[发明专利]一种分布式非协作网格网络中数据发送方法、系统及节点

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种分布式非协作网格网络中数据发送方法、系统及节点。 

背景技术

IEEE 802.16标准是针对宽带无线接入城域网(BWA-MAN，BroadbandWireless Access Metropolitan Area Network)的空中接口协议。它对点到多点宽带无线接入系统的媒体接入控制层和物理层进行了规范，提供了传输数据、视频和语音服务的能力。标准规定物理层采用正交频分复用(OFDM)或是单载波(SC)机制，可以支持28MHz信道上134Mbit/s数据传输速率。 

802.16媒体接入控制(MAC)层支持两种网络模式：点到多点(PMP，Point to Multi Point)模式和多点到多点(Mesh，multipoint-to-multipoint)模式。在PMP模式中，节点的组织类似于蜂窝网络结构，包括一个基站(BS)和用户节点(SS)。SS之间不能直接传输数据，必须通过BS转发。在Mesh模式中，所有节点是同等的，SS之间可以直接多跳传输数据，每个SS不但可以收发数据包，还可以作为中继传输邻居SS的数据包。Mesh网络以移动Ad hoc对等网络的形式出现，满足军事通信中对于宽带数据传输、支持端到端IP、支持语音和视频信息、支持不采用全球定位系统(GPS，Global PositioningSystems)但同样可达相应精确度的定位要求。 

在Mesh模式中，没有明确的区分上行连接和下行连接，每个SS可以和其他SS创建直接的通信连接。IEEE 802.16规定了两种数据包传输调度机制：集中调度和分布式调度。集中调度机制中，有一个类似簇头的BS，管理SS如何在不同时隙中共享信道。它的功能类似于PMP模式中的BS，主要的不同点是在Mesh模式中，所有的SS可以和其他的SS建立直接的连接，需要建立SS和BS之间的直接连接。连接上的所有通信由BS来集中管理。 

分布式调度机制中，没有类似于BS的集中调度控制，每个SS发送自己的调度信息给邻居节点，并通过自身两跳范围内节点的调度信息来选择带宽接入信道，实现数据无碰撞地传输。分布式调度又分为协作方式和非协作方式。协作方式中，节点通过使用每个帧中一段或全部控制部分，有规则、无竞争地传输自己的调度信息。非协作方式中，节点需要通过竞争方式来发送调度信息，从而实现数据的无碰撞传输。 

IEEE 802.16网络的结构分类如图1所示。 

IEEE 802.16分布式非协作Mesh网络的MAC层采用的是时分多址(TDMA)方式，时分双工(TDD)模式，所有控制信令和数据包的发送都按时隙发送。这种多址方式能保证传输时延，支持面向连接的服务，也是系统提供服务质量(QoS)和差异化服务、带宽的动态分配的基础。 

IEEE 802.16分布式非协作Mesh网络中标准的调度方法中，控制消息和数据包的发送分配在不同的时隙段进行，数据包发送时隙的分配必须通过控制消息的交换来确定，这样可以避免数据包的碰撞。 

Mesh帧结构分成控制子帧和数据子帧两部分，帧结构如图2所示。控制子帧分网络控制子帧和调度控制子帧两种。前者负责创建和维持不同系统之间的结合，后者负责协作数据传输的调度。数据子帧紧跟在控制子帧后面，并分成许多个时隙带宽。标准将调度消息定义为MSH-DSCH，所有的调度命令以及邻居节点的带宽分配情况都在MSH-DSCH消息中发送。 

在分布式非协作Mesh网络中，由于缺少BS的中心控制，所以每个要发送数据包的SS必须先通过竞争来发送控制消息，从而来获得数据包的具体发送时隙。如果某个SS竞争获胜，就可在当前的时隙广播其控制消息；如果失败，则必须等到下一个传输时隙继续参与竞争。该方案采用了“请求/授权/确认”三次握手过程来完成连接的建立，握手协议如图3所示。 

请求节点A发送“请求”消息给接收节点B，B收到消息后，返回一个“授权”消息，该消息包括节点B可以提供的全部或者部分空余的带宽时隙，由于消息是以广播形式发送，节点B的邻居节点都能收到该请求，并认为B的这些带宽时隙已经被占用。节点A收到“授权”消息后，即获得了数据发送的具体带宽时隙，然后还要广播一个“确认”消息，该消息中包含了一个“授权”消息的副本，告知所有A的邻居节点不可占用A已经分配了的带宽时隙。通过这种方式，所有A和B的邻居节点都能及时更新数据子帧的分配信息，避免重复利用，也就避免了数据包发送的冲突，实现数据包无碰撞地发送和接收。