一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法技术

本发明专利技术提出一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法，它在运行时包括具有先后逻辑顺序的WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段内的操作，采用了“目的节点向源节点发送测试帧”、“自适应省略RTS/CTS帧交互过程”、“自适应取消节点位置信息的收发”和“精简测试帧”四种新机制，前三种新机制工作在WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，最后一种新机制工作在太赫兹信道数据传输阶段。通过少收发RTS帧、CTS帧、ACK帧、节点位置信息并精简测试帧中的数据字段，以及省略部分RTS/CTS帧交互过程，新接入方法从整体上减少了控制信息交互的次数和长度，从而能够降低控制开销，减小数据帧平均延迟。

An efficient and fast double channel access method for terahertz wireless domain network

The invention provides a rapid and efficient terahertz wireless network dual channel access method, it has the logical sequence of the WiFi channel RTS/CTS frame interaction and terahertz channel data transmission in two stages of the operation at run time, using the destination node to the source node sending test frames \,\ adaptive frame RTS/CTS the interactive process \,\ adaptive cancellation of node location information receiving and streamlining the testing frame \four new mechanisms, the former three kinds of new mechanism in WiFi channel RTS/CTS frame interaction and terahertz channel data transmission in two stages, the most after a new mechanism in terahertz channel data transmission stage. The less transceiver RTS frame, CTS frame, ACK frame, node location information and simplifying the data field to test in the frame, and the omitted part RTS/CTS frame interaction process, the new method reduces the number and length of access control information from the whole, in order to reduce the control cost, reduce the average delay of data frames.

【技术实现步骤摘要】
一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法
本专利技术属于使用太赫兹无线个域网络(TerahertzWirelessPersonalAreaNetworks)技术的领域，尤其涉及能够在太赫兹(THz)信道和WiFi信道同时进行信息收发的太赫兹无线个域网场合。
技术介绍
太赫兹(terahertz,THz)波是位于毫米波和远红外光波之间的电磁波，如附图1所示，其波长范围为0.03mm-3mm，相应频率范围为0.1THz-10THz。太赫兹波处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，它是人类最后一个尚未完全认知利用的频段。太赫兹的频段较宽，且大部分尚未被分配使用，能够承载数Gbps的数据量，具有广泛的应用前景，但是太赫兹波在空气中传播时衰减较大，并且当空气中水分子较多时衰减尤其严重。太赫兹波的衰减特性决定了其在短距离超高速无线通信方面有巨大的应用潜力，尤其是室内短距离无线通信方面，因此太赫兹可以很好的应用在无线个域网中。太赫兹无线个域网是一种短距离超高速无线通信网络，该网络采用太赫兹频段作为载波进行无线通信，该频段具有超大连续可用带宽，能够提供高达10Gbps及其以上的数据传输速率，可以满足人们对日益增长的数据传输速率的需求。接入方法工作在网络中的MAC层，主要承担着信道的接入控制，在通信体系架构中具有重要的作用。近年来，人们对于太赫兹无线个域网双信道接入方法的研究，已经取得了一些进展，相关的研究工作还在继续进行。JoanCapdevilaPujol等人较早在太赫兹无线个域网接入方法上进行研究，他们提出了一种基于物理层感知的、用于纳米传感网的太赫兹无线网络接入方法——PHLAME(aPHysicalLayerAwareMACprotocolforElectromagneticnanonetworks，参见文献[1]:JoanCapdevilaPujol,JosepMiquelJornet,andJosepSolePareta.PHLAME:APhysicalLayerAwareMACProtocolforElectromagneticNanonetworks[C].2011IEEEConferenceonComputerCommunicationsWorkshops(INFOCOMWKSHPS),2011:431-436,以及文献[2]:JosepMiquelJornet,JoanCapdevilaPujol,JosepSolePareta.PHLAME:APhysicalLayerAwareMACProtocolforElectromagneticNanonetworksintheTerahertzBand[J].NanoCommunicationNetworks,January2012,3(1):74-81)。PHLAME方法的运行包括握手和数据传输两个阶段，网络中的节点先进行握手操作，握手成功后才进行数据传输。在握手过程中，需要发送数据的节点(以下简称“源节点”)向接收数据的节点(以下简称“目的节点”)发送一个TR(TransmissionRequest，传输请求)消息，目的节点收到该TR消息后，会向源节点回复一个TC(TransmissionConfirmation，传输确认)消息；如果在设定的时间内，源节点没有收到目的节点回复的TC消息，它会再次发送TR消息，直至达到TR消息最大重发次数。如果源节点收到了目的节点回复的TC消息，便进入数据传输阶段；在数据传输阶段中，源节点使用双方协商好的数据符号率DSR(DataSymbolRate)等参数向目的节点发送数据帧。PHLAM方法的优势在于它结合物理层脉冲通信的特点，可以使节点在任意时刻发送数据，通过采用不同的符号速率机制、重复编码机制和低权重编码机制，能够减少数据帧发生碰撞，有利于提高网络吞吐量。PHLAM方法的缺点是每次发送数据之前都需要在源、目的节点间进行一对一的握手操作，这不仅会增加控制开销，也会降低信道的利用率，增大数据的传输时延。在后续的研究中，PuWang等人在现有技术的基础上，提出了一种能量和频谱感知的接入方法——DSS-TDMA(aDynamicSchedulingSchemebasedonTDMA，参见文献[3]:PuWang,JosepMiquelJornet,M.G.AbbasMalik,NadineAkkari,IanF.Akyildiz.EnergyandSpectrum-awareMACProtocolforPerpetualWirelessNanosensorNetworksintheTerahertzBand[J].AdHocNetworks,2013,11(8):2541-2555)。DSS-TDMA方法把纳米传感器网络中的节点分为一般的纳米传感器节点nanosensor和逻辑地位更高、具有无线个域网控制功能的控制器节点controller；DSS-TDMA将网络运行时间划分为许多个相对独立的帧(frame)，每个帧都包含3个子帧(sub-frame)：DL(DownLink，下行链路)子帧、UL(UpLink，上行链路)子帧和RA(RandomAccess，随机接入)子帧。在DL子帧中，控制器节点在无线个域网全网范围内广播子帧定界和帧长度等控制信息；在UL子帧中，基于TDMA的时隙分配方式，传感器节点向控制器节点传输数据；在RA子帧中，基于随机竞争接入的方式，传感器节点向控制器节点申请在下一帧中传输数据的时隙，或者传感器节点相互之间的交换信息。DSS-TDMA开创性地提供了一种基于TDMA+RA(时分多址+随机接入)的太赫兹无线个域网接入方法，对后续的研究和设计太赫兹无线个域网接入方法提供了重要的指导思想。JianLin等人研究了具备能量控制的脉冲级别波束切换的太赫兹微微网接入方法(参见文献[4]:JianLin,Weitnauer,MaryAnnWeitnauer.Pulse-levelBeam-switchingMACwithEnergyControlinPicocellTerahertzNetworks[C].2014IEEEGlobalCommunicationsConference,2014:4460-4465)，他们认为太赫兹波段的接入方法应该关注“传输调度”而不是“竞争接入”，主要理由是太赫兹波段可以提供极大的传输带宽。为了解决太赫兹波段的高路径衰减问题，可以使用波束赋形中的可控窄带波束部分；同时，在太赫兹波段产生的飞秒级别的脉冲无线电，可以将波束方向由传统的包级别切换为脉冲级别。刘文朋在太赫兹无线个域网接入方法方面进行了相关研究，在IEEE802.15.3c方法的基础上设计了一种高效公平的接入方法——HEF-MAC(HighEfficiencyFairnessMAC，参见文献[5]:刘文朋.太赫兹无线个域网接入方法研究[D].硕士学位论文，重庆：重庆邮电大学,2015:21-47)。该接入方法提高了时隙分配的公平性，减少了冗余的控制开销。曹建玲等人在太赫兹无线网络方面进行了研究，提出了一种高吞吐量低时延太赫兹超高速无线网络MAC方法——HL-MAC(Highthroughputlow本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法，其特征是：它把网络运行时间划分为具有先后逻辑顺序的WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，每个阶段内节点在信道接入方面的操作由它进行定义。WiFi信道RTS/CTS帧交互阶段的主要操作是广播和接收处理RTS/CTS帧，由每个节点MAC层的WiFi‑MAC部分执行；在太赫兹信道数据传输阶段的主要操作是在太赫兹信道上传送数据帧和测试帧，由每个节点MAC层的THz‑MAC部分执行。本专利技术提出的高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法包含“目的节点向源节点发送测试帧”、“自适应省略RTS/CTS帧交互过程”、“自适应取消节点位置信息的收发”和“精简测试帧”四种新机制，前三种新机制工作在WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，最后一种新机制工作在太赫兹信道数据传输阶段。通过使用上述四种新机制，本专利技术提出的新接入方法能够少收发RTS帧、CTS帧、ACK帧、节点位置信息并精简测试帧中的数据字段，以及省略部分RTS/CTS帧交互过程，从而在整体上减少控制信息交互的次数和长度，达到降低控制开销、减小数据帧平均延迟的效果。...

【技术特征摘要】
1.一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法，其特征是：它把网络运行时间划分为具有先后逻辑顺序的WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，每个阶段内节点在信道接入方面的操作由它进行定义。WiFi信道RTS/CTS帧交互阶段的主要操作是广播和接收处理RTS/CTS帧，由每个节点MAC层的WiFi-MAC部分执行；在太赫兹信道数据传输阶段的主要操作是在太赫兹信道上传送数据帧和测试帧，由每个节点MAC层的THz-MAC部分执行。本发明提出的高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法包含“目的节点向源节点发送测试帧”、“自适应省略RTS/CTS帧交互过程”、“自适应取消节点位置信息的收发”和“精简测试帧”四种新机制，前三种新机制工作在WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，最后一种新机制工作在太赫兹信道数据传输阶段。通过使用上述四种新机制，本发明提出的新接入方法能够少收发RTS帧、CTS帧、ACK帧、节点位置信息并精简测试帧中的数据字段，以及省略部分RTS/CTS帧交互过程，从而在整体上减少控制信息交互的次数和长度，达到降低控制开销、减小数据帧平均延迟的效果。2.根据权利要求1所述的一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法，其特征是：所述工作在WiFi信道RTS/CTS帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段的“目的节点向源节点发送测试帧”新机制的基本思路是：由目的节点在太赫兹信道上向源节点发送测试帧且该测试帧不用回复ACK帧，这样做同样可以达到测试太赫兹信道能否正常通信的效果，而且能够少收发一个ACK帧，降低了控制开销，同时还有利于减小数据传输延迟。3.根据权利要求1所述的一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道接入方法，其特征是：所述工作在WiFi信道RT...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智，周海东，葛理威，周逊，李其超，曹建玲，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50