專利名稱：一種蜂窩移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織Ad hoc網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信的方法，尤其涉及一種在多跳認(rèn)知無線電Ad hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)傳輸。
技術(shù)背景蜂窩網(wǎng)與Ad hoc網(wǎng)在覆蓋面、移動(dòng)性、數(shù)據(jù)率、網(wǎng)絡(luò)管理、性價(jià) 比等方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性，因而成為研究網(wǎng)絡(luò)互通和融合的主要焦 點(diǎn)，隨著移動(dòng)用戶和業(yè)務(wù)量的急劇增加，頻率的資源的利用已達(dá)到了極 限。認(rèn)知無線電是一種智能的無線通信技術(shù)，它通過動(dòng)態(tài)的接入頻譜為 用戶提供高容量的服務(wù)，能極大地改善現(xiàn)有的低效的頻率利用率。通過 使用認(rèn)知無線電技術(shù)，使得非授權(quán)用戶(次級(jí)用戶)可以有效的利用授 權(quán)用戶(主用戶)在一定時(shí)間和具體的位置沒有使用的頻譜(即頻譜空 洞)，而不影響主用戶的頻率使用。在蜂窩網(wǎng)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織成Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可以將蜂窩中的負(fù)載轉(zhuǎn) 移到Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的通信不再利用蜂窩中的頻率資源， 因此可以利用認(rèn)知無線電技術(shù)，感知一組周圍環(huán)境中的頻譜空洞作為可 用信道集供Adhoc網(wǎng)內(nèi)通信。在多跳Adhoc網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)榇嬖谝唤M隨 時(shí)間變化的可用信道集，因此可以采用多信道的方式進(jìn)行通信。采用多 信道而不是單信道有以下好處(1)減少用戶間的干擾，(2)增大網(wǎng)絡(luò) 吞吐量，因?yàn)榭梢栽试S包在不同的信道上同時(shí)傳輸，(3)減少了主用戶 對(duì)次級(jí)用戶的影響。在多跳Adhoc網(wǎng)絡(luò)中，已有很多關(guān)于多信道的研究。最早的多信 道多跳網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)具有N個(gè)收發(fā)機(jī)，每個(gè)收發(fā)機(jī)調(diào)諧到不同的信道 上。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，在N個(gè)信道中找到一個(gè)空閑信道，然后在此 空閑信道上傳輸。但是，在多跳認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，不像一般的多信道多跳Adh0C網(wǎng)絡(luò)，其可用信道集是隨時(shí)間和位置變化的，可用信道集 的信道數(shù)也可能很大，因此不可能為每個(gè)節(jié)點(diǎn)裝備有與信道數(shù)相當(dāng)?shù)氖?發(fā)機(jī)。此外，在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中如果沒有公共控制信道，將很難實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同歩。后來有人提出了 Slotted Seeded Channel Hopping(SSCH)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要一個(gè)收發(fā)機(jī)，但是這種方法不適合多跳網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閷?duì)每一 跳通信都需要收發(fā)雙方工作在同一信道上，將造成很大的時(shí)延。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的技術(shù)問題是提出一種在蜂窩Ad hoc混合網(wǎng)絡(luò) 下，利用認(rèn)知無線電技術(shù)在多跳Ad hoc網(wǎng)絡(luò)通信的方法，可以最大限 度的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和頻譜資源，有效地解決熱點(diǎn)區(qū)域的擁塞問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種利用認(rèn)知無線電技術(shù)的蜂 窩網(wǎng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織Ad hoc網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信方法，其特征在于在于包 括如下步驟i、 在能夠與蜂窩系統(tǒng)基站通信的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上安裝第一收發(fā) 機(jī)和第二收發(fā)機(jī)；其中第一收發(fā)機(jī)CONTROLLER工作在公共控制信道 上，公共控制信道是對(duì)所述Ad hoc網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都可用的信道，可以 是工作在某個(gè)特定頻段上的專有信道，所有節(jié)點(diǎn)都通過CSMA/CA的競(jìng) 爭方式接入公共控制信道；第二收發(fā)機(jī)TRANSMITTER具有無線認(rèn)知 能力，可以工作在所述可用信道集中的任何一個(gè)信道上。ii、 啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，Adhoc網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)以時(shí)分復(fù)用的方式接入上行 信道，節(jié)點(diǎn)以周期Tl將第二收發(fā)機(jī)的感知結(jié)果報(bào)告給基站，基站根據(jù) 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果以及真格蜂窩內(nèi)信道的使用情況得到當(dāng)前可用信 道集，并將當(dāng)前可用信道集廣播給Ad hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)；可用信道集 是時(shí)變的。iii、 節(jié)點(diǎn)將第一收發(fā)機(jī)調(diào)諧到公共控制信道的頻譜上；節(jié)點(diǎn)的第二 收發(fā)機(jī)以周期T2掃描當(dāng)前可用信道集，從中選擇出一組候選家鄉(xiāng)信道， 然后隨機(jī)選擇一個(gè)信道作為當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并將第二收發(fā)機(jī)的頻譜調(diào)諧到當(dāng)選家鄉(xiāng)信道上；W、更新家鄉(xiāng)信道后或者在家鄉(xiāng)信道沒有更新的以參數(shù)T3為周期 的時(shí)段內(nèi)，節(jié)點(diǎn)通過所述第一收發(fā)機(jī)在公共控制信道向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自 己的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的返回信號(hào)；若，1)檢測(cè)到主用戶 占用該當(dāng)選家鄉(xiāng)信道；或，2)至少一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)不同意該節(jié)點(diǎn)使用該 當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并且有其他的可用信道可選；或，3)該當(dāng)選家鄉(xiāng)信道 具有很高的沖突率；貝lj，節(jié)點(diǎn)從候選家鄉(xiāng)信道中的其它家鄉(xiāng)信道重新選 擇當(dāng)選家鄉(xiāng)信道；若，其它候選家鄉(xiāng)信道均不符合上述條件，貝l」，節(jié)點(diǎn) 重新掃描可用信道集來選擇新的候選家鄉(xiāng)信道，然后重復(fù)本歩驟的過 程；v、當(dāng)節(jié)點(diǎn)向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將第二收發(fā)機(jī)調(diào) 諧到接收節(jié)點(diǎn)的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道上，然后以CSMA/CA的方式接入信道進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸；本發(fā)明在蜂窩移動(dòng)節(jié)點(diǎn)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)上安裝具有認(rèn)知無線電 能力的設(shè)備，利用認(rèn)知無線電技術(shù)，它通過動(dòng)態(tài)的接入頻譜為用戶提供 高容量的服務(wù)，能極大地改善現(xiàn)有的低效的頻率利用率；同時(shí)，本發(fā)明 在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了公共控制信道，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)鐘同步。 通過Ad hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)使用認(rèn)知無線電技術(shù)，使得非授權(quán)用戶(次級(jí) 用戶)可以有效的利用授權(quán)用戶(主用戶)在一定時(shí)間和具體的位置沒 有使用的頻譜(即頻譜空洞)，而不影響主用戶的頻率使用，因此，最 大限度的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和頻譜資源，有效地解決熱點(diǎn)區(qū)域的擁塞問題。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一歩的詳細(xì)說明。 圖1為Adhoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與基站通信獲取可用信道集的狀態(tài)圖。 圖2為三種狀態(tài)字的結(jié)構(gòu)圖。其中，圖2 (a)為Ch—info字段格式， 圖2 (b)為ngbr—info字段格式，圖2 (c)為CR—INFO字段格式。圖3為在HCH通告中相鄰節(jié)點(diǎn)的三種握手消息格式。其中，圖3(a)為ANNOUNCE和REQUEST消息格式，圖3 (b)為STATUS消息格式。圖4為在HCH通告中相鄰節(jié)點(diǎn)握手消息交互圖。
具體實(shí)施方式
在能夠與蜂窩系統(tǒng)基站通信的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上安裝第一收發(fā)機(jī) 和第二收發(fā)機(jī)；其中第一收發(fā)機(jī)(CONTROLLER)工作在公共控制信 道上，公共控制信道是對(duì)所述Ad hoc網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都可用的信道，可 以是工作在某個(gè)特定頻段上的專有信道，所有節(jié)點(diǎn)都通過CSMA/CA的 競(jìng)爭方式接入公共控制信道；第二收發(fā)機(jī)(TRANSMITTER)具有無線 認(rèn)知能力，可以工作在所述可用信道集中的任何一個(gè)信道上。Ad hoc網(wǎng)內(nèi)的N個(gè)用戶將以時(shí)分復(fù)用的方式接入上行信道，由于 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有無線感知能力，可以感知周圍環(huán)境的頻譜空 洞，如圖1所示，節(jié)點(diǎn)以周期T將感知結(jié)果，即一組狀態(tài)字Ch—info列 表報(bào)告給基站，Ch一info如圖2的(a)所示，包括感知到的信道ch和 感知時(shí)刻Time。又如圖l所示，基站收集了各個(gè)用戶的感知信息后，通 過一定的處理，將得到一組可用信道集，通過下行廣播信道 (downstream)將可用信道集的信息廣播給Ad hoc用戶組。節(jié)點(diǎn)將CONTROLLER調(diào)諧到公共控制信道上。節(jié)點(diǎn)以周期T2用 TRANSMITTER來掃描可用信道集中的信道，掃描時(shí)間為t,假設(shè)可用信 道集中有n個(gè)信道，那么TRANSMITTER將在每個(gè)信道上停留t/n的周 期，在每個(gè)停留周期上，節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道的使用情況，若檢測(cè)到主要用戶， 則將該信道標(biāo)記為used-by-primary-user，若檢測(cè)到其它信號(hào)，則將信道 標(biāo)記為busy。當(dāng)初始周期到時(shí)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道檢測(cè)情況，從可用信道集 中排除標(biāo)記為used-by-primary-user和busy的信道，得到一組候選HCH。 節(jié)點(diǎn)從這一組候選HCH中，隨機(jī)的選取一個(gè)信道作為HCH。當(dāng)節(jié)點(diǎn)選擇了 HCH或者改變HCH后，都需要立即通過公共控制信 道向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播HCH的情況；在以參數(shù)tl為周期的時(shí)段內(nèi)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的HCH沒有發(fā)生改變時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)有可能發(fā)生變化，因此 也需要周期性向鄰居節(jié)點(diǎn)通告本節(jié)點(diǎn)的HCH占用狀態(tài)，即通過公共控制信道向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播HCH的情況。在HCH通告中的，相鄰節(jié)點(diǎn)的握 手過程如圖4所示，其中包括三種消息ANNOUNCE, REQUEST, STATUS,如圖3所示。其中ANNOUNCE和REQUEST具有相同的消 息格式，除了帶有MAC層消息的基本信息外，還帶有CR—INFO這- 字段，CR一INFO如圖2的(c)所示，帶有發(fā)送節(jié)點(diǎn)的HCH，重傳次數(shù) 和DISAGREE標(biāo)識(shí)位，DISAGREE標(biāo)識(shí)位只在REQUEST消息中使用， 即當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)不同意發(fā)送節(jié)點(diǎn)使用該HCH時(shí)，將DISAGREE標(biāo)識(shí)位置 1。 STATUS消息中包括CR—INFO和list of ngbr—info字段，list of ngbr—info字段包括鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目以及ngbr—info列表，ngbr—info狀態(tài) 字如圖2的(b)所示，包括有鄰居節(jié)點(diǎn)的地址和HCH信息。如圖4所 示，節(jié)點(diǎn)I在公共控制信道中廣播ANNOUNCE信息，此時(shí)節(jié)點(diǎn)I選擇 的HCH為l,節(jié)點(diǎn)I的鄰居節(jié)點(diǎn)J收到ANNOUNCE信息后，將鄰居節(jié)點(diǎn) 使用信道1的情況，如果節(jié)點(diǎn)J的HCH為1或者節(jié)點(diǎn)J的鄰居節(jié)點(diǎn)中有 使用HCH的，節(jié)點(diǎn)J將CR—INFO的DISAGREE標(biāo)識(shí)位置為1，否則 置為0，然后將TRANSMITTER調(diào)諧到節(jié)點(diǎn)I的HCH上，即通過信道 1向I發(fā)送注冊(cè)信息REQUEST。節(jié)點(diǎn)I收到REQUEST消息后，如果 DISAGREE為l，則節(jié)點(diǎn)I進(jìn)行HCH重選；如果DISAGREE為0，節(jié) 點(diǎn)I在節(jié)點(diǎn)J的HCH信道m(xù)上發(fā)送STATUS信息。 在以下場(chǎng)合需要進(jìn)行HCH重選1) 檢測(cè)到主用戶返回該HCH信道；2) 至少一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)不同意該節(jié)點(diǎn)使用該HCH，并且有其他的可 用信道可選；3) 該HCH具有很高的沖突率。當(dāng)需要進(jìn)行HCH重選時(shí)，節(jié)點(diǎn)首先從上次掃描得到的候選HCH和 當(dāng)前可用信道集的交集中隨機(jī)選擇另外一個(gè)信道作為HCH，再進(jìn)行 HCH通告，直到找到合適的信道，若節(jié)點(diǎn)不能找到合適的信道作為 HCH，那么節(jié)點(diǎn)將重新設(shè)定一定周期，掃描可用信道集獲得新的候選HCH。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)的CONTROLLER調(diào)諧到公共控制信道 上，節(jié)點(diǎn)的TRANSMITTER調(diào)諧到HCH上，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，發(fā)送 節(jié)點(diǎn)將TRANSMITTER調(diào)諧到接收節(jié)點(diǎn)的HCH上，采用CSMA/CA的方式接入該信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。此方法可以將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分布到很多同時(shí) 傳送的信道上，可能會(huì)有一定的延時(shí)，因此特別適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。
權(quán)利要求
1、一種蜂窩移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織Ad hoc網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信控制方法，其特征在于包括如下步驟i、在能夠與蜂窩系統(tǒng)基站通信的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上安裝第一收發(fā)機(jī)和第二收發(fā)機(jī)，其中第二收發(fā)機(jī)具有認(rèn)知無電能力，可以感知周圍環(huán)境的頻譜空洞；ii、啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，Ad hoc網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)以時(shí)分復(fù)用的方式接入上行信道，節(jié)點(diǎn)以周期T1將第二收發(fā)機(jī)的感知結(jié)果報(bào)告給基站，基站根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果以及真格蜂窩內(nèi)信道的使用情況得到當(dāng)前可用信道集，并將當(dāng)前可用信道集廣播給Ad hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)；iii、節(jié)點(diǎn)將第一收發(fā)機(jī)調(diào)諧到公共控制信道的頻譜上；節(jié)點(diǎn)的第二收發(fā)機(jī)以周期T2掃描當(dāng)前可用信道集，從中選擇出一組候選家鄉(xiāng)信道，然后隨機(jī)選擇一個(gè)信道作為當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并將第二收發(fā)機(jī)的頻譜調(diào)諧到當(dāng)選家鄉(xiāng)信道上；iv、更新家鄉(xiāng)信道后或者在家鄉(xiāng)信道沒有更新的以參數(shù)T3為周期的時(shí)段內(nèi)，節(jié)點(diǎn)通過所述第一收發(fā)機(jī)在公共控制信道向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的返回信號(hào)；若，1)檢測(cè)到主用戶占用該當(dāng)選家鄉(xiāng)信道；或，2)至少一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)不同意該節(jié)點(diǎn)使用該當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并且有其他的可用信道可選；或，3)該當(dāng)選家鄉(xiāng)信道具有很高的沖突率；則，節(jié)點(diǎn)從候選家鄉(xiāng)信道中的其它家鄉(xiāng)信道重新選擇當(dāng)選家鄉(xiāng)信道；若，其它候選家鄉(xiāng)信道均不符合上述條件，則，節(jié)點(diǎn)重新掃描可用信道集來選擇新的候選家鄉(xiāng)信道，然后重復(fù)本步驟的過程；v、當(dāng)節(jié)點(diǎn)向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將第二收發(fā)機(jī)調(diào)諧到接收節(jié)點(diǎn)的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道上，然后以CSMA/CA的方式接入信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用認(rèn)知無線電技術(shù)的蜂窩移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織Ad hoc網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信控制方法，其特征在于包括如下步驟i、在節(jié)點(diǎn)上安裝第一收發(fā)機(jī)和第二收發(fā)機(jī)；ii、基站找出當(dāng)前可用信道集，并將當(dāng)前可用信道集廣播給網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)；iii、第二收發(fā)機(jī)掃描當(dāng)前可用信道集，從中選擇出一組候選家鄉(xiāng)信道，然后隨機(jī)選擇一個(gè)信道作為當(dāng)選家鄉(xiāng)信道；iv、節(jié)點(diǎn)通過所述第一收發(fā)機(jī)在公共控制信道向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道，并監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的返回信號(hào)；v、發(fā)送節(jié)點(diǎn)將第二收發(fā)機(jī)調(diào)諧到接收節(jié)點(diǎn)的當(dāng)選家鄉(xiāng)信道上，然后以CSMA/CA的方式接入信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用本發(fā)明，可以有效的利用頻譜資源，將數(shù)據(jù)傳輸分布到多個(gè)信道上，很好的減小了業(yè)務(wù)沖突。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101267578SQ20081004752
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者劉雅莎, 彬 戴, 來 涂, 王芙蓉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)