一种并行传输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并行传输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信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段内的操作，采用了“多对节点并行传输”以及“自适应抑制RTS帧重传”两种新机制，这两种新机制均工作在WiFi信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段。多对节点在太赫兹信道定向天线收发信息互不干扰情况下实现多对节点并行传输，并且减少重传RTS帧，新接入方法从整体上提高了空分复用率，降低控制开销，减小数据帧平均延迟。

【技术实现步骤摘要】
一种并行传输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，尤其涉及在太赫兹(THz)信道和WiFi信道多对节点能够同时进行信息收发的太赫兹无线个域网场合。
技术介绍
太赫兹波(terahertz,THz)是位于毫米波和远红外光波之间的电磁波,其频率范围为0.1THz-10THz，相应波长范围为0.03mm-3mm。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。相比于60GHz及以下频段，太赫兹频段大部分尚未被分配使用，具有较大的开发潜力，因此相关的太赫兹通信技术被看做是5G通信的关键技术之一。在实际的无线通信中，空气中的水分子对太赫兹通信的影响较大，水分子会造成太赫兹波特别大的大气衰减，因此它的通信距离范围受到限制，考虑到太赫兹波具有特性，太赫兹频段比较适合短距离无线通信,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(TerahertzWirelessPersonalAreaNetworks,THz-WPANs)是一种数据速率可以达到几十Gbps并且以太赫兹波作为载波的自组织网络。THz-WPANs是一种通信范围较小的网络，通常是由多个具有太赫兹无线通信的节点组成。接入方法工作在网络中的MAC层，其主要功能是承担着信道的接入控制，在通信体系架构中起着非常重要的作用。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行传输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信道控制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信道控制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，本专利技术提出的并行传输的太赫兹无线个域网双信道接入方法包含“多对节点并行传输”以及“自适应抑制RTS帧重传”两种新机制，这两种新机制均工作在WiFi信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，通过使用上述两种新机制，本专利技术提出的新接入方法能够在多对节点在太赫兹信道通信互不干扰的情况下实现并行传输，以及减少节点不必要的重传RTS帧，从而在整体上提高空分复用率，减少控制信息交互的次数，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】
1.一种并行传输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信道控制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信道控制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，本发明提出的并行传输的太赫兹无线个域网双信道接入方法包含“多对节点并行传输”以及“自适应抑制RTS帧重传”两种新机制，这两种新机制均工作在WiFi信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段，通过使用上述两种新机制，本发明提出的新接入方法能够在多对节点在太赫兹信道通信互不干扰的情况下实现并行传输，以及减少节点不必要的重传RTS帧，从而在整体上提高空分复用率，减少控制信息交互的次数，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所述的一种并行传输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信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段的“多对节点并行传输”新机制中如果一个节点的WiFi-MAC部分(本发明所述的具有THz-WiFi双信道通信能力的太赫兹无线个域网在节点的MAC层分为THz-MAC和WiFi-MAC两部分)收到其它节点发来的RTS帧，则提取出RTS帧中位置信息以及Duration字段(“持续时间”字段)的值并静默一段时间(静默时间的缺省值建议为RTT/2；RTT(RoundTripTime)，往返时间，可以通过公式“RTT＝收到CTS的时间-发出RTS的时间计算”)，根据此节点位置信息计算出与此节点在太赫兹信道定向天线对准的波束方向，然后屏蔽掉此波束方向，屏蔽时间为Duration字段的值。3.根据权利要求1所述的一种并行传输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信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段的“多对节点并行传输”新机制中如果一个节点的WiFi-MAC部分收到其它节点发来的CTS帧，则提取出CTS帧中位置信息以及Duration字段(“持续时间”字段)的值不静默，根据此节点位置信息计算出与此节点在太赫兹信道定向天线对准的波束方向，然后屏蔽掉此波束方向，屏蔽时间为Duration字段的值。4.根据权利要求1所述的一种并行传输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信道控制帧交互和太赫兹信道数据传输两个阶段的“多对节点...

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