專利名稱：快速協同接入控制方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及媒質接入控制技術，特別涉及一種快速協同接入控制方法和系統。
背景技術：
接入控制方法或媒質接入控制(MAC)方法解決多個節點或用戶如何快速、高效、 公平、可靠地共享信道資源的問題。MAC方法的好壞直接影響到網絡吞吐量、時延等性能指標的優劣。在無線通信中，多徑衰落是影響通信質量的重要因素，傳統的無線通信通常廣泛采用分集技術來減小多徑衰落的影響。所謂分集就是指為保證傳輸質量，發送端采取某種方式通過相互獨立的衰落信道傳送同一信號的多個副本，由于各路徑的衰落相互獨立，從而只要合理合并各路徑的信號就能保證可靠通信。協作MAC方法便是利用協作分集在物理層提供的優勢合理地安排用戶共享信道，從而提高網絡性能。按照協作的發起方式，協作 MAC方法可以分為發方發起后由多個協作節點競爭或指定協作節點、收方發起后由多個協作節點競爭或指定協作節點以及發方發完數據分組后由多個協作節點競爭三類。發方發起后由多個協作節點競爭或指定協作節點方法一般是由發方發送一個經過修改的請求發送(Request-to-Send，簡稱RTS)分組來發起協作中繼，例如協作請求發送(Cooperative RTS，簡稱CRTS)分組；CRTS分組中含有一個被選定的協作節點的地址， 而則不用指定協作節點的地址。被選定的協作節點(針對指定協作節點的方法)或成功接收并解碼CRTS分組的節點(針對多個協作節點競爭的方法)根據周邊鄰節點的通信狀態以及自身信道條件來判斷是否可以通過提供協作中繼來提高傳輸性能(如提高數據傳輸速率、增加數據傳輸成功概率等)，如果可以則發送相應分組來確認協作，例如協作清除發送(Cooperative Clear-tolend，簡稱CCTQ分組；如果不可以則讓發方將數據分組直接發送給收方。現有的協作MAC (Cooperative MAC，簡稱CoopMAC)方法即為一種發方發起后指定協作節點的方法。在該方法中，每個節點各自維護一個協作表，記錄有可能作為協作節點的中間節點。協作表的建立與更新通過偵聽信道中所有的分組發送來實現。滿足
+ ^一的中間節點將被記錄在發送節點的協作表中。其中，Rsh是源節點與協作節點
Ksh Khd Ksd
之間的發送速率，Rhd是協作節點與目的節點之間的發送速率，Rsd是源節點與目的節點之間的發送速率。發方在發送數據分組之前，先檢查自己的協作表，然后從中選擇出一個可以使數據傳輸時間最短的協作節點(如果這樣的節點有多個，則選擇最新更新的那個節點)，并向其發送CRTS分組，被選定的協作節點再判斷是否可以通過協作中繼來提升傳輸性能，如果可以則發送協作中繼(Helper-to-Send，簡稱HTS)分組確認協作。多速率無線自組織網絡的協作MAC方法(也稱作CODE方法)則采用發方法發起后另個協作節點競爭的方式來確定最終協作節點進行數據的中繼發送。對于CODE方法如果有兩個以上協作節點可用，發方選擇兩個最好的協作節點禮、&，然后發送CRTS1分組，R1, R2收到CRTS1后各自產生新的 CRTS ；根據在協作表的優先級，假設R1質量更好，則R1產生CRT&，R2產生CRT&，CRTS2先于 CRTS3發送，則R1勝出成為最終的協作節點。CoopMAC方法和CODE方法由源節點在所儲存的協作表中事先選定協作節點，其中，由于有關協作節點的信息為源節點偵聽以前的數據傳輸過程所獲得的，因此為歷史記錄，一旦所選的協作節點不再滿足能夠縮短數據傳輸時間的條件，則放棄協作傳輸，由發方直接把數據分組傳輸給收方，所以，這一方法無法適應無線網絡中信道狀態和拓撲結構的動態變化。收方發起后由多個協作節點競爭或指定協作節點的方法是在收方發送RTS分組， 收方回復CTS分組后，被指定的協作節點發送一個分組進行協作確認或者多個滿足條件的協作節點開始競爭協作權。基于IEEE 802. 11分布式協調功能(DCF)的協作MAC(IEEE 802. llDCF-based Cooperative MAC)方法就是收方發起后多個協作節點競爭協作權的方式。在收方回復CTS分組后，協作節點可以根據收到的RTS分組和CTS分組估計出自己到發方和收方的數據傳輸速率和自己在未來一段時間內的忙閑狀況，從而判斷出自己能否提供協作。對于能夠提供協作的節點發送一個協作指示(Helper-Indication，簡稱HI)分組， 通知發方和收方自己的協作意愿。然后所有的滿足條件的協作節點根據自己協作性能好壞 (即協作的傳輸速率情況，傳輸速率越高，協作性能越好)設置一個固定的退避時間，退避時間到后發送一個準備幫助(Ready-to-Help，簡稱RTH)分組，成功收到RTH分組后，收方回復一個CTR分組，告知發方和協作節點開始進行數據傳輸。最后發方發送數據分組DATA，協作節點轉發DATA分組。該方法雖然可以根據信道的實時狀況選擇出比較好的協作節點，但是當協作節點較多時，會出現多個最佳的協作節點，因而RTH分組會發生碰撞，需要進行性再次的最佳協作節點選擇，如果再次發生碰撞，收方就告知協作節點和發方不進行協作傳輸而是發送直接發送數據到收方。所以這種協作方法的效率不是很高，沖突分解做得不夠完全。同時，采用哪個固定值退避的方法也會使得協作接入不夠快速。中繼速率自動調整的合作式(Cooperative Relay-Based Auto Rate，簡稱CRBAR)MAC方法也是收方發起后指定協作節點或由多個協作節點競爭的方法。在此方法中所有可能的協作節點在每個微時隙開始時都以一定的概率P去進行競爭，雖然不同速率等級的節點具有不同的競爭概率，從一定程度上減小了競爭沖突發生的可能性，但在協作節點數目較多的情況下，使用此方法仍然沒有從根本上解決這個問題，由不必要的沖突導致協作失敗的可能性依然很大。發方發完數據分組后由多個協作節點競爭的方法是在發方向收方發送數據分組后，由收方反饋接收結果。如果接收失敗，收方反饋的結果則意味著發起協作。持續復合中繼接入(Persistent Relay Carrier Sensing Multiple Access，簡稱 PRCSMA)MAC 方法即為這樣一種采用自動重復請求(Automatic Repeat reQuest，簡稱ARQ)機制的協作MAC方法。發方首先向收方發送數據分組，收方接收數據分組失敗后，發送請求協作(Claim for Cooperation，簡稱CFC)分組向周圍節點反饋這一信息，所有滿足條件的節點開始充當中繼節點向收方發送數據分組，直至收方可以正確解碼該分組。該過程中，所有節點偵聽傳輸過程并保留它所能解碼的數據分組。這一方法有效地保證了目的節點接收到數據分組的正確率，不過，由于所有可能的節點都參與協作，沒有考慮到數據傳輸速率的選擇問題，因此， 與其它協作MAC方法相比，會有更大的傳輸時延。綜上所述，現有技術的協作MAC方法存在以下技術缺陷其在協作方面考慮得不夠全面，存在各自的不足，特別是在協作節點的有效選擇和接入轉發數據上；當存在多個協作節點時，該多個協作節點在協作競爭中所發送的分組消息經常會發生碰撞和沖突，使得協作接入的效率較低，而且可能會導致協作失敗。
發明內容
本發明的目的是提供一種快速協同接入控制方法和系統，以解決協作接入效率低的問題，大大減少了節點分組沖突，提高了協作接入的效率。本發明提供一種快速協同接入控制方法，包括備選協作節點根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；所述備選協作節點根據所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組；其中，所述RH分組中包括所述數據傳輸速率級別的級別標識；收方或者發方確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，且所述最終協作節點的數據傳輸速率級別最高。本發明提供一種快速協同接入控制系統，包括收方、發方和備選協作節點；備選協作節點，用于根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；并根據所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組，其中，所述RH分組中包括所述數據傳輸速率級別的級別標識，所述微時隙為由分組傳遞時間段分成的數個微時隙之一；收方或者發方，用于確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，且所述最終協作節點的數據傳輸速率級別最高。本發明的快速協同接入控制方法和系統，通過得多個協作節點按照自身的級別在不同的微時隙內發送RH分組，避免了節點之間的沖突，大大提高了協作接入控制的效率。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明快速協同接入控制方法實施例中的直傳方式示意圖；圖2為本發明快速協同接入控制方法實施例一的時序示意圖；圖3為本發明快速協同接入控制方法實施例二的時序示意圖；圖4為本發明快速協同接入控制方法實施例三的時序示意圖；圖5為本發明快速協同接入控制方法實施例四的時序示意圖一；圖6為本發明快速協同接入控制方法實施例四的時序示意圖二 ；圖7為本發明快速協同接入控制方法實施例四的時序示意圖三；圖8為本發明快速協同接入控制系統實施例的結構圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明的快速協同接入控制方法，該方法可以適用于由發方或收方指定發起協作，使得不同速率的所有可能的協作節點在不同的時間段內競爭，相當于根據可支持的速率大小對這些可能的協作節點進行了分級，優先安排高速率中轉的協作節點參與競爭，從而相對于現有技術的多個協作節點同時發起競爭的方式，大大降低了沖突的可能性，提高了最終協作節點的選擇效率。下面通過附圖和具體實施方式
，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。本發明實施例的快速協同接入控制，可以是在直傳未成功的情況下進行的，即當直傳成功時，可以采取直傳方式，發方先以最高速率等級向收方發送數據，而不需要進行協作傳輸；而當直傳失敗時，即收發沒有正確接收到數據分組后，才需要進行協作傳輸，由滿足條件的協作節點進行數據的轉發。在進行協作節點的選擇時，則采用本發明實施例提供的快速協同接入控制方法和系統，相對于現有技術的協作節點的確定方法，可以避免多個節點在競爭時的碰撞沖突，快速確定協作節點，提高協作接入的效率，首先，對采取直傳方式發送數據分組的情況進行說明，其中，在數據傳輸的網絡中的每個節點都有唯一的身份號(Identity，簡稱ID)，并都配有一部半雙工無線電臺。數據傳輸信道可以為對稱信道，即收發雙方S、D之間的鏈路是雙向的且信道質量相同(即由S 發向D的數據傳輸速率Rsd與由D發向S的數據傳輸速率Rds相等)。兩個分組之間的通常回應時間間隔即分組間隔時間tIP，也即當發方發送某個分組給收方后，通常經過tIP后收方會發回相應回應分組。tIP = tp+tKP+t,t+t。，其中，tp為信號傳播的時延，tKP為分組的回應處理時間，、t為收發信機的收發轉換時間，t。為其他可能的時間。它要比802. 11中定義的短幀間間隔(SIFS)小一些。圖1為本發明快速協同接入控制方法實施例中的直傳方式示意圖，如圖1所示，當發方有數據要發送時，首先監聽信道，如果信道空閑則再隨機退避監聽一段時間，之后若信道仍然空閑，則以基本速率向收方發送CRTS分組。如果收方可以正確接收到CRTS分組，并且從它偵聽信道的結果可知其后發方發送數據分組時不會有沖突，則根據信噪比計算出收發雙方滿足一定誤碼率要求的可支持的最高數據傳輸速率，并以基本速率回復攜帶有該速率信息的CCTS分組。此過程中周圍節點通過偵聽各類分組，掌握信道狀態信息，根據接收到的CRTS分組和CCTS分組的信噪比，可以計算出本次數據傳輸過程中自身到收發雙方的可支持的最高數據傳輸速率。如果發方成功收到CCTS分組，則按照自適應調整發送速率的方法選擇出合適的速率來發送數據(DATA)分組(如果該收發雙發第一次傳輸數據則發方以最高速率向目的節點發送DATA)。其中，發方協作表及自適應調整發送速率的方法如下發方為每個相鄰接收節點Di維護表1所示的發方協作表。每一輪數據傳輸過程結束之前，發方都將從收方Di回復的ACK分組中獲知此輪數據傳輸過程中發方到協作節點的數據傳輸速率Rsh和協作節點到收方的數據傳輸速率Rhd的等級Rfehi和Rehdi，并將其記錄到協作表中的相應位置。每接收到一次ACK分組，發方就將相應接收節點對應的Rsh和Rhd的等級更新一次。參見如下表1 :表1發方協作表
收方地址D1D2DiDkRSh^Gshl^Gsh2^Gshi^GshkRhd^Ghdl^Ghd2^Ghdi^Ghdk當發方第一次向收方Di發送數據分組時，首先以所在標準下的最高數據傳輸速率 (Rgi)發送數據分組。在以后再向Di發送數據分組時，查看發方協作表中所記錄的信息，自適應地調整發送數據分組的速率。根據Rsh和Rhd的級別&shi、Rehdi的不同，存在如下三種情況如果I^shi比Rehdi低或Rfehi和Rehdi相等，則發方將發送數據分組的速率調整為比Rfehi高一級的速率或所在標準下的最高數據傳輸速率；如果Rfehi比Rehdi只高一級，則發方下一次發送數據分組的速率等級保持不變，仍為I^shi ；如果I^shi比Rehdi高兩級或兩級以上，則發方將發送數據分組的速率調整為比I^shi低一級的速率。若收方能夠成功接收并解碼DATA分組，則回復確認(Acknowledgment，簡稱ACK) 分組給發方，結束本次的數據發送，否則不回復。若發方以及協作節點在規定的時間內收到ACK分組說明直傳成功，不需要進行協作傳輸，本次數據分組傳輸結束。如果發方和協作節點在規定的時間內沒有收到ACK分組，說明直傳失敗(不需要通過發方回復否定確認 (Negative ACK，簡稱NACK)分組以表明直傳失敗)，需要采取協作傳輸。此時，協作傳輸需要確定最佳的協作節點。通過采用發方發完數據分組后由多個協作節點競爭的方法，直傳后只要收方不能正確解碼數據分組，不回復ACK分組；協作節點在規定的時間內沒有收到ACK分組，立即發起協作傳輸，由滿足條件的速率最高的協作節點重傳數據分組，即快速進行協作，因此最大限度地保證了數據的高速率傳輸，從而避免了信道資源的浪費。其中，發方需要先進行數據直傳，直傳失敗后，各個速率等級的協作節點自動啟動協作傳輸，由最高速率等級的協作節點開始；可以由發方或者收方發送控制分組(RI分組和RACK分組等)，控制最佳協作節點的選擇過程，并在選擇出最佳協作節點后，在RACK分組中指定由哪個協作節點參與協作。該多個節點的競爭選擇方式以下將詳細說明。首先，確定所有可能的協作節點，該協作節點可以是滿足協作條件，并且在直傳方式中的在規定的分組間隔時間內沒收到ACK分組的節點。具體的，可能的協作節點需要滿足以下條件在發方和收方的通信范圍內；能正確解碼發方發送的數據分組；
+ + Ι;+ (其中，Rsh和Rhd分別為發方到協作節點的數據傳輸速率和協作節點到收
Ksh 1^hd Ksd
方的數據傳輸速率，Rsd為收發雙方之間可支持的最高數據傳輸速率)。接著，上述可能的協作節點可以稱為備選協作節點，該節點可以通過接收到的鄰節點發送分組的信息(如信噪比等)計算出它與鄰節點之間滿足一定誤碼率要求的可支持的最高數據傳輸速率。例如，在收發雙方一跳范圍內的節點可以通過CRTS、CCTS分組偵聽信道狀態，確定自己到收發雙方的數據傳輸速率的大小；并可以根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別。該數據傳輸速率的級別說明如下當兩個節點之間可支持的數據傳輸速率最大時，該速率的級別為第一級，記作1^。隨著可支持的數據傳輸速率的減小，速率的級別依次
為第二級(Rg2)、第三級(Rg3)........第η級(Rcn)。現以IEEE 802. Ila和g標準為例(IEEE
802. Ila和g標準的最高數據傳輸數率能達到54Mbps)列表說明，表2為IEEE 802. Ila和 g標準中所用的數據傳輸速率大小及數據傳輸速率級別表2 IEEE 802. Ila (g)標準中所用的數據傳輸速率大小及數據傳輸速率級別
權利要求
1.一種快速協同接入控制方法，其特征在于，包括備選協作節點根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；所述備選協作節點根據所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組；其中，所述RH分組中包括所述數據傳輸速率級別的級別標識； 收方或者發方確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，且所述最終協作節點的數據傳輸速率級別最高。
2.根據權利要求1所述的快速協同接入控制方法，其特征在于，所述收方或者發方確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，包括所述收方或者發方在所述微時隙中的數個第一微時隙內收到所述RH分組，并選取所述RH分組中包括的所述級別標識最高的備選協作節點為預選協作節點；若所述預選協作節點發送的RH分組未發生碰撞，則確定所述預選協作節點為最終協作節點；若所述預選協作節點發送的RH分組發生碰撞，則指示所述預選協作節點在數個第二微時隙內隨機選擇微時隙發送所述RH分組進行競爭，確定首次接收的所述RH分組對應的預選協作節點為最終協作節點。
3.根據權利要求2所述的快速協同接入控制方法，其特征在于，若所述第二微時隙內的RH分組仍舊發生碰撞，則將所述第二微時隙的數目加倍，指示所述預選協作節點再次隨機選擇微時隙發送所述RH分組進行競爭。
4.根據權利要求2所述的快速協同接入控制方法，其特征在于，在所述指示所述預選協作節點在數個第二微時隙內隨機選擇微時隙發送所述RH分組進行競爭，之前還包括當所述預選協作節點發送的RH分組發生碰撞時，根據所述預選協作節點的個數確定所述第二微時隙的個數。
5.根據權利要求2所述的快速協同接入控制方法，其特征在于，還包括若所述收方或者發方在所述數個第一微時隙內均未收到所述RH分組，則所述發方降低數據發送速率等級重新發送數據分組給收方，重復直至在所述數個第一微時隙內接收到所述RH分組；若不滿足協作條件時仍未收到所述RH分組，則開始直傳。
6.一種快速協同接入控制系統，其特征在于，包括收方、發方和備選協作節點；所述備選協作節點，用于根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；并根據所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組，其中，所述RH分組中包括所述數據傳輸速率級別的級別標識，所述微時隙為由分組傳遞時間段分成的數個微時隙之一；所述收方或者發方，用于確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，且所述最終協作節點的數據傳輸速率級別最高。
7.根據權利要求6所述的快速協同接入控制系統，其特征在于，所述收方或者發方包括預選模塊，用于在由分組傳遞時間段分成的數個第一微時隙內收到所述RH分組，并選取所述RH分組中包括的所述級別標識最高的備選協作節點為預選協作節點；競爭模塊，用于若所述預選協作節點發送的RH分組未發生碰撞，則確定所述預選協作節點為最終協作節點；若所述預選協作節點發送的RH分組發生碰撞，則指示所述預選協作節點在數個第二微時隙內隨機選擇微時隙發送所述RH分組進行競爭，確定首次接收的所述RH分組對應的預選協作節點為最終協作節點。
8.根據權利要求7所述的快速協同接入控制系統，其特征在于，所述競爭模塊，還用于若所述第二微時隙內的RH分組仍舊發生碰撞，則將所述第二微時隙的數目加倍，指示所述預選協作節點再次隨機選擇微時隙發送所述RH分組進行競爭。
9.根據權利要求6所述的快速協同接入控制系統，其特征在于，所述發方還包括 降級模塊，用于若所述收方或者發方在所述數個第一微時隙內均未收到所述RH分組，則所述發方降低數據發送速率等級重新發送數據分組給收方；直傳模塊，若不滿足協作條件時仍未收到所述RH分組，則開始直傳。
10.根據權利要求6所述的快速協同接入控制系統，其特征在于，所述備選協作節點包括計算模塊，用于根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；發送模塊，用于根據所述計算模塊得到的所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組。
全文摘要
本發明提供一種快速協同接入控制方法和系統，其中方法包括備選協作節點根據自身到收方支持的最高數據傳輸速率得到自身的數據傳輸速率級別；備選協作節點根據所述數據傳輸速率級別，分別在與所述數據傳輸速率級別相對應的微時隙內發送RH分組；其中，RH分組中包括所述數據傳輸速率級別的級別標識；收方或者發方確定首次接收到的發送所述RH分組成功的備選協作節點為最終協作節點，且所述最終協作節點的數據傳輸速率級別最高。本發明的快速協同接入控制方法和系統，通過多個協作節點按照自身的級別在不同的微時隙內發送RH分組，避免了節點之間的沖突，大大提高了協作接入控制的效率。
文檔編號H04L1/16GK102378390SQ201110312759
公開日2012年3月14日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者劉凱, 劉鋒, 徐楨, 李亞燕 申請人:北京航空航天大學