GHz超高速无线网络接入机制研究.docVIP

GHz超高速无线网络接入机制研究 　　摘要：首先介绍了工作在60 GHz频段、支持1 Gbit/s以上数据速率的IEEE 802.15.3c标准和IEEE 802.11ad标准草案规定的无线接入机制的基本原理，然后对它们的特点和性能进行了详细的对比分析。研究结果显示：2种无线接入机制都采用了TDMA+CSMA/CA的混合机制，但各有所长；IEEE 802.11ad接入机制兼容性更好，能达到更高的数据速率，然而原理更复杂；IEEE 802.15.3c接入机制实现相对简单，同样也能达到Gbit/s级别的数据速率。最后，对全文进行总结并指出了未来的研究方向。 　　关键词：无线网络；超高速；60 GHz；接入机制；TDMA 　　中国分类号：TN915.65文献标识码：A文章编号2013 　　0引言 　　近年来人们对multiGbit/s WPAN（wireless personal area network）或WLAN（wireless local area network）应用需求的增加给高速短距离无线通信提出更多新的挑战。而57～66 GHz频段对高速短距离无线网络来说将是解决这些挑战的一个理想选择。57～66 GHz频段[1]是当前没有分配执照的较大的连续可用频段。该频段吸引multiGbit/s短距离无线通信的原因主要有2方面[2]：1）可支持multiGbit/s的数据速率和较大带宽；2）该频段信号衰减严重，所以它只能满足短距离的无线通信；3）该频段波长较短，可通过基于波束赋形的天线阵列达到较高的链路预算。因此，57～66 GHz频段（以下简称60 GHz频段）具有巨大的潜力实现multiGbit/s短距离无线通信。此外，IEEE已开始制定工作在60 GHz频段相应的标准如IEEE 802.15.3c[3]和IEEE 802.11ad[4]以支持毫米波段multiGbit/s短距离无线通信。IEEE 802.15.3c是在IEEE 802.15.3基础之上修改得来的，该标准主要用于扩展可供选择的毫米波段物理层和MAC层，同时定义了WPAN piconet的工作方式。而IEEE 802.11ad是在IEEE 802.11基础之上修改得来的，该标准同样设计了可供选择的毫米波段物理层和MAC层，同时规定了WLAN PBSS的工作方式。本文将对这2个标准的MAC层关键技术做出详细的解释和对比分析，然后叙述它们对太赫兹超高速网络MAC层设计的借鉴作用。 　　本文后续部分内容安排如下：第1节详细介绍了IEEE 802.15.3c标准和IEEE 802.11ad标准草案各自MAC层的关键技术，主要包括他们各自的组网方式和基本的信道接入机制；第2节给出二者的对比分析；第3节详述二者对太赫兹超高速无线网络MAC层设计的借鉴作用；最后，第4节总结全文并简介未来工作。 　　1超高速无线网络接入机制 　　现有的支持1 Gbit/s以上数据速率的超高速无线网络接入的标准化机制主要有2种，分别在IEEE 802.15.3c标准和IEEE 802.11ad标准草案中规定，以下具体介绍它们的MAC层工作原理。 　　1.1IEEE 802.15.3c无线网络接入机制 　　1.1.1组网 　　1）IEEE 802.15.3c piconet的组成。 　　在IEEE 802.15.3c标准中，无线网络以piconet （微微网） 的形式运行[56]。piconet是一种允许网络节点（在标准中也称之为DEV）之间进行相互通信的WPAN Ad Hoc网络。节点通信范围约为10 m，且可处于静态或动态。 　　piconet的组成如图1所示。一个piconet由一些相互之间可以进行通信的节点组成，其中一个节点做为该piconet的PNC （piconet coordinator，微微网协调者）；PNC通过广播信标帧（beacon）为该piconet提供基本的定时机制和信道接入控制信息。网络中任意2个节点之间均可进行双向数据传输。 　　图1IEEE 802.15.3c piconet的组成示意图2）piconet的组网过程。 　　首先，DEV应扫描信道不少于65 535 μs[5]以接收其他piconet PNC广播的beacon。若在此期间该DEV收到beacon，则它应开始关联过程以成为该piconet的成员或尝试开始一个子piconet或邻居piconet。若在此期间该DEV没有收到beacon，表明信道空闲，在该DEV附近无piconet的存在；则该DEV将承担PNC的角色建立一个piconet。 　　此时，该PNC开始广播beacon，能收到该beacon的其他DEV会在超帧的CAP时