CN101651925B - 点对多点信道预约方法 - Google Patents

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Abstract

公开了点对多点信道预约方法，包括发送RTS帧的源网络节点等待W的时间，以便下一跳网络节点回复CTS帧；收到RTS帧的目的网络节点，开始WData计时，并根据当前本网络节点的状态决定是否回应CTS帧；发送RTS帧的源网络节点收到所有的CTS帧后，开始传送数据，传送完成，等待所述MAX_Delay时间再进入载波侦听多路访问；发送RTS帧的源网络节点在W时间内没有收到全部CTS帧，重新进行RTS帧请求；收到RTS帧的非目的网络节点等待所述WData到时后，进入下一次载波侦听多路访问；接收到CTS帧的非目的网络节点，中断载波侦听多路访问进程，根据退避时间backoff进行退避，然后再重新开始载波侦听多路访问；该方法可防止单信道、多跳的无线Adhoc网络在传输多播、组播业务时出现隐藏终端的问题。

Description

点对多点信道预约方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种点对多点信道预约方法。
背景技术
单信道多跳无线Adhoc网是无中心、分布式、对等式通信网络，它具有自组网、自恢复、组网灵活、网络顽存性强的特点。因此在反恐斗争、单兵通信系统、抗震救灾等场合备受青睐。这些场合对组播和多播业务的需求比其他场合大很多，而现有的算法和协议在支持多播、组播业务时，不能很好地解决隐终端问题，影响了无线Adhoc网络的实用性。
在无线Adhoc网络中很容易出现多跳拓扑结构，所以隐藏终端问题是无法回避的。隐藏终端问题是指如图1所示的拓扑中，A网络节点向B网络节点发送时，由于C网络节点无法监测到网络繁忙状态而同时也向B网络节点发送，从而导致数据包在B网络节点处冲突的问题，此时A网络节点与C网络节点互为隐藏终端。隐藏终端的存在是导致业务通过率下降的重要原因。问题出现的原因是无线网络中只能采用信道监测的手段来提供网络繁忙的间接指示，所以，如果不采取一定措施，上述拓扑结构中C网络节点是无法直接获知A网络节点的发送状态的。
为解决这一问题，802.11协议、蓝牙技术及FAMA算法等提出了一些实用的解决办法，但都忽略了单信道、多跳条件下多播、组播业务传送中的隐藏终端问题。下面对这些解决办法存在的缺陷进行介绍。
802.11协议中采用了CSMA/CA结合RTS/CTS交换的方法，但RTS/CTS交换不能用于组播定向地址(见《GB 15629.11-2003》9.2节)，故不能适用于组播业务。同时由于802.11帧结构不支持多个单播地址，所以RTS/CTS交换也不能适用于多播业务。由于对组播没有采用RTS/CTS交换，不能防止隐终端的出现，碰撞概率增大，因此802.11协议不能可靠的支持组播业务。
蓝牙技术采用了跳频扩频技术，将原本通过单一信道联通的多跳拓扑结构，分成了按跳频表区分的子网，子网间通过族首桥接。由于跳频表具有正交性，所以使用不同跳频表的网络节点可以视为使用了不同的信道，也就是说实际上是通过采用多信道技术规避了单信道条件下的隐藏终端问题。
FAMA(Floor Acquisition Multiple Access)算法在点对点RTS/CTS交换的基础上增加了保证公平性的算法，但仍然只是两个单独网络节点间进行的点对点的RTS/CTS交换，不适用于组播和多播业务。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种可用于在多跳无线Adhoc网络中为组播、多播业务提供可靠传输的点对多点信道预约方法。
根据本发明一个方面，提供一种点对多点信道预约方法，包括：
运行在网络层的路由算法能给出通往多播、组播所有网络节点的有向路径树，并能根据当前网络节点选出所有的下一跳网络节点；
发送RTS帧的源网络节点等待W的时间，以便下一跳网络节点回复CTS帧，其中，W＝MAX_Delay+H+目的网络节点数*CTS帧时间；所述MAX_Delay为自RTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最大时间间隔；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；
收到RTS帧的目的网络节点，开始WData计时，并根据当前本网络节点的状态决定是否回应CTS帧，需要回应的网络节点根据其在RTS帧目的地址列表中的次序发送CTS帧，并在发送之前等待WACK时间，其中，WACK＝H+(i-1)*CTS帧时间+MAX_Delay；WData＝H+目的网络节点数*CTS帧时间+RTS中标明的信道占用时间+MAX_Delay；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；所述i为网络节点地址在RTS帧目的地址列表中的序号；
发送RTS帧的源网络节点收到所有的CTS帧后，开始传送数据，传送完成后，等待所述MAX_Delay时间再进入载波侦听多路访问；
发送RTS帧的源网络节点在所述W时间内没有收到全部CTS帧，重新进行RTS帧请求，并且将没有回应的网络节点信息通知网络层；
收到RTS帧的非目的网络节点等待所述WData到时后，进入下一次载波侦听多路访问；
接收到CTS帧的非目的网络节点，中断载波侦听多路访问进程，根据退避时间backoff进行退避，然后再重新开始载波侦听多路访问；所述退避时间Backoff＝(RTS帧目的地址总数-n)*CTS帧时间-MIN_Delay+CTS中标明的发送网络节点所需占用信道的时间；其中，所述n为CTS帧中标注的发送CTS帧网络节点的序号，所述MIN_Delay为自CTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最小时间间隔。
所述RTS帧中标明了所需占用信道的通信时间；所述CTS帧中标明了原RTS目的地址总数、原RTS的序号及发送网络节点需要占用信道的通信时间。
收到RTS帧的非目的网络节点按所述WData进行退避，退避后再参与竞争信道。
计算了所述退避时间Backoff的网络节点再次收到CTS帧后，不再重新计算所述退避时间Backoff。
通过本发明，可防止单信道、多跳的无线Adhoc网络在传输多播、组播业务时出现隐藏终端的问题。
附图说明
图1是存在隐藏终端的拓扑结构示意图。
图2是本发明实施例提供的点对多点信道预约方法流程示意图。
图3是本发明实施例提供的点对多点信道预约方法时序关系示意图。
本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供一种点对多点信道预约方法，该方法运行在网络节点的数据链路层。该方法运行的前提是网络层的路由算法必须能给出通往多播、组播所有成员的有向路径树，并能根据当前网络节点选出所有的下一跳。该方法包括：
步骤S1、发送RTS帧的源网络节点等待W的时间，以便下一跳网络节点回复RTS帧，其中，W＝MAX_Delay+H+目的网络节点数*CTS帧时间；所述MAX_Delay为自RTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最大时间间隔；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；
步骤S2、收到RTS帧的目的网络节点，开始WData计时，并根据当前本网络节点的状态决定是否回应CTS帧，需要回应的网络节点根据其在RTS帧目的地址列表中的次序发送CTS帧，并在发送之前等待WACK时间，其中，WACK＝H+(i-1)*CTS帧时间+MAX_Delay；WData＝H+目的网络节点数*CTS帧时间+RTS中标明的信道占用时间+MAX_Delay；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；所述i为网络节点地址在RTS帧目的地址列表中的序号(可从1开始计数)；
步骤S3、发送RTS帧的源网络节点收到所有的CTS帧后，开始传送数据，传送完成后，等待所述MAX_Delay时间再进入载波侦听多路访问；
步骤S4、在发送RTS帧的源网络节点在所述W时间内没有收到全部RTS帧，重新进行RTS帧请求，并且将没有回应的网络节点信息通知网络层；
步骤S5、收到RTS帧的非目的网络节点等WData到时后，进入下一次载波侦听多路访问；
步骤S6、接收到CTS帧的非目的网络节点，中断载波侦听多路访问进程，根据退避时间Backoff进行退避，然后再重新开始载波侦听多路访问；退避时间Backoff计算公式为：
Figure GSB00000694526200041
n为CTS帧中标注的发送CTS帧网络节点的序号。计算了退避时间Backoff的网络节点再次收到CTS帧后，不再重新计算退避时间。所述MIN_Delay为自CTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最小时间间隔。
在以上步骤中，RTS帧中应列出所有下一跳地址并标明所需占用的通信时间；CTS帧中应标明原RTS目的地址总数、在原RTS帧中的序号及原站点发送网络节点需要占用的通信时间。
图3示出了本发明实施例提供的点对多点信道预约方法时序关系示意图。
本发明实施例提供的点对多点信道预约方法，通过数据链路层使用多目的地址的RTS帧，单目的地址的CTS帧进行点对多点的信道预约，解决了单信道、多跳条件下多播、组播业务传送中存在的隐藏终端问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种点对多点信道预约方法，其特征在于，包括：
运行在网络层的路由算法能给出通往多播、组播所有网络节点的有向路径树，并能根据当前网络节点选出所有的下一跳网络节点；
发送RTS帧的源网络节点等待W的时间，以便下一跳网络节点回复CTS帧，其中，W＝MAX_Delay+H+目的网络节点数*CTS帧时间；所述MAX_Delay为自RTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最大时间间隔；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；
收到RTS帧的目的网络节点，开始WData计时，并根据当前本网络节点的状态决定是否回应CTS帧，需要回应的网络节点根据其在RTS帧目的地址列表中的次序发送CTS帧，并在发送之前等待WACK时间，其中，WACK＝H+(i-1)*CTS帧时间+MAX_Delay；WData＝H+目的网络节点数*CTS帧时间+RTS中标明的信道占用时间+MAX_Delay；所述H为发送数据前需要等待的最小时间；所述i为网络节点地址在RTS帧目的地址列表中的序号；
发送RTS帧的源网络节点收到所有的CTS帧后，开始传送数据，传送完成后，等待所述MAX_Delay时间再进入载波侦听多路访问；
发送RTS帧的源网络节点在所述W时间内没有收到全部CTS帧，重新进行RTS帧请求，并且将没有回应的网络节点信息通知网络层；
收到RTS帧的非目的网络节点等待所述WData到时后，进入下一次载波侦听多路访问；
接收到CTS帧的非目的网络节点，中断载波侦听多路访问进程，根据退避时间backoff进行退避，然后再重新开始载波侦听多路访问；所述退避时间Backoff＝(RTS帧目的地址总数-n)*CTS帧时间-MIN_Delay+CTS中标明的发送网络节点所需占用信道的时间；其中，所述n为CTS帧中标注的发送CTS帧网络节点的序号，所述MIN_Delay为自CTS帧的最后一个bit从发出起至该bit到达目的网络节点为止的最小时间间隔。
2.根据权利要求1所述的点对多点信道预约方法，其特征在于：
所述RTS帧中标明了所需占用信道的通信时间；所述CTS帧中标明了原RTS目的地址总数、原RTS的序号及发送网络节点需要占用信道的通信时间。
3.根据权利要求1所述的点对多点信道预约方法，其特征在于，还包括：
收到RTS帧的非目的网络节点按所述WData进行退避，退避后再参与竞争信道。
4.根据权利要求1至3任一项所述的点对多点信道预约方法，其特征在于，还包括：
计算了所述退避时间Backoff的网络节点再次收到CTS帧后，不再重新计算所述退避时间Backoff。
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