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一種無線多信道mac協議的實現方法

文檔序(xu)號:9601372閱讀:815來源:國(guo)知(zhi)局
一種無線多信道mac協議的實現方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明涉及無線通信領域,更具體地涉及到無線自組網絡(也稱移動對等網絡、無線AD HOC網絡等)中各節點之間通信的無線信道的介質訪問控制子層(MAC層)協議的實現方法。
【背景技術】
[0002]無線自組網絡是由多個帶有無線收發機的終端節點共同組成的,它們之間的通信并不需要固定的網絡基礎設施(例如基站或熱點)的支持,每個終端節點可以和無線射頻范圍內的其他節點直接通信。無線介質是被多個網絡節點共享的,因此需要一種機制來控制對介質的訪問,這是由0SI參考模型中的數據鏈路層來負責實現的,如圖1所示。根據IEEE 802參考模型,數據鏈路層被進一步分為邏輯鏈路控制子層和介質訪問控制子層(MAC層),MAC層直接在物理層的上一層執行,因此可以認為介質是由該層控制的。MAC層的主要功能是決定一個節點什么時候可以訪問共享介質,并解決可能發生在節點之間的潛在競爭沖突。
[0003]現有的無線自組網MAC層協議根據其控制訪問介質的方式可以分為兩類:無競爭介質訪問協議和基于競爭的介質訪問協議。
[0004]1)在無競爭介質訪問協議中,各節點唯一地使用所分配的無線介質資源,目前主要有三種方式:第一種是頻分復用(FDMA),不同的節點只能占用分配好的不同的頻帶發送數據,避免互相干擾;第二種是時分復用(TDMA),允許多個節點使用同樣的頻帶,但它們使用不同的周期時間窗,所以整個或局部網絡需要幀同步;第三種是碼分復用,不同節點使用不同的編碼方式同時對無線介質進行訪問,如果這些編碼是正交的,可以實現在同一頻帶上的多路通信。
[0005]2)基于競爭的介質訪問協議是提供了一種減少碰撞次數和從碰撞中恢復的機制,允許節點通過競爭來占用訪問介質。普遍流行的基于競爭的MAC協議是CSMA(載波監聽多路訪問),節點在傳輸數據之前首先偵聽信道是否空閑。包括它的變體CSMA/CD (帶有沖突檢測的)和CSMA/CA (帶有沖突避免的)。
[0006]目前應用于無線自組網的主要有三種技術:Wi_F1、ZigBee和藍牙(BT)。Wi_Fi的標準是IEEE 802.11,IEEE 802.11是建立在CSMA/CA協議基礎上,在節點傳輸數據前首先偵聽信道是否空閑。ZigBee是標準IEEE 802.15.4技術的商業名稱,IEEE 802.15.4標準的信道接入方式也是采用免沖突載波檢測多址接入(CSMA/CA)機制。藍牙(BT)是由愛立信、IBM、INTEL、諾基亞、東芝5家公司聯合制定的近距離無線通信技術標準,是采用時分雙工(TDD)方式來避免沖突,在一個藍牙網絡節點中,其中一個承擔通信主節點角色,其他為從節點,主節點負責提供網絡時鐘同步信號,并且確定安排各節點的通信信道。
[0007]本發明的目的在于,在節點傳輸數據前不需要偵聽載波或信道是否空閑,可以直接發送,允許無線自組網絡中共享同一射頻頻帶的各節點傳輸數據時有沖突。發明方案中采用了一種創新的發送機制把這種沖突的幾率控制在能夠接受的范圍之內,不至于影響到接收數據的正確恢復,從而在不需要基礎通信設施的情況下,無線自組網絡中各節點之間可以實現兩兩互通、一對多、多對多等方式自由通訊。

【發明內容】

[0008]圖2所示為無線自組網中一個節點模塊原理框圖,圖中ENB信號用于控制射頻信號的收發切換,當ENB信號有效時,本節點模塊發送信號、傳輸數據,其他時間本節點處于接收數據狀態。怎樣產生ENB信號就是本發明的主要內容。
[0009]如圖3所示,無線自組網中的每個節點產生周期相同的幀信號,每一幀用流水號來標識,再把每一幀分成N個時隙,本發明的方案要求N必須是素數(質數),這樣系統信道數量最大值為N,每個信道占用的時隙號(Ts)和幀號(F)相關,并不是占用固定的時隙,信道在每一幀占用的時隙由下列公式確定:
[0010]Ts = (S*F)Mod N (公式一)式中:Ts時隙號,取值范圍:0N_1。
[0011]S——信道號,取值范圍:0?N-1。
[0012]F——幀號,從0開始的流水號,也可采用0R-1循環號碼,R取N的倍數。
[0013]N一一素數,由它確定了系統的時隙數量及信道數量。
[0014]* 乘法運算符。
[0015]Mod----取模運算符,取整數除法的余數。
[0016]本發明要求網絡中每個節點的幀信號由各自本地的時鐘源(一般選用TCX0)產生,系統能夠容忍各個不同時鐘源導致的幀周期誤差,對幀信號的相位同步沒有要求,每個節點可以從任何位置開始幀頭信號和標識幀的流水號。
[0017]每個節點在每幀占用由公式一產生的時隙來控制ENB有效,發送信號、傳輸數據。本發明要求N必須取素數,保證了任意兩個節點占用時隙發生時間沖突的幾率為1/N,可以通過合適的糾錯碼和交織技術來糾正該沖突引起的傳輸錯誤數據。
[0018]本發明方案與現有無線MAC協議技術相比:第一點,節點傳輸數據前不需要偵聽載波或信道是否空閑,在確定的時隙直接發送。第二點,雖然節點傳輸數據前不需要偵聽載波或信道,但節點的接收通道已實時掌握周圍節點信道的占用情況,可以調整本節點發送時隙的長短,容易實現QoS控制。第三點,去掉全網同步要求,特別當節點數量大時,本發明的方案優勢明顯。第四點,容易解決隱藏終端和暴露終端的問題。第五點,容易實現多跳網絡。
【附圖說明】
:
[0019]圖10SI通信協議分層模型及IEEE 802參考模型比較示意圖;
[0020]圖2無線自組網中節點通信模塊原理框圖;
[0021]圖3本發明中定義的幀和時隙的示意圖;
[0022]圖4各信道在不同的幀位置時所占用時隙的表格說明。
[0023]圖5各信道在不同的幀位置時所占用時隙的示意圖。
具體實施例:
[0024]下面以N = 7為例,用上述公式一來計算說明不同信道在每一幀中占用時隙的詳細情況,圖4的表格顯示7個信道在不同的幀位置時所占用時隙號,各個時隙號是用下列公式二計算獲得的:
[0025]Ts = (S*F)Mod 7 (公式二)
[0026]式中:S—一圖4的表格左邊第一列信道號,數值從0到6共7個信道。
[0027]F——圖4的表格上面第一行幀號,從0開始的流水號,也可采用從0到6的循環號碼。
[0028]圖5是用圖形更直觀表示7個信道在不同的幀位置時所占用時隙的詳細情況,可以更清楚看出各信道的在時間上的沖突情況。
[0029]圖4和圖5示意的各信道的幀頭是同步對齊的,實際應用中是不需要的,N = 7,7是素數,保證了任意兩個節點占用時隙發生時間沖突的幾率為1/7,可以通過合適的糾錯碼和交織技術正確地恢復數據。
[0030]每個節點有一個發送通道和多個接收通道,時刻掌握著其他信道的占有情況,根據本地節點需要傳輸數據的任務量,可以適當調整本地節點傳輸數據占用時隙的時間長短。這些調整都是以占用時隙發生時間沖突的幾率不能影響接收數據正確恢復為前提的。
[0031]綜上所述,本發明采用一種巧妙的創新的方法解決了目前無線自組網節點的無線MAC協議在實際應用中遇到的一些難點,滿足了系統的需求。
【主權項】
1.一種無線多信道MAC協議的實現方法,其特征在于: 無線自組網中的每個節點產生周期相同的幀信號,每一幀用流水號來標識,再把每一幀分成N個時隙,本發明方案要求N為素數(質數),每個節點的信道占用的時隙號(Ts)和中貞號(F)相關,信道在每一巾貞占用的時隙由下列公式確定: Ts=(S*F)ModN (公式一) 式中:Ts——時隙號,取值范圍:0-Ν-1。 S——信道號,取值范圍:0-Ν-1。 F——幀號,從0開始的流水號,也可采用0-R-1循環號碼,R取N的倍數。 N一一素數,由它確定了系統的時隙數量及信道數量。 * 乘法運算符。 Mod---取模運算符,取整數除法的余數。 所述每個節點在每幀占用由公式一產生的時隙來控制發送信號、傳輸數據,其他時間節點處于接收數據狀態。2.如權利要求1所述的無線多信道MAC協議的實現方法,其特征在于:所述每個節點產生周期相同的幀信號,每一幀用流水號來標識,再把每一幀分成N個時隙,這里的N為素數(質數),是本方案的一個重要特征。3.如權利要求1所述的無線多信道MAC協議的實現方法,其特征在于:所述的每個節點的信道在每幀占用的時隙由公式一產生。不排除采用其他變化的方法產生每個節點的信道在每幀占用的時隙,如果結果一樣,也屬本發明的權利要求范圍。4.如權利要求1所述的無線多信道MAC協議的實現方法,其特征在于:每個節點有一個發送通道和多個接收通道,時刻掌握著其他信道的占有情況,根據本地節點需要傳輸數據的任務量,可以調整本地節點傳輸數據占用時隙的時間長短,從而實現QoS控制。
【專利摘要】本發明涉及無線通信領域,更具體地涉及到無線自組網絡(也稱移動對等網絡、無線AD?HOC網絡等)中各節點之間通信的無線信道的介質訪問控制子層(MAC層)協議的實現方法,在節點傳輸數據前不需要偵聽載波或信道是否空閑,可以直接發送,允許無線自組網絡中共享同一射頻頻帶的各節點傳輸數據時有沖突,方案中采用了一種新的發送機制把這種沖突的幾率控制在能夠接受的范圍之內,不至于影響到接收數據的正確恢復,從而在不需要基礎通信設施的情況下,無線自組網絡中各節點之間可以實現兩兩互通、一對多、多對多等方式自由通訊。
【IPC分類】H04W80/02, H04W74/00
【公開號】CN105357768
【申請號】CN201410411950
【發明人】邵貴陽
【申請人】邵貴陽
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2014年8月19日
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