[發明專利]一種無線Mesh網絡中基于智能天線的QoS MAC協議的配置方法

有效

• 申請號: 201510541618.3
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105227486B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 王霄峻;陳雨萌;陳曉曙;徐燕君
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L12/863
• 分類號: H04L12/863;H04L12/861;H04W84/18;H04W80/02;H04B7/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種無線Mesh網絡中基于智能天線的QoSMAC協議，是基于智能天線的無線Mesh網絡的媒介網絡控制技術，屬于通信網絡技術。

背景技術

目前，無線Mesh網絡作為一種能組建靈活的廣域無線局域網(WLAN)的技術被大量研究，它的應用前景廣泛，如智能交通、多媒體接入、環境監測等。這些應用往往在保證吞吐量的同時，具有很高的QoS要求，因此需要網絡具備相應的能力保證其QoS要求。

IEEE802.11e中采用的增強型分布式協調接入機制(EDCA)機制，結合了幀間間隔和退避算法，提供了區分業務的傳輸服務，通過給業務分類，改變各個業務競爭接入的成功幾率，使得高優先級的業務能獲得優先服務權，獲得較高的吞吐量和較低的接入時延。EDCA能夠保障QoS要求，但不含有應用智能天線的針對性設計。

D-MAC協議是研究者提出的一種支持智能天線的MAC協議。參考模型為波束切換天線，基本設計思想為：如果某個節點收到來自某個方向的表示其他節點要通信的RTS或者CTS，則該節點在其他節點完成通信之前不會在該方向上發送任何數據報文，即節點在該方向上的發送過程被堵塞，其他方向不受影響，節點本身要進行通信時，按照本身的發送方向被堵塞情況，選擇全向或者定向的方式發送RTS，而目的節點則采用全向的方式回復CTS。該協議通過一個鄰節點信息表記錄周圍節點的信息以備查用，通過定向網絡分配向量表(DNAV表)來記錄天線被堵塞的方向。它可以有兩種工作方式：一種是定向RTS(DRTS)反饋全向CTS(OCTS)，一種是定向RTS與全向RTS(ORTS)同時使用，反饋全向CTS。D-MAC協議能夠有效改善空間復用度，但業務無數據分類，并且存在嚴重的聾節點問題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于隊列頭阻塞的優化和業務QoS保障的智能天線MAC協議，結合D-MAC協議與EDCA機制，并加以改進，優化智能天線所帶來的隊列頭阻塞問題，同時保障了業務的QoS要求。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種無線Mesh網絡中基于智能天線的QoSMAC協議，該協議承載網絡為基于智能天線的無線Mesh網絡，該無線Mesh網絡中的每個節點均擁有唯一的標識且均為靜態節點，每個節點都配備波束切換天線與一個收發機，收發機只收不發或只發不；所有節點的收發機功率相同，且節點之間無同步要求；

該協議采用的智能天線模型為多波束天線切換模型，該多波束天線切換模型有兩種工作模式，分別為全向天線模式和定向天線模式；兩種工作模式可以實現快速切換(可以忽略切換時間)，并且快速切換時多波束天線切換模型會改變自身的發射功率，使多波束天線切換模型在兩種工作模式下的輻射距離一致；多波束天線切換模型工作在定向天線模式時，各個波束之間可以隨意快速切換且不考慮旁瓣干擾；多波束天線切換模型傳輸時使用半雙工模式，一個時段只處理一個用戶的數據；多波束天線切換模型不配備定位設施，通過波達方向來判斷數據的發送方向；

該協議基于EDCA機制，將需發送或轉接的數據分為四個發送隊列，使用EDCA的虛擬競爭機制進行虛擬競爭；

該協議包括以下過程：定向網絡分配向量的記錄與維護過程、四隊列隊頭選擇和虛擬競爭過程、數據外部競爭接入和傳輸過程。

具體的，該協議包括以下過程：定向網絡分配向量的記錄與維護過程、四隊列隊頭選擇和虛擬競爭過程、數據外部競爭接入和傳輸過程，各個過程具體包括如下步驟：

(1)定向網絡分配向量的記錄與維護過程，使用定向網絡分配向量表指示天線各扇區的阻塞狀態，每行為一個定向網絡分配向量，表示一個扇區的阻塞情況，具體包括如下步驟：

(1.1)當節點監聽到空中數據包時，根據數據包中的目的地址信息和發送節點位置信息，判斷目標節點是否為自己；

(1.2)若目標節點是自己，則響應；

(1.3)若目標節點不是自己，則根據發送節點位置信息和自身位置信息，計算出需要阻塞的扇區，將計算結果存入定向網絡分配向量表或根據計算結果更新定向網絡分配向量表，根據數據包中的持續時間信息設置或更新該扇區的堵塞時間；

(2)四隊列隊頭選擇和虛擬競爭過程，具體包括如下步驟：