[發明專利]一種多信道同步媒質接入方法及節點

有效

• 申請號: 201410040022.0
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103747518B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 慕福奇
• 申請（專利權）人: 江蘇中科羿鏈通信技術有限公司
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W74/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及Ad Hoc網絡技術，尤指一種多信道同步媒質接入方法及節點。

背景技術

從1968年的Aloha網絡（世界上最早的無線電計算機通信網）開始，采用分布式信道接入技術的自組織網絡就成為了通信領域的研究熱點之一。隨著網絡架構和媒質接入協議的演進，移動自組織網絡日趨復雜，功能也越來越多樣化。IEEE802.11標準委員會采用了Ad hoc網絡（是一種多跳的、無中心的、自組織無線網絡）一詞來描述這種特殊的、自組織、對等式多跳移動通信網絡，移動自組織網絡也就此誕生。

到20世紀90年代，隨著移動電話、PDA、筆記本電腦和基于射頻和紅外的各種無線通信設備的流行，使得基于無中心的移動通信網絡在軍用和民用通信領域產生了巨大的應用空間和商業潛力，國內外眾多高校與研究機構也紛紛展開了對Ad hoc網絡的廣泛研究，短短幾年間，移動自組織網絡已經成為學術界的熱點。

由于Ad Hoc網絡為多跳共享網絡，在公用的廣播信道上實現所有用戶的互聯和通信，因此，如何控制對共享信道的接入就成為了Ad Hoc網絡的研究課題之一。目前，適用于Ad Hoc網絡的媒質接入協議可分為兩類，即基于競爭機制的媒質接入協議和基于調度機制的媒質接入協議。其中，基于調度機制的媒質接入協議沒有基于競爭機制的媒質接入協議靈活，在低網絡負載條件下信道利用率較低，不適于突發性較強的業務，在中等網絡負載和重網絡負載條件下雖然運行良好，可以充分的利用信道資源，但是基于調度的媒質接入協議的信令開銷較大，協議實現復雜；而基于競爭機制的媒質接入協議大多基于IEEE802.11標準協議，其中單信道的競爭機制的媒質接入協議的隱藏終端和暴露終端的問題較為突出，嚴重影響了網絡性能，且隨著網絡規模的擴大，網絡的吞吐量和性能會急劇下降。因此，現在的媒質接入協議多采用多信道的競爭接入機制。

IEEE802.11標準協議在物理層上支持多信道，IEEE802.11b的物理層有14個信道，每信道相隔5MHz，為了保證信道的非覆蓋性（non-overlapping），信道的頻率間隔最少需要30MHz，所以，目前的實施方案中一般使用1、6和11號信道，即實際上物理層可用的信道有3個；IEEE802.11a有12個信道，其中8個低頻段的信道用于室內，4個高頻段信道用于室外。

相比于單一信道，由于多信道傳輸可以減少沖突，因此多信道接入可以提高網絡吞吐量，但是，IEEE802.11分布式協調方式（DCF，Distributed Coordination Function）的介質訪問控制（MAC）協議被設計為所有用戶共享單一信道，這在根本上限制了IEEE802.11標準協議在Ad Hoc網絡中的適用性。目前，有很多基于IEEE802.11標準協議的改進媒質接入協議，如新興的能支持高吞吐量服務的多信道多接口媒質接入控制技術（MCMI-MAC，Multi-channel Multi-interface Medium Access Control），其利用IEEE802.11提供的多個頻率非覆蓋性（non-overlapping）信道并發地進行無干擾數據分組交換，具備良好的并發特性和低干擾特性，然而，相關研究表明MCMI-MAC存在多信道隱藏終端問題。

現有技術中，提出了一種解決多信道隱藏終端問題的設計方案即多信道MAC（MMAC，Multi-channel MAC），MMAC采用了臨時的同步機制，其將時間軸分為若干連續的信標（beacon）周期，在每一個beacon周期開始時的Ad Hoc業務指示消息（ATIM，Ad Hoc traffic indication message）窗口內進行節點間的時鐘同步及信道選擇協商，在同一beacon周期ATIM窗口后的時間內進行分組數據的發送。MMAC可以解決多信道隱藏終端問題，但其性能受ATIM窗口大小的影響，需要動態改變ATIM窗口的大小才能獲得最大的吞吐量，其應用有一定的局限性；另外，MMAC協議需要專門劃分出ATIM窗口來供節點間進行同步和信道選擇，在時間上有一定的資源浪費。

其他的異步多信道媒質接入協議，對硬件設備要求較高，且都有各自應用的局限性。而且，部分多信道媒質接入協議還存在通信會晤問題，即若處于不同信道的主機欲建立通信，彼此間又難以發現對方，則無法建立通信鏈路。