[发明专利]一种无线Mesh网络中基于智能天线的QoS MAC协议的配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线Mesh网络中基于智能天线的QoSMAC协议，是基于智能天线的无线Mesh网络的媒介网络控制技术，属于通信网络技术。

背景技术

目前，无线Mesh网络作为一种能组建灵活的广域无线局域网(WLAN)的技术被大量研究，它的应用前景广泛，如智能交通、多媒体接入、环境监测等。这些应用往往在保证吞吐量的同时，具有很高的QoS要求，因此需要网络具备相应的能力保证其QoS要求。

IEEE802.11e中采用的增强型分布式协调接入机制(EDCA)机制，结合了帧间间隔和退避算法，提供了区分业务的传输服务，通过给业务分类，改变各个业务竞争接入的成功几率，使得高优先级的业务能获得优先服务权，获得较高的吞吐量和较低的接入时延。EDCA能够保障QoS要求，但不含有应用智能天线的针对性设计。

D-MAC协议是研究者提出的一种支持智能天线的MAC协议。参考模型为波束切换天线，基本设计思想为：如果某个节点收到来自某个方向的表示其他节点要通信的RTS或者CTS，则该节点在其他节点完成通信之前不会在该方向上发送任何数据报文，即节点在该方向上的发送过程被堵塞，其他方向不受影响，节点本身要进行通信时，按照本身的发送方向被堵塞情况，选择全向或者定向的方式发送RTS，而目的节点则采用全向的方式回复CTS。该协议通过一个邻节点信息表记录周围节点的信息以备查用，通过定向网络分配向量表(DNAV表)来记录天线被堵塞的方向。它可以有两种工作方式：一种是定向RTS(DRTS)反馈全向CTS(OCTS)，一种是定向RTS与全向RTS(ORTS)同时使用，反馈全向CTS。D-MAC协议能够有效改善空间复用度，但业务无数据分类，并且存在严重的聋节点问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于队列头阻塞的优化和业务QoS保障的智能天线MAC协议，结合D-MAC协议与EDCA机制，并加以改进，优化智能天线所带来的队列头阻塞问题，同时保障了业务的QoS要求。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无线Mesh网络中基于智能天线的QoSMAC协议，该协议承载网络为基于智能天线的无线Mesh网络，该无线Mesh网络中的每个节点均拥有唯一的标识且均为静态节点，每个节点都配备波束切换天线与一个收发机，收发机只收不发或只发不；所有节点的收发机功率相同，且节点之间无同步要求；

该协议采用的智能天线模型为多波束天线切换模型，该多波束天线切换模型有两种工作模式，分别为全向天线模式和定向天线模式；两种工作模式可以实现快速切换(可以忽略切换时间)，并且快速切换时多波束天线切换模型会改变自身的发射功率，使多波束天线切换模型在两种工作模式下的辐射距离一致；多波束天线切换模型工作在定向天线模式时，各个波束之间可以随意快速切换且不考虑旁瓣干扰；多波束天线切换模型传输时使用半双工模式，一个时段只处理一个用户的数据；多波束天线切换模型不配备定位设施，通过波达方向来判断数据的发送方向；

该协议基于EDCA机制，将需发送或转接的数据分为四个发送队列，使用EDCA的虚拟竞争机制进行虚拟竞争；

该协议包括以下过程：定向网络分配向量的记录与维护过程、四队列队头选择和虚拟竞争过程、数据外部竞争接入和传输过程。

具体的，该协议包括以下过程：定向网络分配向量的记录与维护过程、四队列队头选择和虚拟竞争过程、数据外部竞争接入和传输过程，各个过程具体包括如下步骤：

(1)定向网络分配向量的记录与维护过程，使用定向网络分配向量表指示天线各扇区的阻塞状态，每行为一个定向网络分配向量，表示一个扇区的阻塞情况，具体包括如下步骤：

(1.1)当节点监听到空中数据包时，根据数据包中的目的地址信息和发送节点位置信息，判断目标节点是否为自己；

(1.2)若目标节点是自己，则响应；

(1.3)若目标节点不是自己，则根据发送节点位置信息和自身位置信息，计算出需要阻塞的扇区，将计算结果存入定向网络分配向量表或根据计算结果更新定向网络分配向量表，根据数据包中的持续时间信息设置或更新该扇区的堵塞时间；

(2)四队列队头选择和虚拟竞争过程，具体包括如下步骤：