太赫兹超高速无线网络MAC接入协议研究

曹亚楠，任智

(1.鹤壁职业技术学院 电子信息工程学院，河南 鹤壁，458030；2.重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室，重庆 400065)

太赫兹超高速无线网络MAC接入协议研究

曹亚楠1，任智2

(1.鹤壁职业技术学院 电子信息工程学院，河南 鹤壁，458030；2.重庆邮电大学 移动通信技术重庆市重点实验室，重庆 400065)

太赫兹波是一种位于毫米波和红外光波之间的电磁波；有较宽的未被分配的频带且可支持Gbps以上的无线数据传输速率；因此近年来太赫兹通信技术成为各国研究的热点.本文在IEEE 802.15.3c标准基础之上首先简介太赫兹超高速无线网络；然后叙述太赫兹超高速无线网络的体系结构和目前所面临的挑战；接着描述太赫兹超高速无线网络MAC接入协议的研究现状以及现有接入协议存在的问题；在此基础之上深入研究其超帧结构和信道接入协议，进而对其进行改进，并对该改进算法进行分析.

太赫兹波；超高速无线网络；信道接入协议；超帧

0 引 言

当前无线通信和计算机网络技术迅速发展，无线网络逐渐扩展到人们工作和生活当中.随着无线网络应用的逐步深入和规模的日益扩大，无线网络的传输速率及传输成功率变得越来越重要.目前在研究和已投入应用的大多数无线网络有无线个域网(WPAN)、无线局域网(Wi-Fi)、无线城域网(WiMax)和无线传感器网(Wireless Sensor Networks,WSNs)等；但很少有支持Gbps以上数据传输速率的网络实施方案.因此，随着人们对无线网络传输速率要求越来越高，人们正在付出更多努力研发相应的网络技术以满足这些预期的需要.以上背景和需求促进了太赫兹超高速无线网络的诞生和发展.太赫兹超高速无线网络[1]是一种新型的无线网络；传统的无线网络不同，它工作在太赫兹频段且可支持10 Gbps以上的数据传输速率.

本文拟对太赫兹超高速无线网络MAC接入协议方面的研究进展进行综述.后续部分内容安排如下：第2节介绍太赫兹超高速无线网络的概念、超帧、组网过程等内容；第3节描述太赫兹超高速无线网络的体系结构及目前所面临的挑战；第4节重点分析和阐述该研究开展以来现有的MAC接入协议并分析现有接入协议存在的问题；最后是问题的解决方案及下一步的研究工作.

1 太赫兹超高速无线网络简介

1.1 太赫兹波

太赫兹(terahertz, THz)波[2]是一种位于毫米波和红外光波之间的电磁波(如图1所示)，其波长范围为0.03-3 mm，频率范围则为0.1-10 THz.太赫兹波正好处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，它是人类最后一个尚未完全认知利用的频段.太赫兹波可提供较大的带宽和较高的传输容量，但它在空气中传播时会有较大的衰减，且当空气中水分子较多(如下雨)时衰减尤其严重.因此，太赫兹波在短距离超高速无线通信方面有巨大的应用潜力，且被优先考虑应用于室内短距无线通信方面.目前，世界上已有多个国家在研究太赫兹通信技术，而日本的NTT公司[3]已实现速率达到10 Gbps以上的太赫兹无线通信平台.

图1 太赫兹波在电磁波普中的位置 图2 太赫兹超高速无线网络的组成示意图

1.2 太赫兹超高速无线网络

基于IEEE 802.15.3c标准，太赫兹超高速无线网络与piconet类似；它亦是网络中任何两个节点(称之为“DEV”)之间均可进行高速短距离通信、具有中心控制节点的WPAN无线自组织网络.节点通信范围约为10 m，且可处于静态或动态，可支持10G bps以上的数据传输速率.

太赫兹超高速无线网络的组成如图2所示.一个太赫兹超高速无线网络由一些相互之间可进行通信的节点(称之为“DEV”)组成，其中一个节点做为该网络的PNC (piconet coordinator，微微网协调者)；即中心控制节点.PNC[4][5]通过广播信标帧(beacon)为该网络提供基本的定时机制和信道接入控制信息.网络中任意两个节点之间均可进行双向数据传输.

1.3 太赫兹超高速无线网络的超帧

根据IEEE 802.15.3c标准，太赫兹超高速无线网络的信道时间也可由一系列的超帧[13][14]组成.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)三部分.

图3 太赫兹超高速无线网络的超帧 图4 太赫兹波谱范围的大气衰减 图5 太赫兹超高速无线网络体系结构

太赫兹超高速无线网络的超帧结构如图3所示.在信标帧时期，PNC首先广播一个信标帧给该网络中的DEVs，该信标帧包含了该网络中的基本信息，如网络中节点的状态信息，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会向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)[6]主要用于交换网络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)[7]同样由PNC分配，它包括CTAs(channel time allocations)和MCTAs(management CTAs)两种；CTAs主要用于交换网络中的同步/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.

1.4 太赫兹超高速无线网络的组网过程

要形成一个太赫兹超高速无线网络；首先，DEV应扫描信道不少于65535 μs[8][9]以接收其他网络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网络的成员或尝试开始一个子网络或邻居网络.若在此期间该DEV没有收到beacon，即表明信道空闲，在该DEV附近无太赫兹超高速无线网络的存在；则该DEV将承担PNC的角色建立一个太赫兹超高速无线网络.

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网络的成员.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[10]的PNC会给DEV分配CTAs且将分配CTAs的信息在beacon中广播给该网络的所有成员.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要离开该网络且无其他DEVs担任该网络的PNC角色，则该网络应停止运行.因此若时间足够，在PNC离开之前，PNC应将PNC shutdown IE信息通过信标帧广播给该网络的DEVs以通知它们该网络即将关闭.

1.5 太赫兹超高速无线网络的特点

太赫兹超高速无线网络具有一些区别于传统无线网络的特点，主要表现在：

(1) 可支持Gbps以上的无线传输速率，太赫兹波的频段在0.1-10 THz之间，可提供较大的传输容量[14].

(2) 更好的保密性和抗干扰能力[11].

(3) 太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做的更小，其他的系统结构也可以做的更加简单、经济.

(4) 太赫兹波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力，因此可以在大风沙尘以及浓烟等恶劣的环境下进行正常通信工作.

(5) 但是，太赫兹波在空气中传播时会有较大的衰减[12]，而且当空气中水分子较多(如下雨)时衰减尤其严重；因此，太赫兹超高速无线网络的传输距离较小.图4即为太赫兹波在通过大气时水蒸气等导致的强吸收.

鉴于太赫兹超高速无线网络在高频段运行，历经衰减严重.而且由于复杂无线环境中阴影、阻挡等因素的影响，将使得用户难以获得长距离的高速和高质量的通信服务.因此，太赫兹波在短距离超高速无线通信方面有巨大的应用潜力，且被优先考虑应用于室内短距无线通信方面.

1.6 太赫兹超高速无线网络的研发意义

首先，在通信传输方面太赫兹波通信技术对于无线通信网络的支持更加具有优势，更适合于短距离通信和有良好传输介质特性的空间传输.而无线移动通信呈现宽带化和移动化的发展趋势，开拓新的频段成为未来无线通信的重要方向.太赫兹波频段恰恰属于空白频段，目前还没有分配执照，有望提供固网和移动网的高服务质量(QoS)宽带多媒体10 Gb/s左右的无线业务.

其次，THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通信与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域.因此THz波的研究对国民经济和国家安全有重大的应用价值.将THz频段用在通信领域还刚刚起步，目前商业设备供应商和国际标准化组织如ITU和IEEE等正在研发THz通信并制定相应标准.

第三，目前我国在接入网扩容上有一种无线接入方案.无线接入成本低，覆盖面广，特别是对那些偏僻的山区有着独特的优势.但是带宽越大需要的载波频率也就越高，按照摩尔定律的增长速度在不久的将来无线通信的载波就会进入THz波谱范围，这就使得研究THz通信成为必然的趋势.此外就我国来说，太赫兹通信的发展填补了300 GHz以上带宽的空白.对于无线网络的发展提供技术和战略上的支持，太赫兹通信技术必然是未来通信系统技术中的主流；未来技术和硬件上的提升也必然会使太赫兹通信技术的许多概念化设计成为现实，使其成为未来光速时代的核心通信技术.

由此可见，我国开展THz通信研究对于抢占带宽资源，拓展无线通信带宽等具有非常重要的战略意义.

2 太赫兹超高速无线网络的体系结构及面临的挑战

2.1 太赫兹超高速无线网络的体系结构

太赫兹超高速无线网络的体系结构如图5所示.其体系结构与一般的网络架构相同，从上到下一次为应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层.我们的主要研究工作在MAC层，即主要研究其MAC层的信道接入协议.以使得太赫兹超高速无线网络可达到较高传输速率，较大的成功率，较小的时延和开销等.

2.2 太赫兹超高速无线网络面临的挑战

太赫兹超高速无线网络的研究目前还存在很多需要解决的问题.为整个网络高速有效的实现带来了巨大挑战，主要的难题有：

(1) 通信范围小：太赫兹波在通过大气时水蒸气等导致的强吸收会导致太赫兹超高速无线网络的通信范围较小.目前提出的解决方案有中继和波束赋形两种.

(2) 由于大气层对THz波的吸收比较严重，研究人员则提出光纤载太赫兹通信研究方案；即无线通信网络与基于光纤的太赫兹通信网络相结合，则就需要解决光通信与无线通信网络共存与兼容的问题.

(3) 在光信道中传播时太赫兹波会有不小的任意衰减的问题.主要受通信链路的几何分布，通过大气层的通信链路数量和天气条件等的影响.

(4) 当前技术还不能很好的保证太赫兹波在大气中传输的稳定频段，而且即使控制在稳定的频段，当前在通信领域也没有十分完善的调制技术来进行波段的控制.

(5) 在太赫兹超高速网络运行时可能会有飞机进入和离开该网络进而影响网络的正常运行.所以网络拓扑分析要有能够发现飞机的有效方法和完善的飞机出口方案；使得在网络运行时，网络中的结点和链路能够通过飞机飞行的航线.

(6) 太赫兹通信网络需要多条信道的问题,因为需要多种设备来满足一个多重存取微微网场景的很多用户.

(7) 由于大气湍流会引起太赫兹波的不稳定，所以需要较大的链路容量(large link margins)和高能量的传输.因此网络的链路容量和太赫兹信号的能量也是需要考虑的问题.

(8) 天空中云彩的形成会导致光路闭塞的问题.即要求覆盖一个多云天气拓扑的结点数目怎样决定，对于不可靠链路的协议怎么修改，为了达到一个稳定网络而需要的网络拓扑结构怎样计算.假设在云存在期间，有足够的开放路径以使得一些平台能够连接其他平台而传送数据.同时可以通过加强网络监听和重发业务来改进网络协议，以保持达到用户希望的数据流和服务质量.问题的关键是怎样决定最小的链路数目以保持网络的稳定拓扑结构.

(9) 由于太赫兹波对于信号的载波功率很低，而通信技术要求的载波功率通常要高于实际的太赫兹载波，如果要进行改善就必须有一套科学的太赫兹波信号放大技术来进行支撑，但是目前还没有一种完善的太赫兹波放大与缩小技术.

(10) 超帧结构的确定：太赫兹超高速无线网络的吞吐量、开销和时延主要由超帧长度以及CAP和CTAP在超帧中所占的比例决定.超帧越大，CTAP所占的比例越大，网络的吞吐量会随之增大；但是时延和开销也会随之增大.因此，怎样确定超帧长度以及CAP和CTAP在超帧中所占的比例以达到较大的吞吐量、较小的时延和开销是研究的一个难题.

(11) 仿真实现：用OPNET仿真实现太赫兹超高速无线网络的体系架构，包括应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层.以及这几层的联合改进优化，特别是MAC层和网络层的赶紧优化.

以上的问题和挑战，均需要针对不同的应用背景进一步研究.但太赫兹超高速无线网络能实现较大的传输速率能满足人们日益增长的需要等特点使得我们对其研究势在必行.

3 太赫兹超高速无线网络MAC接入协议研究现状

目前关于太赫兹超高速无线网络的MAC接入协议研究还比较少，而超高速无线通信网络是太赫兹通信未来的一个重要实现场景.由于IEEE 802.15.3c标准和太赫兹超高速短距离无线网络均支持使用高频载波(>50 GHz)的超高速(>1 Gbps)短距离(<1000 m)无线通信，因此，太赫兹超高速无线通信网络MAC接入协议的设计参考了IEEE 802.15.3c标准.即将太赫兹超高速无线网络的信道时间分为若干个超帧，且其超帧可继续分为几个不同的时期；然后，根据节点不同的数据传输需求在不同的时期执行CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或TDMA(Time Division Multiple Access)的信道接入协议.这样不仅有较高的信道利用效率且可保证数据的高速传输.

3.1 太赫兹超高速无线网络MAC层

基于IEEE 802.15.3c标准，目前设计的太赫兹超高速无线网络MAC接入协议如下：

DEVs的基本信道接入机制为CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)和TDMA(Time Division Multiple Access)[13][14].在超帧的不同时期DEVs采用不同的信道接入协议；CSMA/CA用于CAP时期而TDMA用于CTAP时期.具体信道接入过程如下：

(1) 若超帧中有CAP时期，则该时期DEVs使用CSMA/CA和退避机制 (backoff procedure)实现信道介入.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[13][14]：

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.

在CAP开始时，有传输数据需求的DEVs应首先检测信道是否空闲一个随机的一段时间(约为9.3μs)；若信道在该段时间之后仍然空闲，则该DEV即可传输数据且retry_count应设置为0.而DEV检测信道等待的这段时间即称之为退避机制.退避机制的具体过程为：首先，需传输数据的DEV应使backoff_count等于bw_random(retry_count)且为backoff_count开始一个计数器；同时若DEV检测到信道空闲时间大于或等于pBackoffSlot(约为9.3 μs)，则计数器应减1；否则计数器挂起.之后，若计数器减小至0，则该DEV即可传输数据，否则表示信道忙该DEV不能传输数据.

(2) 在超帧的CTAP期间，DEVs使用TDMA的方法接入信道.其具体过程为：需传输具有QoS保证数据的DEVs应首先在CAP时期给PNC发送Channel Time Request command，PNC在收到Channel Time Request command之后会给相应的DEVs分配CTAs.然后，PNC会将给DEVs分配的每个CTA的顺序，起止时间等信息在信标帧中广播给piconet中的所有DEVs.收到信标帧的DEVs即会知道自己应该在哪个CTA期间传输自己的数据以及自己传输数据的起止时间等信息.此时，DEVs即可在分配给自己的CTAs期间内传输数据.

3.2 现有太赫兹超高速无线网络MAC接入协议存在的问题

从文献上分析，迄今为止研究主要集中于超帧的结构，超帧各时期完成的功能及混合的信道接入协议等方面；以使得增加网络吞吐量，减小时延和开销.我们在研究中发现，现有MAC接入协议存在以下问题：

(1) 太赫兹超高速无线网络期望达到的数据传输速率在10 Gbps以上；而作为其参考依据的IEEE 802.15.3c标准的理论最大速率仅为5.775 Gbps.

(2) IEEE 802.15.3c标准中规定的超帧只占2个字节；限制了超帧的时间长度进而影响数据的传输数速率.

(3) IEEE 802.15.3c标准中所描述的信道接入过程需要两个Beacon.第一个Beacon用于广播网络中的基本定时信息等；第二个Beacon用于广播CTAP时期网络中各个节点的时隙分配情况.但该标准给出的超帧只包含一个Beacon.

(4) 网络吞吐量主要由超帧长度以及CAP和CTAP在超帧中所占的比例决定.超帧越大，CTAP所占的比例越大，网络的吞吐量会随之增大.而IEEE 802.15.3c标准的超帧结构中包含了MCTAs，且MCTAs的作用完全可以由CAP和CTAs代替；所以MCTAs占用了超帧的时间，一定程度上影响了网络吞吐量.

(5) IEEE 802.15.3c标准的载波频率在60 GHz；而太赫兹超高速无线网络的工作频率明显要高于60 GHz.

4 解决方案及未来研究方向

4.1 解决方案

(1) 超帧所占字节从2个增加到3个

研究表明网络吞吐量主要受帧大小，超帧时间长度，CAP和CTAP时间长度的影响.较长的CAP时期会导致较短的TDMA数据传输时间；影响数据传输速率.而较短的CAP时期会导致该时期有较多的数据碰撞；进而影响CTAP时期的数据传输.可见在保证CAP时期命令帧能正确传输的情况下， CTAP时期越长，帧所占字节越大，网络的数据传输也就速率越大.所以我们将超帧所占字节数由2个增大到3个.

(2) 网络中只有一个DEV节点

当网络中只有一个DEV节点和一个PNC节点时；超帧结构可设计为只包含一个Beacon和CTAP两部分.因为，CAP时期主要用于有数据发送需求的节点以CSMA/CA的方式发送信道时间请求帧；进而由PNC给其分配时隙.而网络中只有一个DEV节点时，则无需争用信道可直接将信道时间分配给该DEV节点.同样，此时的超帧结构也不需要包含MCTAs.

(3) 网络中DEV节点大于1

当网络中不止一个DEV节点时，超帧结构的设计如下：

(a) 新设计的超帧结构将MCTAs完全去掉，使之不再占用超帧时间；进而增大CTAP时间以提高数据传输速率.因为MCTAs可作为一般的CTA使用，即由PNC分配给源节点，使之与目的节点之间进行通信；信道接入使用TDMA.MCTAs也可代替CAP进行命令帧的传输，信道接入使用时隙阿罗华.可见CAP和CTAs完全可以完成MCTAs的功能；因此，可完全去掉超帧中的MCTAs且不影响网络正常工作.

(b) 新设计的超帧结构包含2个Beacon.根据IEEE 802.15.3c标准所叙述的信道接入过程，在一个超帧中应有2个Beacon.第一个Beacon用于广播网络中的基本定时信息等；第二个Beacon用于广播CTAP时期网络中各节点的时隙分配情况.

(c) 新设计的超帧结构使得CAP并非一直存在于超帧中，而是每隔一段时间才(仿真中该段时间为60秒)在超帧中加入一个CAP时期；用于网络中各节点争用信道.其余时间超帧中无CAP时期，只分配CTAP时期，用于数据传输.

为及时告知网络中各节点超帧结构，可利用Beacon中的一个保留字段表示超帧中有无CAP；以告知网络中其他节点是否可以开始争用信道.该保留字段可用1和0分别表示超帧中是否有CAP.当超帧中有CAP时，第一个Beacon在CAP时期之前，用于广播网络中的基本信息如节点的状态信息，超帧的持续时间，超帧中有无CAP时期等.第二个Beacon在CAP时期之后，用于广播超帧时隙分配情况如各个CTAs的持续时间和顺序等信息.Beacon与CAP之间有一个SIFS时间.之后是CTAP时期，用于节点之间的数据传输.

由此可知，若超帧中无CAP时期，超帧只包含一个Beacon和一个CTAP时期两部分；如图7所示.若超帧中有CAP时期，超帧包含2个Beacon，一个CAP时期和一个CTAP时期；如图8所示.

图7 超帧无CAP时期 图8 超帧有CAP时期

(4) IEEE 802.15.3c标准的载波频率为60 GHz；而太赫兹超高速无线网络的工作频率明显要高于60 GHz.所以，将载波频率从60 GHz提高至太赫兹频段(仿真中载波频率设置为在太赫兹频段的340 GHz) 以增大传输容量.

4.2 未来研究方向

目前的工作还只是一个探索性研究，研究成果只是在模拟软件上获得的，还需要放到实践中进一步检测.有些研究结果并不是很理想，还需要进一步的研究和探索.接下来进一步还可以从如下方面来研究太赫兹超高速无线网络的MAC接入协议：

(1) 在不引入过多额外开销的情况下提高数据传输速率，并减小时延.

(2) 太赫兹超高速无线网络MAC接入协议与万兆以太网接入协议相结合在确保传输性能的前提下，进一步改进网络吞吐量及其他性能.

(3) 超帧的CAP和CTAP时期各种参数的设置和数据发送机制的设置.

(4) 时延与吞吐量的均衡考虑，超帧越长度越大可使得网络吞吐量越大，但时延会随之增大.因此，要均衡考虑时延和网络吞吐量的关系.解决吞吐量增大的同时不会增大时延.

(5) 网络安全问题也可以作为以后完善方向.

5 结束语

在太赫兹超高速无线网络中，基于其能够实现Gbps以上的数据传输速率，满足人们对超高速无线网络日益增长的需求.因而尽量提高网络的吞吐量是人们非常关心的问题.因此，对太赫兹超高速无线网络MAC接入协议提出研究能很大程度上推动对太赫兹超高速无线网络的深入研究.

[1] Song HJ, Nagatsuma T.Present and Future of Terahertz Communications[J].IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 2011, 1(1): 256-263.

[2] Chaiyasoonthorn S, Limpailbool P, Mitatha S, Yupapin PP.High Capacity Mobile Ad Hoc Network Using THz Frequency Enchancement[J].International Journal of Communications, Network and System Sciences, 2010, 3(12): 954-961.

[3] Thomas KO, Nagatsuma T.A review on terahertz communications research[J].Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2011, 32(2): 143-171.

[4] Jacob M, Priebe S, Kvrner T, et al.An Overview of Ongoing Activities in the Field of Channel Model, Spectrum Allocation and Standardization for mm-Wave and THz Indoor Communications[C].The 2009 IEEE Conference on GLOBECOM Workshops.Honolulu, USA: IEEE Press, 2009, 1-6.

[5] Baykas T, Sum CS, Zhou L, et al.IEEE 802.15.3c: the first IEEE standard for data rates over 1Gb/s[J].IEEE Communication Magazine, 2011, 49(7): 114-121.

[6] Pyo CW, Kojima F, Wang J, Harada H, et al. Enhancement for High Speed Communications in the 802.15.3c mmWave WPAN[J].Wireless Personal Communications, 2009, 51(4): 825-841.

[7] Pyo CW, Zhou L, Kojima F, Funada R, et al.MAC Development and Enhancement of IEEE 802.15.3c WPAN Realizing Gbps Throughput[J].IEICE TRANSACTIONS on Communications, 2011, E94-B(11): 3065-3076.

[8] Zhou W, Nandagopa SS, Qiao D.A Simulation Study of CSMA/CA Performance in 60GHz WPANs[C].The 28th IEEE conference on Global telecommunications.New Jersey, USA, IEEE Press, 2009, 2462-2467.

[9] Wong DTC, Chin F.Saturated Throughput of a Cognitive IEEE 802.15.3c MAC in the Directinoal Contention Access Period[C].The 2010 IEEE 72nd Vehicular Technology Conference.Ottawa, Canada: IEEE Press, 2010, 1-5.

[10] Singh H, Yong SK, Oh J, Ngo C.Principles of IEEE 802.15.3c: Multi-Gigabit Millimeter-wave Wireless PAN[C].The 18th international conference on Computer Communications and Networks.San Francisco, USA: IEEE Press, 2009, 1-6.

[11] Chao HL, Hsu MP.CTAP-Minimized Scheduling Algorithm for Millimeter-Wave-Based Wireless Personal Area Networks[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2011, 60(8): 3840-3852.

[12] 姚建铨，迟楠，杨鹏飞,等.太赫兹通信技术的研究与展望[J].中国激光, 2009. 36(9): 2214-2216.

[13] 802.15.3c-2009-IEEE standard for information technology telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks-specific requirements.Part 15.3: wireless medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications for high rate wireless personal area networks(WPANs) amendment 2: millimeter-wave-based alternative physical layer extension[S].IEEE Computer Society, 2009,12: 3-57.

[14] 802.15.3-2003-IEEE standard for information technology telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks-specific requirements.Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)[S].IEEE Computer Society, 2003,9: 8-182.

[责任编辑：王军]

Study on MAC access protocols of terahertz ultra-high data-rate wireless networks

CAO Yanan1,REN Zhi2

(1.Hebi Polytechnic, Electronic Information Engineering College, Hebi 458030, China；2.Chongqing Key Lab of Mobile Communications Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

Terahertz is a kind of electromagnetic waves which located between millimeter waves and infrared lightwaves.It has large bandwith which not been allocated and can support Gbps or higher wireless data rates.Therefore, terahertz communication technology becomes various countries’ researching hot spot in recent years.This paper first briefly introduces the terahertz ultra-high data-rate wireless networks which based on the standard IEEE 802.15.3c.Then, it describes the architecture and challenges of terahertz ultra-high data-rate wireless networks.After that, the paper narratives the MAC access protocols of terahertz ultra-high data-rate wireless nerworks which proposed in the literature and some problems about the existing access protocols.On this basis, this thesis puts emphasis researching on the superframe structure and the access protocols.Then, we propose an improved access protocol to enhance the networks’ performance.

terahertz; ultra-high data-rate wireless networks; channel access protocols; superframe

2015-04-28

曹亚楠(1987-)，女，河南鹤壁人，鹤壁职业技术学院教师，硕士研究生，主要从事太赫兹超高速无线网络MAC接入协议的研究.

TN925.93

A

1672-3600(2015)09-0065-07