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时期进行关联过程以成为该piconet的成员。同时，需传输数据的DEV会在CAP时期给PNC发送CTA request command，收到CTA request command的PNC会给DEV分配CTAs且将分配CTAs的信息在beacon中广播给该piconet的所有成员。然后，源DEV和目的DEV即会按照分配的CTAs进行数据传输。其他DEVs在这些CTAs期间则不能进行数据传输。

　　另外，若PNC要离开piconet且无其他DEVs担任该piconet的PNC角色，则该piconet应停止运行。因此若时间足够，在PNC离开piconet之前，PNC应将PNC shutdown IE信息通过信标帧广播给piconet的DEVs以通知它们该pincnet即将关闭。

　　1.1.2无线接入机制

　　1）IEEE 802.15.3c的超帧。

　　IEEE 802.15.3c piconet的信道时间由一系列超帧组成[7]。超帧又包括信标帧（beacon），竞争接入时期（contention access period， CAP）和信道时间分配时期（channel time allocation period， CTAP）。IEEE 802.15.3c piconet的超帧结构如图2所示。

　　图2IEEE 802.15.3c piconet的超帧在信标帧时期，PNC首先广播一个信标帧给piconet中的DEVs，该信标帧包含了该piconet中的基本信息，如piconet中节点的状态信息，超帧的持续时间、竞争接入的起止时间等；收到第一个信标帧后，有数据传输需求的DEVs向PNC请求分配时隙资源；PNC收到请求后，再广播一个信标帧以通告时隙分配情况。竞争接入时期CAP（contention access period）[7]主要用于交换piconet中的命令帧和同步数据帧等；CAP在超帧中是否出现，出现的起止时间等均由PNC决定。信道时间分配时期CTAP （channel time allocation period）同样由PNC分配，它包括CTAs（channel time allocations）和MCTAs（management CTAs）2种；CTAs主要用于交换piconet中的同步/异步数据流、命令帧等信息；而MCTAs在某些情况下可替代CAP传输命令帧。

　　2）IEEE 802.15.3c的信道接入机制。

　　在IEEE 802.15.3c piconet中，DEVs的基本信道接入机制（channel access mechanisms）[5]为CSMA/CA（carrier sense multiple access with collision avoidance）和TDMA（time division multiple access）。在超帧的不同时期DEVs采用不同的信道接入机制；CSMA/CA用于CAP时期，而TDMA用于CTAP时期。其具体的信道接入过程如下。

　　（1） 若超帧中有CAP[8]时期，则该时期DEVs使用CSMA/CA和退避机制（backoff procedure）实现信道接入。在开始CSMA/CA过程之前，首先列出在退避机制中用到的4个参数：

　　a）retry_count： 一个整形数据，取值范围是[0，3]；

　　b）backoff_window（retry_count）：其有效取值有：[7， 15， 31， 63]；

　　c）pBackoffSlot： 检测信道所需时间以决定物理层的相关参数；

　　d）bw_random（retry_count）： 一个随机整数，在[0， backoff_window（retry_count）]之间随机选择。

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