[發(fā)明專利]自組織網(wǎng)絡(luò)中基于多信道媒體訪問控制協(xié)議的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110054682.0
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102137452A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐平平;鄭傳奇;徐祎志
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04W28/18
• 分類號: H04W28/18;H04W56/00;H04W72/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是一種用于單跳自組織(Ad?hoc)網(wǎng)絡(luò)的多信道媒體訪問控制(MAC)協(xié)議，具體是在一個由Wi-Fi設(shè)備組成的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)可以利用多個物理信道同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ鉀Q的是提高Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)吞吐率問題的方法。

背景技術(shù)

目前的無線通信網(wǎng)絡(luò)通常是以蜂窩網(wǎng)絡(luò)或無線局域網(wǎng)等形式出現(xiàn)的。這些無線通信網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)是對固定有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和發(fā)展，它們需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，并且一般采用集中式控制的方式。但在某些特殊環(huán)境或緊急情況，例如，戰(zhàn)場上部隊(duì)快速展開和推進(jìn)、發(fā)生地震等自然災(zāi)害后的搜索和營救、野外科學(xué)考察、偏遠(yuǎn)山區(qū)、臨時會議等場合迫切需要一種不依賴于固定基礎(chǔ)設(shè)施，并且能夠快速和靈活配置的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)就是為滿足這種特殊應(yīng)用需求而產(chǎn)生的。

Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)也稱為自組織網(wǎng)絡(luò)，由若干無線移動節(jié)點(diǎn)組成，不依賴于任何固定基礎(chǔ)設(shè)施，是通過節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)作進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的一種自組織臨時性自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以在沒有或不便于利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信網(wǎng)絡(luò)的支撐環(huán)境。與普通移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)相比，無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有以下特征：無中心控制節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的對等性，自發(fā)現(xiàn)、自動配置、自組織、自愈，動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無線傳輸帶寬有限，移動終端有節(jié)能要求，安全性較差和存在單向的無線信道等。

IEEE?802.11協(xié)議工作組設(shè)計(jì)了一系列應(yīng)用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的標(biāo)準(zhǔn)，致力于推廣IEEE?802.11技術(shù)的Wi-Fi聯(lián)盟不斷的將這一技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)盟認(rèn)證的Wi-Fi產(chǎn)品中。作為一種無線局域網(wǎng)協(xié)議，IEEE802.11不但使得設(shè)備有高速接入Internet的能力，另外，IEEE802.11協(xié)議同時定義了一種更為簡化的、適用于移動終端和設(shè)備的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)。基于IEEE?802.11協(xié)議的Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：單跳、點(diǎn)對點(diǎn)的連接，不需要基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)或者中心協(xié)調(diào)器，并保持了Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)臨時、隨時隨地組網(wǎng)的特點(diǎn)。但是目前的IEEE?802.11協(xié)議是面向單信道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，那么即使在2.4GHz頻段上有11個以上的正交信道，包含3個間隔30MHz完全不存在互相干擾的信道，一個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只能在22MHz的帶寬中共享無線媒介。隨著網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增加，勢必造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，從而降低各個節(jié)點(diǎn)的吞吐率。采用多信道傳輸技術(shù)可以有效的利用所有不重疊的、不互相干擾的物理信道，提高頻段的使用效率。通過使用多信道傳輸技術(shù)，一個網(wǎng)絡(luò)可以同時在多個信道中傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提高了系統(tǒng)的容量和網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，特別是在小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，相比較于單信道網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也可以獲得吞吐率的增加。

多信道MAC技術(shù)近年來受到了越來越多的關(guān)注，從使用無線網(wǎng)卡多寡的角度分類，主要分為單無線網(wǎng)卡和多無線網(wǎng)卡的多信道MAC協(xié)議。文獻(xiàn)[2-3]都是基于多網(wǎng)卡的多信道MAC協(xié)議，這類協(xié)議一般要求選定一個無線收發(fā)器停留在一個共同信道中與其它收發(fā)器保持聯(lián)系，交換信道分配信息，而其他無線收發(fā)器動態(tài)的在不同物理信道間切換；而與本專利相關(guān)的文獻(xiàn)MMAC協(xié)議[2]，只需要一個無線收發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)利用多信道MAC來同時在多個信道傳輸，無線收發(fā)器一般被要求周期性的回到共同信道交換控制信息和信道分配信息，在得到數(shù)據(jù)傳輸信道后，節(jié)點(diǎn)將在適當(dāng)?shù)臅r候切換到該信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

與本發(fā)明相關(guān)的文獻(xiàn)提出的MMAC協(xié)議將時間劃分為周期性的信標(biāo)幀間隔，每個信標(biāo)幀間隔又劃分為同步控制間隔和多信道數(shù)據(jù)傳輸間隔。但是MMAC協(xié)議的設(shè)計(jì)存在三個錯誤性的假定和前提：(1)認(rèn)為信道切換延時可以忽略不計(jì)；(2)在控制間隔內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間使用單播幀的RTS/CTS傳輸控制信息；(3)直接使用IEEE?802.11協(xié)議的TSF功能同步網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際的無線網(wǎng)卡信道切換測量試驗(yàn)中和相關(guān)的文獻(xiàn)[2-3]表明信道切換延時在ms級以上，這對于無線傳輸來說是不可忽略的。另外，使用單播幀在源節(jié)點(diǎn)和目的間交換信道分配信息，其它節(jié)點(diǎn)即使收到單播幀也不會將其上傳至上層，造成網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)無法更新信道的使用情況。最后，由于存在信道切換的延時，而TSF功能是在信標(biāo)幀周期的開始階段廣播信標(biāo)幀，所以按照MMAC的同步算法，節(jié)點(diǎn)會因?yàn)樾诺狼袚Q延時而無法接收到信標(biāo)幀，從而造成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的失同步。綜上所述，迫切需要一種有效的解決多信道MAC傳輸?shù)膮f(xié)議和方案，能夠有效的利用多信道傳輸帶來的吞吐率增加的有益效果。

參考文獻(xiàn)