[发明专利]分布式非协作多点对多点网络、节点及连接建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及分布式非协作多点对多点(Mesh，multipoint-to-multipoint)网络构成、该网络中的节点构成及连接建立方法。

背景技术

WIMAX(微波接入全球互操作性，Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)是当前比较被看好的无线技术，支持视线范围传输、固定点接入等，目前针对该技术主要存在两种组网模式：点对多点(PMP，Point to Multi Point)模式和Mesh模式。在PMP模式中，整个小区由一个基站(BS，Base Station)管理，所有的用户(SS，Subscriber Station)的通信都需要BS的调度，SS之间不能直接通信。在Mesh模式中，SS之间可构成小规模的1-2跳的多点到多点的无线连接，没有明确的独立上下行链路子帧，每个SS能够与网络中的其它SS建立直接的通信链路。

在Mesh模式中，没有明确的区分上行连接和下行连接，每个SS可以和其他SS创建直接的通信连接。现有技术中有两种数据包传输调度机制：集中调度和分布式调度。集中调度机制中，有一个类似簇头的BS，管理SS如何在不同时隙中共享信道。它的功能类似于PMP模式中的BS，主要的不同点是在Mesh模式中，所有的SS可以和其他的SS建立直接的连接，需要建立SS和BS之间的直接连接。连接上的所有通信由BS来集中管理。

分布式调度机制中，没有类似于BS的集中调度控制，每个SS发送自己的调度信息给邻居节点，并通过自身两跳范围内节点的调度信息来选择带宽接入信道，实现数据无碰撞地传输。分布式调度又分为协作方式和非协作方式。协作方式中，节点通过使用每个帧中一段或全部控制部分，有规则、无竞争地传输自己的调度信息。非协作方式中，节点需要通过竞争方式来发送调度信息，从而实现数据的无碰撞传输。现有技术中上述网络的结构分类如图1所示。

分布式非协作Mesh网络的MAC层采用的是时分多址(TDMA，TimeDivision Multiple Access)方式，时分双工(TDD，Time Division Duplex)模式，所有控制信令和数据包的发送都按时隙发送。这种多址方式能保证传输时延，支持面向连接的服务，也是系统提供服务质量(QoS，Quality of Service)差异化服务、带宽的动态分配的基础。

分布式非协作Mesh网络中标准的调度方法中，控制信息和数据包的发送分配在不同的时隙段进行，数据包发送时隙的分配必须通过控制信息的交换来确定，这样可以避免数据包的碰撞。如图2所示，Mesh帧结构分成控制子帧和数据子帧两部分。控制子帧分网络控制子帧和调度控制子帧两种。前者负责创建和维持不同系统之间的结合；后者负责协作数据传输的调度。数据子帧紧跟在控制子帧后面，并分成许多个时隙带宽。标准将调度消息定义为MSH-DSCH(Mesh Mode Schedule with Distributed Scheduling)，所有的调度命令以及邻居节点的带宽分配情况都在MSH-DSCH消息中发送。

在分布式非协作Mesh网络中，由于缺少BS的中心控制，所以每个要发送数据包的SS必须先通过竞争来发送请求消息，从而来获得数据包的具体发送时隙.在竞争过程中，为了减少控制信息的冲突，可以采用时延退避策略，即在发送控制信息之前先延时一段时间，直到信道空闲且退避时间为0才发送，如此可以降低控制信息的冲突概率.如果SS竞争获胜，就可在当前的时隙广播其控制信息；如果失败，则必须等到下一个传输时隙继续参与竞争.标准采用了“请求/授权/确认”三次握手过程来完成连接的建立，握手协议如图3所示.而建立的每一对连接都有一个连接ID(Identity)号，各节点都保有其邻居节点的通信连接的ID以及占用的数据时隙等信息.

由此，源节点A通过竞争发送请求消息给目的节点B，B收到消息后，返回一个授权消息，该消息包括节点B可以提供的全部或者部分空余的带宽时隙。由于授权消息是以广播形式发送，节点B的邻居节点都能收到该消息，并认为B的这些带宽时隙已经被占用。节点A收到授权消息后，即获得了数据发送的具体带宽时隙，然后还要广播一个确认消息，该消息中包含了一个授权消息的副本，告知所有A的邻居节点不可占用A已经分配了的带宽时隙。通过这种方式，所有A和B的邻居节点都能及时更新数据子帧的分配信息，避免重复利用，也就避免了数据包发送的冲突，实现数据包无碰撞地发送和接收。