[发明专利]面向自组织太赫兹网络的辅助式有向通信方法及其网络构架

摘要

面向自组织太赫兹网络的辅助式有向通信方法，包括：普通节点通过与锚节点全向通信获取自身的位置信息；当发送节点需要发送数据时，首先退避一个分布式帧间间隔，随后开始侦听所采用的低频信道，如果信道被占用则进行退避直到信道空闲；发送节点首先通过低频全向天线发送一个扩展的请求发送帧给接收节点，接收节点返回携带有自身位置信息和天线信息的清除发送帧给发送节点；两个节点经过计算后得到天线的方向和波束宽度；发送节点等待一个天线转换时间，随后通过有向太赫兹天线发送一帧测试帧给接收节点；发送数据结束后，接收节点再次返回一个ACK，如果发送节点成功接收则整个发送过程结束。本发明还包括实现发明方法的网络构架。

主权项

一种自组织太赫兹(THz)网络的辅助式有向通信方法，具有以下步骤：步骤1.1：普通节点通过与锚节点全向通信获取自身的位置信息；步骤1.2：当发送节点需要发送数据时，首先退避一个分布式帧间间隔，随后开始侦听所采用的低频信道，如果信道被占用则进行退避直到信道空闲；步骤1.3：发送节点首先通过低频全向天线发送一个扩展的请求发送帧RTS‑NI(Request To Send of Node Information)给接收节点，该帧中包含有发送节点的位置信息及其有向太赫兹天线的方向。接收节点收到RTS‑NI帧后，返回一个扩展的清除发送帧CTS‑NI(Clear To Send of Node Information)给发送节点，CTS‑NI帧中包含接收节点的位置信息及其有向太赫兹天线的方向；步骤1.4：两个节点经过计算后得到天线的方向和波束宽度，其中到达接收节点的功率大小必须满足以下公式：Pr=∫BSt(f)c2(4πfd)2GtGre-kabs(f)ddf≥PN0SNRmin---(1)]]>其中d为两节点之间的距离，c为光速，为噪声功率，SNRmin为最小的信噪比门限值，St(f)为发送节点的功率谱密度，kabs(f)为分子吸收因子。定义天线阵列固定的波束角度为ΩA，有向天线的方向性可表示为：D0=4πΩA=4πθhφh≥G---(2)]]>其中θh和φh分别为半功率波束宽度的水平角和仰角。根据以上步骤的过程，可以得到整个阶段1的延时Ttotal1为：Ttotal1＝TDIFS+TSIFS+TRTS‑NI+TCTS‑NI+TBF+2Tprop     ⑸其中TDIFS和TSIFS分别为分布式帧间间隔和最短帧间间隔时间，TRTS‑NI和TCTS‑NI分别是传输一帧RTS‑NI和CTS‑NI需要的时间，Tprop为发送节点和接收节点之间的传播时延，TBF为一次退避时间，可以由以下公式得到：TBF＝[Rnd(·)×(2CW‑1)]·2τ       ⑹其中Rnd(·)是0到1之间的随机数，CW为重传次数和10之间的较小值，方括号表示取整，τ为最小间隔时间。步骤1.5：发送节点等待一个天线转换时间，随后通过有向太赫兹天线发送一帧测试帧(Test to Send,TTS)给接收节点，如果接收节点没有返回确认帧(Acknowledgment,ACK)或者发送节点没有成功接收返回的ACK帧则表示连接失败，并重复步骤1.1，直到达到建立连接次数的上限；反之，则发送节点开始通过有向太赫兹天线开始发送数据。步骤1.6：发送数据结束后，接收节点再次返回一个ACK，如果发送节点成功接收则整个发送过程结束，如果接收节点没有返回ACK或者发送节点没有收到ACK，则进行数据重发，直到达到重传次数上限。根据以上步骤，可以得到阶段2的延时Ttotal2为：Ttotal2＝Ttest+TDATA       ⑺其中Ttest为发送测试包的时间，可表示为：Ttest＝Tswitch+TTTS+TACK+Tproc+2Tprop    ⑻其中Tswitch为将天线从低频全向天线转换为有向太赫兹天线的时间，TTTS为发送TTS帧的时间，TACK为发送ACK确认帧的时间，Tproc为对数据帧的处理时间，其中TDATA为传输数据需要的时间，可表示为：其中Ldata为总的需要发送的数据量，Lone为一个数据包的限制大小，rTHz为太赫兹频段数据传输速率，表示向上取整。