本發(fā)明涉及通信，更具體的，涉及一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復(fù)用方法。
背景技術(shù)：
1、60ghz毫米波具有高達(dá)7ghz的寬頻帶，被視為滿足下一代多gbps通信的關(guān)鍵性技術(shù)。由于60ghz毫米波信號(hào)傳輸?shù)穆窂剿p大，且易被障礙物遮擋，因此基于60ghz毫米波頻段的通信距離通常較短。為了增大通信距離，通常采用基于波束賦形的定向通信技術(shù)，使用定向天線將發(fā)射的信號(hào)集中在一個(gè)窄波束內(nèi)，同時(shí)在一個(gè)窄波束內(nèi)接收信號(hào)。定向天線的引入導(dǎo)致多條定向鏈路之間的干擾變小，因此可以實(shí)現(xiàn)多條定向通信鏈路的并行傳輸，即空分復(fù)用。
2、ieee?802.11ad協(xié)議是第一個(gè)將毫米波技術(shù)應(yīng)用在無線局域網(wǎng)(wireless?localarea?network,wlan)的技術(shù)。該協(xié)議規(guī)定了wlan中各普通節(jié)點(diǎn)(station,sta)之間進(jìn)行波束賦形訓(xùn)練和接入信道的具體機(jī)制。ieee?802.11ad協(xié)議中的信道接入時(shí)間被劃分為若干個(gè)連續(xù)的信標(biāo)間隔(beacon?interval,bi)。在關(guān)聯(lián)波束賦形訓(xùn)練(associationbeamforming?training,a-bft)階段，wlan中各sta與pbss控制節(jié)點(diǎn)(pbss?control?point,pcp)進(jìn)行波束賦形訓(xùn)練。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)期(data?transmission?interval,dti)，wlan中各sta之間進(jìn)行波束賦形訓(xùn)練，并接入信道傳輸數(shù)據(jù)。在dti中的競爭接入時(shí)期(contention-based?access?period,cbap)，各sta使用載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞避免協(xié)議(carriersense?multiple?access?with?collision?avoidance,csma/ca)的機(jī)制競爭接入信道；在dti中的基于調(diào)度的服務(wù)時(shí)期(scheduled?service?period,sp)，各sta使用時(shí)分多址(timedivision?multiple?access,tdma)的機(jī)制無競爭地接入信道。
3、但是，ieee?802.11ad協(xié)議中的波束賦形訓(xùn)練機(jī)制只發(fā)生在兩個(gè)sta之間，而其余sta不能參與，并且該波束賦形訓(xùn)練過程與傳輸功率測量過程是獨(dú)立的，這使得波束賦形訓(xùn)練和功率測量過程效率很低。同時(shí)，ieee?802.11ad協(xié)議并沒有給出針對csma/ca接入機(jī)制的空分復(fù)用方法以及解決失聰和隱藏終端問題的機(jī)制。因此，有必要基于現(xiàn)有ieee802.11ad協(xié)議框架，設(shè)計(jì)一種高效率的波束賦形訓(xùn)練與功率測量機(jī)制，同時(shí)設(shè)計(jì)一種針對csma/ca接入機(jī)制的空分復(fù)用方法，在實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用傳輸?shù)耐瑫r(shí)，解決失聰和隱藏終端問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明提供了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復(fù)用方法，是基于ieee?802.11ad協(xié)議的一種改進(jìn)方法，提高了ieee?802.11ad協(xié)議中波束賦形訓(xùn)練和功率測量過程的效率，并且在實(shí)現(xiàn)csma/ca接入機(jī)制下空分復(fù)用傳輸?shù)耐瑫r(shí)，解決了失聰和隱藏終端問題。在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載下，本發(fā)明可縮短波束賦形訓(xùn)練和功率測量過程的時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)吞吐量。
2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復(fù)用方法，其主要包括一種具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制和一種集中式csma/ca空分復(fù)用接入機(jī)制，包括以下步驟：
3、s1：在信標(biāo)傳輸時(shí)期(beacon?transmission?interval,bti)，pcp向各扇區(qū)發(fā)送信標(biāo)幀(beacon?frame)，通知wlan中所有的sta在接下來的a-bft時(shí)期執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制；
4、s2：在a-bft時(shí)期，所有sta以tdma的方式按順序執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制；
5、s3：在dti時(shí)期，所有sta執(zhí)行集中式csma/ca空分復(fù)用接入機(jī)制，接入信道傳輸數(shù)據(jù)。
6、優(yōu)選地，步驟s1中pcp通知各sta執(zhí)行具有功率測量能力的波束賦形訓(xùn)練機(jī)制，具體為：
7、pcp首先向天線扇區(qū)1發(fā)送信標(biāo)幀以通知扇區(qū)1中的sta執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制，然后分別向扇區(qū)2，3，...，m順序發(fā)送信標(biāo)幀。其中，m為天線的最大扇區(qū)號(hào)。在pcp發(fā)送信標(biāo)幀時(shí)，其余sta均使用全向模式進(jìn)行接收。當(dāng)pcp完成向所有扇區(qū)發(fā)送信標(biāo)幀后，步驟s1結(jié)束。
8、優(yōu)選地，步驟s2中各sta執(zhí)行具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制，具體為：
9、s2.1：各sta分別在各個(gè)扇區(qū)按順序發(fā)送扇區(qū)掃描幀(sector?level?sweepframe,ssw?frame)，其余sta分別在各個(gè)扇區(qū)定向接收扇區(qū)掃描幀，同時(shí)測量接收到的信號(hào)功率，具體為：sta?1首先朝著扇區(qū)1發(fā)送m個(gè)扇區(qū)掃描幀，此時(shí)其余sta在m個(gè)扇區(qū)逐個(gè)定向接收扇區(qū)掃描幀并測量接收信號(hào)功率；然后sta?1朝著扇區(qū)2發(fā)送m個(gè)扇區(qū)掃描幀，其余sta在m個(gè)扇區(qū)逐個(gè)接收扇區(qū)掃描幀；sta?1會(huì)接著朝向扇區(qū)3，4，...，m分別發(fā)送m個(gè)扇區(qū)掃描幀，其余sta同樣在m個(gè)扇區(qū)逐個(gè)接收扇區(qū)掃描幀；在sta?1朝著所有扇區(qū)發(fā)送完累計(jì)m×m個(gè)扇區(qū)掃描幀之后，sta?2會(huì)開始采用相同的方法按順序在每個(gè)扇區(qū)都發(fā)送扇區(qū)掃描幀；sta2完成扇區(qū)掃描幀發(fā)送后，sta3緊接著發(fā)送扇區(qū)掃描幀，直到所有的n個(gè)sta都完成了扇區(qū)掃描幀的發(fā)送。其中，n為sta的個(gè)數(shù)。
10、s2.2：在所有sta均完成扇區(qū)掃描幀的發(fā)送后，各sta之間均已完成波束賦形訓(xùn)練。此時(shí)各sta將采用tdma的方式將功率測量結(jié)果發(fā)送給pcp，具體為：sta1首先朝著pcp發(fā)送功率測量結(jié)果，然后sta2朝著pcp發(fā)送功率測量結(jié)果，直到所有的n個(gè)sta都完成了功率測量結(jié)果的發(fā)送。
11、s2.3：在pcp接收到各sta發(fā)送的功率測量結(jié)果后，將為每對sta生成一個(gè)功率矩陣。以傳輸鏈路i為例，其發(fā)送sta和接收sta分別為txi和rxi，功率矩陣為：
12、
13、其中ru，v表示txi朝著扇區(qū)u發(fā)送，rxi朝著扇區(qū)v接收時(shí)的接收信號(hào)功率。
14、優(yōu)選地，步驟s3中各sta執(zhí)行集中式csma/ca空分復(fù)用接入機(jī)制，接入信道傳輸數(shù)據(jù)。該集中式csma/ca空分復(fù)用接入機(jī)制采用了一種新的握手機(jī)制，使用pcp作為中央?yún)f(xié)調(diào)器調(diào)度空分復(fù)用鏈路的傳輸，以傳輸鏈路i為例，具體為：
15、s3.1：txi朝著pcp發(fā)送定向請求傳輸(directional?request?to?send,drts)；
16、s3.2：pcp在正確接收drts后，判斷鏈路i的傳輸是否符合空分復(fù)用條件，并使用自適應(yīng)回復(fù)機(jī)制向txi發(fā)送回復(fù)，具體為：
17、s3.2.1：若鏈路i的傳輸符合空分復(fù)用條件，pcp將進(jìn)一步判斷剩余的sta中哪些sta需要延遲其drts的發(fā)送，同時(shí)使用自適應(yīng)回復(fù)機(jī)制判斷pcp應(yīng)該發(fā)送全向回復(fù)還是定向回復(fù)，具體為：
18、s3.2.1.1：若pcp可以發(fā)送全向回復(fù)，則全向發(fā)送pcp的全向清除發(fā)送(pcp’somni-directional?clear?to?send,pocts)；
19、s3.2.1.2：若pcp不可以發(fā)送全向回復(fù)，則首先向rxi定向發(fā)送pcp的定向請求發(fā)送(pcp’sdirectional?request?to?send,pdrts)，然后向txi定向發(fā)送pcp的定向允許發(fā)送(pcp’sdirectional?allow?to?send,pdats)。
20、s3.2.2：若鏈路i的傳輸不符合空分復(fù)用條件，則pcp向txi定向發(fā)送pcp的定向拒絕發(fā)送(pcp’s?directional?reject?to?send,prjts)。
21、s3.3：wlan中的各sta根據(jù)所接收到的pcp發(fā)出的回復(fù)運(yùn)行，具體為：
22、s3.3.1：若pcp允許鏈路i的傳輸，具體為：
23、s3.3.1.1：若pcp發(fā)送全向回復(fù)，則rxi接收到pocts后將天線對準(zhǔn)txi準(zhǔn)備接收定向數(shù)據(jù)(directional?data,ddata)，txi接收到pocts后將天線對準(zhǔn)rxi發(fā)送ddata，進(jìn)入步驟s3.4；
24、s3.3.1.2：若pcp發(fā)送定向回復(fù)，則rxi接收到pdrts后將天線對準(zhǔn)txi準(zhǔn)備接收ddata，txi接收到pdats后將天線對準(zhǔn)rxi發(fā)送ddata，進(jìn)入步驟s3.4；
25、s3.3.2：若pcp不允許鏈路i的傳輸，則txi接收到prjts后進(jìn)入二進(jìn)制指數(shù)退避模式，等待退避結(jié)束后重傳drts，步驟s3結(jié)束；
26、s3.3.3：若pcp未正確接收txi發(fā)送的drts，則pcp不會(huì)發(fā)送回復(fù)。txi在接收等待窗口結(jié)束后仍未接收到pcp的回復(fù)，則進(jìn)入二進(jìn)制指數(shù)退避模式，等待退避結(jié)束后重傳drts，步驟s3結(jié)束。
27、s3.4：txi向rxi發(fā)送ddata后，等待rxi發(fā)送的回復(fù)，具體為：
28、s3.4.1：若rxi成功接收到ddata，則向txi發(fā)送定向確認(rèn)(directionalacknowledgment,dack)，此次傳輸成功，步驟s3結(jié)束；
29、s3.4.2：若rxi未成功接收到ddata，則不會(huì)向txi發(fā)送回復(fù)，txi在接收等待窗口結(jié)束后仍未接收到rxi的回復(fù)，則進(jìn)入二進(jìn)制指數(shù)退避模式，等待退避結(jié)束后重傳drts，此次傳輸失敗，步驟s3結(jié)束。
30、優(yōu)選地，為了進(jìn)一步解決失聰和隱藏終端問題，使用了正在進(jìn)行通信的sta計(jì)數(shù)器(communicating?statimer,cst)和網(wǎng)絡(luò)分配矢量(network?allocation?vector,nav)。cst記錄了當(dāng)前正在通信的sta序號(hào)和其通信的時(shí)長；nav記錄了當(dāng)前sta發(fā)送drts前需要退避的時(shí)長。具體為：pcp判斷哪些sta需要延遲發(fā)送drts，并在pcp發(fā)送的回復(fù)中包含這些需要延遲的sta的信息；同時(shí)pcp的回復(fù)中也包含當(dāng)前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膕ta的信息和傳輸?shù)臅r(shí)間；當(dāng)其余sta接收到pcp發(fā)送的pdrts、pdats或pocts時(shí)，即可根據(jù)這些回復(fù)中的信息對應(yīng)設(shè)置cst和nav。在sta向pcp發(fā)送drts之前，首先需要檢查cst和nav。以txi為例，其首先檢查rxi是否存在于自身的cst中，并檢查自身的nav是否為0：若rxi不在cst中且txi的nav為0，則可以向pcp發(fā)送drts；否則，txi將延遲向pcp發(fā)送drts。
31、本發(fā)明提出了一種基于毫米波定向csma/ca協(xié)議的空分復(fù)用方法，具有以下有益效果：提出了一種具有功率測量能力的窮舉式波束賦形訓(xùn)練機(jī)制，將窮舉式波束賦形訓(xùn)練與功率測量相結(jié)合，并且使所有sta的波束賦形訓(xùn)練和功率測量可以在一個(gè)過程中一起完成，提高了波束賦形訓(xùn)練和功率測量的效率；提出了一種集中式csma/ca空分復(fù)用接入機(jī)制，并引入了自適應(yīng)回復(fù)、cst、nav等機(jī)制，不僅實(shí)現(xiàn)了在csma/ca接入機(jī)制下的空分復(fù)用傳輸，也解決了失聰和隱藏終端問題，提高了系統(tǒng)吞吐量。