阅读说明：本技术 一种数据传输方法及全双工Ad Hoc网络系统 (Data transmission method and full-duplex Ad Hoc network system ) 是由 朱宏 宋锐 王宇 张朝贤 张孝达 占国忠 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及网络通信技术领域,提供了一种数据传输方法,所述方法应用于全双工Ad Hoc网络中的网络节点,包含：在有数据发送需求时,侦听数据信道；若所述数据信道为空闲状态,则通过控制信道发送指向目的网络节点的RTS报文,并在接收到来自所述目的网络节点的CTS报文后,通过所述数据信道发送数据；若所述数据信道为非空闲状态,则确定自身是否为暴露节点,若是,则通过控制信道发送指向目的网络节点的RTS报文,并在接收到来自所述目的网络节点的CTS报文后,通过所述数据信道发送数据；若否,则返回至所述数据信道侦听步骤,解决了现有技术中暴露节点所带来的问题。此外,本发明实施例还提供了一种全双工Ad Hoc网络系统。(The invention relates to the technical field of network communication, and provides a data transmission method, which is applied to network nodes in a full-duplex Ad Hoc network and comprises the following steps: when a data transmission demand exists, a data channel is intercepted; if the data channel is in an idle state, sending an RTS message pointing to a target network node through a control channel, and sending data through the data channel after receiving a CTS message from the target network node; if the data channel is in a non-idle state, determining whether the data channel is an exposed node, if so, sending an RTS message pointing to a target network node through a control channel, and sending data through the data channel after receiving a CTS message from the target network node; if not, returning to the data channel interception step, and solving the problem brought by node exposure in the prior art. In addition, the embodiment of the invention also provides a full-duplex Ad Hoc network system.)

一种数据传输方法及全双工Ad Hoc网络系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法及全双工Ad Hoc网络系统。

背景技术

随着新技术突破，市场需求增长，无线通信飞速发展，自组织网络(Ad Hoc)得以快速发展。由于自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，可以在无地面基础设施的情况下进行通信，与静止卫星通信相比，自组织网络具有覆盖面积大、传输损耗小、传输时延短、成本低、组网方式便捷等特有优势。

由于自组织网络每一个节点都能实现路由的功能，可以在网络中搜寻、维护到另一节点的路由，使得自组织网络在移动会议、移动网络、军事通信、紧急服务和灾难恢复等领域得以广泛运用。

传统的Ad Hoc网络采用半双工通信技术，一个节点在发送时无法接收，在接收时无法发送，数据传输效率低及频谱利用率较低。

近年来，全双工(Full-Duplex)通信技术以其高效的频谱利用率及其链路容量倍增得到业界的广泛关注，但在全双工通信技术中，节点的发射信号对该节点的接收信号产生极大的干扰，这种干扰称为自干扰，而自干扰的存在将极大阻碍了全双工通信的发展。

随着自干扰技术(Self-Interference Cancellation)的发展，自干扰被抑制到可接受的程度，全双工通信成为可能，理论上，将全双工技术应用于Ad Hoc网络最大可使吞吐率提升到半双工的2倍。

然而，全双工Ad Hoc与半双工Ad Hoc都存在隐藏节点和暴露节点问题。具体而言，由于Ad Hoc网络具有动态变化的网络拓扑结构，且工作在无限环境中，采用异步通信技术，各个节点共享在同一个通信信道，存在信道分配和竞争问题，为了提高信道利用率，移动节点的频率和发送功率都比较低，同时信号受到无线信道中的噪声、信道衰落和障碍物的影响，移动节点中的通信距离受到限制，一个节点发出的信号，网络中的其他节点不一定都能收到，从而有了“隐藏节点”和“暴露节点”问题的存在。

现有技术中，虽然通过引入了RTS/CTS协议通过握手在一定程度上解决了隐藏节点问题，但却无法解决暴露节点问题。

发明内容

针对上述暴露节点的问题，本发明的实施例提供了一种数据传输方法，所述方法应用于全双工Ad Hoc网络中的网络节点，包含：在有数据发送需求时，侦听数据信道；若所述数据信道为空闲状态，则通过控制信道发送指向目的网络节点的RTS报文，并在接收到来自所述目的网络节点的CTS报文后，通过所述数据信道发送数据；若所述数据信道为非空闲状态，则确定自身是否为暴露节点，若是，则通过控制信道发送指向目的网络节点的RTS报文，并在接收到来自所述目的网络节点的CTS报文后，通过所述数据信道发送数据；若否，则返回至所述数据信道侦听步骤。

在一实施中，所述方法更包括：在完成所述数据发送之后，确认是否收到所述目的网络节点通过所述数据信道发送的ACK，若收到，则完成本次数据发送，若未收到，则返回至侦听数据信道步骤。

在一实施中，所述确定自身是否为暴露节点的方法可包含：基于所述目的网络节点的信息查询本地记录；若本地记录中存有所述目的网络节点的信息，则确定自身为暴露节点。

在一实施中，所述本地记录的生成方法包含：基于接收到的RTS报文判断自身是否为暴露节点，并进行记录。

在一实施中，所述基于接收到的RTS报文判断自身是否为暴露节点具体包括：

在通过所述控制信道接收到RTS报文后，确定所述RTS报文的目的地址；

若所述目的地址指向其他网络节点，则在等待时隙后，确定是否接收到来自所述其他网络节点的CTS报文；

若确定有接收到所述CTS报文，则确定自身为非暴露节点；

若未接收到所述CTS报文，则确定自身为发送所述RTS报文的网络节点的暴露节点，并在本地记录发送所述RTS报文的网络节点的信息。

在一实施中，所述方法包含：侦听所述控制信道；通过所述控制信道接到到RTS报文时，确定所述RTS报文的目的地址是否指向自身；若是，则在确定当前可接收数据的情况下，向所述RTS报文的源地址发送CTS报文，并侦听所述数据信道，接收由所述源地址发送的数据，并在译码正确的情况下，回复ACK报文。

在一实施中，所述控制信道和所述数据信道基于对所述全双工Ad Hoc网络进行直接序列扩频后区分得到。

在一实施中，通过对所述全双工Ad Hoc网络进行直接序列扩频后，得到N个扩频码，选定一个所述扩频码作为所述控制信道，其余N-1个所述扩频码作为所述数据信道。

此外，本发明还提供一种全双工Ad Hoc网络系统，所述系统包含接入所述全双工Ad Hoc网络的多个网络节点，所述网络节点基于上述的数据传输方法与其他所述网络节点进行通信。

基于本发明实施例所提供的数据传输方法和全双工Ad Hoc网络系统不仅可解决现有技术中存在的暴露节点问题，还解决全双工Ad Hoc网络中的通信效率问题，使所有节点都具备全双工收发能力，不需要发送忙音信息即可完成非对称信息传输。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1绘示本发明第一实施例所提供的一种数据传输方法的流程图；

图2绘示本发明第一实施例所提供的数据传输过程示意图；

图3绘示本发明另一实施例所提供的另一数据传输过程示意图；

图4绘示本发明第一实施例所提供的确定本地记录生成方法；

图5绘示本发明第二实施例所提供的数据传输方法；

图6绘示本发明第三实施例所提供的全双工Ad Hoc网络系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明所提供的第一实施例提出了一种数据传输方法，应用于全双工Ad Hoc网络中的网络节点。具体请参照图1。

图1绘示本发明第一实施例所提供的一种数据传输方法的流程图。如图1所示，所述方法具体包含步骤：

步骤101，在有数据发送需求时，侦听数据信道。

在本发明实施例的全双工Ad Hoc网络可基于直接序列扩频(Direct SequenceSpread Spectrum)传输方式进行通信，直接序列扩频可通过利用高速率的扩频序列在发送端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。

例如，可在发送端将信号的频谱扩展为N个扩频码，可使用其中一个扩频码作为控制信道，其余N-1个扩频码作为数据信道，其中，控制信道可用来传输RTS/CTS报文和ACK(Acknowledgment，确认字符)报文，数据信道用来传输业务数据。利用扩频码的正交性，控制信道和数据信道不会互相干扰，从而网络节点能够独立的利用RTS/CTS信息判断其他节点的数据发送请求。

Ad Hoc网络为一种无线网络，其中的网络节点可基于CSMA(Carrier Sensemultiple Access),即载波侦听多路访问技术对通信信道进行监听，并判断数据信道是否空闲。

步骤102，判断数据信道是否空闲，若空闲则进入步骤103，若非空闲，则进入步骤104。

步骤103，通过控制信道发送指向目的网络节点的RTS报文，并在接收到来自所述目的网络节点的CTS报文后，通过所述数据信道发送数据。

网络节点间发送数据的过程可具体可参照图2所示，图2绘示本发明第一实施例所提供的数据传输过程示意图。

如图2所示，用于控制信道的扩频序列为S0，用于数据信道的扩频序列为S1～SN-1，在网络节点N1需要向网络节点N2发送业务数据的情况下，N1在侦听到数据信道为空闲S1～SN-1时，可先通过扩频序列为S0的控制信道向N2发送RTS报文请求通信。

N2接收到来自N1的RTS报文后通过扩频序列为S0的控制信道向N1回复CTS报文。

等待时隙SIFS后，N1接收到N2发送的CTS报文后，通过序列为S1～Sn-1数据信道向N2发送业务数据。

N2在完成业务数据接收之后，回复ACK报文。

值得注意的是，N1在完成所述数据发送之后，需确认是否收到N2发送的ACK，若收到，则确认完成本次数据发送，若未收到，则返回至侦听数据信道步骤，并准备重新发送。

值得注意的是，在本发明的实施例中，N2在接收到来自N1的RTS报文时，可同时判断自身是否有业务数据需要发送给N1，若有，则可在回复CTS报文之后，直接通过控制信道向N1发送RTS报文，相应的，N1在接收到来自N2的RTS报文之后，可直接回复CTS报文，从而完成N2与N1的握手，N2可通过数据信道向N1发送业务数据，从而实现全双工通信。具体过程可参照图3，图3绘示本发明另一实施例所提供的另一数据传输过程示意图。

步骤104，确定自身是否为暴露节点，若是，则进入步骤103，若否，则返回至步骤101。

当网络节点在有待发送数据时，侦听数据信道，并确定数据信道为非空闲时，可进一步通过查询本地记录，判断自身是否为目的网络节点的暴露节点。其中本地记录中保存有其他网络节点的信息，具体可为节点标识信息或地址信息等可用于唯一确定节点身份的信息。

其中，本地记录的生成方法可包含：基于接收到的RTS报文判断自身是否为暴露节点，并进行记录。

具体请参照图4，图4绘示本发明第一实施例所提供的确定本地记录生成方法。

如图4所示，本地记录的生成方法可包含以下步骤：

步骤210，在通过控制信道接收到RTS报文后，确定所述RTS报文的目的地址。

步骤220，判断所述目的地址是否指向自身。

步骤230，若所述目的地址指向其他网络节点，则在等待时隙后，确定是否接收到来自所述其他网络节点的CTS报文。

若网络节点可接收到的RTS报文的目的地址并非为自身，那么可确定在自身通信范围内的其他网络节点正在请求发送数据，在这种情况下，可继续对接收到的报文信息进行判断，若可接收到来自该目的地址指向的其他网络节点的CTS报文，则表示目的网络节点也在自身的通信范围内，若无法接收，则可表明自身为RTS报文发送端的暴露节点。

步骤241，若确定有接收到所述CTS报文，则确定自身为非暴露节点；

步骤242，若未接收到所述CTS报文，则确定自身为暴露节点，并进行记录。

具体而言，记录的信息可包含发送RTS报文的网络节点的信息，例如，地址信息、身份标识等，并保存在本地记录中，如此可生成一条本地记录。

值得注意的是，由于Ad Hoc网络的动态性，网络结构可能会随着节点的加入或删除而发生变化，故网络节点之间的关系也可能随之改变。如此一来，通过设定记录有效时限，在该时限内，可确定自身对于记录的网络节点而言为暴露节点，若超出该有效时限，则可将该记录进行更新，更新方式包含直接删除、或重新进行判断。

在一具体实施中，网络节点可在接收到目的地址并非指向自身RTS报文时，均进行暴露节点的判断，并实时更新本地记录，并同步记录有效时限，其中有效时限可为当前系统时间与预设时长的和，其中，预设时长可基于网络的活跃状态来设置。

在通过上述方法生成本地记录后，在网络节点有待发送数据时，可先确定目的网络节点的信息，例如目的地址，并基于所述目的网络节点的信息查询本地记录，若本地记录中存有所述目的网络节点的信息，则确定自身为暴露节点。

上述实施例主要从为数据传输方法中发送方进行说明，为了更清楚的对本发明实施例提供的数据传输方法进行说明，将通过图5所示基于实施例对数据传输的接收方进行描述。

请参数图5，图5绘示本发明第二实施例所提供的数据传输方法。其中，本实施例的应用场景与上述实施例相同。

本实施例所提供的数据传输方法具体包含以下步骤：

步骤310，侦听所述控制信道。

具体而言，网络节点可实时对控制信道进行监听，并对接收到的报文进行识别。

步骤320，通过所述控制信道接到到RTS报文时，确定所述RTS报文的目的地址是否指向自身，若是，则执行步骤330；否则可基于图4所示的方法判断自身是否为暴露节点，并进行记录。

步骤330，在确定当前可接收数据的情况下，向所述RTS报文的源地址发送CTS报文，并侦听所述数据信道，接收由所述源地址发送的数据，并在译码正确的情况下，回复ACK报文。

值得注意的是，在本步骤中，若网络节点判断当前非空闲，无法接收数据，则无需回复CTS报文；若译码不正确，则可视传输数据无效，并不回复ACK报文。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种全双工Ad Hoc网络系统。

请参照图6，图6绘示本发明第三实施例所提供的全双工Ad Hoc网络系统结构示意图。

如图所示，所述系统包含多个网络节点(图中绘示的Node1至Node10)，各网络节点均接入全双工Ad Hoc网络，其中，所述全双工Ad Hoc网络通过采用直接序列扩频的方式，把网络中的控制信道和数据信道分离，各网络节点基于上述实施例所提供的数据传输方法与其他所述网络节点进行通信。

由此可见，基于本发明实施例提供的数据传输方法以及全双工Ad Hoc网络系统可实现以下有益效果：

1.通过采用直接序列扩频的方式，把全双工Ad Hoc网络的控制信道和数据信道分离，实现RTS/CTS和数据信道的正交化，使得网络节点在收发数据时能，还同时发送或接收控制信息；

2.解决全双工Ad Hoc网络中的通信效率问题，使所有节点都具备全双工收发能力，不需要发送忙音信息即可完成非对称信息传输；

3.解决了Ad Hoc网络的隐藏节点和暴露节点问题，进一步发挥了全双工网络的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。