论

仲裁策略满足

2)仿真结果得知：C-USAP使得当网络规模增大时，网络业务接收量、路由收敛、时延抖动、端到端时延和时隙复用率方面性能显著提升，实现了降低网络时延、减小路由开销、快速收敛拓扑和提高网络灵活性.

对于本文提出的M-USAP协议，还需要进一步优化.网关节点工作在本簇或对簇，造成对簇或本簇控制时隙浪费.本簇为其他所有簇网关分配控制时隙，当本簇与某簇没有直接网关节点交互，造成簇内控制帧对簇网关时隙的浪费.

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Mu：My duty is to collect the debts（讨债）.I always take two treasure things with me：An incense stick（香烛）and a gun.If I see the master，I will burn an incense stick.If I see tenant farmers，I will shoot whatever I want.Tonight I will do a very important thing for my master.Is Lao Yang here?

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时隙有4个状态，分别为00、01、10、11.其中:00为空闲;01为本节点占用;10为一跳邻居节点占用;11为二跳邻居节点占用.当网关节点在本簇申请时隙时，查询网关在对簇维护的时隙状态表，如果对簇时隙状态表中当前时隙的状态为01或者10时，网关在本簇内不能申请当前时隙，如果对簇时隙状态表中当前时隙的状态为00或者11时，网关在本簇可以申请该时隙.与此类似，网关在对簇申请时隙时同理.

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宝宝可以选择自己喜欢的衣服式样和颜色；宝宝可以选择自己喜欢的玩具、自己喜欢吃的水果和物品；选择穿什么衣服、买哪一本画书、和哪个小朋友玩；让宝宝自己决定到哪个地方玩玩具，以不妨碍他人为原则，玩过之后需自己将这些玩具都收拾好；当宝宝心情不好、情绪不佳时，有选择独处的自主权，这段时间内暂时不去打扰他。如果宝宝不愿意做决定，父母应对他们说：“这是你自己的事，你自己决定吧，我相信你会处理好的。”以这种态度去支持和鼓励宝宝学习承担自己的责任。

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