一种避免冲突的Ａｄ　Ｈｏｃ网络介质访问方法技术

本发明专利技术公开了一种避免冲突的Ａｄ　Ｈｏｃ网络介质访问方法。本发明专利技术为每个节点配备两个收／发送机接口，将整个信道划分为两个互不干扰的信道，分别用于传输控制信号和数据信号。通过调整控制信号的发射功率，使控制信号的传输半径等于数据信道的感知半径。采用物理载波侦听结合虚拟载波侦听的方法侦听信道的空闲与否。利用控制信道数据信道互不干扰的特性，充分挖掘虚拟载波侦听的机制，采用每个节点维护三个ＮＡＶ向量的方法及控制信道ＲＴＳ／ＤＴＳ／ＣＴＳ的握手机制，彻底解决了ＩＥＥＥ　８０２．１１协议存在的隐藏终端，暴露终端，隐藏接收端，暴露接收端问题，提高网络的空间利用率，减少了网络中的冲突，提高了吞吐量和有效数据传输率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线移动自组织网络(AdHoc网络)，特别涉及一种避免冲 突提高空间利用率的Ad Hoc网络介质访问方法。
技术介绍
隐藏终端问题是指在接收节点的通信范围内而在发送节点的通信范围内 的节点。隐藏终端会导致节点发送的数据发生冲突而丢弃，进而导致网络吞 吐量的下降。IEEE 802.11协议试图使用接收节点发送控制帧CTS的方法解 决隐藏终端问题。然而由于无线节点发射的信号其感知半径大于传输半径， 所以采用接收节点发送控制帧CTS的方法仅能在传输半径内缓解隐藏终端 的危害，而不能彻底解决隐藏终端问题。暴露终端问题是指在发送节点的通信范围之内而在接收节点的通信范围 外的节点。暴露终端问题使本来可以发送信号的节点处于等待状态，降低了 网络的空间利用率。IEEE802.il协议没能解决暴露终端问题。隐藏接收端问题是指在IEEE 802.11协议机制下，接收到控制帧CTS处 于等待状态的节点无法回复其邻居节点发送的控制帧RTS，导致邻居节点退 避和控制帧RTS重传的问题。隐藏接收端问题导致控制帧RTS的无效重传， 进而造成隐藏接收端邻居节点的冲突，最终导致网络的吞吐量下降。暴露接收端问题是指在IEEE 802.11协议机制下，信道处于繁忙状态的 节点无法回复发给自己的控制帧RTS。暴露接收端同样导致其邻居节点的退避和控制帧RTS的重传，最终导致网络吞吐量的下降。目前能够在感知半径下同时彻底的解决上述四个问题的方法只有一种， 其硬件代价较高。其核心思想是每个节点配置三对收发送机，将整个无线信 道化分成三个信道，分别用于发送控制信号，数据信号和忙音信号。节点通 过控制信道控制帧的交互和侦听忙音信道的状态控制数据信道数据帧的发送。该方法使用忙音信号解决隐藏终端，使用控制帧N-CTS解决暴露接收端 问题，节点通过侦听忙音信道解决暴露终端和隐藏接收端问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种避免冲突提高空间 利用率的Ad Hoc网络介质访问方法，解决IEEE 802.11协议存在的隐藏终端 问题、暴露终端问题、隐藏接收端问题、暴露接收端问题。有效的减少了 MAC层的冲突，提高了网络空间利用率，从而提高网络的吞吐量和有效数 据传输率。本专利技术的技术方案是这样实现的避免冲突提高空间利用率的AdHoc网络介质访问方法，包括以下步骤 &印/每个节点配置了两个网络接口，把整个无线带宽划分成两个互不干扰的信道， 一个用于传输控制信号，称之为控制信道， 一个节点用于传输数据信号，称之为数据信道；控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制信号的传输半径等于数据信号的干扰半径；^印3数据信道和控制信道采用相同的接收功率门限；Ste/^数据信道发生冲突时按照二进制指数退避算法进行退避；Ste/;5源节点发送数据前首先侦听控制信道和数据信道，在控制信道空 闲且NAVs小于零的条件下使用控制信道向目的节点发送控制帧RTS。控制 帧RTS的发送一方面用于预约控制信道，保证目的节点返回控制帧CTS的 这段时间内数据信道感知半径内没有节点发送控制信号，另一方面用于预约 数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其NAVR，使其在这段时间不能 接收数据；S哗6接收到RTS的目的节点，如果数据信道物理空闲且NAVR小于零， 等待SIFS的时间后向源节点回复控制帧CTS，否则向源节点返回控制帧 DTS。控制帧CTS的发送一方面用于通知源节点向自己发送数据，另一方面 预约其数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其NAVs，使其在这段时 间内不能发送数据；控制帧DTS的发送用于告诉源节点延迟其数据的发送；&印7接收到控制帧RTS的非目的节点，如果正在使用数据信道接收数 据，贝U向控制帧RTS的源节点返回控制帧DTS，延迟其数据的发送；S哗S源节点发出控制帧RTS后，在SIFS+Tc的时间内受到目的节点返 回的控制帧CTS，则通过数据信道向目的节点发送数据；如果在SIFS + Tc 的时间收到控制帧DTS，则根据控制帧DTS中NAVDTs字段记录的时间进行 退避；Ste/;9如果目的节点的数据信道发生冲突，则通过控制信道向源节点发 送N-ACK，目的是要求源节点重传已经发送的数据；^印W源节点数据发出后一段时间内没有接收到N-ACK，则认为数据已 被目的节点正确接收。本专利技术将整个信道划分为数据信道和控制信道，分别用于发送/接收数据信号和控制信号。控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制 信道传输半径等于数据信道感知半径。采用物理载波侦听结合虚拟载波侦听 的技术侦听信道的空闲与否，从而控制节点发送数据。虚拟载波侦听技术通过维护三个NAV向量实现。NAVc用于描述控制信道空闲还需要等待的时间； NAVs用于描述要使用数据信道发送信号需要等待的时间；NAVr用于描述使 用数据信号接收数据需要等待的时间。在此基础上，控制信道采用 RTS/DTS/CTS(RDC)的握手机制，彻底解决IEEE 802.11协议存在的隐藏终 端、暴露终端、隐藏接收端、暴露接收端问题。从而减少了MAC层的冲突， 提高了空间利用率，进而提高了网络的吞吐量和有效数据传输率。 附图说明图1为存在隐藏终端问题的拓扑图； 图2为存在暴露终端和暴露接收端问题的拓扑图； 图3为存在隐藏接收端问题的拓扑图； 下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。 具体实施例方式这里详细说明本专利技术的工作流程。步骤1到步骤5是假设及其的准备工 作；步骤6到步骤11参照表1，表2介绍MAC层的握手机制。表l为信道 使用及信道状态的关系；表2为NAV的更新机制。表l<table>table see original document page 7</column></row><table>表2<table>table see original document page 8</column></row><table>首先对下文应用的符号进行定义。Tc， Td表示CTS， DTS的发送时间； NAVRTS， NAVcts， NAVdts分別表示RTS， CTS， DTS中的NAV大小；SIFS 为短时隙大小为20E-6(s); L为数据帧的大小；R为发送数据的数度；He为 MAC层的额外控制负载。Ste/^节点的感知半径是传输半径的0.7~0.8倍。^te;^每个节点配置了两个网络接口 ，把整个无线带宽划分成两个互不干 扰的信道， 一个用于传输控制信号称之为控制信道， 一个节点用于传输数据 信号称之为数据信道。控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制信号的传 输半径等于数据信号的干扰半径。Ste/^数据信道和控制信道采用相同的接收功率门限。 ,^印5数据信道发生冲突时按照二进制指数退避算法进行退避。Ste/;6源节点发送数据前首先侦听控制信道和数据信道，在控制信道空闲 且NAVs小于零的条件下使用控制信道向目的节点发送控制帧RTS。控制帧 RTS发送的条件如表1所示。控制帧RTS的发送一方面用于预约控制信道， 保证目的节点返回控制帧CTS的这段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种避免冲突的Ａｄ　Ｈｏｃ网络介质访问方法，其特征在于，包括以下步骤：　Ｓｔｅｐ１每个节点配置了两个网络接口，把整个无线带宽划分成两个互不干扰的信道，一个用于传输控制信号，称之为控制信道，一个节点用于传输数据信号，称之为数据信道；Ｓｔｅｐ２控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制信号的传输半径等于数据信号的干扰半径；　Ｓｔｅｐ３数据信道和控制信道采用相同的接收功率门限；　Ｓｔｅｐ４数据信道发生冲突时按照二进制指数退避算法进行退避；　Ｓｔｅｐ５源节点发送数据前首先侦听控制信道和数据信道，在控制信道空闲且ＮＡＶ↓［Ｓ］小于零的条件下使用控制信道向目的节点发送控制帧ＲＴＳ，控制帧ＲＴＳ的发送一方面用于预约控制信道，保证目的节点返回控制帧ＣＴＳ的这段时间内数据信道感知半径内没有节点使用控制信道发送控制信号，另一方面用于预约数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其ＮＡＶ↓［Ｒ］，使其在这段时间不能接收数据；　Ｓｔｅｐ６接收到ＲＴＳ的目的节点，如果数据信道物理空闲且ＮＡＶ↓［Ｒ］小于零，等待ＳＩＦＳ的时间后向源节点回复ＣＴＳ，否则向源节点返回控制帧ＤＴＳ，控制帧ＣＴＳ的发送一方面用于通知源节点向自己发送数据，另一方面预约其数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其ＮＡＶ↓［Ｓ］，使其在这段时间内不能发送数据；ＤＴＳ的发送用于告诉源节点延迟其数据的发送；　Ｓｔｅｐ７接收到ＲＴＳ的非目的节点，如果正在使用数据信道接收数据，则向ＲＴＳ的源节点返回ＤＴＳ，延迟其数据的发送；　Ｓｔｅｐ８源节点发出ＲＴＳ后，在ＳＩＦＳ＋Ｔ↓［Ｃ］的时间内受到目的节点返回的ＣＴＳ，则通过数据信道向目的节点发送数据；如果在ＳＩＦＳ＋Ｔ↓［Ｃ］的时间收到ＤＴＳ，则根据ＤＴＳ中的ＮＡＶ↓［ＤＴＳ］字段中记录的时间进行退避；　Ｓｔｅｐ９如果目的节点的数据信道发生冲突，则通过控制信道向源节点发送Ｎ－ＡＣＫ，目的是要求源节点重传已经发送的数据；　Ｓｔｅｐ１０源节点数据发出后一段时间内没有接收到Ｎ－ＡＣＫ，则认为数据已经被目的节点正确接收。...

【技术特征摘要】
1、一种避免冲突的Ad Hoc网络介质访问方法，其特征在于，包括以下步骤Step1每个节点配置了两个网络接口，把整个无线带宽划分成两个互不干扰的信道，一个用于传输控制信号，称之为控制信道，一个节点用于传输数据信号，称之为数据信道；Step2控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制信号的传输半径等于数据信号的干扰半径；Step3数据信道和控制信道采用相同的接收功率门限；Step4数据信道发生冲突时按照二进制指数退避算法进行退避；Step5源节点发送数据前首先侦听控制信道和数据信道，在控制信道空闲且NAVS小于零的条件下使用控制信道向目的节点发送控制帧RTS，控制帧RTS的发送一方面用于预约控制信道，保证目的节点返回控制帧CTS的这段时间内数据信道感知半径内没有节点使用控制信道发送控制信号，另一方面用于预约数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其NAVR，使其在这段时间不能接收数据；Step6接收到RTS的目的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新宇，黄钺峰，赵鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]