一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法技术

一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，所述太赫兹超高速无线网络包括中心控制节点PNC及普通节点DEV,所述太赫兹超高速无线网络的信道时间由若干超帧组成，其特征在于，所述MAC接入方法包括以下步骤：101、中心控制节点PNC接收到接入请求时，所述中心控制节点PNC读取其存储的单DEV标志，若所述单DEV标志为1，则判断网络中只有一个普通节点DEV，则将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP；若所述单DEV标志为0，则判断网络中有至少两个中心控制节点，将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP；中心控制节点PNC在信标Beacon1时段向普通节点DEV广播信标时段帧A；102、在步骤101中的CAP时段或SAP时段，中心控制节点PNC接收DEV的时隙申请；103、中心控制节点PNC在Beacon2时段根据步骤102中接收到的普通节点DEV的时隙申请进行信道时间CTA分配，并广播信标时段帧B给普通节点DEV，同时中心控制节点PNC将已经成功请求时隙但没有分配时隙的节点设置为免申请预分配节点，记录免申请预分配节点的信息；104、普通节点DEV收到步骤103中Beacon2的信标时段帧B后，获得CTA时隙的普通节点DEV在信道时间分配时段CTAP内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输，本超帧结束，循环进入下一超帧，完成MAC接入。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法
本专利技术涉及太赫兹超高速无线网络技术的领域，特别涉及使用了无线网络MAC层接入技术、且为网络中每个节点分配了独立标识的太赫兹超高速无线网络。
技术介绍
太赫兹（terahertz,THz）波是一种在频谱上位于毫米波和红外光波之间的电磁波，其频率范围为0.1THz-10THz，如附图1所示，波长范围为0.03mm-3mm；太赫兹频段是最后一个人类尚未完全认知和利用的频段。虽然在空气中传播时会有一定衰减，但太赫兹波能够提供较大的信道带宽和较高的传输容量，因此太赫兹通信在短距离超高速无线通信方面有巨大的应用潜力，目前已被考虑应用于室内短距无线通信等方面。太赫兹超高速无线网络是一种由3个以上带太赫兹通信设备的节点（称为“DEV”）组成的、在相邻节点之间可进行高速率短距离通信的无线个域网络（WPAN，WirelessPersonalAreaNetworks），如附图2所示；它工作在太赫兹频段（0.1THz-10THz），能够支持10Gbps以上的数据传输速率，被视为无线个域网络发展的重要方向，对未来超高速无线网络通信的实现和发展具有重要意义。MAC接入方法担负着将节点接入无线信道并为节点分配信道带宽资源的任务，是太赫兹超高速无线网络体系架构的重要组成部分；到目前为止，人们关于太赫兹超高速无线网络MAC接入方法的研究尚不多见。在工作频段和数据传输速率方面与太赫兹超高速无线网络最接近的MAC接入方法是由IEEE802.15.3c和IEEE802.11.ad定义的，这两个标准定义的MAC接入方法都工作在60GHz频段，最大数据传输速率分别为5.775Gbps和6.7568Gbps。IEEE802.15.3c的MAC接入方法是由LAN/MAN标准委员会确定的（参见文献：802.15.3c-2009-IEEEstandardforinformationtechnologytelecommunicationsandinformationexchangebetweensystemslocalandmetropolitanareanetworks-specificrequirements.Part15.3:wirelessmediumaccesscontrol(MAC)andphysicallayer(PHY)specificationsforhighratewirelesspersonalareanetworks(WPANs)amendment2:millimeter-wave-basedalternativephysicallayerextension[S].IEEEComputerSociety,2009.12），主要用于高速WPAN网络MAC层的信道接入和数据传输。其主要思想是将信道时间划分为一系列的超帧（superframes），每个超帧由Beacon、CAP（ContentionAccessPeriod）和CTAP（ChannelTimeAllocationPeriod）3个时段组成，如附图3所示，节点在超帧的CAP时段用CSMA机制申请时隙并在CTAP时段用TDMA机制传输数据，数据传输速率最高能够达到5.775Gbps。IEEE802.11ad的MAC接入方法也是由LAN/MAN标准委员会确定的（参见文献：802.11ad-2012-IEEEstandardforinformationtechnologytelecommunicationsandinformationexchangebetweensystemslocalandmetropolitanareanetworks-specificrequirements.Part11:wirelessmediumaccesscontrol(MAC)andphysicallayer(PHY)specificationsamendment3:enhancementsforveryhighthroughputinthe60GHzband[S].IEEEComputerSociety,2012.12），该标准也主要用于高速网络MAC层的信道接入和数据传输。与IEEE802.15.3c标准的MAC接入方法类似，IEEE802.11ad标准的MAC接入方法主要思想是将信道时间划分为一系列的信标间隔（BeaconIntervals），如附图4所示，根据节点的不同数据传输需求在信标间隔的CBP和SP时段采用不同的信道接入方法，从而达到较高的数据传输速率。在IEEE802.15.3c和IEEE802.11ad标准公布之后，人们以其定义的MAC接入方法为基础一直在开展相关研究。ChangWooPyo和HiroshiHarada提出网络吞吐量主要受CAP时段所占超帧比例的影响，并给出了网络吞吐量最大时超帧中CAP时段所占比例（参见文献：C.W.Pyo,H.Harada.ThroughputanalysisandimprovementofhybridmultipleaccessinIEEE802.15.3cmm-waveWPAN[J].IEEEJournalonselectedareasincommunications,2009,27(8):1414-1424.）。为提高网络吞吐量，Chin-SeanSum等人提出一种采用虚拟时隙分配（VirtualTime-slotAllocation）（参见文献：C.S.Sum,L.Zhou,R.Funada,J.Wang,T.Baykas,M.A.Rahman,H.Harada.VirtualTime-SlotAllocationSchemeforThroughputEnhancementinaMillimeter-WaveMulti-GbpsWPANSystem[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2009,27(8):1379-1389）的方案，该方案可使网络中多个通信链路同时使用相同的时隙进行数据传输以增加网络的吞吐量；但如何避免同信道信号干扰是个需要注意的问题。Kim等人提出一种在CAP时段使用directionalCSMA接入信道的方案（参见文献：M.J.Kim,Y.S.Kim,W.Y.Lee.PerformanceAnalysisofDirectionalCSMAforIEEE802.15.3cunderSaturationEncironments[J].ETRIJournal.2010,34(1):24-34.），该方案使用物理层的波束赋形技术，即使用directionalCSMA和directionalantennas以提高网络数据传输速率；Chin-SeanSum和HiroshiHarada提出在CTAP时段使用SDMA(SpaceDivisionMultipleAccess)和TDMA两种混合的信道接入方法以提高网络的吞吐量（参见文献：C.S.Sum,H.Harada.ScalableHeuristicSTDMAschedulingschemeforpracticalmulti-Gbpsmillimeter-wav本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，所述太赫兹超高速无线网络包括中心控制节点PNC及普通节点DEV,所述太赫兹超高速无线网络的信道时间由若干超帧组成，其特征在于，所述MAC接入方法包括以下步骤：101、中心控制节点PNC接收到接入请求时，所述中心控制节点PNC读取其存储的单DEV标志，若所述单DEV标志为1，则判断网络中只有一个普通节点DEV，则将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP；若所述单DEV标志为0，则判断网络中有至少两个中心控制节点，将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP；中心控制节点PNC在信标Beacon1时段向普通节点DEV广播信标时段帧A；102、在步骤101中的CAP时段或SAP时段，中心控制节点PNC接收DEV的时隙申请；103、中心控制节点PNC在Beacon2时段根据步骤102中接收到的普通节点DEV的时隙申请进行信道时间CTA分配，并广播信标时段帧B给普通节点DEV，同时中心控制节点PNC将已经成功请求时隙但没有分配时隙的节点设置为免申请预分配节点，记录免申请预分配节点的信息；104、普通节点DEV收到步骤103中Beacon2的信标时段帧B后，获得CTA时隙的普通节点DEV在信道时间分配时段CTAP内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输，本超帧结束，循环进入下一超帧，完成MAC接入。...

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，所述太赫兹超高速无线网络包括中心控制节点PNC及普通节点DEV,所述太赫兹超高速无线网络的信道时间由若干超帧组成，其特征在于，所述MAC接入方法包括以下步骤：101、中心控制节点PNC接收到接入请求时，所述中心控制节点PNC读取其存储的单DEV标志，若所述单DEV标志为1，则判断网络中只有一个普通节点DEV，则将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP；若所述单DEV标志为0，则判断网络中有至少两个普通节点DEV，将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP；中心控制节点PNC在信标Beacon1时段向普通节点DEV广播信标时段帧A；102、在步骤101中的CAP时段或SAP时段，中心控制节点PNC接收DEV的时隙申请；103、中心控制节点PNC在Beacon2时段根据步骤102中接收到的普通节点DEV的时隙申请进行信道时间CTA分配，并广播信标时段帧B给普通节点DEV；根据网络运行的实际条件，设计了“拆分请求时隙量分配所有可用时隙”的新机制，当收到的请求时隙量大于CTAP剩余时隙量时，有多少剩余时隙量PNC就分配多少，“拆分请求时隙量分配所有可用时隙”新机制工作在超帧的“Beacon2”时段；同时中心控制节点PNC将收到了时隙申请但未能为其分配时隙的节点设置为免申请...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智，曹亚楠，刘文朋，杜保洋，周逊，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：