[发明专利]基于忙音和消除ACK帧干扰的隐藏节点并发接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及了一种利用忙音和ACK帧干扰消除实现隐藏节点并发接收数据帧的问题，用于解决无线Ad hoc网络中隐藏节点问题，提高通信的并发度。

背景技术

随着无线通信技术的发展及无线通信应用的普及，使得具有无中心、临时自组织、分布式控制等特点使得无线Ad hoc网络得到越来越广泛的使用，在无线Ad hoc网络中，媒质接入控制协议的好坏直接影响网络吞吐量、时延等性能指标，如何解决隐藏节点和暴露节点问题已成为提高网络性能的关键性问题。

隐藏节点是指在接收节点的通信范围内而在发送节点通信范围外的节点。当某发送节点发送数据时，由于隐藏节点在发送节点通信范围外，不能侦听到信道已被占用，便有可能发送数据，从而发生碰撞，使接收节点的数据不能正确接收。由隐藏节点引起的问题称为隐藏节点问题。如图1，当A和B通信时，节点C和节点F在节点A的侦听通信范围外，称C和F为隐藏节点，如果节点A在向节点B发送数据的过程中节点C在给节点D发送数据，则会在节点B处发生碰撞使B不能正确接收数据。

现有大多数MAC协议为了实现接收节点能够正确接收数据，采用了一些措施来抑制隐藏节点的出现，主要技术方案有以下两种：

(1)采用RTS/CTS握手机制，隐藏节点根据CTS帧中的NAV信息进行退避，从而保证数据节点能够正确接收数据。例如，IEEE802.11协议中提出的分布式协同机制DCF，采用RTS/CTS握手机制，该协议将采用物理载波侦听和虚拟载波侦听相结合来解决隐藏节点问题，实现接收节点正确接收数据。当发送节点有数据发送时，先侦听信道是否忙音，信道空闲时发送RTS帧，接收节点正确接收RTS帧后，回复一个CTS帧确认，邻节点侦听到有信号发送则认为信道忙，根据物理载波侦听和虚拟载波侦听中的NAV信息进行退避，从而保证接收节点能正确接收数据。但是由于节点的物理载波侦听距离比虚拟载波侦听距离远，所以处于物理载波侦听范围内而在虚拟载波侦听范围外的隐藏节点仍然会对接收节点的数据接收造成干扰，从而影响数据的正确接收，所以IEEE80.211没有完全解决隐藏节点问题。

(2)在RTS/CTS握手机制的基础上增加了忙音信号，用忙音来代替虚拟载波侦听，保证接收节点正确接收数据。例如DBTMA协议在握手机制的基础上增加了两个窄带忙音信号：发送忙音信号BTt和接收忙音信号BTr，来解决隐藏节点问题，实现数据的正确接收。当发送节点有数据发送时，先侦听信道是否空闲和是否有忙音信号BTr，如果信道空闲并且没有忙音信号BTr，则发送RTS帧；否则，进行退避；接收节点正确接收RTS帧后，回复CTS帧确认并发送一个持续的忙音信号BTr，来抑制隐藏节点通信，从而实现接收节点正确接收数据，以解决IEEE802.11协议中出现的处于物理载波侦听范围内而在虚拟载波侦听范围外的隐藏节点仍然会对接收节点的数据接收造成干扰的问题。

虽然上述方案虽然通过抑制隐藏节点通信实现了接收节点正确接收数据，但却由于隐藏节点被抑制而导致不能进行并发接收的问题，从而大大降低了网络空间的复用度，使网络的吞吐量也随之降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决无线Ad hoc网络中隐藏节点不能并发接收的缺点，在现有的IEEE802.11协议的基础上，提出一种基于忙音和消除ACK帧干扰的隐藏节点并发接收方法，提高网络空间的复用度和吞吐量。

一、术语说明

MAC层：媒质接入控制层，ISO规定的网络分层结构中，链路层中负责物理媒质获取和使用的子层；

帧：链路层和物理层协议单元；

数据帧DATA：承载用户数据业务内容的链路层协议单元；

控制帧：承载信令信息，用于实现控制管理等任务的MAC层协议单元；

RTS/CTS/ACK：三种用于实现802.11无线网络媒质接入控制握手协议的控制帧，分别对应为发送请求帧、发送允许帧和接收确认帧，控制帧有固定的帧长和帧格式；

发送节点：发送数据帧的无线设备；

接收节点：接收数据帧的无线设备；

通信/会话：发送节点和目的节点间的一次数据帧收发；

忙音信号BT：单频正弦波信号。

二、一种基于忙音和消除ACK帧干扰的隐藏节点并发接收的系统，包括媒质接入控制模块、接收信号解析模块、天线、射频前端模块、模数转换器、数模转换器、MAC层帧提取模块、物理层帧形成模块、调制/编码模块和物理信道管理模块，其特征在于：