CN101854207A - 一种高速无线个域网中信标帧中继的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速无线个域网中信标帧中继的方法，特征是无线通信设备在超帧的信道竞争访问期向其他无线通信设备提出信标帧中继的请求，其他无线通信设备在接收到信标请求帧后，将信标帧和相应的控制信息封装在中继响应帧中，回发信标帧丢失的无线通信设备，信标帧丢失的无线通信设备通过中继响应帧携带的信标帧和时间偏移信息，获得信道分配表和时间同步信息。本发明的信标帧中继方法利用无线环境的空间增益和已有的协议预留接口，系统开销较少，提高了无线通信设备信标帧的接收率，最终提高了系统的鲁棒性。

Description

一种高速无线个域网中信标帧中继的方法

技术领域

本发明属于高速无线个域网技术领域，特别涉及高速无线个域网中数据链路层上信标帧中继的方法。

背景技术

根据美国电气和电子工程师协会(IEEE)针对高速无线个域网指定的无线媒体访问控制层(MAC)和物理层规范，高速无线个域网协议(IEEE 802.15.3TG3，IEEE Standardfor Information Technology-Telecommunications and Information ExchangeBetween Systems-Local and Metropolitan Area Networks-SpecificRequirements Part 15.3，Sep 2003)，现有高速无线个域网以无线通信设备为基本单元，无线通信设备包含无线电模块、基带处理模块、固件和软件栈模块及应用软件和程序模块，通过无线电模块链接，经数模和模数模块变换所有输入/输出数据，应用软件、程序驻留在软件模块，软件栈固化在固件和软件中搭建而成；通过选取一个无线通信设备作为协调器，提供基本的网络同步、根据服务质量要求和当前剩余的信道时隙数量完成接纳控制、分配网络资源和管理节能请求功能；协调器和高速无线个域网中的其余无线通信设备在协调器信标帧和控制帧的协调下组成微微网(Piconet)；微微网将时间划分成以超帧(superframe)为单位，超帧时间又依次划分为信标期、信道竞争访问期和信道时间分配期；协议规定在正常的情况下如果没有收到信标帧，无线通信设备(DEV)是不能使用该超帧分配给它的信道时间分配(CTA，channel time allocation)的。同时，该协议支持一种特别定义的称为“准静态”信道时间分配。如果无线通信设备分配到一个“准静态”信道时间分配，可以在信标帧丢失一定数目的情况下，仍然使用信道时间分配。然而，由于异步数据的传输需要每个超帧申请一次信道时间分配，无线通信设备使用的信道时间分配在超帧中的大小和位置是动态变化的，所以“准静态”信道时间分配对异步数据的传输不适用；同时，“准静态”信道时间分配对信标帧丢失的支持比较复杂，对系统的时间同步要求较高。

现有高速无线个域网中，微微网对超帧的丢失没有做相应的处理。在没有时隙预约的情况下，丢失信标帧的无线通信设备一直处于接收信标帧的状态，并且在当前超帧内不进行工作。这样，在数据传输时期由其他无线通信设备发往该设备的数据也会被丢弃。而保证超帧的稳定特别是保证信标帧的正确接收在无线有噪信道下是非常重要的。

发明内容：

本发明提出一种高速无线个域网中信标帧中继的方法，以提高无线通信设备的鲁棒性。

本发明高速无线个域网中信标帧中继的方法，包括：首先，无线通信设备在超帧的信标帧阶段通过侦听信道前导码来判断信标帧是否丢失；若有信标帧丢失，则信标帧丢失的无线通信设备在信道竞争访问期广播信标中继请求帧；微微网中的其他无线通信设备接收到信标中继请求帧后向发送信标中继请求帧的无线通信设备转发信标帧；其特征在于：微微网中的所有无线通信设备在超帧信标阶段侦听信标前导码并对接收的信标帧作循环冗余校验，若在信道竞争访问期的时间中断到来时每个无线通信设备的基带处理模块侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验正确，则无线通信设备信标帧接收正确；若没有侦听到协调器发出的信标前导码，则无线通信设备信标帧丢失；若侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验错误，则无线通信设备信标帧接收错误，这种情况也确定为信标帧丢失；在超帧的信道竞争访问期，信标帧丢失的无线通信设备向任一正确接收到信标帧的无线通信设备广播一个利用IEEE 802.15.3中控制块类型为预留类型的控制帧封装成的信标中继请求帧(ROB Request，Relay of Beacon Request)；接收到信标请求帧的无线通信设备以链路层中的即刻应答机制(Imm-ACK，Immi diate Acknowledgement)所规定的最小响应时间间隔向其请求信标帧中继的无线通信设备回发一个包含转发的信标帧和时间差校准信息的利用IEEE 802.15.3中控制块类型为预留类型且不同于信标中继请求帧控制块类型的控制帧封装成的信标中继响应帧(ROB Response，Relay of Beacon Response)；请求信标帧中继的无线通信设备通过接收到的信标中继响应帧中携带的信标帧和时间差校准信息，获得信道时间分配表和时间同步信息。

所述信标中继请求帧的控制块可选自根据IEEE 802.15.3中定义的预留类型值范围为0x001D-0x00FF中的控制块；所述信标中继响应帧的控制块可选自根据IEEE802.15.3中定义的预留类型值范围为0x001D-0x00FF中的、但与信标中继请求帧的控制块类型不同的控制块。

由于本发明采用了信标帧检测和信标帧丢失后信标帧中继的方法，信标期信标帧丢失的无线通信设备可以在超帧的信道竞争访问期阶段接收邻近无线通信设备的中继响应信标帧，而已有的方法只能在信标帧阶段接收信标帧；相比于无重传的情况，本发明将中继的思想引入到高速无线个域网的数据链路层上，从而可利用无线环境的空间增益，提高系统的鲁棒性；同时，本发明中所设计的信标中继请求帧和信标中继响应帧这两种控制帧均是在IEEE 802.15.3预留的协议接口范围内，因此在使用中对系统的开销要求较小；由于高速无线个域网中的无线通信设备在信道竞争访问期采取的是载波侦听冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance，CSMA/CA)机制，采取立即应答的方式可以立即发送出信标帧的信息，使得转发的信标成功到达目的设备的可能性大大提高，从而提高了无线通信设备的鲁棒性。

本发明进行信标帧中继所依据的原理是：

一、高速无线个域网的结构

在高速无线个域网中，微微网是无线个域网的基本网络单元，它是一种无线自组织网络，允许多个独立的无线通信设备在一定的范围内进行点对点的通信。微微网由无线通信设备和协调器组成。高速无线个域网时间管理是基于超帧的。超帧由以下三部分组成：

a)信标(Beacon)：用于设置时间的分配，传送微微网管理信息；信标阶段包括信标帧，还有任何由协调器发送的通告控制，作为信标帧的拓展。

b)信道竞争访问期(CAP)：用于传达控制和异步数据。

c)信道时间分配期(CTAP)：包括管理信道时间分配(MCTAs)和信道时间分配(CTAs)；MCTAs用于无线通信设备和协调器之间的通信，信道时间分配用于控制、同步流以及异步数据的连接。

二、高速无线个域网的帧结构

高速无线个域网定义一系列帧格式用于MAC帧的传输。

MAC帧的格式如下表1所示：

表1MAC帧格式

帧控制：携带MAC帧的相关信息。包括帧类型，安全性，应答策略，重传，以及分片信息。

微微网ID：用于标记微微网，为16比特的整数。

目的ID：目的设备的设备号。设备号由无线通信设备在申请加入微微网的过程中由协调器分配。设备号值为0xFF时为广播帧的类型。

源ID：源设备的设备号。

分片控制：用于包含分片信息。

流索引：协调器为每一个同步流提供一个唯一的流索引。

帧负载：包含数据帧的净荷。

帧校验序列：用于校验数据帧。

帧头中帧控制的格式如下表2所示：

表2MAC帧头帧控制格式

比特：b15-b11	b10	b9	b8-b7	b6	b5-b3	b2-b0
							保留	更多数据	重试	应答策略	安全	帧格式	协议版本

帧格式：用于标记帧的类型。帧类型值如下表3所示：

表3帧类型映照表

类型值	类型描述
		000	信标帧
001	立即应答帧

类型值	类型描述
		010	延迟应答帧
011	控制帧
		100	数据帧
101-111	保留

应答策略：用于指定接收方对接收到的帧进行应答的方式。应答策略如下表4所示：

表4应答策略映照表

类型值b8b7	应答策略类型	描述
			00	无应答	接收方无需对发送信息进行应答。发送方默认发送成功。
01	立即应答	接收方接收成功后立即返回一个立即应答帧
			10	延迟应答	接收方保留接收帧的信息，直到需要发送延迟应答帧
11	延迟应答请求	接收方成功接收后返回一个立即应答或者延迟应答帧

三、信标帧中继时间的校准

高速无线个域网微微网中的所有无线通信设备同步于协调器的时钟，无线通信设备在接收到超帧信标前导码(Beacon preamble)时把超帧的时钟设置为0，并开始计时，超帧中的所有时间都是相对于信标前导码的。如果无线通信设备没有接收到信标前导码，则超帧的时间为0，并一直处于接收信标前导码的状态。

本发明方法中的无线通信中继设备在转发信标帧之前，物理层首先发送一个包含信标前导码的物理帧，用于启动无线通信中继请求设备的超帧时间，同时在转发的信标帧里面包含一个时钟校准偏移量，这个偏移量用于解决转发超帧与原始超帧的时间信息不同步的问题，保证无线通信中继请求设备在接收转发的信标帧后能够同步超帧时间。其中时钟校准偏移量Δt的计算公式如下：

Δt＝T₂-T₁+t_p           ①

式①中的T₂为无线通信中继设备发送信标前导码的时刻值；T₁为无线通信中继设备接收到协调器发送的信标前码的时刻；t_p为前导码发送或者接收的时间。

四、信标帧中继转发方法

采用信标中继转发方法的具体步骤如下：

1、无线通信设备在超帧中检测信标帧是否丢失。设超帧的时间长度为T_s，信标期的时间为T_b，那么，如果无线通信设备在上次接收到超帧后T_s+T_b的时间内没有接收到信标前导码或者接收信标帧后帧校验序列(Frame Check Sequence，FCS)校验出错，则认为无线通信设备信标帧丢失。

2、无线通信中继请求设备发送信标中继请求帧。信标中继请求帧采用控制帧的方式。中继发起设备在选择目的ID时可以从无线通信设备信道信息表中选取一个设备号作为目的ID。设备信道信息表是无线通信设备在正常接收信标帧时与其他无线通信设备在进行数据交互过程中统计维护的，用于记录其邻近无线通信设备与该无线通信设备的链路信道情况。如果无线通信设备没有维护无线通信设备信道信息表，或者表中的内容为空，信标帧丢失的无线通信设备可以选择广播号作为目的ID。这种情况下，其他无线通信设备需要采用CSMA/CA的方式对信标中继请求帧进行应答。由于无线通信中继请求设备在发送完信标中继请求帧后需要等待接收目的设备返回信标帧的内容，所以信标中继请求帧中的应答策略采取立即应答。

信标中继请求帧的帧头内容如下表5所示：

表5信标中继请求帧帧头内容

帧头域	域值
		帧类型	011(控制帧)
安全	0
		应答策略	01(立即应答)
重试	0
		更多数据	0
目的ID	设备号/广播号
		源ID	设备号
分片控制	0x0000000
		流索引	0x00

信标中继请求帧的控制块格式如下表6所示：

表6信标中继请求帧控制块格式

控制类型：区分控制帧的类型。

长度：为控制块负载的长度，等于偏移与信标长度之和。

预留：在信标中继请求帧中没有利用到，作为预留，可以填充0。

3、无线通信中继响应设备发送信标中继响应帧。无线通信设备正确接收到信标中继请求帧后，如果信标中继请求帧中的目的ID与本无线通信设备的设备ID一致，或者信标中继请求帧中的目的ID为广播号，则无线通信设备需要响应信标中继响应帧。响应帧的类型属于控制帧的类型。信标中继响应帧是作为对信标中继请求帧的立即应答帧的替代，无线通信设备发送完信标中继响应帧后，默认其已经成功到达无线通信中继请求设备，所以应答策略选择无应答。

信标中继响应帧帧头的内容如下表7所示：

表7信标中继响应帧帧头内容

帧头域	域值
		帧类型	011(控制帧)
安全	0
		应答策略	00(无应答)
重试	0
		更多数据	0
目的ID	广播号
		源ID	设备ID
分片控制	0x0000000
		流索引	0x00

4、无线通信中继请求设备接收信标中继响应帧。信标中继响应帧帧的控制块包含超帧时钟的偏移量和信标帧，超帧时钟的偏移量可以使无线通信中继请求设备重中继的信标帧中恢复出超帧的时间；信标帧则是初始由协调器发出的信标帧。

信标中继响应帧的控制块格式如下表8所示：

表8信标中继响应帧控制块格式

控制类型：区分控制帧的类型，且不同于信标中继请求帧的控制类型。

长度：为控制块负载的长度，等于偏移与信标长度之和。

偏移：信标帧中继时间校准信息。

信标：转发的信标帧。

设信标帧信道的丢包率为E。

若没有采取中继的方法，则无线通信设备信标帧的到达率为：

P₀＝1-E                 ②

若无线通信设备采取定点中继的方法，即指定第二个无线通信设备为无线通信中继响应设备，则设备信标帧的到达率为：

P₁＝1-E²                ③

若无线通信设备采取竞争中继的方法，即使用CSMA/CA的方式进行竞争。设CSMA的二进制退避窗口长度为N，无线通信中继响应设备的数目为m，那么一次退避成功的概率为：

$p_b=\frac{\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}m{(N-k)}^{m-1}}{N^m}=\frac{m\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(N-k)}^{m-1}}{N^m}$ (m≥2)④

则采取一次退避下竞争中继的信标帧到达率为：

P₂＝1-(1-P_b)E-P_bE²             ⑤

由于本发明采用了信标帧检测和信标帧丢失后信标帧中继的方法，根据原理中的超帧协议框架和帧结构的设计，将原有协议中预留的无形扩展接口进行具体利用，为信标帧的中继提供了一种有形的具体技术方案，中继时间的校准和信标帧丢失的检测对信标帧中继的可行性进行了论证，对方法的实施提供了原理支持，转发后丢包率的计算给出了理论上信标帧中继方法可以带来的性能增益，其中，由于0≤E≤1，所以P₁＜P₀，P₂＜P₀，即采取信标帧中继方法，无线通信设备的丢包概率变小了，从而提高了无线通信设备的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明高速无线个域网中的无线通信设备的系统结构示意图。

图2是IEEE 802.15.3超帧的结构示意图。

图3是信标中继的消息序列图。

图4是一个包含5个无线通信设备的微微网示意图。

图5是采取定点信标帧中继、采取竞争信标帧中继与没有采用信标帧中继的性能比较曲线图。

图6是不同退避窗口下一次退避成功的概率与无线通信设备数目的关系比较曲线图。

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明技术方案的具体实施方式。

实施例1：

本发明基于高速无线网中微微网的通信模型，数字信号处理器(DSP)(1)用于提供媒体访问控制层(MAC)中帧的生成、解析等功能，相当于提供媒体访问控制层控制实体(MLME)的功能。现场可编程门阵列(FPGA)(2)主要用于基带的处理，进行物理层之间的编解码以及时间同步等功能，相当于提供物理层控制实体(PLME)所需的功能。

图1为本发明高速无线个域网中信标帧中继的方法的无线通信设备系统框图。协议栈的资源交换中心(1-1)对上层应用程序模块来的数据包进行拆帧，合帧，以及数据帧存储和调度的功能。外部存储器接口模块(EMIF)(1-2)和外部存储器接口逻辑控制模块(2-1)提供DSP和FPGA之间的数据交互通道，通用输入/输出模块(GPIO)(1-3)提供DSP和FPGA之间的控制信息交互通道。发送数据时基带模块需要经过串转并模块(2-7)，将数据依次送给CRC模块(2-6)，然后经过CRC模块(2-6)添加CRC校验，将数据帧封装成物理帧后经过信道编码模块(2-5)编码后送往无线电模块(2-4)发送出去；接收数据时由无线电模块(2-4)接收下来后，将物理帧合成数据帧，通过CRC模块(2-6)进行CRC校验，如果CRC校验正确，通过CRC结果控制线(2-10)则通知信标帧检测模块(2-2)，同时将数据帧交给并转串模块(2-7)，通过外部存储器接口模块(1-2)和外部存储器接口逻辑控制模块(2-1)将数据帧交给资源交换中心(1-1)。时钟控制模块(2-3)用于管理无线通信设备的超帧时间。每个超帧开始时，时钟控制模块(2-3)中超帧的时间清为0。但时钟控制模块(2-3)检测到信标前导码后，超帧时钟开始计时。如果FPGA(2)在信标帧时钟定时器超时时信标帧检测模块(2-2)还没有接收到信标帧，那么时钟控制模块(2-3)通过信标丢失控制线(2-8)通知DSP。DSP生成的帧通过外部存储器接口发送给FPGA，再由FPGA发送出去。信标帧检测模块进行信标帧的接收，如果检测到信标帧到达，则信标检测模块通过信标检测控制线(2-9)通知DSP，并且更新时钟控制模块的时间信息。循环冗余校验模块CRC(2-5)对接收的数据进行校验，并向DSP返回检测的结果。

图2为高速无线个域网中超帧结构的示意图。高速无线个域网时间管理是基于超帧的。超帧包含三部分：信标期、信道竞争访问期和信道时间分配期；信标期阶段由高速无线个域网中的协调器向无线通信设备发送信标帧，信标帧用于设置时间的分配，传送微微网管理信息；信道竞争访问期用于传达控制和异步数据，信标帧丢失的无线通信设备在信道竞争访问期进行信标帧中继过程；信道时间分配期包括管理信道时间分配(MCTA)和信道时间分配(CTA)，管理信道时间分配用于无线通信设备和协调器之间的通信，信道时间分配用于控制、同步流以及异步数据的连接。

图3为高速无线个域网中的一个微微网，该微微网包含一个协调器d0(PNC，设备ID：0x00)和五个无线通信设备(设备ID：0x01-0x05)。协调器与无线通信设备之间信标帧信道存在突发噪声的，其丢包率为p_e。假设各个信道之间是相互独立的。微微网中信标帧的长度为L_B。

图4为图3所示的高速无线个域网中信标帧丢失的无线通信设备d1进行信标帧中继的消息序列图。，在有信标帧丢失的情况下，第一个无线通信设备d1进行信标帧中继的方法步骤如下：

(1)无线通信设备d1在超帧的信标帧阶段通过侦听信道前导码来判断信标帧是否丢失。微微网中的所有无线通信设备在超帧信标阶段侦听信标前导码并对接收的信标帧作循环冗余校验，若在信道竞争访问期的时间中断到来时每个无线通信设备的基带处理模块侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验正确，则无线通信设备信标帧接收正确；若没有侦听到协调器发出的信标前导码，则无线通信设备信标帧丢失；若侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验错误，则无线通信设备信标帧接收错误，这种情况也确定为信标帧丢失；时钟控制模块的定时器在每个超帧正确接收到信标帧后都会被及时复位。当一个超帧的信标帧丢失后，时钟控制模块的定时器减到0，则会触发FPGA的状态机进入信标帧丢失状态，FPGA通过信标丢失控制线(2-8)触发DSP的中断，DSP收到中断后进入信标帧中断处理模块。

(2)若有信标帧丢失，则信标帧丢失的无线通信设备d1在信道竞争访问期广播信标中继请求帧。在超帧的信道竞争访问期，信标帧丢失的无线通信设备向任一正确接收到信标帧的无线通信设备广播一个利用IEEE 802.15.3中控制块类型为0x001D的控制帧封装成的信标中继请求帧(ROB Request，Relay of Beacon Request)；第一个无线通信设备d1构造一个信标中继请求帧，其帧头的内容如下表9所示：

表9实施例1中信标中继请求帧帧头内容

帧头域	域值
		帧类型	011
安全	0
		应答策略	01
重试	0
		更多数据	0
目的ID	0x02/0xff
		源ID	0x01
分片控制	0x0000000
		流索引	0x00

帧类型：011表示该帧为控制帧。

安全：0表示不使用安全性保护。

应答策略：00表示使用立即应答的方式。

重试：0表示无需重传。

更多数据：0表示无后继分片。

目的ID：0x02表示第一个无线通信设备d1指定第二个无线通信设备d2为无线通信中继响应设备，同时要求其他无线通信设备不需要为其提供信标帧中继功能。0xff表示第一个无线通信设备d1要求微微网中所有收到信标中继请求帧的无线通信设备为其进行信标帧中继，这些无线通信设备通过载波侦听冲突避免的方式竞争中继信道。

源ID：0x01为第一个无线通信设备d1的设备ID。

信标中继请求帧的控制块的格式如下表10所示：

表10信标中继响应帧控制块格式

其中的0x001D为信标中继请求帧控制块的控制类型。根据IEEE 802.15.3中的定义，0x001D-0x00FF为预留类型值范围，这里取0x001D作为信标中继请求帧的控制类型。如果将本实施例中选用的0x001D的控制块替换为0x001D-0x00FF中的任何一个的控制块，都可以实现相同的功能。

L_B+2是控制块净域的长度，等于超帧时钟偏移量的长度与超帧长度之和。

(3)微微网中的其他无线通信设备接收到信标中继请求帧后向发送信标中继请求帧的无线通信设备转发信标帧。接收到信标请求帧的无线通信设备d2以链路层中的即刻应答机制(Imm-ACK，Immidiate Acknowledgement)所规定的最小响应时间间隔向其请求信标帧中继的无线通信设备d1回发一个包含转发的信标帧和时间差校准信息的利用IEEE 802.15.3中控制块类型为0x001F的控制帧封装成的信标中继响应帧(ROBResponse，Relay of Beacon Response)；第二个无线通信设备d2构造的信标中继响应帧如下表11所示：

表11实施例1中信标中继响应帧帧头内容

帧头域	域值
		帧类型	011
安全	0
		应答策略	00
重试	0
		更多数据	0
目的ID	0x01

帧头域	域值
		源ID	0x02
分片控制	0x0000000
		流索引	0x00

应答策略：00表示采取无应答的应答方式。

目的ID：0x01由于信标中继请求帧是由第一个无线通信设备d1发送的，所以该帧的目的设备为第一个无线通信设备d1。

源ID：0x02响应设备的设备ID。

信标中继响应帧的控制块的格式如下表12所示：

表12信标中继响应帧控制块格式

其中的0x001F为信标中继响应帧控制块的控制类型。根据IEEE 802.15.3中的定义，0x001D-0x00FF为预留类型值范围，这里取0x001F作为信标中继响应帧的控制类型。如果将本实施例中信标中继响应帧选用的0x001F的控制块替换为0x001D-0x00FF中的任何一个与前面信标中继请求帧中已选定的控制块类型值不同的控制块，都可以实现相同的功能。

L_B+2是控制块净域的长度，等于超帧时钟偏移量的长度与超帧长度之和。

(4)请求信标帧中继的无线通信设备通过接收到的信标中继响应帧中携带的信标帧和时间差校准信息，获得信道时间分配表和时间同步信息。第一个无线通信设备d1接收信标中继响应帧，并对接收到得信标帧进行解析，同时根据偏移域的信息对超帧的时间进行同步。

对第一个无线通信设备d1，信标帧信道的丢包率E＝P_E.

若没有采取中继的方法，则无线通信设备信标帧的到达率为：

P_prot＝1-E

若无线通信设备采取定点中继的方法，即指定第二个无线通信设备d2为无线通信中继响应设备，则无线通信设备信标帧的到达率为：

P_prot＝1-E²

若无线通信设备采取竞争中继的方法，即第二个无线通信设备d2、第三个无线通信设备d3、第四个无线通信设备d4与第五个无线通信设备d5使用载波侦听冲突避免的方式进行竞争。设二进制退避窗口长度为N，无线通信中继响应设备的数目为m，那么一次退避成功的概率为：

$p_b=\frac{\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}m{(N-k)}^{m-1}}{N^m}=\frac{m\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(N-k)}^{m-1}}{N^m}$ (m≥2)

则采取一次退避下竞争中继的信标帧到达率为：

P_prot＝1-(1-P_b)E-p_bE²

令m＝4，N＝8； $P_b=\frac{m\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(N-k)}^{m-1}}{N^m}=\frac{4*\underset{k=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{(8-k)}^3}{8^4}=0.7656\·$

信标帧到达率：P_prot＝1-0.2344E-0.7656E²。

图5给出了同一退避窗口下不同信道条件系统的性能图。横轴表示信道的丢包率，区间范围从0到1，间隔为0.01，纵轴为信标帧的到达率。仿真中每个信道条件下信标帧发送的数据为100000。信标帧的到达率为无线通信设备最终接受的信标帧的数目处以总的发包数目。从图中可以看出，采取竞争的信标中继的性能曲线K2和采取定点中继的性能曲线K3在各种丢包率的情况下包接收率要好于无信标中继性能曲线K1，采取定点中继的性能曲线K3包接收率要好于在无线通信设备数目m＝4，退避窗口N＝8时采取竞争的信标中继的性能曲线K2。

图6是不同退避窗口下一次退避成功的概率与竞争无线通信设备数目的关系比较曲线图。横轴表示网络中无线通信设备的数目，纵轴为信标帧的到达率。仿真中每种退避窗口下信标帧发送的数据为100000。信标帧的到达率为无线通信设备最终接受的信标帧的数目处以总的发包数目。其中，表示在无线信道丢帧率E＝0.1时不采取信标中继的信标帧到达率随无线通信设备数变化的性能曲线P1；曲线P2、P3、P4和P5分别表示在无线信道丢帧率E＝0.1，退避窗口N＝8、N＝16、N＝32和N＝64时采取竞争信标中继方法的信标帧到达率随无线通信设备数变化的性能曲线。采取信标中继的方法在各种丢包率的情况下性能要好于没有采取信标的方法，采取竞争信标中继时，信标帧到达率依赖于退避窗口的大小，退避窗口越大，系统的性能越好。定点信标中继的性能要好于竞争信标中继的方法，但由于要维护网络无线通信设备的状态表，其系统开销要大于竞争信标中继。

由于本发明采用了信标帧检测和信标帧丢失后信标帧中继的方法，信标帧丢失的无线通信设备有机会从邻近的无线通信设备处得到重传的信标帧，使得无线通信设备的丢包概率变小了，从而提高了无线通信设备的鲁棒性。

Claims (2)

1.一种高速无线个域网中信标帧中继的方法，包括：首先，无线通信设备在超帧的信标帧阶段通过侦听信道前导码来判断信标帧是否丢失；若有信标帧丢失，则信标帧丢失的无线通信设备在信道竞争访问期广播信标中继请求帧；微微网中的其他无线通信设备接收到信标中继请求帧后向发送信标中继请求帧的无线通信设备转发信标帧；其特征在于：微微网中的所有无线通信设备在超帧信标阶段侦听信标前导码并对接收的信标帧作循环冗余校验，若在信道竞争访问期的时间中断到来时每个无线通信设备的基带处理模块侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验正确，则无线通信设备信标帧接收正确；若没有侦听到协调器发出的信标前导码，则无线通信设备信标帧丢失；若侦听到由协调器发出的信标前导码且信标帧的循环冗余校验错误，则无线通信设备信标帧接收错误，这种情况也确定为信标帧丢失；在超帧的信道竞争访问期，信标帧丢失的无线通信设备向任一正确接收到信标帧的无线通信设备广播一个利用IEEE 802.15.3中控制块类型为预留类型的控制帧封装成的信标中继请求帧；接收到信标请求帧的无线通信设备以链路层中的即刻应答机制所规定的最小响应时间间隔向其请求信标帧中继的无线通信设备回发一个包含转发的信标帧和时间差校准信息的利用IEEE 802.15.3中控制块类型为预留类型且不同于信标中继请求帧控制块类型的控制帧封装成的信标中继响应帧；请求信标帧中继的无线通信设备通过接收到的信标中继响应帧中携带的信标帧和时间差校准信息，获得信道时间分配表和时间同步信息。

2.如权利要求1所述高速无线个域网中信标帧中继的方法，特征在于所述信标中继请求帧的控制块选自根据IEEE 802.15.3中定义的预留类型值范围为0x001D-0x00FF中的控制块；所述信标中继响应帧的控制块选自根据IEEE 802.15.3中定义的预留类型值范围为0x001D-0x00FF中的、但与信标中继请求帧的控制块类型不同的控制块。

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