CN103731921A - 一种基于太赫兹超高速无线网络的mac接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，包括步骤：PNC在Beacon1时段广播Beacon1帧；在CAP时段或SAP时段PNC接收DEV的时隙申请；在Beacon2时段PNC分配时隙并广播分配结果；收到Beacon2的广播帧后，获得CTA时隙的DEV在CTAP时段内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输；之后，本超帧结束，循环进入下一超帧。本方法提供一种解决现有相关MAC接入方法存在冗余的控制开销和数据传输时延以及时隙资源浪费的基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法。

Description

一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法

技术领域

本发明涉及太赫兹超高速无线网络技术的领域，特别涉及使用了无线网络MAC层接入技术、且为网络中每个节点分配了独立标识的太赫兹超高速无线网络。 

背景技术

太赫兹（terahertz,THz）波是一种在频谱上位于毫米波和红外光波之间的电磁波，其频率范围为0.1THz-10THz，如附图1所示，波长范围为0.03mm-3mm；太赫兹频段是最后一个人类尚未完全认知和利用的频段。虽然在空气中传播时会有一定衰减，但太赫兹波能够提供较大的信道带宽和较高的传输容量，因此太赫兹通信在短距离超高速无线通信方面有巨大的应用潜力，目前已被考虑应用于室内短距无线通信等方面。 

太赫兹超高速无线网络是一种由3个以上带太赫兹通信设备的节点（称为“DEV”）组成的、在相邻节点之间可进行高速率短距离通信的无线个域网络（WPAN，Wireless Personal Area Networks），如附图2所示；它工作在太赫兹频段（0.1THz-10THz），能够支持10Gbps以上的数据传输速率，被视为无线个域网络发展的重要方向，对未来超高速无线网络通信的实现和发展具有重要意义。 

MAC接入方法担负着将节点接入无线信道并为节点分配信道带宽资源的任务，是太赫兹超高速无线网络体系架构的重要组成部分；到目前为止，人们关于太赫兹超高速无线网络MAC接入方法的研究尚不多见。在工作频段和数据传输速率方面与太赫兹超高速无线网络最接近的MAC接入方法是由IEEE802.15.3c和IEEE802.11.ad定义的，这两个标准定义的MAC接入方法都工作在60GHz频段，最大数据传输速率分别为5.775Gbps和6.7568Gbps。 

IEEE802.15.3c的MAC接入方法是由LAN/MAN标准委员会确定的（参见文献：802.15.3c-2009-IEEE standard for information technologytelecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks-specific requirements.Part15.3:wirelessmedium access control(MAC)and physical layer(PHY)specifications forhigh rate wireless personal area networks(WPANs)amendment2:millimeter-wave-based alternative physical layer extension[S].IEEEComputer Society,2009.12），主要用于高速WPAN网络MAC层的信道接入和数据传输。其主要思想是将信道时间划分为一系列的超帧（superframes），每个超帧由Beacon、CAP（Contention Access Period）和CTAP（Channel TimeAllocation Period）3个时段组成，如附图3所示，节点在超帧的CAP时段用CSMA机制申请时隙并在CTAP时段用TDMA机制传输数据，数据传输速率最高能够达到5.775Gbps。 

IEEE802.11ad的MAC接入方法也是由LAN/MAN标准委员会确定的（参见文献：802.11ad-2012-IEEE standard for information technologytelecommunications and information exchange between systems local andmetropolitan area networks-specific requirements.Part11:wirelessmedium access control(MAC)and physical layer(PHY)specificationsamendment3:enhancements for very high throughput in the60GHz band[S].IEEE Computer Society,2012.12），该标准也主要用于高速网络MAC层的信道接入和数据传输。与IEEE802.15.3c标准的MAC接入方法类似，IEEE802.11ad标准的MAC接入方法主要思想是将信道时间划分为一系列的信标间隔（BeaconIntervals），如附图4所示，根据节点的不同数据传输需求在信标间隔的CBP和SP时段采用不同的信道接入方法，从而达到较高的数据传输速率。 

在IEEE802.15.3c和IEEE802.11ad标准公布之后，人们以其定义的MAC接入方法为基础一直在开展相关研究。Chang Woo Pyo和Hiroshi Harada提出网络吞吐量主要受CAP时段所占超帧比例的影响，并给出了网络吞吐量最大时超帧中CAP时段所占比例（参见文献：C.W.Pyo,H.Harada.Throughputanalysis and improvement of hybrid multiple access in IEEE802.15.3c mm-wave WPAN[J].IEEE Journal on selected areas in communications,2009,27(8):1414-1424.）。为提高网络吞吐量，Chin-Sean Sum等人提出一种采用虚拟时隙分配（Virtual Time-slot Allocation）（参见文献：C.S.Sum,L.Zhou,R.Funada,J.Wang,T.Baykas,M.A.Rahman,H.Harada.Virtual Time-SlotAllocation Scheme for Throughput Enhancement in a Millimeter-WaveMulti-Gbps WPAN System[J].IEEE Journal on Selected Areas inCommunications,2009,27(8):1379-1389）的方案，该方案可使网络中多个通信链路同时使用相同的时隙进行数据传输以增加网络的吞吐量；但如何避免同信道信号干扰是个需要注意的问题。Kim等人提出一种在CAP时段使用directional CSMA接入信道的方案（参见文献：M.J.Kim,Y.S.Kim,W.Y.Lee.Performance Analysis of Directional CSMA for IEEE802.15.3c underSaturation Encironments[J].ETRI Journal.2010,34(1):24-34.），该方案使用物理层的波束赋形技术，即使用directional CSMA和directionalantennas以提高网络数据传输速率；Chin-Sean Sum和Hiroshi Harada提出在CTAP时段使用SDMA(Space Division Multiple Access)和TDMA两种混合的信道接入方法以提高网络的吞吐量（参见文献：C.S.Sum,H.Harada.ScalableHeuristic STDMA scheduling scheme for practical multi-Gbpsmillimeter-wave WPAN and WLAN systems[J].IEEE Transactions on wirelesscommunications.2012,11(7):2658-2669），该方案通过使用波束赋形或不断切换方向的通信来增加收发增益以使得系统吞吐量增大，这样可克服较大的自由空间链路损耗(FSPL,Free Space Path Loss)，同时降低系统时延；但上述二种方案引入了波束赋形技术，会使系统复杂度和硬件成本增加。SandraScott-Hayward和Emiliano Garcia-Palacios提出一种动态分配CTA的方案（参见文献：S.H.Sandra,G.P.Emiliano.High Definition Video in IEEE802.15.3c mm-Wave Wireless Personal Area Networks[C].The36th AnnualIEEE Conference on Local Computer Networks.Bonn,Germany,IEEE Press, 2011,93-97.），该方案根据网络状况的动态变化改变超帧长度、CAP时段长度和CTA时隙的分配，使网络在节点信息传输率、公平性和延迟性方面有良好表现。 

从上述文献内容和研究现状来看，在超高速无线网络接入方面，自从混合信道接入方法提出以后，人们对其加以改进和拓展的研究一直在进行，在确定CAP时段所占比例、使用波束赋形技术、动态分配CTA时隙等环节已取得一定进展，但在接入控制、时隙分配和超帧结构等方面仍然存在一些影响接入性能的问题，到目前为止这些问题尚未得到有效的解决，因此有进一步研究改善的需要。本发明将针对这些问题提出切实可行的解决方案。 

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种解决现有相关MAC接入方法存在冗余的控制开销和数据传输时延以及时隙资源浪费的基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法。本发明的技术方案如下：一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，所述太赫兹超高速无线网络包括中心控制节点PNC及普通节点DEV,所述太赫兹超高速无线网络的信道时间由若干超帧组成，所述MAC接入方法包括以下步骤： 

101、中心控制节点PNC接收到接入请求时，所述中心控制节点PNC读取其存储的单DEV标志，若所述单DEV标志为1，则判断网络中只有一个普通节点DEV，则将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP；若所述单DEV标志为0，则判断网络中有至少两个中心控制节点，将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP，中心控制节点PNC在信标Beacon1时段向普通节点DEV广播信标时段帧A； 

102、在步骤101中的CAP时段或SAP时段，中心控制节点PNC接收DEV的时隙申请； 

103、中心控制节点PNC在Beacon2时段根据步骤102中接收到的普通节点DEV的时隙申请进行信道时间CTA分配，并广播信标时段帧B给普通节点DEV， 同时中心控制节点PNC将已经成功请求时隙但没有分配时隙的节点设置为免申请预分配节点，记录免申请预分配节点的信息； 

104、普通节点DEV收到步骤103中Beacon2的信标时段帧B后，获得CTA时隙的普通节点DEV在信道时间分配时段CTAP内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输，本超帧结束，循环进入下一超帧，完成MAC接入。 

进一步的，步骤103中所述Beacon2的信标时段帧B帧中InformationElement域的CTA IE子域的CTA block不包含DestID和Stream Index字段，数据帧的头部不包含SrcID字段。 

进一步的，步骤101中的Beacon1包含定时、超帧时长、CAP或SAP时长基本的组网信息。 

进一步的，步骤102中，当普通节点DEV在CAP时段时，普通节点DEV采用CSMA方式向中心控制节点PNC发送时隙请求帧；当普通节点DEV在SAP时段时，则DEV采用TDMA的方式向中心控制节点PNC发送时隙请求帧。 

本发明的优点及有益效果如下： 

1.含双Beacon时段的新超帧结构能够解决现有相关接入方法中“DEV在当前超帧申请到时隙后，只能在下一个超帧分配时隙”的问题，使DEV申请到的时隙能够在同一个超帧中进行分配，从而让DEV能够及时获得时隙资源以传输数据，有利于降低数据分组等待传输的时间，减小数据分组的端到端时延。 

2.“拆分请求时隙量分配所有可用时隙”新机制能够在收到的请求时隙量大于CTAP剩余时隙量时，有多少剩余时隙量PNC就分配给节点多少，这样能够使所有可用时隙都得到分配，从而能够提升时隙利用率，提高网络吞吐量。 

3.在现有的相关MAC接入方法中，当前超帧中申请了但未分配到时隙的节点会在后续超帧中重复申请。而本发明的新MAC接入方法的“免申请预分配时隙”新机制能够在后续超帧中为之前未分配到时隙的节点优先分配时隙，从而使这些节点在后续超帧中不再发送时隙申请消息，从而去除节点的重复时隙请求，减少控制开销，并且能够降低CAP时段参与竞争的节点数量，提高CAP时 段节点竞争时隙的成功率。 

4.当网络中只有一个PNC和一个DEV时，DEV发送时隙申请无需竞争信道，而在现有相关MAC接入方法中，仍旧安排了CAP时段用于多个DEV竞争信道，这导致了时隙资源的浪费。而本发明的新MAC接入方法的“自适应代替CAP时段”新机制能够在只有一个DEV时，将原来的CAP时段替换成时长更小（仅需发送1bit数据）、使用TDMA方式的SAP时段，这样既不会影响接入效果，又能缩短控制时段，使更多的时隙资源投入CTAP用于数据传输，有利于提高吞吐量。在现有相关MAC接入方法中，Beacon帧体中“Information Element”域的“CTAIE”子域的“CTA block”部分（用于广播分配的时隙）包含SrcID、DestID和Stream Index字段，此外数据帧的头部也包含SrcID、DestID和Stream Index字段，这两组字段的信息是相同的，它们的重复收发带来了冗余的控制开销。 

而本发明的新MAC接入方法的“压缩Beacon帧和数据帧中的重复字段”新机制去掉了CTA IE中的DestID和Stream Index字段以及数据帧头部的SrcID字段，这样保证了数据的正常传送（数据帧的接收节点可以从数据帧在CTA中的位置判断出数据帧的源节点），又减少了相同信息的重复收发带来的冗余控制开销。

附图说明 

图1是太赫兹波在电磁波频谱中的位置； 

图2为太赫兹超高速无线网络组成示意图。 

图3为IEEE802.15.3c超帧结构示意图； 

图4为IEEE802.11ad信标间隔（Beacon Intervals）结构意图； 

图5为本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法的组成示意图； 

图6为本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法设计的新超帧结构； 

图7为本发明新设计的Beacon帧和数据帧； 

图8为PNC和DEV的免申请预分配时隙操作流程； 

图9为在“自适应代替CAP时段”新机制中PNC的操作流程。 

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。 

图1为太赫兹波在电磁波频谱中的位置。 

太赫兹波的频率位于毫米波和红外光波之间，可提供较宽的带宽和较大的传输容量。 

图2为太赫兹超高速无线网络组成示意图。 

太赫兹超高速无线网络由中心控制节点（称为“PNC”）和普通节点（称为“DEV”）组成，网络中任意两个节点之间均可进行双向数据传输，数据传输速率可达到Gbps级别。 

图3为IEEE802.15.3c超帧结构示意图。 

IEEE802.15.3c标准定义的超帧包括三部分：信标帧时段（Beacon）、竞争接入时段（contention access period,CAP）和信道时间分配时段（channel timeallocation period,CTAP）。Beacon时段由PNC给DEVs广播网络的基本信息及各节点的时隙分配情况等，CAP时段主要用于DEVs以CSMA的方式发送时隙请求帧或传输异步数据帧，CTAP时段用于由DEVs以TDMA的方式传输数据帧。 

图4为IEEE802.11ad信标间隔（Beacon Intervals）结构意图。 

IEEE802.11ad标准的MAC接入方法的主要思想是将信道时间划分为一系列的信标间隔BI（Beacon Intervals），在每个BI中进行时隙的申请、分配和数据传输。 

图5为本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法的组成示意图。 

本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法包含了1种新的超帧结构和拆分请求时隙量分配所有可用时隙、免申请预分配时隙、自适应代替CAP时段及压缩Beacon帧和数据帧中的重复字段4种新机制。新超帧结构包含了Beacon1、CAP/SAP、Beacon2和CTAP共4个时段，比现有相关方法的超帧增加了Beacon2时段。拆分请求时隙量分配所有可用时隙和免申请预分配时隙两种新机制工作在Beacon2时段，自适应代替CAP时段新机制工作在CAP/SAP时段， 压缩Beacon帧和数据帧中的重复字段新机制工作在Beacon2和CTAP时段。 

图6为本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法设计的新超帧结构。 

在本发明所述太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法中设计的新超帧结构包含Beacon1、CAP/SAP、Beacon2和CTAP共4个具有先后顺序的时段。当网络中有1个PNC节点和多个DEV时，超帧包括Beacon1、CAP、Beacon2和CTAP时段；而当网络中只有1个PNC节点和1个DEV时，超帧用SAP时段代替CAP时段。 

图7为本发明新设计的Beacon帧和数据帧。 

本发明所述新MAC接入方法将原Beacon帧（在新MAC接入方法中对应于Beacon2帧）中CTA IE子域的DestID和Stream Index字段以及数据帧中的SrcID共3个冗余字段压缩掉，从而消除了冗余控制开销。 

图8为PNC和DEV的免申请预分配时隙操作流程。 

其中，(a)为PNC的操作流程，(b)为PNC的操作流程。确定为DEV免申请预分配时隙后，PNC会在Beacon2广播帧中通知相应的DEV在下一超帧中不需申请时隙；而DEV得到“免申请预分配时隙”的通知后，会在下一超帧中不进行申请时隙的操作。 

图9为在“自适应代替CAP时段”新机制中PNC的操作流程。 

在Beacon1时段开始时，PNC根据节点数量检查周期是否到达以及“使用SAP时段”标志的状况来确定是否用SAP时段代替CAP时段。如果节点数量检查周期未到以及“使用SAP时段”标志被置位，则PNC用SAP时段代替CAP时段，然后在组网信息中广播超帧结构。 

本发明的目的是提出一种新的、能够适应太赫兹超高速无线通信的MAC接入方法，在该MAC接入方法中采用一种新的超帧结构和拆分请求时隙量分配所有可用时隙、免申请预分配时隙、自适应代替CAP时段、压缩Beacon帧和数据帧的重复字段等4种新机制（如附图5所示），解决现有相关MAC接入方法存在冗余的控制开销和数据传输时延以及时隙资源浪费的问题。 

本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法法人主要思想是：将信道时间划分为一系列的时间段（称之为“超帧”），采用以TDMA为主、TDMA和CSMA混合的接入方式，按照“申请时隙-分配时隙-使用时隙”的操作思路为有数据传输需求的节点提供时隙资源用于传输数据。 

1.新MAC接入方法包含的新结构和新机制 

本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法包含了1种新的超帧结构和4种新机制，具体如下： 

（1）含双Beacon时段的新超帧结构 

由于IEEE802.15.3c标准定义的超帧只在Beacon时段广播时隙分配方案，而在CAP后没有Beacon时段，因此DEV在CAP时段申请时隙后，只能在下一个超帧中进行时隙分配并广播分配方案，这导致了额外的数据传输延迟。针对这个问题，我们设计了一种含双Beacon时段的新超帧结构，如附图6所示。新超帧结构将Beacon时段拆分成时隙分配和其它内容两个部分，并将时隙分配部分作为一个新的时段－Beacon2，放到CAP时段之后，以便于DEV申请时隙之后PNC广播时隙分配方案，Beacon时段其它内容则作为Beacon1仍留在原位置。这样，DEV申请的时隙能够在同一个超帧中进行分配，使DEV能够及时获得时隙资源以传输数据，有利于降低数据分组等待传输的时间，从而减小数据分组的端到端时延。 

（2）拆分请求时隙量分配所有可用时隙 

在IEEE802.15.3c标准规定的MAC接入方法中，PNC根据收到各节点请求时隙帧的先后顺序进行时隙分配，当收到请求时隙量大于CTAP剩余时隙量时，PNC将不再为其分配时隙；这样的时隙分配方案可能导致CTAP中部分时隙不能分配，从而影响网络吞吐量。 

在本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法中，我们根据网络运行的实际条件，设计了“拆分请求时隙量分配所有可用时隙”的新机制，当收到的请求时隙量大于CTAP剩余时隙量时，有多少剩余时隙量PNC就分配多少， 这样就不会留下不能分配的时隙，从而能够提高时隙利用率，提高网络吞吐量。“拆分请求时隙量分配所有可用时隙”新机制工作在超帧的“Beacon2”时段。 

（3）免申请预分配时隙 

在现有的相关MAC接入方法中，当PNC收到了节点的时隙请求且请求时隙数多于CTAP时段可用时隙数时，PNC无法为所有节点分配时隙，而未申请到时隙的节点在下一超帧的CAP时段仍会进行时隙请求，这样就产生了重复的时隙请求，导致额外的控制开销且增大了节点申请时隙过程中碰撞概率。 

针对此问题，我们在本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法中提出了如下的“免申请预分配时隙”新机制： 

对于在当前超帧中PNC收到了时隙申请但未为其分配时隙的节点，PNC记录它们的信息，并给予它们免申请预分配时隙的机会；然后，在当前超帧的Beacon2帧的保留字段存放“免申请预分配”信息，并在Beacon2时段广播Beacon2帧，告诉相关节点“PNC将在下一个超帧中免申请优先为其分配时隙；它们在下一个超帧的CAP时段不用发送时隙请求帧参与竞争”；这样，获得免申请预分配时隙机会的节点在下一超帧中不再发送时隙申请消息，从而减少控制开销且降低CAP时段参与竞争的节点数量，提高CAP时段节点竞争时隙的成功率。 

“免申请预分配时隙”新机制工作在超帧的“Beacon2”时段。 

（4）自适应代替CAP时段 

当网络中只有一个PNC和一个DEV时，DEV发送时隙申请无需竞争信道，而在现有相关MAC接入方法中，仍旧安排了CAP时段用于多个DEV竞争信道，这导致了时隙资源的浪费。为此，我们在本发明的新MAC接入方法中提出了一种自适应地用SAP（Slot Application Period）时隙申请时段代替CAP时段的机制，以节省宝贵的时隙资源，该自适应机制的主要思路如下：在每个超帧中，PNC通过接收DEV的时隙分配申请来对DEV的数量进行检测；当PNC发现只有一个DEV时，则将原来的CAP时段替换成时长更小（仅需发送1bit数据）、使 用TDMA方式的SAP时段，SAP时段仅供DEV发送1bit的时隙申请信息；这样既不会影响接入效果，又能缩短控制时段，使更多的时隙资源投入CTAP用于数据传输，有利于提高吞吐量。为保障后续增加的节点能够接入网络，每隔一定的时间（如1s），PNC将SAP时段恢复成CAP时段，供多个节点竞争时隙资源。当网络中有多个DEV节点时，超帧仍使用CAP时段。含SAP时段的超帧结构如附图7所示。“自适应代替CAP时段”新机制工作在超帧的“CAP”（或“SAP”）时段。 

（5）压缩Beacon帧和数据帧中的重复字段 

在现有相关MAC接入方法中，Beacon帧体中“Information Element”域的“CTA IE”子域的“CTA block”部分（用于广播分配的时隙）包含SrcID、DestID和Stream Index字段，此外数据帧的头部也包含SrcID、DestID和Stream Index字段，这两组字段的信息是相同的，它们的重复收发会带来冗余的控制开销。因此，我们通过研究解决了这个问题，提出了“将CTA IE中的DestID和Stream Index以及数据帧头部的SrcID（在图中标出）去掉”的新机制，这样即可保证数据的正常传送（数据帧的接收节点可以从数据帧在CTA中的位置判断出数据帧的源节点），又能减少相同信息的重复收发带来的冗余控制开销。压缩前后的Beacon帧和数据帧结构如附图8所示。“压缩Beacon帧和数据帧中的重复字段”工作在超帧的“Beacon2”和“CTAP”时段。 

2.新MAC接入方法超帧时长变化分析 

相对于现有的相关MAC接入方法而言，本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法为放置Beacon2增加了2个保护时隙，但减少了3个控制字段，这些增减操作对超帧时长的具体影响，以下做一个具体分析： 

新MAC接入方法为放置Beacon2增加了2个保护时隙，这2个保护时隙可以使用最短的时长，即每个保护时隙时长为0.05us，因此，增加的时长为： 

T_i=2×0.05us=0.1us  (1) 

另一方面，Beacon帧中去掉的冗余字段是DestID和Stream Index，由于 Beacon帧至少要为1个节点分配时隙（如果不分配时隙，则超帧会直接结束），因此DestID和Stream Index至少会出现1次，它们的长度各为1byte，因此共长16bits，去掉免申请预分配部分增加的1bit，一共会减少15bits；IEEE802.15.3c标准中规定Beacon帧的发送速率是25.8Mbps，删除上述2个域及增加1bit后减少的时长为： 

T_d=15bits/25800000bps≈0.58us 

(2) 

∵T_d>T_i，∴为放置Beacon2而增加的保护时隙的时长小于去掉Beacon帧中冗余字段而减少的时长，即新的超帧结构能够充分保证将更多的有用时隙用于传输数据，从而提高了信道带宽资源利用率。 

3.新MAC接入方法的操作步骤 

本发明所述的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法的操作步骤具体如下： 

步骤1：PNC在Beacon1时段广播Beacon1帧 

PNC设有一个“单DEV”标志，如果该标志为“1”，表示网络中只有一个DEV，如果为“0”则表示有多个DEV，缺省值设为“0”。在每个超帧的开始，PNC在广播信标帧Beacon1之前会查询“单DEV”标志，如果它为“1”，则确定超帧结构为“Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP”；如果该标志为“0”，确定超帧结构为“Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP”。然后，PNC广播Beacon1给所有DEV，Beacon1包含定时、超帧时长、CAP（或SAP）时长等基本的组网信息。PNC设置有1个阈值为T（推荐值为1s）的“单DEV”计时器；每当计时器溢出（即周期T到达），则PNC在超帧开始时无条件将超帧结构确定为“Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP”，并且将该计时器的计时值清零。 

步骤2：在CAP时段或SAP时段PNC接收DEV的时隙申请 

如果是在CAP时段，有数据传输需求的DEV采用CSMA方式向PNC发送时隙请求帧；如果PNC在整个CAP时段只收到1个DEV的申请，则将“单DEV”标志设为“1”，同时，启动“单DEV”计时器且将计时值清零。如果是在SAP时段， 则DEV采用TDMA的方式向PNC发送1bit的信息帧，告知PNC，自己是否有数据传输需求。 

步骤3：在Beacon2时段PNC分配时隙并广播分配结果 

在Beacon2时段，PNC根据收到的时隙请求进行CTA时隙分配并将CTA时隙分配结果用信标帧Beacon2广播给所有DEV，同时广播免申请预分配信息。同时，PNC记录已经成功请求时隙但没有分配时隙的节点相关信息，即需要免申请预分配时隙的节点信息。在单DEV情况下，PNC分配时隙的规则为： 

(i)若DEV、PNC都有数据要发送，则各分配一半的CTA时隙，间插安排； 

(ii)若只有一方有数据要发送，则CTA时隙全部分配给它； 

(iii)若双方均无数据要发送，则无CTAP时段，在Beacon2时段后，直接进入下一超帧。 

步骤4：收到Beacon2的广播帧后，获得CTA时隙的DEV在CTAP时段内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输；之后，本超帧结束，循环进入下一超帧，转步骤1。 

本发明适用于采用混合信道接入方式的太赫兹超高速无线网络领域。一个具体实施的方式为：在节点数不小于2的太赫兹超高速无线网络中，节点处于静态或缓慢移动状态，它们之间有数据需要传送。在数据传送的过程中，可以使用本发明提出太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法，自主选举1个DEV作为PNC完成组织和中心控制功能；然后，通过本发明设计的新超帧结构、拆分请求时隙量分配所有可用时隙的新机制、免申请预分配时隙新机制、自适应代替CAP时段、压缩Beacon帧和数据帧的重复字段等4种新机制，在实现太赫兹无线信道成功接入、帧成功传送的同时，提升信道带宽利用率，减少冗余控制开销，提高网络吞吐量。 

在本发明具体应用的过程中，可按照上文所述的MAC接入方法的操作步骤，通过结合硬件条件的软件编程来实现本发明提出的太赫兹超高速无线网络新MAC接入方法。 

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明方法权利要求所限定的范围。 

Claims (4)

1.一种基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，所述太赫兹超高速无线网络包括中心控制节点PNC及普通节点DEV,所述太赫兹超高速无线网络的信道时间由若干超帧组成，其特征在于，所述MAC接入方法包括以下步骤：

101、中心控制节点PNC接收到接入请求时，所述中心控制节点PNC读取其存储的单DEV标志，若所述单DEV标志为1，则判断网络中只有一个普通节点DEV，则将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+SAP+Beacon2+CTAP；若所述单DEV标志为0，则判断网络中有至少两个中心控制节点，将太赫兹超高速无线网络的信道时间超帧划分为Beacon1+CAP+Beacon2+CTAP；中心控制节点PNC在信标Beacon1时段向普通节点DEV广播信标时段帧A；

102、在步骤101中的CAP时段或SAP时段，中心控制节点PNC接收DEV的时隙申请；

103、中心控制节点PNC在Beacon2时段根据步骤102中接收到的普通节点DEV的时隙申请进行信道时间CTA分配，并广播信标时段帧B给普通节点DEV，同时中心控制节点PNC将已经成功请求时隙但没有分配时隙的节点设置为免申请预分配节点，记录免申请预分配节点的信息；

104、普通节点DEV收到步骤103中Beacon2的信标时段帧B后，获得CTA时隙的普通节点DEV在信道时间分配时段CTAP内各自的时隙中以TDMA的方式进行数据传输，本超帧结束，循环进入下一超帧，完成MAC接入。

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，其特征在于：步骤101中所述Beacon2的信标时段帧B帧中Information Element域的CTA IE子域的CTA block不包含DestID和Stream Index字段，数据帧的头部不包含SrcID字段。

3.根据权利要求1所述的基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，其特征在于：步骤101中的Beacon1包含定时、超帧时长、CAP或SAP时长基本的组网信息。

4.根据权利要求1所述的基于太赫兹超高速无线网络的MAC接入方法，其特征在于：步骤102中，当普通节点DEV在CAP时段时，普通节点DEV采用CSMA方式向中心控制节点PNC发送时隙请求帧；当普通节点DEV在SAP时段时，则DEV采用TDMA的方式向中心控制节点PNC发送时隙请求帧。

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