[发明专利]一种避免冲突的Ad Hoc网络介质访问方法

说明书

技术领域

本发明属于无线移动自组织网络(Ad Hoc网络)，特别涉及一种避免冲突提高空间利用率的Ad Hoc网络介质访问方法。

背景技术

隐藏终端问题是指在接收节点的通信范围内而在发送节点的通信范围内的节点。隐藏终端会导致节点发送的数据发生冲突而丢弃，进而导致网络吞吐量的下降。IEEE 802.11协议试图使用接收节点发送控制帧CTS的方法解决隐藏终端问题。然而由于无线节点发射的信号其感知半径大于传输半径，所以采用接收节点发送控制帧CTS的方法仅能在传输半径内缓解隐藏终端的危害，而不能彻底解决隐藏终端问题。

暴露终端问题是指在发送节点的通信范围之内而在接收节点的通信范围外的节点。暴露终端问题使本来可以发送信号的节点处于等待状态，降低了网络的空间利用率。IEEE 802.11协议没能解决暴露终端问题。

隐藏接收端问题是指在IEEE 802.11协议机制下，接收到控制帧CTS处于等待状态的节点无法回复其邻居节点发送的控制帧RTS，导致邻居节点退避和控制帧RTS重传的问题。隐藏接收端问题导致控制帧RTS的无效重传，进而造成隐藏接收端邻居节点的冲突，最终导致网络的吞吐量下降。

暴露接收端问题是指在IEEE 802.11协议机制下，信道处于繁忙状态的节点无法回复发给自己的控制帧RTS。暴露接收端同样导致其邻居节点的退避和控制帧RTS的重传，最终导致网络吞吐量的下降。

目前能够在感知半径下同时彻底的解决上述四个问题的方法只有一种，其硬件代价较高。其核心思想是每个节点配置三对收发送机，将整个无线信道化分成三个信道，分别用于发送控制信号，数据信号和忙音信号。节点通过控制信道控制帧的交互和侦听忙音信道的状态控制数据信道数据帧的发送。该方法使用忙音信号解决隐藏终端，使用控制帧N-CTS解决暴露接收端问题，节点通过侦听忙音信道解决暴露终端和隐藏接收端问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种避免冲突提高空间利用率的Ad Hoc网络介质访问方法，解决IEEE 802.11协议存在的隐藏终端问题、暴露终端问题、隐藏接收端问题、暴露接收端问题。有效的减少了MAC层的冲突，提高了网络空间利用率，从而提高网络的吞吐量和有效数据传输率。

本发明的技术方案是这样实现的：

避免冲突提高空间利用率的Ad Hoc网络介质访问方法，包括以下步骤：

Step1每个节点配置了两个网络接口，把整个无线带宽划分成两个互不干扰的信道，一个用于传输控制信号，称之为控制信道，一个节点用于传输数据信号，称之为数据信道；

Step2控制信号和数据信号的发送采用不同的发射功率，使控制信号的传输半径等于数据信号的干扰半径；

Step3数据信道和控制信道采用相同的接收功率门限；

Step4数据信道发生冲突时按照二进制指数退避算法进行退避；

Step5源节点发送数据前首先侦听控制信道和数据信道，在控制信道空闲且NAV_S小于零的条件下使用控制信道向目的节点发送控制帧RTS。控制帧RTS的发送一方面用于预约控制信道，保证目的节点返回控制帧CTS的这段时间内数据信道感知半径内没有节点发送控制信号，另一方面用于预约数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其NAV_R，使其在这段时间不能接收数据；

Step6接收到RTS的目的节点，如果数据信道物理空闲且NAV_R小于零，等待SIFS的时间后向源节点回复控制帧CTS，否则向源节点返回控制帧DTS。控制帧CTS的发送一方面用于通知源节点向自己发送数据，另一方面预约其数据信道感知半径内节点的数据信道，更新其NAV_S，使其在这段时间内不能发送数据；控制帧DTS的发送用于告诉源节点延迟其数据的发送；

Step7接收到控制帧RTS的非目的节点，如果正在使用数据信道接收数据，则向控制帧RTS的源节点返回控制帧DTS，延迟其数据的发送；

Step8源节点发出控制帧RTS后，在SIFS+T_C的时间内受到目的节点返回的控制帧CTS，则通过数据信道向目的节点发送数据；如果在SIFS+T_C的时间收到控制帧DTS，则根据控制帧DTS中NAV_DTS字段记录的时间进行退避；

Step9如果目的节点的数据信道发生冲突，则通过控制信道向源节点发送N-ACK，目的是要求源节点重传已经发送的数据；