本发明专利技术提出一种多轮排序和请求拆分的太赫兹无线个域网时隙分配方法，它在PNC节点上运行，运行时间位于超帧的CTAP时段，在CTAP时段开始时运行；具体操作分为“常规时隙分配”和“空闲时隙分配”两个阶段；常规时隙分配阶段的主要操作是使用现有常规方法为DEV节点分配时隙；空闲时隙分配阶段的主要操作是寻找可用的空闲时隙并分配给DEV节点。通过将多轮排序比选、随机指定未申请时隙节点和有条件拆分时隙请求的新思路整合到一起加以运用，本发明专利技术所述新方法能够从整体上使CTA承载更多的数据流，从而更加充分地利用CTA的时隙资源，达到提升时隙利用率、提高网络吞吐量和降低数据分组平均时延的效果。
Slot allocation method for terahertz wireless personal area network based on multi-round sorting and request splitting
【技术实现步骤摘要】
多轮排序和请求拆分的太赫兹无线个域网时隙分配方法
本专利技术属于使用太赫兹无线个域网(TerahertzWirelessPersonalAreaNetworks,THz-WPANs)并行传输技术的领域，特别是在网络的MAC(MediumAccessControl,媒介接入控制)层采用了“TDMA(TimeDivisionMultipleAccess,时分多址接入)+CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance,载波侦听多址接入/冲突避免)”混合接入方式以及并行传输技术的太赫兹无线个域网。
技术介绍
太赫兹(TeraHertz,THz)波是一种频率位于0.1THz～10THz而波长位于毫米波和红外光波之间的电磁波，与毫米波通信所采用的60GHz频段相比，太赫兹频段拥有更高的可用带宽且尚未得到开发，具有极大的研究和应用潜力，因此太赫兹通信技术正成为人们所研究的热点技术之一。太赫兹频段存在超高可用带宽，可以提供10Gbps及以上的数据传输速率，满足新型业务的需求。但在实际通信中，太赫兹波存在严重的大气衰减(尤其是水汽吸收)，会影响它的传播距离。因此，太赫兹通信目前更多地被考虑用于室内短距离无线通信，其中一种典型的组网应用形式是无线个域网。太赫兹无线个域网(网络结构参见说明书附图1)是一种利用太赫兹频段传输数据且数据速率可以达到10Gbps及以上的新型自组织网络。该网络是一种由一个微网协调器(PiconetCoordinator,PNC)和多个普通节点(Device,DEV)构成的集中式网络，其中，PNC通过周期性广播Beacon消息实现全网的时钟同步以及信道接入控制，网络中的任意两个节点均可以直接进行双向数据传输。与传统的无线个域网不同，太赫兹无线个域网可以提供超高的数据传输速率，从而为如今不断出现的新型业务提供实时保障。作为一种无线自组织网络，其应用场景比较广泛，如家用的各种智能家居可以构建为高速通信网络；会议现场的PAD、手机以及笔记本电脑等终端设备组网形成高速个域网。太赫兹无线个域网是一种能够自我组织、自我管理的大带宽无线网络，作为未来近距离超高速无线通信的一种重要应用形式，具有重要的研究和应用价值。为了避免高传播衰减和路径损耗，提高无线个域网的覆盖范围，波束赋形技术得到广泛的应用，这同样适用于太赫兹无线个域网。通过波束赋形，网络中业务的源目的节点可以实现数据的定向发送和接收，从而可以增大传输距离并且减小数据间的相互干扰，这给数据的并行传输带来巨大潜力。并行传输技术本质上是一种空分复用，它的目标是实现尽可能多相互无干扰的数据流在相同的时隙传输，与传统的时隙分配算法相比，它可以显著提高信道空间复用度、信道时隙利用率以及网络的吞吐量。现有的并行传输技术应用场景主要是基于IEEE802.15.3c标准(参见文献[1]:IEEEStandard802.15.3c-2009-Part15.3:WirelessMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)SpecificationsforHighRateWirelessPersonalAreaNetworks(WPANs)Amendment2:Millimeter-wave-basedAlternativePhysicalLayerExtension[S].IEEEComputerSociety,2009:3-57.)的毫米波无线个域网，IEEE802.15.3c将网络称为微微网，网络时间资源被划分为一个个定向超帧(参见说明书附图2)，每个超帧由下面三个时段组成：1)信标(Beacon)；2)竞争接入(ContentionAccessPeriod，CAP)；3)信道时间分配(ChannelTimeAllocationPeriod,CTAP)。在Beacon时段，PNC首先向各个方向广播携带网络基本信息的Beacon帧，微网中的节点循环旋转接收Beacon帧。未入网的节点会在对应的AssociationS-CAP时段进行关联入网操作，加入该微微网(Piconet)。已入网且有数据需要发送的节点会在RegularS-CAP时段向PNC请求时隙，RegularCAP可以用于节点间数据帧传输，CAP各时期均采用CSMA/CA接入方式。CTAP由多个CTAs(ChannelTimeAllocations)组成，CTAs主要用于网络中节点之间发送同步/异步数据流、命令帧等信息，采用TDMA的接入方式，提供具有Qos保证的数据传输服务。目前不少太赫兹无线个域网的并行MAC协议在原理设计方面借鉴和参考了IEEE802.15.3c标准。AnX,HekmatR等人首先提出了邻居信息的定向传输调度算法——DTS(DirectionalTransmissionScheduling,参见文献[2]:AnX,HekmatR.DirectionalMACprotocolformillimeterwavebasedwirelesspersonalareanetworks[C]//VehicularTechnologyConference,2008.VTCSpring2008,IEEE.IEEE,2008:1636-1640.)。该算法可以分为链路共存检验、新CTAs调度、时隙分配通知以及接入表更新四个步骤。每个节点会维护一个邻居信息表，其中记录邻居节点的ID以及方向信息。当节点需要发送数据时，它会给PNC发送携带着自身邻居信息的传输请求，PNC根据收到的传输请求与邻居信息完成时隙的分配。为了避免同一CTA中链路之间的相互干扰，位于潜在发送端相邻扇区的节点禁止同时发送数据。虽然DTS算法实现了多链路同时传输数据，但是它并没有考虑坐标轴对齐的问题，然而坐标轴存在的误差会显著降低节点相对位置信息的准确性，这会导致调度效率变差。为了避免上述缺陷，HsuMP等人提出了一种位置信息感知的网内调度算法——LIPS(ALocation-AwareIntra-PiconetSchedulingAlgorithm,参见文献[3]:HsuMP,ChaoHL.Schedulingwithreusabilityimprovementformillimeterwavebasedwirelesspersonalareanetworks[C]//Communications(ICC),2010IEEEInternationalConferenceon.IEEE,2010:1-5.)。LIPS将轴对齐和定位融入到时隙分配机制。在坐标轴对齐过程中，DEV通过关联请求帧的发送以及关联应答的正确接收来实现其坐标轴与PNC的对齐，当DEV没有收到关联应答时会将坐标轴沿逆时针方向旋转一个扇区的角度，然后重发关联请求，每次如此直到收到关联应答，此时则认为坐标轴已经对齐。当节点在CAP时段完成关联入网时，PNC会将下一个超帧的第一个CTA指定为LD-CTA(LocationDeterminationCTA)，在该时隙中所有的节点会广播各自的Hello消息，从而新节点可以获得邻居的坐标信息并且计算自己的坐标报告给PNC。在P本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多轮排序和请求拆分的太赫兹无线个域网时隙分配方法，其特征是：它工作在太赫兹无线个域网接入协议定义的超帧的CTAP时段，从CTAP时段的起始时刻开始，在PNC节点上运行；它的运行过程分为“常规时隙分配”和“空闲时隙分配”两个阶段，具体如下：S1：所述常规时隙分配阶段，执行下述操作：S11：首先给时隙请求量最大的数据流分配时隙，时隙长度不大于CTA中的可用时隙长度；S12：按照时隙请求量由高到低的顺序，在上述CTA中，依次为与上述CTA已有数据流都不会产生干扰的数据流分配时隙；S2：所述空闲时隙分配阶段，执行下述操作：S21：判断是否还有未分配时隙且与上述CTA已有数据流产生干扰的数据流；若无，转S27；若有，则根据时隙请求量将这些数据流由高到低进行排序，如果之前已做排序则不作此排序操作，转S22；S22：判断已排序的数据流中是否有在本轮中未考察的数据流，若有，则转S23；若无，则转S25；S23：选取时隙请求量最大的、未考察的数据流，并计算出该数据流能够利用的空闲时隙的长度，即与上述CTA已有数据流都不冲突的、起始位置不是CTA时隙起始位置的时隙的长度；如果找不到空闲时隙，则令空闲时隙长度为0，转S22；如果找到了空闲时隙，则判断空闲时隙长度是否小于传送一个最长数据帧所需时隙长度；若是，令空闲时隙长度的长度为0，转S22；否则，转S24；S24:判断空闲时隙长度是否大于数据流请求时隙的长度；若是，则将空闲时隙长度设为数据流请求时隙的长度，转S22；若不是，则保持空闲时隙长度不变，转S22；S25：比较已经标记的所有数据流所对应的空闲时隙长度，将空闲时隙长度从大到小排序；如果所有空闲时隙长度都为0，则转S27；否则，转S26；S26：将长度最大的空闲时隙分配给其对应的数据流，并将该数据流调度在对应的CTA内已有数据流的后面，将该数据流标记为“已分配时隙”，更新时隙分配结果，然后转S21；S27：判断是否有未申请时隙的节点；如果有，则随机指定一个节点，然后结束本阶段操作；如果没有，则直接结束本阶段操作。...
【技术特征摘要】
1.一种多轮排序和请求拆分的太赫兹无线个域网时隙分配方法，其特征是：它工作在太赫兹无线个域网接入协议定义的超帧的CTAP时段，从CTAP时段的起始时刻开始，在PNC节点上运行；它的运行过程分为“常规时隙分配”和“空闲时隙分配”两个阶段，具体如下：S1：所述常规时隙分配阶段，执行下述操作：S11：首先给时隙请求量最大的数据流分配时隙，时隙长度不大于CTA中的可用时隙长度；S12：按照时隙请求量由高到低的顺序，在上述CTA中，依次为与上述CTA已有数据流都不会产生干扰的数据流分配时隙；S2：所述空闲时隙分配阶段，执行下述操作：S21：判断是否还有未分配时隙且与上述CTA已有数据流产生干扰的数据流；若无，转S27；若有，则根据时隙请求量将这些数据流由高到低进行排序，如果之前已做排序则不作此排序操作，转S22；S22：判断已排序的数据流中是否有在本轮中未考察的数据流，若有，则转S23；若无，则转S25；S23：选取时隙请求量最大的、未考察的数据流，并计算出该数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：任智，徐兆坤，李栋，李其超，康健，姚玉坤，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50
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