无线Mesh网络MAC层架构设计的制作方法

专利名称：：无线Mesh网络MAC层架构设计的制作方法
技术领域：
：本发明涉及无线Mesh网通信领域，尤其涉及基于IEEE802.16d标准的针对无线Mesh网络TDD模式的MAC层架构设计。
背景技术：
：基于IEEE802.16d标准的无线Mesh网络成为当今城域网覆盖研究的热点，但是IEEE802.16d标准中只给出了MAC层的框架，并没有对该框架进行详细的规定和说明，因此给研究者们留下了一些开发的空间。MAC层协议的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等性能指标的优劣。如何解决数据碰撞和拥塞，是MAC层协议要解决的主要问题。并且随着Mesh网络支持的业务种类越来越多，不同业务要求的服务质量(QualityofService,QoS)不同，如何保证不同业务种类的不同QoS需求也是MAC层调度需要研究并加以解决的问题。因此针对Mesh网络不同的应用环境，需要研究者们设计出适合于布网环境的MAC层架构。
发明内容本发明针对军事作战环境下的地形复杂性和网络拓扑多变性等因素，设计出适合于该场合下的基于TDD的无线Mesh网络的MAC层架构。本发明采用的技术方案是基于TDD模式的MAC层架构包含以下模块业务分类映射模块、队列调度模块、时隙资源管理模块、跨层联合功率控制模块、跨层自适应调制模块以及拥塞检测模块。其中，业务分类映射模块的主要功能是根据从上层接收到的业务流的QoS要求，将不同的业务流映射到主动授权、实时轮询、非实时轮询和尽力而为四个缓存队列中。队列调度模块依据上述四个缓存队列的业务流的QoS特性，设计队列调度算法，对队列中的数据包进行调度。时隙资源管理模块的主要功能包括查找并维护本节点可用时隙、为请求节点分配时隙。跨层联合功率控制模块联合射频端和MAC层，通过功率控制算法为发送数据选择发送功率。跨层自适应调制模块联合射频端、物理层和MAC层，根据信道质量状况确定最优的调制方式。拥塞检测模块对队列情况和时隙占用情况进行监测，发生拥塞时反馈给队列调度模块和业务接纳模块。在MAC层和网络层间传递的层间消息中设置业务类型标识位，用来标识网络层给MAC层的数据类型，MAC层据此对接收到的业务流进行分类映射。将实时业务分类映射到UGS队列和rtPS队列中；将非实时业务分类映射到nrtPS和BE队列中。MAC层为网络层的控制消息单独设置一个队列，并且设置该队列的优先级高于其他四类队列的优先级。队列调度模块对MAC层的业务队列采用基于权重轮询调度的方法。通过设置上述四个队列在一个发送周期内被调度的次数，来调整队列权重参数。所述时隙资源管理模块具体内容包括时隙资源调度的QoS的保证主要是通过保证业务的时延要求和修改调制方式，时延的要求根据四种业务类型的时延值确定。设定四个值UGS_PERSISTENCE、RTPS_PERSISTENCE、NRTPS_PERSISTENCE和BE_PERSISTENCE，表示各种业务所要求的最大时延，以此值来确保四种业务的QoS。若一个时隙块(16个时隙，承载7个OFDM符号)不被占满，即此IP包不需要分包，则判断是否采用信噪比低一等级调制方式。802.16Mesh模式下的分布式调度运用三次握手过程来建立发送数据前的连接，即通过三次握手机制为数据的发送分配时隙。时隙分配算法包括1)请求节点查找本地空闲时隙和预约时隙，发送出去；2)授权节点收到MSH-DSCH_Req消息后，根据本地时隙表查找可用时隙，根据接收到请求节点的预约请求，找出两个时隙表的空闲部分的交集，并在交集中分配一部分时隙资源给请求节点，同时更新本地时隙表，并通过发送MSH-DSH_Grant消息发送给请求节点。3)请求节点收到MSH-DSCH_Grant消息后，更新本地时隙表，同时发送MSH_DSCH_Confirm消息。4)请求节点的各个邻居收到MSH-DSCH_Confirm消息后，更新本地时隙表。请求资源时以16个时隙(7个OFDM符号占用的时间)为最小请求单位。如果授权节点分配时隙不成功，则将请求节点的请求消息存储到暂缓队列中，在下次的处理中重新分配时隙，直到请求资源无法满足时延要求为止。所述跨层联合功率控制模块使节点在发送数据时采用适当较小的功率。该发送功率计算公式如下Ptoew=Plast+(SNRBth-SNRBBrecv)其中，？-^表示发送数据节点发送数据的适宜功率值，Plast表示节点发送控制消息的最大发送功率值，SNReth表示接受节点的信噪比门限，SNRteecv表示接收节点接收信息时信噪比。所有的功率值都以dBm为单位，SNRBth-SNRBrav为节点可接受最低信噪比和实际信噪比差值，由此可得功率可以降低的量值进而得出节点发送数据所需的最小功率值。所述跨层自适应调制模块在本时隙根据信道质量状况选定最优的调制方式进行下一时隙的数据传输。从网络层给MAC层原语消息中得到最大发送功率，从物理层给MAC层接口消息中得到接收信噪比。MAC层根据射频给MAC层的接口消息得到信噪比，据此选择适宜的调制方式。所述拥塞检测模块在授权节点发送完MSH-DSCH消息时，计算其下次发送MSH-DSCH消息的时间。在两次发送MSH-DSCH消息的时间内，对此段时间到来的请求发送业务作出微时隙占用安排，并且该占用安排对应的帧号大于等于授权节点下次发送MSH-DSCH消息所在帧的帧号。设置一个计数器，统计在MSH-DSCH发送周期内资源分配失败的请求次数，如果计数器的次数超过设定的上限值时，可据此说明网络发生了拥塞。本发明设计的MAC架构适用于TDD模式的无线Mesh网络，不仅可以避免节点间的发送数据的碰撞，而且在一定程度上保障了业务流的QoS。下面结合附图对本发明作详细说明图1为基于IEEE802.16d标准的TDDMAC架构；图2为业务分类流程；图3为基于权重的队列轮询调度；图4为调制方式调整流程；图5为三次握手过程。具体实施例方式如图1所示，为IEEE802.16TDDMAC架构，对IEEE802.16标准中尚未定义的部分进行了补充。现对主要模块进行简要说明业务分类映射模块的主要作用是根据从上层(网络层)接收到的业务流的QoS要求，将不同的业务流映射到不同的队列中。参考IEEE802.16标准中的业务分类方法，将业务流分别映射到主动授权(UnsolicitedGrantService,UGS)、实时轮询(real-timePollingService,rtPS)、非实时轮询(nonereal-timePollingService,nrtPS)禾口尽力而为(BestEffort,BE)四个缓存队列中。队列调度模块依据四个队列的业务流的QoS特性，设计合适的队列调度算法，对队列中的数据包进行调度，从而保障业务流的QoS。时隙资源管理模块的主要功能包括查找并维护本节点可用时隙、为请求节点分配时隙。跨层联合功率控制模块联合射频端和MAC层，利用功率控制算法对发送数据选择合适的发送功率，在保证网络连通性的基础上使系统的容量最大化，同时在一定程度上也节约了能量。跨层自适应调制模块联合射频端、物理层和MAC层，针对无线信道环境的多变性，在保证数据接收准确性的前提下，采用较高阶的调试方式，从而提高发送数据的效率。拥塞检测模块主要针对当某一种业务类型的数据得不到处理，或者时隙资源占用不合理等引起的拥塞，对队列情况和时隙占用情况进行监测，发生拥塞时反馈给队列调度模块和业务接纳模块，调整队列调度方式和业务接纳准则，从而减缓MAC层数据拥塞程度。下面对图1所示TDDMAC层架构中连接建立等过程进行简单描述1.请求节点根据接收到的上层业务的类别，将业务分类映射到UGS、rtPS、nrtPS和BE四种队列中；2.请求节点对四种业务队列按照设计的调度算法进行调度，根据被调度业务资源的需求，为其发送调度控制——请求消息(MSH-DSCH_ReqUest)，在请求消息中主要携带了本节点可用时隙和请求预约时隙大小等信息，并且在请求节点的发送调度控制帧的机会内将该消息发送给对方。3.请求节点根据上次从射频端检测的接收信噪比(SNR)计算本次发送数据所采用的调制方式，并结合物理层的OFDM调制特点计算为该包所要预约的时隙资源大小。4.被请求的节点，称之为授权节点。授权节点接收到邻居的请求消息之后，为了确保请求业务的服务质量，需要根据业务接纳控制准则，有选择性的接入业务请求。如果授权节点同意请求节点的业务接入，则发送调度控制——授权消息(MSH-DSOLGrant)给请求节点，在该消息中携带授权节点的本地可用时隙资源以及分配给请求节点使用的时隙资源。否则，授权节点没有可用的时隙资源给请求节点分配，则授权节点在发送的授权消息中填写的授权时隙数为0，表明拒绝请求节点的请求预约。5.如果请求节点接收到授权消息，则请求节点根据接收到授权的时隙信息修改本地时隙表，并且发送调度控制——确认信息，并且准备在分配的时隙发送数据。6.授权节点接收到调度控制——确认消息(MSH-DSOLConfirm)，开始准备在分配的时隙内接收数据。至此，节点发送数据前的三次握手过程完成。7.在发送数据前的三次握手过程中，MAC层调用功率控制模块来计算发送数据时所需要的功率大小。8.拥塞检测模块实时的检测预发送队列的情况、本地时隙资源占用情况和拒绝请求节点次数等信息，联合检测节点拥塞状况。如果发生拥塞，则产生拥塞信息反馈给队列调度模块，通知这些模块采取一定的拥塞控制机制。所述的业务分类映射模块具体内容包括IEEE802.16标准将PMP模式下的业务分为四类，通过对业务的区分来保证满足不同业务的QoS需求，下面对四种业务的QoS特性进行分析UGS用于支持周期性发起的固定长度数据包的实时数据流，例如T1/E1以及没有静默压缩的VoIP。该服务需要周期性地得到固定长度的带宽授予，BS为SS基于服务流的最大允许速率周期性地提供带宽。rtPS:用于支持周期性发起的变长数据包的实时数据流，例如移动图片专家组视频(MPEG)。调度器为这种服务提供实时的周期的单播请求机会，满足其实时需要。这种服务所需的开销比UGS多；但其支持可变的授予长度，使得数据传输效率得到优化。nrtPS:用于支持能容忍时延、有最小数据传输速率要求的变长数据包构成的数据流，例如FTP。nrtPS周期性地提供单播轮询，这保证服务流在网络阻塞期间也能够接收到请求机会。BE:服务的目的是尽力地为服务流提供高效的服务。为了使这种服务正常工作，请求/传输策略被设置为允许使用竞争请求机会。SS既使用竞争请求机会又使用单播请求机会，或者不被授予带宽。针对以上四类业务的QoS特性，MAC层对于接收到上层(网络层)的业务流进行分类映射，该过程通过设计的MAC层和网络层间的传递的层间消息来指示完成。表1网络层和MAC层间的接口消息——业务类型标识位<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如表1所示，以上两个参数属于网络层给MAC层发送数据时添加的层间接口消息中的一部分，用来标识网络层给MAC层的数据类型。MAC层在接收网络层传递给的SDU时，同时也接收到添加在该SDU前面的层间接口消息。根据接口消息的指示，MAC层对接收到的SDU进行分类映射，分类的原则依据业务的QoS进行。参考PMP中业务划分，将Mesh模式下的业务也按照此种方法划分。考虑到实时业务对时延比较敏感，非实时业务可以忍受一定的时延，将实时业务如视频、音频业务、即恒定比特率业务(CBR)和可变比特率业务(VBR)分类映射到UGS队列和rtPS队列中；将非实时业务，如FTP，HTTP等业务，即一些未定比特率(UBR)的数据业务分类映射到nrtPS和BE队列中。另外，考虑到网络层发送的数据不仅仅是IP数据包，有时候网络层为了实现一些网络层的功能，比如寻找路由等功能，而需要发送一些消息，称之为网络层的控制消息。MAC层对于这类消息的处理就不能像处理普通的PDU—样进行分类映射，考虑到此类消息的特殊性和重要性，MAC层在为该类消息单独设置一个队列，并且设置该队列的优先级高于其他四类队列的优先级。业务的分类映射过程如图2所示。所述的队列调度模块具体内容包括分布式资源调度是各用户根据广播消息来决定其数据传输的过程。若干个来自不同网络的业务流根据一定的规则在保证QoS的前提下公平合理地共享一定的网络带宽资源，提供QoS保障的资源调度应满足如下准则来自不同网络业务流的分组必须分类，使得能够区分分组属于哪一类业务类型；在通信流之间需要提供一种隔离机制，这样一个业务流就不会遭受其它异常业务流的影响；在业务流之间提供隔离的同时，应该保证带宽资源尽可能有效地利用，使得一个业务流能够在某个时间点使用其它业务流未使用的带宽；业务流在进入网络之前，需要声明它们的QoS需求，如果达到了它需要的QoS，网络可能允许该业务流进入，否则，也可能拒绝业务流的进入。在保证业务流的QoS，并且保证公平性的前提下，对MAC层的业务队列采用基于权重轮询调度的方法。具体的伪代码如下if网络层控制消息队列不为空处理网络层控制消息；elseifUGS业务队列不为空&&UgsDealTimes!=O处理UGS队列；UgsDealTimes—；elseifrtPS业务队列不为空&&RtpsDealTimes!=O处理Rtps队列；RtpsDealTimes--;elseifnrtPS业务队列不为空&&NrtpsDealTimes!=O处理Nrtps队列；NrtpsDealTimes--;elseifBE业务队列不为空&&BeDealTimes!=O处理Be队列；BeDealTimes--;elseifUGS队列不为空UgsDealTimes=a;处理UGS队列；ifrtPS业务队列不为空RtpsDealTimes=b;处理Rtps队列ifnrtPS业务队列不为空NrtpsDealTimes=c;处理Nrtps队列ifBE业务队列不为空BeDealTimes=d;处理Be队列其中参数“UgsDealTimes”、“RtpsDealTimes”、“NrtpsDealTimes”、“BeDealTimes”分别为一个周期该队列被调度的次数，通过对这些参数的设置来达到对队列权重参数的调整。具体的，如图3所示，假设设置以上四个参数分别为a、b、c、d。则四个队列的调度权重则分别为:a/(a+b+c+d)、b/(a+b+c+d)、c/(a+b+c+d)、d/(a+b+c+d)。即在(a+b+c+d)为一次轮询调度周期中，调度UGS队列a次，rtPS队列为b次，nrtPS队列为c次，BE队列为d次。所述的时隙资源管理模块具体内容包括时隙资源的调度过程中，需要考虑不同业务的特点，实时性要求等。时隙资源调度的QoS的保证主要是通过保证业务的时延要求和修改调制方式，时延的要求根据四种业务类型的时延值确定。由于UGS和rtPS要求实时性，nrtPS和BE实时性要求较差。根据四种业务的实时性要求,分别设定四个值UGS_PERSISTENCE、RTPS_PERSISTENCE、NRTPS_PERSISTENCE和BE_PERSISTENCE，表示各种业务所要求的最大时延，以此值来确保四种业务的QoS。如果不需要分包时，则需要判断是否修改调制方式。调制方式则是在小范围内进行修改，当一个时隙块(16个时隙，承载7个OFDM符号)不被占满的时候，即此IP包不需要分包的时候，则需要判断是否可以修改调制方式。IEEE802.16d标准中规定物理层可以采用五种调制方式以及对应的信噪比，如表2所示表2调制方式及所要求的最小信噪比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由于物理层选用的调制方式不同，可以承载的MAC层的数据量就不同。调制阶数越高，承载的MAC层的数据量就越大，MAC层的每个分包就越大。反之，调制阶数越低，所能承载的MAC层的数据量就越小，MAC层的每个分包就越小。因此，调制方式决定每个分包的大小，如表3所示。表3物理层不同的调制方式下承载的MAC层的数据<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>信噪比与误码率成反比，信噪比越高，误码率越低。从表3可以看出，调制方式越高，可以承载的MAC层的比特数越多，但是却要求接收机的信噪比的也越高，这样就要求射频端接收精度很高。因此，选取在较低信噪比要求的前提下，尽可能多的承载MAC层的比特数。当一个时隙块不被占满的时候，可以考虑信噪比低一等级的调制方式是否符合要求。举例来说，如果当前的调制方式是编码率为1/2的16QAM，可以考虑编码率为3/4的QPSK。是否修改调制方式，取决于使用信噪比低一等级的调制方式是否会超出一个时隙块。如果超出，则使用当前调制方式；如果仍在一个时隙块内，则可考虑采用信噪比更低一等级的调制方式。该过程流程如图4所示。802.16Mesh模式下的分布式调度运用三次握手过程，如图5所示，来建立发送数据前的连接，即通过三次握手机制为数据的发送分配时隙。时隙分配算法包括的内容包括1)请求节点查找本地空闲时隙和预约时隙，发送出去；2)授权节点收到MSH-DSCH_Req消息后，根据本地时隙表查找可用时隙，根据接收到请求节点的预约请求，找出两个时隙表的空闲部分的交集，并在交集中分配一部分时隙资源给请求节点，同时更新本地时隙表，并通过发送MSH-DSH_Grant消息发送给请求节点。3)请求节点收到MSH-DSCH_Grant消息后，更新本地时隙表，同时发送MSH_DSCH_Confirm消息。4)请求节点的各个邻居收到MSH-DSCH_Confirm消息后，更新本地时隙表。请求资源的时候以16个时隙(7个OFDM符号占用的时间)为最小请求单位。DSCH请求的资源分配可能成功，也可能失败。不成功的原因可能有①当前的时隙分配已被占满；②分配时隙的起始帧与当前的帧号之差大于26(两复帧)；③分配的时隙使得数据发送完成的时间超出了上面所提到的最大时延。如果授权节点分配时隙不成功，则将请求节点的请求消息存储到暂缓队列中，在下次的处理中重新分配时隙，直到请求资源无法满足时延要求为止。所述的跨层联合功率控制模块具体内容包括IEEE802.16d协议中没有明确规定功率控制算法，功率控制的目的是在保证用户最低通信要求的前提下最小化发送功率，从而减小系统内的相互干扰，最大化系统容量。在IEEE802.16MAC层，为建立节点间的相互关系，减少冲突，广播的控制/管理消息如NCTO，DSCH都是以最大功率发射的。MAC层功率控制指的是使节点在发送数据时采用适当较小的功率。功率控制算法的思想是通过发送数据前DSCH消息的交互进行功率探测，并由此获得节点发送数据所需要的最小发送功率，即将发送功率降到能够保证接收节点正确接收的最小值。具体描述如下假设节点A有数据要发送给节点B，这就要通过A和B之间DSCH消息的三次握手来建立连接。A首先以最大功率发送MSH-DSCH_Req消息，B接收到此消息以后，从物理层给MAC层的接口消息得到接收信噪比，B的最低信噪比门限一定，利用公式(1)即可得到发送数据的适宜功率值。然后通过MSH-DSCH_Grant消息中的P_tX_data位将新的发送功率携带给A，A发送MSH-DSOLConfirm再将此值通知给预约好时隙的数据接收方B，接着以此较小的功率值发送数据。为使接收节点B能够把发送数据的适宜功率通知给A，对IEEE802.16MAC层协议中Grant_IE的结构进行了修改，在GRANT_IE中增加了4bits的发送功率信息。Ptoew=Plast+(SNRBth-SNRBrecv)(1)公式(1)中，Ptew表示发送数据节点发送数据的适宜功率值，Pi-表示节点发送控制消息的最大发送功率值，SNReth表示接受节点的信噪比门限，SNRteecv表示接收节点接收信息时信噪比。对于所有的功率值都以dBm为单位，SNRBth-SNRBrav为节点可接受最低信噪比和实际信噪比差值，由此就可已得到功率可以降低的量值进而得出节点发送数据所需的最小功率值。所述的跨层自适应调制模块具体内容包括无线信道复杂多变，容易引起信号的幅度衰落和时延扩展，从而恶化系统引起较高的误比特率。采用低阶的调制方式降低信道的比特传输速率可以降低系统误码率，但会降低频谱利用率从而影响到系统容量。调制方式选择是在本时隙根据信道质量状况选定最优的的调制方式进行下一时隙的数据传输。本框架中调制方式选择模块用信噪比表征信道状况，假设信道对称，即信道估计值在相邻周期变化不大。对于各种调制方式，都对应有不同的信噪比门限(表2)，低阶调制方式对应的信噪比较低，即在信道质量较差的条件下选较低阶的调制方式。和全速率调制方式相比，对应的较低阶的调制方式信噪比门限较低，接收机灵敏度较高。调制方式选择算法通过各阶调制方式对应的信噪比门限来确定它们对应的取值范围。在公式(1)中，要得到节点发送数据所需的最小发送功率值，需要从网络层给MAC层原语消息中得到最大发送功率，从物理层给MAC层接口消息中得到接收信噪比。因此本功率控制算法数据跨层设计范畴。关于调制方式选择，MAC层根据射频给MAC层的接口消息得到信噪比，然后选择适宜的调制方式，这也属于跨层设计。功率控制模块和自适应调制方式选择能够提高系统的适应性和网络性能。所述的拥塞检测模块具体内容包括对于基于IEEE802.16的Mesh网络，授权节点业务请求队列的长度可以表征请求节点的业务发送请求还没有被处理的量。如果这个量值过大，第一种原因是网络中请求节点的业务突然增多，授权节点还没有来得及进行处理。第二个原因是授权节点很难为请求业务找到合适的微时隙资源令其占用，即此时授权节点的可用微时隙资源不足。使得请求队列在授权节点缓存区中持续等待被服务。在这种情况下，就可以判断为授权节点产生了拥塞。因此针对于基于IEEE802.16的Mesh网络，可以通过判断授权节点可用微时隙利用情况和缓存区中业务请求队列长度，来联合检测授权节点的拥塞状态。在IEEE802.16Mesh网络中，授权节点发送完MSH-DSCH消息的时候，会计算出其下次发送MSH-DSCH消息的时间。在两次发送MSH-DSCH消息的时间内，它会对此段时间到来的请求发送业务作出微时隙占用安排，并且这个占用安排对应的帧号一定大于等于授权节点下次发送MSH-DSCH消息所在帧的帧号。在这段授权节点MSH-DSCH发送周期内，根据微时隙占用是从前向后的原则，排在请求队列前边的请求发送业务，一般情况下会被安排占用前边的可用微时隙资源；而请求队列后边的请求发送业务，一般情况下会被安排占用后边的可用微时隙资源。那么对应的请求发送业务，成功发送的时延就会有所不同。DSCH请求消息中会携带发送此消息所要求的最大时延，如果分配时隙不成功，可能的原因会有①当前的时隙分配已被占满；②分配时隙的起始帧与当前的帧号之差大于26，此种情况下射频层无法准确知道接收时间，因为射频层只维护26帧；(这是根据实际的工程中设计的RF来确定的)③分配的时隙使得数据发送完成的时间超出了上面所提到的最大时延。一个请求业务微时隙资源需求没有被很好的供给是不能说明此时授权节点可用微时隙资源不足的。有可能是此请求业务本身的微时隙资源需求的特殊性，使得授权节点运用时隙安排算法时不能为其找到合适的微时隙资源。为统计授权节点对于微时隙资源实时业务的利用情况，应该设置一个计数器；用计数器T_full统计在MSH-DSCH发送周期内资源分配失败的请求次数，如果计数器的次数超过设定的上限值时，就可以据此说明此时授权节点的可用微时隙资源已经不足，网络发生了拥塞。另外，预约时隙资源未成功的请求队列的长度，表征缓存区中需要处理的业务请求。当此值超过所设定的门限值时，则说明需要处理的请求业务很多。如果此时授权节点的可用微时隙资源已经不足，则判定网络发生了严重拥塞。以上方法可准确、即时地检测网络的拥塞状态，从而为进行良好的拥塞控制提供■石出。本发明已经在基于.NET的仿真平台上进行了仿真。仿真结果表明，该MAC层架构配合物理层的TDMA方式能较好的应用于无线Mesh网络环境，在减少数据碰撞同时，保障了业务的QoS。权利要求一种无线Mesh网络基于TDD模式的MAC层架构，其特征在于，包含以下模块业务分类映射模块、队列调度模块、时隙资源管理模块、跨层联合功率控制模块、跨层自适应调制模块以及拥塞检测模块；其中，业务分类映射模块根据从网络层接收到的业务流的QoS要求，将不同的业务流映射到主动授权、实时轮询、非实时轮询和尽力而为四个缓存队列中；队列调度模块依据上述四个缓存队列的业务流的QoS特性，设计队列调度算法，对队列中的数据包进行调度；时隙资源管理模块查找并维护本节点可用时隙、为请求节点分配时隙；跨层联合功率控制模块联合射频端和MAC层，通过功率控制算法为发送数据选择发送功率；跨层自适应调制模块联合射频端、物理层和MAC层，根据信道质量状况确定最优的调试方式；拥塞检测模块对队列情况和时隙占用情况进行监测，发生拥塞时反馈给队列调度模块和业务接纳模块。2.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述网络层接收到的业务流中包含用于标识数据类型的信息，即MAC层与网络层间传递的层间消息中的业务类型标识位。3.如权利要求1或2所述的MAC层架构，其特征在于，所述MAC层为网络层的控制消息单独设置一个队列，并且设置该队列的优先级高于上述四个队列的优先级。4.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述业务分类映射模块将实时业务分类映射到UGS队列和rtPS队列中；将非实时业务分类映射到nrtPS和BE队列中。5.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述队列调度模块对MAC层的业务队列采用基于权重轮询调度的方法，通过设置上述四个队列在一个发送周期内被调度的次数，来调整队列权重参数。6.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述时隙资源管理模块设定各种业务所要求的最大时延，以此值来确保四种业务的QoS；若一个时隙块不被占满，则判断是否采用信噪比低一等级调制方式。7.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述跨层联合功率控制模块使节点在发送数据时采用适当较小的功率，该发送功率计算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，PAn表示发送数据节点发送数据的适宜功率值，Plast表示节点发送控制消息的最大发送功率值，SNReth表示接受节点的信噪比门限，SNRteecv表示接收节点接收信息时信噪比，所有功率值都以dBm为单位。8.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述的跨层自适应调制模块在本时隙选定最优的调制方式进行下一时隙的数据传输，其调制方式选择算法为通过各阶调制方式对应的信噪比门限来确定它们对应的取值范围。9.如权利要求1所述的MAC层架构，其特征在于，所述拥塞检测模块在授权节点发送完MSH-DSCH消息时，计算其下次发送MSH-DSCH消息的时间，在两次发送MSH-DSCH消息的时间内，对此段时间到来的请求发送业务作出微时隙占用安排，并且该占用安排对应的帧号大于等于授权节点下次发送MSH-DSCH消息所在帧的帧号。10.如权利要求1或9所述的MAC层架构，其特征在于，所述拥塞检测模块设置一个计数器，统计在MSH-DSCH发送周期内资源分配失败的请求次数，如果计数器的次数超过设定的上限值时，可据此说明网络发生了拥塞。全文摘要本发明对IEEE802.16dMesh网络MAC框架进行了基于TDD模式的重新设计，新MAC层架构主要由以下几个模块构成业务分类映射模块、队列调度模块、时隙资源管理模块、跨层联合功率控制模块、跨层自适应调制模块、拥塞检测模块。该MAC架构配合物理层的TDMA接入机制，不仅可以避免节点间的发送数据的碰撞，而且在一定程度上保障了业务流的QoS的要求。文档编号H04W16/00GK101808324SQ20101014480公开日2010年8月18日申请日期2010年4月9日优先权日2010年4月9日发明者姜晓丽,李富艳,李旭,申宏刚申请人:北京交通大学