[发明专利]无线分组网络媒质接入控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种通过数据链路层和物理层协 同实现的无线分组网络媒质接入控制系统和方法，用于解决无线ad hoc网络中 暴露终端问题，提高通信并发度和网络容量。

背景技术

随着无线通信技术的发展和无线通信应用的普及，由地位平等的无线通信 设备构成的自组织无线分组网络，以及联系物理环境和计算环境的无线传感器网 络得到越来越广泛的应用。这种被称作无线Ad hoc的网络中，媒质接入控制协 议在很大程度上决定网络的实际性能和资源利用效率。

无线Ad hoc网络中，媒质接入控制层广泛使用的载波侦听(Carrier Sensing) 技术受困于隐藏终端问题和暴露终端问题。已成为标准的IEEE 802.11协议中规 定的分布式协同机制(DCF)，采用发送请求/发送确认(RTS/CTS)帧以及控制 握手规则来解决上述问题。该方法通过引入虚拟载波侦听和网络分配向量，在一 定程度上弥补了物理载波侦听的不足，可以解决隐藏终端问题。但是，这种方法 未能有效解决暴露终端问题。

如附图1所示，终端D侦听到A发出的RTS控制帧，并且可以侦听到A 发送数据时的载波信号，因而受到抑制，不能向终端F发送数据。但是，D向F 发送实际上并不会干扰A和B之间的会话。在此情形中，D称为会话AB的暴 露终端，暴露终端引起的通信抑制称为暴露终端问题。

为提高无线Ad hoc网络的吞吐率，国内外在改进RTS/CTS控制信令、提 高并发通信密度，即空间复用度方面进行了许多研究。这些研究工作以802.11 握手机制为基础，通过适当改变控制信令和控制机制，设法识别并允许不会造成 干扰的隐藏和/或暴露终端发起并发会话。根据控制帧与并发数据帧之间干扰的 处理方式，这些方法可分为三类：

1.取消法，为避免控制帧干扰数据帧，在协议中去掉一些控制帧。例如， MACA协议取消了物理监听，这样直接避免产生暴露终端问题，同时接收终端 不再发送接收确认帧ACK，避免了ACK对正在进行的数据接收的干扰。此类方 法的主要缺点是ACK的缺失引起的上层(如TCP)的性能恶化，并不适合无线 网络，并且，此类方法还会恶化隐藏终端问题。

2.同步法，即设法使并发会话同时结束，这样接收终端发送ACK就不会 干扰另一会话的数据接收，例如对MACA的改进协议MACA-P和CTMAC协议。 同步法的最大缺点是信令握手过于复杂，并且为实现并发会话的同步，终端在发 送时等待时间过长。

3.规避法，即通过控制信令所交互的信息，仅从网络中选取不会造成相互 干扰的暴露终端或隐藏终端执行并发通信，例如进取型MAC协议和包侦听多路 接入/冲突避免(PSMA/CA)技术。此类方法的实质是强化了允许并发通信发生 的条件，缺点是不能充分实现并发通信和空间复用。

发明内容

本发明的目的在于避免上述已有技术的缺点，在现有IEEE 802.11标准的基 础上，提出一种无线分组网络媒质接入控制系统和方法，通过无线通信终端中的 数据链路层和物理层协同，实现帧接收过程中的预期帧检测与消除，解决暴露终 端问题，提高无线通信网络的通信容量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、术语说明

MAC层：媒质接入控制层，ISO规定的网络分层结构中，链路层中负责物 理媒质获取和使用的子层；

帧：链路层和物理层协议单元；

分组：与帧对应，称链路层以上层协议单元为分组；

数据帧：承载用户数据业务内容的链路层协议单元；

控制帧：承载信令信息，用于实现控制管理等任务的MAC层协议单元；

RTS/CTS/ACK：三种用于实现802.11无线网络媒质接入控制握手协议的控 制帧，分别对应为发送请求帧、发送允许帧和接收确认帧，控制帧有固定的帧长 和帧格式；

终端：以对等方式构成无线网络的无线设备，终端间通过无线链路互相发 送或接收数据/控制帧；

会话或通信：称终端间的一次数据帧收发为会话。若A向B发送数据帧， 则称之为AB会话；

暴露终端：由于载波侦听，处在发送终端信号覆盖范围内的相邻终端不能 发起会话。如果该相邻终端发起的会话不会干扰原有会话，则该相邻终端即成为 暴露终端。暴露终端会造成不必要的并发通信损失；