面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法技术

本发明专利技术公开一种面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，步骤包括：步骤1，节点空闲时进行邻居节点定位；步骤2，在某节点有上层分组到达时，多优先级业务排队服务机制对分组进行排队；步骤3，信道占用统计预测机制对信道忙闲程度进行预测，接入控制机根据预测结果判断队首分组能否立即接入信道，对于不能够接入信道分组执行退避机制，对于能够接入信道的分组经过定向波束控制机制控制信号的发射方向，将一系列短突发发送至信道中；步骤4，接入信道的分组采用多信道分配机制选择信道传输。本发明专利技术解决了现有定向MAC协议存在的难以保证多优先级业务混合并行传输、信息传输时延较大等问题。较大等问题。较大等问题。

【技术实现步骤摘要】
面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法。

技术介绍

[0002]通常情况下，通信网络中移动节点使用全向天线通信。节点在发送信息时，这类天线向周围空间所有方向辐射无线电波。无线电波一方面通过无线信道传播到接收方，完成信息传输，另一方面也会传播到周围的其他节点，这样就会对其他节点的通信造成干扰或影响。因此，在一定的区域中，在一个通信频率上，某一时刻就只能有一对节点收发信息，严重制约了系统容量。为了解决以上问题，智能天线逐步得到了应用。此类天线能够根据通信需要控制天线波束方向，使无线电波仅向特定方向传播。这样，发送方与接收方在传输信息时将天线波束指向对方，从而避免了对周围其他节点的干扰和影响。
[0003]相比全向天线，智能天线应用于移动Ad Hoc网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)通信终端中所具有的优势主要体现在：
[0004](1)系统容量大。在由全向天线终端构成的MANET中，发送方与接收方在通信时，它们的所有邻居节点都必须保持接收状态，待发送方与接收方之间的信息传输完成后才能发送自身的信息，从而影响了通信时效性，并限制了网络吞吐量。而智能天线最显著的优势就是能够通过天线波束控制与调零控制，提高系统容量。智能天线在传输信息时，将天线波束指向接收节点，这样信息在传向接收节点时就不会传向其他方向，从而实现在同一地域中，多对节点可以使用同一频率同时通信，显著提升了信道利用率和网络吞吐量。
[0005]图1所示为基于智能天线的MANET应用场景示意图，当节点n与节点m通过全向天线通信时，由于节点p与节点r都处于节点n的通信覆盖范围之中，这两个节点也必须保持接收状态，不能发送信息；而当节点n使用智能天线给节点m发送信息时，节点p和节点r也能够通过智能天线，分别与节点s和节点q通信，从而显著提升了信道利用率。
[0006](2)通信链路质量好。智能天线的自适应波束控制和调零控制技术能够使信干噪比(SINR)最大化，从而提升了通信链路质量和信息传输速率。
[0007](3)通信距离远。在同样的发射功率条件下，相比全向天线，智能天线辐射出的电磁波能量更聚集，可以有效提升通信距离，从而能够减少路由跳数，降低信息传输的端到端时延。
[0008](4)抗干扰能力强。在军事通信中，安装智能天线的通信终端将天线窄波束对准对方进行通信，可以有效避免被周围敌方节点攻击和干扰，从而保证通信的安全可靠性。
[0009](5)能耗低、系统寿命长。与全向天线相比，智能天线在保证相同的通信距离时所需的发射功率较小，因而所需的能耗较低，从而可以提升系统寿命。
[0010]媒体接入控制(Medium Access Control，MAC)协议是MANET的一项关键技术，主要解决网络中各节点如何高效使用无线信道的问题，是决定网络吞吐量、信息传输时延等性能指标的重要机制。为了充分发挥智能天线的优势，MANET必须采用一种高效的MAC协议。因
此，非常有必要为MANET设计一种适合智能天线应用，支持多优先级业务混合并行传输的MAC协议，同时满足大网络容量、低传输时延、高可靠性等服务质量(Quality of Service，QoS)需求。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，解决了现有定向MAC协议存在的难以保证多优先级业务混合并行传输、信息传输时延较大等问题，能够精确控制天线发射波束指向，对不同优先级业务进行区分服务，并保证最高优先级业务传输的高可靠与低时延。
[0012]本专利技术所采用的技术方案是：
[0013]面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，步骤包括：
[0014]步骤1，节点空闲时，通过邻居节点位置跟踪与定向波束控制机制获取并实时更新其邻居节点的位置信息；
[0015]步骤2，当某节点有上层分组到达时，通过多优先级业务排队服务机制对分组进行排队；
[0016]步骤3，通过信道占用统计预测机制对信道忙闲程度进行预测，接入控制机制对最高优先级的分组执行到达即发送，对其他优先级的分组根据预测结果判断队首分组能否立即接入信道，对于不能够立即接入信道的分组执行退避机制，对于能够立即接入信道的分组经过纠错编码和突发生成模块后，生成等长的多个短突发数据，之后通过邻居节点位置跟踪与定向波束控制机制控制信号的发射方向，将一系列短突发发送至信道中；
[0017]步骤4，接入信道的分组采用多信道分配机制选择信道传输。
[0018]本专利技术的特点还在于：
[0019]步骤1具体的为：各空闲节点的天线处于全向工作模式，全向感知各信道占用状况，并接收周围各邻居节点发来的Hello消息；同时，根据节点Hello消息计时器的设置，周期性地全向发送Hello消息，告知各邻居节点其自身所处位置；节点在收到邻居节点的Hello消息后，存储该邻居节点所处的位置，从而建立起邻居节点表，并在后续根据收到的Hello消息，实时更新邻居节点表。
[0020]步骤2具体的包括：若某节点有上层分组到达，该节点由空闲状态进入工作状态：首先将到达分组根据其信息类型，按照优先等级排队，一种优先级建立一个分组队列；该排队系统采用强插继续(preemptive
‑
resume)策略优先服务新到达的较高优先级的分组。
[0021]步骤3中涉及的信道占用统计预测机制，用于实时统计过去固定时段内各信道中传输的突发数量，并依此预测下一时刻信道忙闲程度；接入控制机制通过比较下一时刻信道忙闲程度与预先设置的该优先级信道接入阈值，决定该分组能否立即接入信道，若信道忙闲程度高于阈值，待发送分组不能立即接入信道传输，此时分组进入退避阶段，节点应根据二进制指数退避机制选择竞争窗口大小，退避等待一段时间后，根据当前时刻信道忙闲程度值再次进行判断，若满足接入条件，立即发送该分组，否则再次进入退避阶段，直到该分组能够发送。
[0022]步骤3中定向波束控制的具体方式为：分组发送节点根据邻居节点表中的信息，将天线波束指向接收节点，然后给接收节点发送一个短前置信号。接收节点收到后，立即将其
天线波束指向来波方向，发送节点就将生成的一系列突发发送至信道中传输；接收节点处于空闲状态时，若感知到的信号强度超过了门限值，且该信号为前置信号，就立即将智能天线的工作模式由全向模式切换为定向模式，并将天线波束指向前置信号来波方向，用于定向接收发来的突发。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1)针对智能天线的应用，提出了一种邻居节点位置跟踪与定向波束控制机制。该机制基于一种周期性Hello策略，各邻居节点收到Hello消息后建立并更新维护邻居节点表，存储各邻居节点的实时位置信息，在有信息传输需求时能够准确控制智能天线波束指向。
[0025]2)针对网络中多种业务类型混合并行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，其特征在于，步骤包括：步骤1，节点空闲时，通过邻居节点位置跟踪与定向波束控制机制获取并实时更新其邻居节点的位置信息。步骤2，当某节点有上层分组到达时，通过多优先级业务排队服务机制对到达的分组进行排队。步骤3，节点利用信道占用统计预测机制对信道忙闲程度进行预测，供接入控制机制判断待发送分组能否立即接入信道传输。接入控制机制对最高优先级的分组执行到达即发送，对其他优先级的分组根据预测结果判断队首分组能否立即接入信道，对不能够接入信道分组执行退避机制，对能够接入信道的分组经过纠错编码和突发生成模块后，生成等长的多个短突发数据，之后通过邻居节点位置跟踪与定向波束控制机制控制信号的发射方向，将一系列短突发发送至信道中。步骤4，接入信道的分组采用多信道分配机制选择信道传输。2.如权利要求1所述的面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，其特征在于，所述步骤1具体的为：各空闲节点的天线处于全向工作模式，全向感知各信道占用状况，并接收周围各邻居节点发来的Hello消息；同时，根据节点Hello消息计时器的设置，周期性地全向发送Hello消息，告知各邻居节点其自身所处位置；节点在收到邻居节点的Hello消息后，存储该邻居节点所处的位置，从而建立起邻居节点表，并在后续根据收到的Hello消息，实时更新邻居节点表。3.如权利要求1所述的面向智能天线的随机竞争型定向媒体接入控制方法，其特征在于，步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑博，朱蒙，卓琨，张衡阳，贾琪，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：