[发明专利]基于位置信息的太赫兹无线个域网快速波束赋形方法

权利要求书

1.基于位置信息的太赫兹无线个域网高效快速波束赋形方法，其特征是：把网络运行时间划分为多个连续的超帧，每个超帧由Beacon、CAP、CTAP三个有序的时段组成，CAP时段又分为Association S-CAP和Regular S-CAP两个子时段，对每个时段内PNC——微微网控制器暨中心节点和DEV——设备暨普通节点的操作进行定义，具体如下：

S1：所述Beacon时段，用于PNC向整个网络广播包含定时、同步以及时隙分配信息的Beacon帧，DEV循环旋转在各个扇区接收Beacon帧；本时段运行“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”新机制，本时段运行过程和上述新机制具体实现过程如下：

S11：PNC运行“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”新机制，查询预先建立且在上一超帧中更新了内容的“扇区—DEV表”，获得每个扇区对应的可能出现的DEV的ID，然后在每个扇区要发送的Beacon帧内添加位于该扇区的源DEV和目的DEV的ID及时隙分配信息；如果源DEV没有被分配时隙，则不添加源DEV ID、目的DEV ID和时隙分配信息；每个扇区发送Beacon帧的个数等于扇区个数；

S12：DEV循环旋转在每个扇区接收Beacon帧；在收到Beacon帧后，DEV确定出PNC在自己的哪个扇区，记录该扇区号；然后DEV提取出Beacon帧内的定时、同步以及时隙分配信息并进行存储；

S2：所述CAP时段，分为Association S-CAP子时段和Regular S-CAP子时段，主要用于DEV采用竞争接入的方式关联入网和向PNC申请时隙，本时段运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”新机制和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”新机制，本时段运行过程和上述两种新机制具体实现过程如下：

S21：所述Association S-CAP子时段，主要用于未入网的DEV向PNC发送关联入网请求帧申请入网，本子时段运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”两种新机制，本子时段运行过程和上述新机制具体实现过程如下：

S211：未入网的DEV收到PNC发送的Beacon帧后，会在PNC所在的扇区向PNC发送关联入网请求帧申请入网；

S212：PNC运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”两种新机制，预先建立一个“位置—信息”表，该表包含以下信息：DEV的ID、PNC与DEV的距离、DEV所在扇区号、获知DEV距离的时刻、目的DEV的ID；当PNC收到一个DEV发出的关联入网请求帧后，PNC会为该DEV分配一个ID号；然后PNC将为该DEV分配的DEVID发送给该DEV；PNC通过物理层运行的RSSI机制确定与该DEV的距离，并确定该DEV所在扇区号，将关联入网请求帧接收时刻作为获知DEV距离的时刻，并将以上信息以及为该DEV分配的ID号存入“位置—信息”表内；

S22：所述Regular S-CAP子时段，用于PNC接收DEV发送的时隙请求帧并为DEV分配时隙；本子时段运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”两种新机制，本子时段运行过程和上述两种新机制具体实现过程如下：

S221：源DEV在PNC所在扇区向PNC发送时隙请求帧请求时隙；PNC收到源DEV发送的时隙请求帧后，运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”两种新机制，通过物理层运行RSSI机制获取源DEV到自己的距离信息，并获取源DEV所在扇区，然后用这些信息更新源DEV在“位置—信息”表里对应的信息；然后PNC通过源DEV发送的时隙请求帧确定源DEV需要进行数据传输的目的DEV的ID，并将目的DEV的ID存入“位置—信息”表内源DEV对应表项的“目的DEV ID”字段中；

S222：PNC查询“位置—信息”表内源DEV和目的DEV的位置信息，根据源DEV和目的DEV所在的扇区号以及与PNC之间的距离进行计算，得出源DEV需要对目的DEV进行波束赋形的象限；

S223：PNC向源DEV发送时隙请求回复帧时，用MAC头部将需要进行波束赋形的象限信息捎带发送给源DEV，源DEV收到时隙请求回复帧后将该象限信息保存下来以备后用；

S3：所述CTAP时段，用于源DEV对目的DEV进行波束赋形以及源DEV和目的DEV进行数据传输；本时段运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”和“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”两种新机制，本时段运行过程和上述新机制具体实现过程如下：

S31：当源DEV对目的DEV进行波束赋形时，运行“基于节点相对位置信息减少波束训练帧”新机制，源DEV从保存下来的、时隙请求回复帧里所包含的象限的排序第1的扇区开始进行波束赋形，发送n个波束训练帧，n等于扇区总数；目的DEV则循环旋转在每个扇区监听波束训练帧；源DEV在该扇区发送完波束训练帧后，等待1个扇区接收时隙，监听目的DEV发出的波束训练帧；如果收到了目的DEV发来的波束训练帧，则根据波束训练帧的接收扇区确定目的DEV所在扇区并结束波束赋形过程；如果没收到，则从当前扇区的下一个扇区开始，按照现有的波束赋形机制继续进行波束赋形过程的操作；源DEV与目的DEV进行波束赋形结束后，进行数据传输；

S32：在CTAP最后一个时隙的开始时刻，PNC运行“基于节点位置信息自适应缩短Beacon帧长度”新机制，查询“位置—信息”表获得源DEV的位置信息；PNC根据预先知道的所有节点的最大运动速率v_max、当前时刻与获知到源DEV距离的时刻的差值，计算出在该时间范围内源DEV可能出现的范围；接着，根据每个扇区的张角α以及“位置—信息”表内源DEV与PNC间的距离，计算出在下一个超帧Beacon时段内分配了时隙的源DEV可能出现的扇区的范围；在通常情况下，这个扇区范围是小于所有扇区的覆盖范围的；然后，PNC将分配了时隙的源DEV的ID，填入“扇区—DEV表”内它们可能出现的扇区号所对应的表项内；接下来，PNC查询“位置—信息”表获得与源DEV对应的目的DEV的位置信息，采用相同的方法计算目的DEV可能出现的扇区并将其ID填入“扇区—DEV表”里那些扇区对应的表项中。