一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。本发明专利技术通过构建太赫兹网络模型和帧结构模型，建立太赫兹网络的实现流程。该流程为首先采用Beacon广播进行节点入网，采用CAP时隙构建资源申请机制。资源申请成功后，采用太赫兹频段进行业务数据的交互。最后，进行资源释放机制与节点退网。本发明专利技术优点在于，从时间、空间和频率多维度的自适应分配资源。时间维度采用时隙划分结构，空间维度采用极窄多波束对目标节点位置定向对准，频率维度采用多频段多信道多接口，将控制消息与数据消息分离，提高资源的利用率。提高资源的利用率。提高资源的利用率。

A space-time and frequency multi-dimensional resource adaptive allocation method for terahertz networks

【技术实现步骤摘要】
一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。

技术介绍

[0002]随着智能手机与设备的不断普及，无线通信的用户数量呈现爆炸式增长。复杂环境下的高速访问是现阶段无线通信
面临的问题。然而，由于当前工作频段的限制，太赫兹频段作为高频段成为未来发展的方向。
[0003]太赫兹(THz)是指频率在100GHz
‑
10THz，波长介于30μm
‑
3mm之间的电磁波。太赫兹波段介于微波与光波之间，集微波通信和光通信的优点于一身，具有高抗噪性、高传输稳定性、瞬态性等优势。
[0004]太赫兹无线通信的应用场景包括：地面超高速太赫兹无线局域网、基于太赫兹星间链路的低轨卫星组网等。地面太赫兹无线局域网络具有较充裕的频带资源，其传输速率极高，相应也存在一些问题，极窄波束所需的波束跟踪对准问题，超高传输速率带来的协议栈不匹配问题，低效的端到端控制所导致的重传和拥塞。在低轨卫星星座使用太赫兹星间链路，可支持波束赋型，其波束可调整范围远大于激光链路，不需要精跟踪系统，且可以连续调整波束跟踪移动的通信节点，同时非常便捷的在高速运动条件下实现多址接入；太赫兹50Gbps的速率足够满足低轨卫星组网传输遥感卫星传输过来信息，带宽利用率高。针对地面站需要在低轨卫星通过星间链路转发的时候，太赫兹链路所具备的带宽比传统Ka和Ku波段波束更大，可更好的满足星地一体化网络中急剧增长的业务带宽需求。
[0005]太赫兹通信有极高的传输速率，但在太赫兹架构下使用传统的TCP/IP协议栈会出现一系列不适配问题。例如报文头部造成的额外开销，帧结构的不合理设计导致时隙的浪费和控制消息冲突，传统的多址接入方式导致的资源浪费，这些问题会导致太赫兹链路无法发挥出高速率的优势。本专利技术采用的方式可以将控制消息与数据消息分离，避免了控制和数据之间对于信道的抢占。
[0006]在太赫兹无线通信网络中，要实现波束的快速对准，传统的无线局域网全向穷举的扫描模式必然不满足太赫兹通信中的快速要求，并且在高速移动的情况下，精度也很难达到要求。现有较为合理的有IEEE 802.15.3c中的三阶段波束赋型方式，即使用准全向阶段、扇区阶段和波束阶段可以较快的实现波束赋型，但是最终的波束宽度还是比太赫兹的波束要宽，不适用此分层波束赋型的方法。本专利技术提出的极窄波束自适应对准方案能有效的满足太赫兹通信对高速传输的业务需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了更好的满足无线通信网络对实时流量的需求，提出了一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。该策略采用时空频多维度资源分配方式，提高了资源的利用率。
[0008]目前通信系统支持的多址方式主要有时分多址、空分多址和频分多址等。单独的频分、空分和时分方案都有自己的局限性，将空域、频域、时域综合利用，构建三维的资源自适应分配方法将会有效的提高信道资源的利用率和网络的灵活性，缩短太赫兹通信系统资源申请和调度周期、提高资源利用率，同时满足终端节点的业务需求，实现最佳的系统性能。
[0009]空间维度上，采用空间多波束方案，利用极窄波束在空间指向的差异来区分不同的终端节点，减少了终端节点在同频段竞争冲突的概率。当终端节点数量少，每个波束分别只接入一个终端节点时，不同覆盖区域内的不同终端节点相互之间不会造成干扰。频域维度上，采用不同频率的多信道多接口技术，将控制数据和业务数据分信道分接口传输，保证控制数据的无干扰，业务数据的高吞吐量。时域维度上，构建太赫兹网络的时隙划分结构，为保证时隙的高利用率，本专利技术将太赫兹信道的时隙划分为发送时隙和接收时隙。资源申请和按需分配时，节点在发送时隙需要进行时隙的抢占申请。
[0010]一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法，具体步骤如下：
[0011]步骤1，构建太赫兹网络模型和太赫兹网络帧结构；
[0012]步骤1所述太赫兹网络模型通过中心节点与多个常规节点依次连接构建；
[0013]所述的中心节点、多个常规节点均采用TCP/IP五层协议模型，包括应用层、传输层、网络层、MAC层、物理层；
[0014]源节点为太赫兹网络模型中作为业务流数据包发送方的常规节点；
[0015]目的节点为太赫兹网络中作为业务流数据包接收方的常规节点；
[0016]所述中心节点包括：中心节点发射全向天线、中心节点接收全向天线、中心节点控制模块；
[0017]所述中心节点控制模块分别与所述的中心节点发射全向天线、中心节点接收全向天线连接；
[0018]所述常规节点包括：常规节点发射定向天线、常规节点接收定向天线、常规节点控制模块；
[0019]所述常规节点控制模块分别与所述的常规节点发射定向天线、常规节点接收全向天线连接；
[0020]步骤1所述太赫兹网络帧结构是在MAC层采用时隙划分的方式提高资源的高利用率，包括低频段帧结构以及太赫兹频段帧结构；
[0021]所述低频段帧结构为包括Beacon时间段与CAP时间段。该低频段帧结构在中心节点和常规节点的MAC层使用，在低频段进行传输。
[0022]所述太赫兹频段帧结构为n个时隙，n代表太赫兹网络中常规节点的个数。该太赫兹频段帧结构在中心节点和常规节点的MAC层使用，在太赫兹频段进行传输。
[0023]步骤2，在太赫兹网络模型中根据低频段帧结构采用Beacon时间段广播，将多个常规节点入网建立无线连接并进行通信；
[0024]步骤3，常规节点采用低频段帧结构的CAP时间段，在太赫兹网络的低频段信道中向中心节点发送资源请求数据实现资源申请；
[0025]将太赫兹频段帧结构中的时隙根据节点的使用需求划分为发送时隙和接收时隙；
[0026]所述发送时隙为常规节点用于占用当前时隙并根据分配的资源进行数据发送；
[0027]所述接收时隙则用于接收其他常规节点发送的数据；
[0028]每个常规节点会默认分配接收时隙，发送时隙需要在低频段帧结构的CAP时间段向中心节点抢占申请，CAP时间段采用的退避等待的方式接入，如果抢占成功则中心节点会立即向常规节点广播时隙分配信息，该信息为时隙对应的节点序号。如抢占失败则会在一定退避等待时间后再次发起抢占，时隙资源分配分为请求和释放两个阶段。
[0029]步骤4，中心节点会根据各常规节点的申请重新分配太赫兹频段帧结构中的时隙并向常规节点进行广播，资源申请成功后常规节点间根据分配到的时隙采用太赫兹频段进行业务数据的交互；
[0030]所述业务数据的交互采用高功率的极窄波束在太赫兹频段发送数据包，以完成高速业务传输；
[0031]所述业务数据交互传输的数据包中传输的信息包括：业务流数据、业务流的源节点的位置信息、业务流的目的节点的位置信息；
[0032]所述业务数据交互过程中，所述源节点在发送时隙使用极窄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建太赫兹网络模型和太赫兹网络帧结构；步骤1所述太赫兹网络模型通过中心节点与多个常规节点依次连接构建；所述的中心节点、多个常规节点均采用TCP/IP五层协议模型，包括应用层、传输层、网络层、MAC层、物理层；源节点为太赫兹网络模型中作为业务流数据包发送方的常规节点；目的节点为太赫兹网络中作为业务流数据包接收方的常规节点；所述中心节点包括：中心节点发射全向天线、中心节点接收全向天线、中心节点控制模块；所述中心节点控制模块分别与所述的中心节点发射全向天线、中心节点接收全向天线连接；所述常规节点包括：常规节点发射定向天线、常规节点接收定向天线、常规节点控制模块；所述常规节点控制模块分别与所述的常规节点发射定向天线、常规节点接收全向天线连接；步骤1所述太赫兹网络帧结构是在MAC层采用时隙划分的方式提高资源的高利用率，包括低频段帧结构以及太赫兹频段帧结构；所述低频段帧结构为包括Beacon时间段与CAP时间段；该低频段帧结构在中心节点和常规节点的MAC层使用，在低频段进行传输；所述太赫兹频段帧结构为n个时隙，n代表太赫兹网络中常规节点的个数；该太赫兹频段帧结构在中心节点和常规节点的MAC层使用，在太赫兹频段进行传输；步骤2，在太赫兹网络模型中根据低频段帧结构采用Beacon时间段广播，将多个常规节点入网建立无线连接并进行通信；步骤3，常规节点采用低频段帧结构的CAP时间段，在太赫兹网络的低频段信道中向中心节点发送资源请求数据实现资源申请；将太赫兹频段帧结构中的时隙根据节点的使用需求划分为发送时隙和接收时隙；所述发送时隙为常规节点用于占用当前时隙并根据分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，程祺媛，宋瑞良，周鹏程，吴静，陈琪美，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：