专利名称：一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法
技术领域：
本发明属于紫外光通信技术领域，涉及一种通信接入方法，具体涉及一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法。
背景技术：
目前，宽带接入方式主要分为有线接入和无线接入。有线接入方案如电话线、有线电视网络及高速以太网、全光纤网络等，这些(如电话线、全光纤网络)接入方式存在需要预先埋设，易被破坏，难以维护等问题。无线接入方案有LMDS、MMDS、Wi-Fi、WiMAX等，与有线接入方式相比，这类技术具备启动资金少、初期投入少、建设周期短、提供服务快速，发展具备很大灵活性、可按用户需求动态分配系统资源，系统维护成本低等诸多优势。近年来， 随着信息技术的快速发展、市场需求的日益增长及电信市场竞争重心的转移，宽带无线接入技术在中国逐步兴起，市场规模迅速扩大，产业链雏形初步显现，发展前景非常广阔。但是，现有的无线接入方式存在易被窃听、数据传输速率低等问题。于是人们进一步开发电磁波频谱段，提出了红外、可见光大气传输通讯方式，尤其是开展了紫外光通信方面的研究工作。紫外光通信是利用大气散射进行信息传输的一种新型通信方式，分为视距和非视距两种通信方式。视距要求发射接收端对准，两者之间不能有障碍物存在。非视距方式下， 紫外光通过大气分子和颗粒的散射到达接收端，接收端接收到一定数目的紫外光子，就可以实现非视距通信。信道接入算法是无线网络的研究热点之一，主要解决如何在相互竞争的用户间分配无线信道资源。信道接入算法设计的好坏直接影响到网络的吞吐量、公平性、时延、信道空分复用率等性能。传统的全向信道接入算法对于所有的帧的收发方式都为全向，即使用通信覆盖区域为圆形的全向天线；而定向信道接入算法中，对控制帧的发送和接收采用定向和全向结合的方式，而对数据帧和确认帧采用定向发送和接收。紫外光通信是一种散射信道，不同于无线射频通信。紫外光非视距通信方式的覆盖范围具有一定的方向性，只有在发送节点覆盖范围内的节点才能收到信息。这两类接入算法显然不能直接应用于紫外光通信网络。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，解决了现有接入算法不能直接适用于紫外光非视距通信的缺点。本发明所采用的技术方案是，一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，具体按照以下步骤实施步骤1 设定接收仰角的值为90°，根据发射节点的发散角和发射仰角的值，计算紫外光非视距通信覆盖范围；步骤2 根据步骤1得到的紫外光非视距通信覆盖范围，设计紫外光非视距通信节点结构，建立接口仰角邻居表；步骤3 根据步骤2得到的接口仰角邻居表，更新定向的网络矢量分配表；步骤4 根据步骤3得到的更新后的网络矢量分配表判断信道是否空闲；步骤5 根据步骤4得到的判断结果，进行信道预约；步骤6 根据步骤2得到的接口仰角邻居表，进行数据的发送和接收，完成紫外光非视距通信定向接入。本发明的特点还在于，其中的步骤1中计算紫外光非视距通信覆盖范围，具体按照以下步骤实施首先分析覆盖范围的方位角的数学表达式，发送端节点的发散角为(K，发射仰角为θ t，接收端节点的视场角为Φρ接收仰角为θ ρ发送端和接收端之间距离为r;当发端功率能量是一定时，从节点A发射的光束的形状为一个以A为顶点的圆锥体，圆锥底面是以点0为圆心，AO为圆锥的高，假设AO的长度为光束的最远传输距离其值为r1; OG为圆锥的底面半径，OG在水平面的投影为B' E，AO在水平面的投影为AB'，圆锥底面直径GH在水平面的投影为EF，投影区域为EAFD，覆盖范围的方位角为Z EAF，各角度间满足以下关系
权利要求
1.一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施步骤1 设定接收仰角的值为90°，根据发射节点的发散角和发射仰角的值，计算紫外光非视距通信覆盖范围；步骤2 根据步骤1得到的紫外光非视距通信覆盖范围，设计紫外光非视距通信节点结构，建立接口仰角邻居表；步骤3 根据步骤2得到的接口仰角邻居表，更新定向的网络矢量分配表； 步骤4 根据步骤3得到的更新后的网络矢量分配表判断信道是否空闲； 步骤5 根据步骤4得到的判断结果，进行信道预约；步骤6 根据步骤2得到的接口仰角邻居表，进行数据的发送和接收，完成紫外光非视距通信定向接入。
2.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤1中计算紫外光非视距通信覆盖范围，具体按照以下步骤实施首先分析覆盖范围的方位角的数学表达式，发送端节点的发散角为，发射仰角为 θ t，接收端节点的视场角为接收仰角为θ ρ发送端和接收端之间距离为r;当发端功率能量是一定时，从节点A发射的光束的形状为一个以A为顶点的圆锥体，圆锥底面是以点 0为圆心，AO为圆锥的高，假设AO的长度为光束的最远传输距离其值为r1; OG为圆锥的底面半径，OG在水平面的投影为B' E，AO在水平面的投影为AB'，圆锥底面直径GH在水平面的投影为EF，投影区域为EAFD，覆盖范围的方位角为Z EAF，各角度间满足以下关系 B' E = OG,+ a, ogtan(y) = ^，ab' c0s^ = AO',ZEAF、 B'E OG Α0·^ηφ tan(^)tani-) = -= -= --- = --- ，y 2 J AB' AB' AO-cos(0t) cos(代)因此，覆盖范围方位角为f φ λ tan(f)ZEAF = 2*atan ~， cos(6^)VJ调节发送仰角时，方位角大小变化规律为当发送仰角小于40°，方位角几乎无变化； 当发送仰角大于40°，随着发送仰角的增大，方位角逐渐增大；在发送仰角从80°到90° 化时，方位角增大的速度较快，调节发散角时，方位角大小变化规律类似一条直线，方位角随发散角的增大而线性增大。
3.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤2中的设计紫外光非视距通信节点结构，建立接口仰角邻居表，具体按照以下步骤实施节点结构由单个紫外光探测器和多个紫外光源组成，每个层次的紫外光源数目随不同发送仰角对应的覆盖范围方位角的大小而不同，规律为当发送仰角较大时，覆盖范围的方位角也较大，覆盖360°圆形区域所用的紫外光源数目比较少；当发送仰角较小时，对应的覆盖范围方位角较小，覆盖360°圆形区域所用的紫外光源的数目比较多；网络进行初始化，构建接口仰角邻居表；表的记录包括邻居节点、接口号、发送仰角； 节点每次进行通信前检测接口仰角邻居表中是否有相应的邻居节点，如果有则说明是一跳通信，节点根据接口仰角邻居表选择相应接口、发送仰角进行信息发送；否则为多跳通信， 节点选择能够达到最远通信距离的发送仰角进行信息的发送。
4.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤3中更新定向的网络矢量分配表，具体按照以下步骤实施对每个矢量方向，都有个对应的时间值，在此时间范围内节点不能在此方向上发送任何定向信息，邻居节点根据收到的控制帧信息来更新自己对应方向的网络矢量分配表值。
5.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤4中的判断信道是否空闲，具体按照以下步骤实施紫外光非视距通信定向信道接入算法在通信前，网络中的节点处于空闲信道扫描模式，假设此时节点A有数据要发送给节点B，节点A就检测信道是否空闲；在判断信道是否空闲前，节点A首先检测DNAV 表中对应向节点B发送所需的紫外光源方向的DNAV值是否为零，如果为零，就进行信道空闲的判定，否则，节点回到初始的空闲信道扫描模式。
6.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤5中的信道预约，具体按照以下步骤实施当节点A判定信道空闲时，节点A 就检测接口仰角邻居表中是否有目的节点B，如果有则节点就选择DNAV表中DNAV值为零的所有接口，根据接口仰角邻居表中相应的发送仰角发送RTS帧；否则，节点选择DNAV表中 DNAV值为零的所有接口中发送仰角最小的接口发送RTS帧。
7.根据权利要求1所述的基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，其特征在于，所述的步骤6中的数据的发送和接收，具体按照以下步骤实施当节点A成功与节点B进行RTS/CTS交换后，信道预约成功，节点A根据接口仰角邻居表，选择对应节点B方向的接口号、发送仰角向节点B发送DATA，此时节点A其余接口方向的紫外光源暂停工作；当节点B收到节点A发给自己的DATA后，也根据接口仰角邻居表，选择对应节点A方向的接口号、发送仰角向节点A回复ACK确认帧，节点B其它接口方向的紫外光源此时也暂停工作，节点A成功收到ACK帧后，此次数据传输成功。
全文摘要
本发明公开的一种基于角度感知的紫外光非视距通信定向接入方法，首先设定接收仰角的值为90°，根据发射节点的发散角和发射仰角的值，计算紫外光非视距通信覆盖范围；其次设计紫外光非视距通信节点结构，建立接口仰角邻居表；接着更新定向的网络矢量分配表；然后判断信道是否空闲；进行信道预约；最后进行数据的发送和接收，完成紫外光非视距通信定向接入。本发明方法，使紫外光通信节点在信道接入时能够根据接口仰角邻居表，选择最佳的发送仰角、接口号进行数据的发送。相对于静态指定发送仰角的接入算法，降低了干扰节点产生的概率，提高了通信的传输距离，减少了通信所需的跳数，为采用紫外光非视距通信方式的节点结构设计提供相应的指导。
文档编号H04B10/10GK102324973SQ201110135990
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者于晓冬, 候兆敏, 柯熙政, 王小瑞, 赵太飞 申请人:西安理工大学