[发明专利]一种改进的RTS/CTS通信控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信网络技术领域，特别涉及RTS/CTS握手机制(RTS全称为Request-To-Send，CTS全称为Clear-To-Send)，以及WLAN隐藏终端问题和暴露终端问题的解决方法。

背景技术

无线局域网中各节点的通信范围受到限制，而且共享广播信道，导致了“隐藏终端”和“暴露终端”问题的出现。

“隐藏终端”是指一个终端位于接收者的通信范围内，而在发送者的通信范围外。隐藏终端因侦听不到发送节点的发送，而可能向同一个接收节点发送分组，造成分组在接收节点处的冲突。若此时该终端发送信息，则为“隐藏发送端”，见图1，节点C为隐藏发送端。隐藏发送端会造成分组的碰撞，降低系统吞吐量，其通信是被禁止的；若此时该终端接收信息，则被称为“隐藏接收端”，见图2，节点C为隐藏接收端，不会造成不良影响，其通信是被允许的。

“暴露终端”是指在发送者的通信范围内，而在接收者的通信范围外的终端。暴露终端因能侦听到发送节点的发送而可能延迟发送，但因为它在接收节点的通信范围外，它的发送实际上不会造成冲突，这就引入了不必要的延迟。若此时该终端发送信息，则为“暴露发送端”，见图3，节点C为暴露发送端，其通信是被允许的；若此时该终端接收信息，则被称为“暴露接收端”，见图4，节点C为暴露接收端，由于发送者的分组会干扰暴露接收端的接收，所以其通信是被禁止的。

隐藏终端和暴露终端的存在，会造成无线局域网时隙资源的无序争用和浪费，增加数据碰撞的概率，严重影响网络的吞吐量、容量和数据传输时延。因此，必须解决“隐藏终端”和“暴露终端”问题，即允许“隐藏接收端”和“暴露发送端”的通信，禁止“隐藏发送端”和“暴露接收端”的通信，以便获得较高的信道利用率、较低的时延和较好的公平性。

目前最常用的解决“隐藏终端”问题的方法是传统的RTS/CTS机制。见图5，在RTS/CTS握手过程中，首先由发送端向覆盖范围内所有节点发送RTS帧，所有接收到该帧的非目的节点停止数据交换，目的节点则向源节点发送CTS帧表示进入准备接收信息的状态，然后即可进入数据传输过程。RTS和CTS帧中包含需要占用信道的时间信息，其他节点可以根据此信息调整自己的NAV(网络配置矢量，目的是防止在预设的时间内其它数据与当前数据竞争信道)。当数据传输完成后，目的端发送ACK，信道资源被释放，新一轮竞争开始。IEEE802.11帧间间隔(IFS)的长短来设定帧的发送优先级，包括短帧间间隔(SIFS)、PCF帧间间隔(PFIS)、DCF帧间间隔(DIFS)和延长帧间间隔(EIFS)。SIFS发送优先级最高，DIFS的帧发送优先级较低。

传统的RTS/CTS机制强制的限制了通信节点的通信范围内其它节点的一切活动，这样可以避免分组的碰撞，有效的解决隐藏终端问题。但是，同时也限制了一些可以通信的节点的活动，增加了不必要的等待时间，例如，“隐藏接收端”和“暴露发送端”的通信。并且，传统的RTS/CTS机制不能解决“暴露终端”问题。

除了传统的RTS/CTS机制，还有一些新的方法相继被提出，例如，申请号是200710031832.X的专利提出了“一种解决多跳无线自组网隐藏终端和暴露终端问题的方法”，这种方法采用了两个信道，接收节点通过控制分组通知隐藏终端、发送节点通过控制分组通知暴露终端，从而在不增加硬件实现难度的基础上，通过设计RTS/CTS、DRI/DRFIN、DSI/DSFIN等控制分组完成解决了多跳无线自组网的隐藏终端和暴露终端问题。这种方法虽然保证了数据分组无冲突发生，且能解决隐藏终端和暴露终端问题，但并没提高信道利用率，而且引进的新的控制分组通信使过程复杂化。

发明内容

针对传统RTS/CTS机制中存在的问题，以及现有方案的不足，本发明提出了一种结合扩频技术对传统RTS/CTS机制的改进方案。本发明具有如下优点：

1)可以完全解决“隐藏终端”和“暴露终端”问题，即允许“隐藏接收端”和“暴露发送端”的通信，禁止“隐藏发送端”和“暴露接收端”的通信。

2)本发明能提高传统RTS/CTS机制的性能，提高吞吐量和信道利用率。

3)本发明可以简化协议过程，减少协议参数。

本发明通过如下技术方案实现：

1.基本假设

本发明假设系统已存在高层协议可完成节点发现和动态地址分配功能；当节点需要多跳传输时，存在相应的路由协议；各节点发送不同的业务时，存在相应的业务协议。

上述假设是此类系统的典型情形，并非本发明的额外要求。

2.信道分割