一种基于ad-hoc网络mac层的通信方法与流程

本发明涉及一种基于ad-hoc网络mac层的通信方法。

背景技术：

相比于静态的网络，在ad-hoc网络中，节点移动性高，网络拓扑变化快。ad-hoc网络可运用在快捷组网的状况中，如紧急通讯复原，救灾抢险过程，目前，ad-hoc组网在无人机操控、智能驾驶方面也有广阔的应用前景。基于ad-hoc网络范围覆盖大并不受无线传输区域限定，因而对于任意几个不在通讯区间内的节点，均可选用节点转发分组即多组接入模式。

现有协议在静态和低移动性网络中表现出很好的适应性，但是在高移动性网络中效果不佳。例如，在IEEE802.11MAC协议中，新加入的高移动性的节点可能未侦听到RTS和CTS，其发送的RTS可能会打断已经建立的DATA传输，由于暴露终端的存在，使得两跳范围内节点不可以并发传输。

相比于IEEE802.11MAC协议、DBTMA协议(Haas Z，Deng J.Dual Busy Tone Multiple Acess(DBTMA):A New Medium Access Control for PacketRadio Networks[J]〕IEEE ICUPC，1998，(2):973一977)，引入了双忙音多址，在很大程度上解决了隐藏终端与暴露终端的问题，但是DBTMA协议没有ACK的数据接收确认机制，导致数据不可靠传输，这在高移动性高误码率的环境下是不可接受的。现有文献中，提出了一种将DBTMA协议与ACK应答机制相结合的方法，但是未考虑在单信道并发传输得环境下，其他节点DATA发送对本节点ACK接收的干扰。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足设计了一种基于ad-hoc网络mac层的通信方法。

本发明为实现以上目的，采用如下方案：一种基于ad-hoc网络mac层的通信方法，包括以下步骤：

将信道共划分为忙音信道、邻节点感知信道和数据信道三个部分，将所述忙音信道划分为发送忙音信道和接收忙音信道两个子信道，所述数据信道用于传输数据帧；

所述邻节点感知信道用于确定一跳或两跳范围内相邻节点的数目及身份，每个节点维护一个邻节点列表ANL，通信前或通信发生异常时，节点都会检查其ANL，若目标节点不在ANL内，则取消通信尝试；

设发送节点与接收节点完成RTS握手至开始发送数据帧的时间间隔为t0，接收节点在数据帧接收开始时挂起接收忙音，发送节点在数据帧开始发送的t1时间后挂起发送忙音，周边并发传输的其他节点在t0与t1之间完成RTS握手；

所述数据帧包括数据DATA和附加在数据DATA末的信道状态CS，假设DATA持续时间为t2，CS持续时间t3，t3/t2小于0.05，t1/(t2+t3)小于0.1；

当发送节点即将发送完数据DATA时，检测接收忙音信道的状态，若检测到接收忙音，则说明周边有节点在同时进行数据传输，此时，发送节点在CS段里做相应标注，接收节点成功接收的DATA后，根据CS段内容，改变其ACK发送的竞争窗口。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)与现有DBTMA协议不同的是，发送节点在DATA开始发送的t1时间后挂起忙音，周边并发传输的其他节点在t0与t1之间完成RTS握手，这样改进的目的在于，使得引入的ACK确认机制在并发传输的条件下延时可控；

(2)考虑到上层(网络层)的路由需求，协议引入了邻节点感知信道，以确定一跳或两跳范围内节点数目及身份，每个节点都会维护一个邻节点列表ANL，通信前或通信发生异常时，节点都会检查其ANL，若目标节点不在在ANL内，则取消通信尝试或做其他处理动作；

(3)相比于IEEE802.11MAC等现有的其他协议，改进后的协议在DATA尾部附上一小段CS(channel state)，该帧表示信道环境与信道状态,解决了在特定环境下相邻两段链接并发传输时DATA干扰使ACK失效的问题；

(4)对DBTMA的双忙音机制做出改进，及时中断受损链接，尽可能避免干扰的持续与扩散，提高整体网络性能。

附图说明

图1为整体信道示意图；

图2为特点情境下节点数据传输关系示意图；

图3为ACK与DATA碰撞失效示意图；

图4为本发明改进后的握手与应答机制示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明将信道共划分为忙音信道、邻节点感知信道和数据信道三个部分，将所述忙音信道划分为发送忙音信道和接收忙音信道两个子信道，所述数据信道用于传输数据帧。发送节点与接收节点完成RTS握手至开始发送数据帧的时间间隔为t0，接收节点在数据帧接收开始时挂起接收忙音，发送节点在数据帧开始发送的t1时间后挂起发送忙音，周边并发传输的其他节点在t0与t1之间完成RTS握手，确保本段传输的ACK回复时间。这样改进的目的在于，使得引入的ACK确认机制在并发传输的条件下延时可控。

另外，所述邻节点感知信道用于确定一跳或两跳范围内相邻节点的数目及身份，每个节点维护一个邻节点列表ANL，通信前或通信发生异常时，节点都会检查其ANL，若目标节点不在ANL内，则取消通信尝试或做其他处理动作。

所述数据帧包括数据DATA和附加在数据DATA末的信道状态CS，假设DATA持续时间为t2，CS持续时间t3，考虑到网络开销与网络效率问题，t3/t2小于0.05，t1/(t2+t3)小于0.1。

如图2所示，在特定情境下，u节点向v节点发送数据，同时，相邻的i节点向j节点发送数据。改进前的DBTMA协议未加入ACK确认机制，导致传输不可靠，u节点发送的DATA可能与i节点接收的的ACK在i点发生碰撞(反之亦然)，从而使ACK失效，数据重传，网络负担加重效率下降。

如图3所示，为ACK与DATA碰撞失效示意图。图中，当u节点发送完DATA后，v节点发送的ACK与i节点发送的DATA发生碰撞。

如图4所示，改进后的协议在DATA尾部附上一小段CS，表示信道环境与信道状态，假设数据长度固定，若u节点先于i节点发送数据，当u节点即将发送完数据后，u节点将会检测接收忙音信道的状态，若检测到接收忙音，则说明周边有节点(i节点)在同时进行数据传输，此时，u节点会在DATA的CS段里做相应标注，v节点成功接收u节点的DATA后，根据CS段内容，改变其ACK发送的竞争窗口，从而避免了ACK与DATA在u节点碰撞。

节点发送数据时，挂起发送忙音，同时侦听接收忙音；反之，节点接收数据时，挂起接收忙音，同时侦听发送忙音。数据收发过程中，接收节点周期性查看ANL列表，若接收节点无法检测到发送忙音，或接受节点ANL列表中无发送节点，则立刻停止接收，并停止发送接收忙音，此时，发送节点检测不到接收忙音，默认为目标节点接收错误，停止发送数据，在一定程度上提高网络效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。