[发明专利]一种适用于太赫兹双频网络的数据分流和接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹双频网络中的数据分流和接入机制，属于无线通信技术领域，具体是一种适用于太赫兹双频网络的数据分流和接入方法。

背景技术

现有广泛应用的WiFi网络采用2.4GHz或5GHz进行通信，WiFi网络架构的简化模型如图1所示，主要分为物理（PHY）层和媒体接入控制（MAC）层，MAC层由MAC协议子层和MAC管理模块组成，PHY层由物理媒介依赖（PMD）子层、物理协议汇聚（PLCP）子层和PHY管理模块组成。

如果网络中同时存在超过一个设备在相同频段上发射相同的信号，会造成设备间的干扰，造成通信接收端无法接收到任何一个设备发射的信号。在WiFi网络中，同一时刻同一频段内只能有一个设备发射信号，其他设备必须保持无线电静默状态，以避免“冲突”。网络接入机制保证各设备能够轮流发射，实现多设备与网络接入点（缩写为AP，一般为路由器或交换机）的公平通信，达到网络资源共享的目的。WiFi网络中的接入机制称为“载波监听多点接入/碰撞避免”（CSMA/CA），是网络节点（用户端，也称为“终端”，缩写为STA）在进行无线媒质接入时用来减少冲突的一种具体方法。

CSMA/CA机制包括两个方面的内容。一是载波监听方法，用于设备检测网络是否有其他设备在某个频段上发射信号；二是碰撞避免，在多个设备都有接入需求时保证只有一个设备优先接入，避免同时的信号发射。

载波监听方法又可以分为PHY层载波监听和MAC层虚拟载波监听两种途径。PHY层载波监听通过物理接收机对天线接收信号的有无和强弱来判断环境中是否有信号发射，即监听信道的忙闲状态，并将监听结果报告给上层。MAC层虚拟载波监听通过MAC层的一个称为网络分配矢量（NAV）的机制来实现。NAV是一个倒计时的计数器，最早需要进行无线电发射的设备（称为源站）将它需要占用信道的时间通知给其他设备，其他设备在这段时间内都停止数据发送，从而减少碰撞。“虚拟”是指其他设备并没有实际监听信道，而是根据源站的通知保持静默状态，达到类似监听信道的效果。

碰撞避免采用的是一种称为二进制指数避退（BEB）的算法。避退过程如图2所示，其中横轴为时间量。从左起设备A（Station A）在发送完数据后，经过一个帧间隔时间DIFS（定义为128μs），各设备在这段时间内会检测到信道处于空闲状态，并在接下来的竞争窗口（CWindow）时间内开展信道的竞争接入。有发送需求的设备B、C、D各自设置一个时长随机的避退（Backoff）倒计时时钟，这段时间内B、C、D均保持对信道的监听，一旦检测到信道处于“忙”状态（表示有其他设备开始发射信号），对应设备的倒计时时钟即被挂起，设备进入发射静默状态。图中设备C的倒计时时间最短，时间到后，设备检测到信道仍然空闲，即表示设备C已获得了发射的权限，开始发送数据。设备B、D此时仍处于避退时间内，检测到信道中有信号发射，倒计时时钟被挂起，在设备C发送完毕后重复上述避退过程，但倒计时时钟不被重置，而是继续倒计时剩余的时间。这样就能保证网络中同一时刻只有一台设备占用信道，避免了冲突。可以看到，在竞争窗口时间内，信道是处于空闲状态的。

太赫兹双频网络是指网络中同时采用WiFi网络通信技术与太赫兹频段（0.1THz～10THz）通信技术，实现WiFi信号实现大范围网络覆盖、太赫兹信号实现高速传输，是一种全新的网络架构，其网络架构如图3所示。大致分为物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）。PHY层包含基于802.11协议的PHY和太赫兹PHY，MAC层包含两级MAC子层：基于802.11协议的下MAC层及太赫兹下MAC层、公共上MAC层。设备的通信模式可分为WiFi模式和太赫兹模式，WiFi模式完全兼容现有WiFi标准，提供与现有WiFi完全相同的功能，主要用于保障网络信号的大范围覆盖，同时提供低速数据传输（150Mbps到800Mbps，一般在1Gbps以下）以及整个网络的控制与管理等。太赫兹模式利用太赫兹信道进行超高速率（可能高达10Gbps，甚至100Gbps以上）的数据收发。公共上MAC层主要完成通信模式的选择及数据分发。基于802.11协议的下MAC层和PHY层提供对现有WiFi标准的支持。太赫兹下MAC层和太赫兹PHY层提供太赫兹模式下的超高速率数据收发功能。WiFi和太赫兹频段均有独立的上行和下行信道。