用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法技术

本发明专利技术公开了一种用于THz‑WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，属于THz‑WPAN技术领域。本发明专利技术在跨太赫兹无线个域网通信中引入了边缘节点的概念,有助于找出N‑CTAP时段所遭受的干扰问题的原因，为解决干扰提供解决思路。同时，本发明专利技术提出了一种自适应的边缘节点信息报告方法。当节点发现自己是边缘节点时，节点可以在不增加额外控制开销的情况下，将节点类型信息高效、及时地报告给自己所在个域网的PNC。这样，如果PNC发现一个DEV是边缘节点，就可以在时隙分配上采取措施，降低甚至消除边缘节点带来的PAN间干扰。

【技术实现步骤摘要】
用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法
本专利技术涉及THz-WPAN
，特别是指一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，该方法有助于降低或消除边缘节点带来的PAN间干扰问题。
技术介绍
太赫兹无线个域网(THz-WPAN)是一种以THz波作为载波的无线自组织网络。该网络中，每个无线个域网(WPAN)由若干个DEV节点组成，其中某个优先级较高的节点竞争成为网络的PNC，该节点通过周期性的广播信标帧(beacon)提供基本的组网信息。位于两个WPAN重叠区域的节点称为网桥(bridge)，其通过转发心跳消息使两个WPAN协调同步。THz-WPAN将网路运行时间划分为多个超帧(Superframe)，PNC根据数据量大小自动调整超帧长度。超帧主要分为信标帧时段(BeaconPeriod，BP)、竞争接入时段(ContentionAccessPeriod，CAP)和信道时间分配时段（ChannelTimeAllocationPeriod,CTAP），各时段间均存在保护间隔。BP时段用于PNC广播beacon帧，该帧包含全网节点信息、时隙分配情况及超帧时段起止时刻，实现对全网的管理分配。CAP时段用于各节点发送命令帧，向PNC发送信道时隙请求，为其待发数据申请时隙，另外该时段也用于组网阶段新节点发送关联请求，这一时段节点采用CSMA/CA机制访问信道。CTAP时段占整个超帧时长的95%，是整个网络运行的核心时段，主要用于节点间进行数据传输，其由多个CTA组成，每个CTA的长度一定，起始时刻包含在beacon帧中。太赫兹无线个域网跨PAN（个域网）通信的网络运行时间由协调超帧结构组成。协调超帧结构包括4个具有先后顺序的时段：信标帧队列时段(BeaconAlignmentPeriod，BAP)、CAP时段和2个不同作用的CTAP时段分别为常规CTAP(NormalCTAP，N-CTAP)和公共CTAP(PublicCTAP，P-CTAP)。在BAP时段，各WPAN中的PNC在各自对应队列时段分别广播beacon帧，该帧中包含本WPAN的节点基本信息、各个时段的时刻和时长信息。2个WPAN的CAP时段相同，有数据传输需求的节点根据所处WPAN不同在CAP时段分别向不同PNC发送时隙请求帧，PNC成功分配时隙后方可进行数据传输，另外在两个WPAN协调同步期间，网桥节点在这一时段通过广播heartbeat消息对齐两个PNC所发送的beacon帧，该时段接入信道的机制与普通超帧的CAP时段采用的机制相同。N-CTAP时段和P-CTAP时段均被分为多个同等大小的CTA，主要被分配给各DEV之间进行数据传输，其中N-CTAP时段主要针对WPAN网内的数据，而P-CTAP时段用于涉及到网桥节点的链路进行数据传输，即主要针对WPAN网间数据，且两个时段接入信道时均采用TDMA机制。P-CTAP时段又分为两段，P-CTAP1主要用于WPAN1内节点和网桥节点之间的数据传输，而P-CTAP2主要用于WPAN2节点和网桥节点之间的数据传输。在接收节点通信范围之内且在发送节点范围之外的终端为隐藏终端。隐藏终端因听不到发送节点正在发送而可能向同样的接收节点发送报文，造成报文在接收节点处发生冲突。冲突发生后发送节点重传冲突的报文，从而降低信道的利用率。针对现有跨PAN数据传输机制存在的业务量分布不均衡造成的时隙浪费、协调超帧开始时刻不明确、超帧统一机制所需控制开销较大等问题，现有技术提出了一种高时隙利用率太赫兹无线个域网跨PAN数据传输机制HTSU-PAN。该机制通过采用隐式TDMA时隙分配、基于无beacon的空闲时段启用、基于网桥节点超帧统一这三种方式，有效提高了时隙利用率，降低了数据传输时延，从而提升网络吞吐量。此外，现有技术还提出了一种MINN-PAN的数据传输机制，该机制的具体思路如下：1）网内节点与新入网间节点之间进行数据传输在最初组网阶段，当各个网内节点发送关联请求时，分别由各自PNC提取MAC帧头部的SrcID，PNID和DestID信息，将其记录在ID表项中，当新入网的网间节点与网内节点需要进行数据传输时，两个PAN的PNC接收到时隙请求后，提取其中SrcID，PNID和DestID并将其与记录的ID表一一作比对，找到某表项与该SrcID或DestID一致时，新入网间节点即可获知该网内节点属于PAN1还是PAN2，则由该PNC为其分配时隙，另一PNC由于未找到该表项，将该时隙请求帧丢弃，不考虑时隙分配。2）原网间节点与新入网间节点之间进行数据传输各网间节点在监听到两个PNC广播的beacon帧后，分别提取其中相应信息元素，主要为能量信息元素，主要包含PNCcapabilities和DEVcapabilities。PNCcapabilities字段值决定PNC优先级，将该值较高的PNC视为高级PNC，之后在新入网的网间节点和原网间节点需要进行数据传输，向PNC发送信道时隙请求时，仅由高级PNC为其分配时隙，而低级PNC收到该消息后直接将其丢弃，不做任何处理。但是，现有技术仍未解决边缘节点引起的PAN间干扰问题，此外，当节点发现自己是边缘节点后，如何将该信息高效及时地报告给自己所在PAN的PNC也是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其引入了边缘节点的概念，并通过相应机制使PNC在时隙分配上采取措施，降低甚至消除边缘节点带来的PAN间干扰。基于上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，应用于具有多个个域网的太赫兹无线网络，所述太赫兹无线网络中的节点分为中心节点、网间节点和常规节点，常规节点又分为普通节点和边缘节点；包括以下步骤：（1）非中心节点在入网前，默认自己是普通节点；当该节点侦听到中心节点所发送的Beacon帧时，准备进行入网操作，若在此过程中侦听到与该网络标识符不同的来自其他网络节点所发的消息，并且未侦听到其他网络的中心所发送的Beacon帧，则该节点将自身类型判定为边缘节点，并将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中发送给本网的中心节点；（2）对于已经入网的常规节点，在网络运行过程中，若节点类型发生变化，则在自己类型变化后，将类型信息报告给本网的中心节点；（3）中心节点接收常规节点报告的类型信息，收到后，对其进行回复，以确认收到该节点报告的类型信息；其中，若中心节点与该节点有消息交互，则进行直接回复，否则，中心节点在与其他节点的消息交互中携带针对该节点的回复信息，对其进行间接回复；（4）步骤（2）中的常规节点发送类型信息后，接收中心节点的回复信息，若该常规节点在信道时间分配时段未收到中心节点的直接回复，则进行泛听，对收到的帧进行处理，从而接收中心节点的间接回复。进一步的，步骤（1）中将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中发送给本网的中心节点的具体方式为，将本节点的类型信息放在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，应用于具有多个个域网的太赫兹无线网络，所述太赫兹无线网络中的节点分为中心节点、网间节点和常规节点，常规节点又分为普通节点和边缘节点；包括以下步骤：/n（1）非中心节点在入网前，默认自己是普通节点；当该节点侦听到中心节点所发送的Beacon帧时，准备进行入网操作，若在此过程中侦听到与该网络标识符不同的来自其他网络节点所发的消息，并且未侦听到其他网络的中心所发送的Beacon帧，则该节点将自身类型判定为边缘节点，并将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中发送给本网的中心节点；/n（2）对于已经入网的常规节点，在网络运行过程中，若节点类型发生变化，则在自己类型变化后，将类型信息报告给本网的中心节点；/n（3）中心节点接收常规节点报告的类型信息，收到后，对其进行回复，以确认收到该节点报告的类型信息；其中，若中心节点与该节点有消息交互，则进行直接回复，否则，中心节点在与其他节点的消息交互中携带针对该节点的回复信息，对其进行间接回复；/n（4）步骤（2）中的常规节点发送类型信息后，接收中心节点的回复信息，若该常规节点在信道时间分配时段未收到中心节点的直接回复，则进行泛听，对收到的帧进行处理，从而接收中心节点的间接回复。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，应用于具有多个个域网的太赫兹无线网络，所述太赫兹无线网络中的节点分为中心节点、网间节点和常规节点，常规节点又分为普通节点和边缘节点；包括以下步骤：
（1）非中心节点在入网前，默认自己是普通节点；当该节点侦听到中心节点所发送的Beacon帧时，准备进行入网操作，若在此过程中侦听到与该网络标识符不同的来自其他网络节点所发的消息，并且未侦听到其他网络的中心所发送的Beacon帧，则该节点将自身类型判定为边缘节点，并将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中发送给本网的中心节点；
（2）对于已经入网的常规节点，在网络运行过程中，若节点类型发生变化，则在自己类型变化后，将类型信息报告给本网的中心节点；
（3）中心节点接收常规节点报告的类型信息，收到后，对其进行回复，以确认收到该节点报告的类型信息；其中，若中心节点与该节点有消息交互，则进行直接回复，否则，中心节点在与其他节点的消息交互中携带针对该节点的回复信息，对其进行间接回复；
（4）步骤（2）中的常规节点发送类型信息后，接收中心节点的回复信息，若该常规节点在信道时间分配时段未收到中心节点的直接回复，则进行泛听，对收到的帧进行处理，从而接收中心节点的间接回复。


2.根据权利要求1所述的一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，步骤（1）中将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中发送给本网的中心节点的具体方式为，将本节点的类型信息放在关联请求命令帧中Commandtype字段的值中，Commandtype字段为b15-b0，其中，0x0000~0x001E用于帧类型的表示，该范围中，0x001D~0x00FF为保留值类型，使用保留值0x001F表示携带自身节点类型信息为边缘节点的关联请求帧；当节点类型为普通节点时，发送的关联请求帧类型为0x0000，当节点类型为边缘节点时，发送的关联请求帧类型为0x001D。


3.根据权利要求2所述的一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，步骤（2）中将类型信息报告给本网的中心节点的具体方式为，在竞争接入时段，将类型信息通过时隙申请帧发送给中心节点，在信道时间分配时段，将类型信息通过数据帧或ACK立即确认帧携带给中心节点。


4.根据权利要求3所述的一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，在竞争接入时段将类型信息通过时隙申请帧发送给中心节点的具体方式为：
如果常规节点的类型由普通节点变为边缘节点，则在发送时隙申请帧时将Commandtype字段值设为0x0020；
如果常规节点的类型由边缘节点变为普通节点，则在发送时隙申请帧时将Commandtype字段值设为0x0021；
常规节点的类型未发生改变，其时隙申请帧中的Commandtype字段值设为0x0012。


5.根据权利要求3所述的一种用于THz-WPAN的自适应边缘节点信息报告方法，其特征在于，在信道时间分配时段将类型信息通过数据帧或ACK立即确认帧携带给中心节点的具体方式为：
若网络中节点数量不大于127，则使用单值组播地址的方式报告自身节点类型信息；具体来说，若节点类型由普通节点变为边缘节点，则该节点将自身的地址值加上127后放置在数据帧或ACK帧的DestID字段中；若节点类型由边缘节点变为普通节点，则该节点将自身的地址值加上127后放置在数据帧或ACK帧的SrcID字段中；节点类型未发生改变时其发出的数据帧或ACK帧中的DestID和SrcID两个字段中的值不变；
若网络中节点数量大于127，则使用数据帧或ACK帧头部的Framecontrol字段中的Frametype字段进行节点类型信息的携带；具体来说，若节点类型从边缘节点变为普通节点，且该节点为数据帧发送方，则该节点将所要发送的数据帧的帧头部Framecontrol字段中的Frametype字段设置为101；若节点类型从边缘节点变为普通节点，且该节点为数据帧接收方，则该节点将所要发送的ACK帧的帧头部Framecontrol字段中的Frametype字段设置为111；若节点类型从普通节点变为边缘节点，且该节点为数据帧发送方，则该节点将所要发送的数据帧的帧头部Framecontrol字段中的Frametype字段设置为101，并将帧头部Fragmentationcontrol字段中的Reserved字段设置为1；若节点类型从普通节点变为边缘节点，且该节点为数据帧接收方，则该节点将所要发送的ACK帧的帧头部Framecontrol字段中的Frametype字段设置为111，并将帧头部Fragmentationcontrol字段中的Reserved设置为1；节点类型未发生改变时，若其为数据帧发送方，则该节点所要发送的数据帧的帧头部Framecontrol字段中的Frametype字段设置为默认帧类型值100，若其为数据帧接收方，则该节点所要发送的ACK帧的帧头部Fra...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，宋瑞良，苏新，郭黎，任智，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13