[发明专利]Ad Hoc网络中远距离节点的通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域的Ad Hoc网络的MAC层通信方 法，尤其涉及一种利用方向性天线进行远距离节点通信的方法。

背景技术

传统移动Ad Hoc网络受到存活问题，容量和能量限制的困扰。 它们很容易被干扰和偷听。上述问题可以通过在Ad Hoc网络中使用 方向性天线来克服。有了方向性天线我们可以获得两个优点：首先是 更高的空间重用性；第二个是更远的通信距离。然而，利用方向性传 输所带了的巨大潜力需要有效的远距离邻节点发现机制，而这里所需 要的发现机制要比使用全向天线的传统Ad Hoc网络的情况要复杂的 多。给定使用方向性天线发送和接收信号的Ad Hoc网络，每个节点 都必须知道哪些是一跳可达邻节点而其方向又如何。使用方向性天线 的Ad Hoc网络中的通信链路可以被分为两种模式：发射波束成形 T-BF(Transmit Beam-Forming)模式和发射接收波束成形TR-BF (Transmit and Receive Beam-Forming)模式，因此可以将方向性通信 机制分类为T-BF方向性通信和TR-BF方向性通信。其中TR-BF方 向性通信可以获得最远的通信距离，因而对于Ad Hoc网络在TR-BF 模式下充分开发方向性发送和方向性接收的优势是十分必要的，而 TR-BF模式同时可以在网络安全，容量和能量节省等方面带来很好的 提高，但遗憾的是大多数现有的针对Ad Hoc的方向性通信方法只支 持T-BF模式，显然这种模式无法全面开发方向性发射和接收的优点。

在目前使用方向性天线的Ad Hoc网络中，利用TR-BF模式探索 远距离节点通信方面的方法有如下两种：

1、R.Ramanathan等人提出了一个TR-BF方向性通信方法，该 方法需要使用GPS来为Ad Hoc中的所有节点获得同步时间，而且为 了协调节点移动所引起的拓扑变化，每个节点都要周期的进行TR-BF 来发现远距离节点。

2、G.Jakllari等人提出了一个基于轮询的TR-BF方向性通信方 法，该方法中网络的每个节点必须与它的邻节点同步，且网络约定将 时间分成连续的帧，而且每帧都有一个片断是用于邻节点发现的。

可以看到所有现有的TR-BF方向性通信方法都依赖于辅助信息， 而且想要获得这些节点位置信息或时间同步信息显然需要为通信节 点添加相应的外部设备，然而无论从经济角度还是实用性角度来看， 这些外部设备都是我们所不希望看到的。

为了提出本发明的远距离节点通信，下面首先介绍结合了虚拟载 波侦听和方向性网络分配矢量的IEEE 802.11协议：

在采用这种协议的Ad Hoc网络中，节点配置有电子操控天线系 统，这种系统可以动态的改变波束方向。当网络中的任意节点侦听到 分组时，无论该分组的目的地是否是自己，都存储对应邻节点的 AOA。当此节点有分组要发送时，如果可以从AOA寄存器中找到目 的节点的AOA，则向对应的AOA波束成形来发送RTS分组，但如 果没有相应的AOA信息，则采用全向的方式来发送RTS。同时协议 采用波束锁定机制来最大化接收功率。另外，协议还使用方向性的网 络分配矢量DNAV(Directional Network Allocation Vector)来为邻居节 点的通信预留相应方向的信道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种Ad Hoc 网络中远距离节点的通信方法，该方法在避免增加附加设备的条件 下，充分利用方向性天线能够提高空间重用性、提供更远通信距离的 优势，最终实现增大网络吞吐量并降低网络延时的效果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先，在使用方向 性天线的Ad Hoc网络中，当有分组到达节点A，且从路由信息中可 以得到接下来两跳的转发节点分别为节点B和节点C时，根据MAC 协议，节点A首先向下一跳节点B发送请求发送分组RTS，分组中 携带节点B的下一跳节点的信息，也就是节点C的ID号，如果节点 B此时接近阻塞，便可以选择不接受此分组，而发起节点A与节点C 的远距离节点通信。

其次，节点B根据自己掌握的到达角AOA(Angle of Arrival)信息 来发起远距离节点通信：