專利名稱：一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)中媒體接入控制方法，具體來說，涉及一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，人們工作和生活方式的不斷信息化使得信息通信尤其是網(wǎng)絡(luò)通信的量和速率持續(xù)增長(zhǎng)。在通信服務(wù)系統(tǒng)的體系中，通過熱點(diǎn)進(jìn)行多址接入的無線局域網(wǎng)必將被更廣泛地應(yīng)用。媒體接入控制(MAC)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)提供又好又快的數(shù)據(jù)服務(wù)的關(guān)鍵所在。媒體接入技術(shù)通常分為固定分配如時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)，按需分配和隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)如ALOHA系列。隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入?yún)f(xié)議因其工作方式與人們?cè)谔囟▍^(qū)域?qū)崿F(xiàn)便捷、高效的熱點(diǎn)接入通信的過程和特點(diǎn)相吻合，具有很好的應(yīng)用空間。WiFi的良好發(fā)展情況就說明了這一點(diǎn)。相比于ALOHA系列的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入?yún)f(xié)議，IEEE802委員會(huì)開發(fā)的 IEEE802. 11可以在同等條件下獲得更高的呑吐量。所以對(duì)其相對(duì)應(yīng)的指數(shù)退避接入方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化具有較高的應(yīng)用價(jià)值。IEEE802. 11采用的ニ進(jìn)制指數(shù)退避來完成信道接入的過程，當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，它偵聽信道，若偵聽確定信道持續(xù)空閑ー個(gè)分布式幀間間隔時(shí)間，則隨機(jī)地從初級(jí)競(jìng)爭(zhēng)窗口中選取ー個(gè)隨機(jī)的時(shí)隙數(shù)進(jìn)行退避。如果節(jié)點(diǎn)在退避的過程中偵聽到信道進(jìn)入忙狀態(tài)，則暫停退避過程直到重新檢測(cè)到信道空閑持續(xù)ー個(gè)分布式幀間間隔時(shí)間長(zhǎng)度則重啟退避過程。當(dāng)節(jié)點(diǎn)退避到O時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，則節(jié)點(diǎn)重新在窗ロ大小為上ー次的兩倍的窗口中選取ー個(gè)隨機(jī)數(shù)重新進(jìn)行退避。IEEE802. 11有兩種信道接入模式1)基本接入(DATA-ACK) ;2)四步握手(RTS-CTS-DATA-ACK)。它們之間的區(qū)別就是四步握手機(jī)制在基本機(jī)制的基礎(chǔ)上，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前發(fā)送ー個(gè)RTS信號(hào)以請(qǐng)求接入信道，接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送ー個(gè)CTS信號(hào)以告之源節(jié)點(diǎn)已準(zhǔn)備好接收。當(dāng)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度達(dá)到一定值時(shí)，通過這兩個(gè)控制信號(hào)來減小節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)的代價(jià)。因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)包長(zhǎng)度較大時(shí)，在基本機(jī)制的條件下，節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突則無效的沖突數(shù)據(jù)傳輸將大大浪費(fèi)頻譜資源從而降低呑吐量。但是，如果節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度較小吋，RTS信號(hào)和CTS信號(hào)的相對(duì)開銷就變大，四步握手機(jī)制的呑吐量就會(huì)小于基本機(jī)制的呑吐量。網(wǎng)絡(luò)輔助分集多址接入(NDMA)是由Michail K. Tsatsanis, Ruifeng Zhang 和Subrata Banerjee等人在2000年的IEEE信號(hào)處理學(xué)報(bào)的第48卷第3期中第702到711頁提出的ー種利用網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)對(duì)沖突信號(hào)的協(xié)同傳輸獲得分集特性，然后利用信號(hào)分離技術(shù)解決數(shù)據(jù)包沖突的方法。通過對(duì)沖突的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再利用，可以大大提升吞吐量和時(shí)延性能等。但是，NDMA技術(shù)的應(yīng)用有兩個(gè)重要困境I)沖突節(jié)點(diǎn)數(shù)一般通過估計(jì)獲得，易出錯(cuò)；2)當(dāng)沖突節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)較多時(shí)，因?yàn)樾诺老嚓P(guān)度或質(zhì)量問題，出現(xiàn)不滿秩的情況就不能正確解析，就算此時(shí)矩陣滿秩，計(jì)算的復(fù)雜度也很高。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)的文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，大部分NDMA的設(shè)計(jì)分析都是結(jié)合時(shí)隙ALOHA協(xié)議來進(jìn)行的。如2002年發(fā)表在IEEE通信學(xué)報(bào)第 50 卷第 I 期的 146 到 154 頁發(fā)表的“Collision Resolution in Packet RadioNetworks Using Rotational Invariance Techniques”和第 50 卷第 4 期第 623-632 頁的“Network-Assisted Diversity Multiple Access in Dispersive Channels，，。但是時(shí)隙ALOHA協(xié)議在處理突發(fā)業(yè)務(wù)和高負(fù)載業(yè)務(wù)時(shí)，發(fā)生沖突的概率大，NDMA的這兩個(gè)困境便更加凸顯出來。鑒于指數(shù)退避的競(jìng)爭(zhēng)接入策略所具有的良好沖突避免能力，在該策略下，能夠通過結(jié)合進(jìn)ー步地MAC設(shè)計(jì)有效應(yīng)對(duì)NDMA的兩個(gè)重要困境。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，該指數(shù)退避多址接入方法具有高呑吐量、高可靠性和高能效，并且具有良好的突發(fā)業(yè)務(wù)處理能力和高負(fù)載運(yùn)行能力。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，該接入方法包括以下步驟 第I步分配正交疊加導(dǎo)頻序列給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次請(qǐng)求接入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，從正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中選擇任意ー個(gè)正交疊加導(dǎo)頻序列分配給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)，該正交疊加導(dǎo)頻序列作為節(jié)點(diǎn)的身份識(shí)別和信道估計(jì)；當(dāng)正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中的正交導(dǎo)頻序列分配完畢時(shí)，拒絕該節(jié)點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)中；其中，正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)為(Z1み…,％},Zl;Z2，…,ら為正交疊加導(dǎo)頻序列，び=2 為正整數(shù)；
第2步退避接入信道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時(shí)，偵聽信道當(dāng)偵聽發(fā)現(xiàn)信道的空閑期持續(xù)了ー個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)就在[OJFmin-I]中隨機(jī)地選擇ー個(gè)整數(shù)值，作為該節(jié)點(diǎn)的退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值，然后進(jìn)行倒計(jì)時(shí)退避；在退避的過程中，如果偵聽到信道進(jìn)入忙狀態(tài)，則暫停當(dāng)前退避過程，直至偵聽到下ー個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度的信道空閑期后，才重新開啟退避；倒計(jì)時(shí)退避持續(xù)到該退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值退避為0，便進(jìn)入第三步是ニ進(jìn)制指數(shù)退避接入的初始窗ロ大?。?br>
第3步發(fā)送數(shù)據(jù)包對(duì)第二步需要發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，利用協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法發(fā)送數(shù)據(jù)包。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
I.信道利用率高。對(duì)沖突信號(hào)進(jìn)行再利用，提升了頻譜效率，能獲得更高的呑吐量。協(xié)議對(duì)于碰撞的情況是直接應(yīng)對(duì)的，在無碰撞的時(shí)候，沒有額外的頻譜資源用于控制信息的交互。本發(fā)明提供的接入方法所能達(dá)到的呑吐量性能比RTS/CTS機(jī)制提升了約8%-15%，比基本機(jī)制提升了約20%-39%，提升的幅度都很大。2.可靠性好。一方面，通過協(xié)同獲得網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的空間分集増益，物理傳輸?shù)目煽啃愿?，正確率更高。另ー方面，退避接入策略所獲得的低碰撞概率使得NDMA的沖突解析更簡(jiǎn)捷，更可靠。3.能效好。該協(xié)議是基于基本的退避策略而設(shè)計(jì)的，相對(duì)于四步握手機(jī)制，它節(jié)約了同等條件下用于RTS/CTS的能耗和頻譜資源而又同時(shí)保持了呑吐量的提升。雖然它應(yīng)用了新的控制幀如HTS，NHTS等，但是它們屬于非固定的、應(yīng)對(duì)式的開銷。本發(fā)明提供的接入方法平均每比特?cái)?shù)據(jù)發(fā)送能耗低于IEEE802. Ilb的基本機(jī)制和RTS/CTS機(jī)制，且隨著活動(dòng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)數(shù)量的上升，本發(fā)明提供的接入方法的能效性優(yōu)勢(shì)越來越明顯。4.易實(shí)現(xiàn)。協(xié)議設(shè)計(jì)為截短的解析方式，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)沖突節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多時(shí)(概率低)，放棄此次沖突信號(hào)，直接退避，進(jìn)入正常通信。NDMA的解析系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更為簡(jiǎn)便高效。
圖I為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明的方法中直傳成功流程圖。圖3為本發(fā)明的方法中直傳失敗并協(xié)同傳輸流程圖。圖4為本發(fā)明的方法的兩源節(jié)點(diǎn)碰撞并利用NDMA解析流程圖。圖5為本發(fā)明中的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明中NACK、NHTS、HTS幀的控制幀頭結(jié)構(gòu)圖。圖7為本發(fā)明中NACK幀的結(jié)構(gòu)圖。圖8為本發(fā)明中NHTS幀的結(jié)構(gòu)圖。圖9為本發(fā)明中HTS幀的結(jié)構(gòu)圖。圖10為吞吐量性能對(duì)比仿真試驗(yàn)結(jié)果圖。圖11為能效性能對(duì)比仿真試驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖I至圖4所示，本發(fā)明的一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，該接入方法包括以下步驟
第I步分配正交疊加導(dǎo)頻序列給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次請(qǐng)求接入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí),從正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中選擇任意ー個(gè)正交疊加導(dǎo)頻序列分配給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)，該正交疊加導(dǎo)頻序列作為節(jié)點(diǎn)的身份識(shí)別和信道估計(jì)；當(dāng)正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中的正交導(dǎo)頻序列分配完畢時(shí)，拒絕該節(jié)點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)中；其中，正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)為ZliZp…,V為正交疊加導(dǎo)頻序列，^7: 2' 為正整數(shù)。如圖5所示，發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)由正交疊加導(dǎo)頻序列和數(shù)據(jù)組成。第2步退避接入信道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時(shí)，偵聽信道當(dāng)偵聽發(fā)現(xiàn)信道的空閑期持續(xù)了ー個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度吋，則該節(jié)點(diǎn)就在[OJfttjn-I]中隨機(jī)地選擇ー個(gè)整數(shù)值，作為該節(jié)點(diǎn)的退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值，然后進(jìn)行倒計(jì)時(shí)退避；在退避的過程中，如果偵聽到信道進(jìn)入忙狀態(tài)，則暫停當(dāng)前退避過程，直至偵聽到下ー個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度的信道空閑期后，才重新開啟退避；倒計(jì)時(shí)退避持續(xù)到該退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值退避為0，便進(jìn)入第三步是ニ進(jìn)制指數(shù)退避接入的初始窗ロ大?。?br>
第3步發(fā)送數(shù)據(jù)包對(duì)第二步需要發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，利用協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法發(fā)送數(shù)據(jù)包。在第3步中，協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法包括以下過程
網(wǎng)絡(luò)中所有源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行偵聽，結(jié)果有 三種情形
第一種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，僅有ー個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，且接入節(jié)點(diǎn)成功接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)在接收完數(shù)據(jù)包后，反饋成功接收信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，所有正確接收到該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)丟棄該數(shù)據(jù)包；
第二種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，僅有ー個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而接入節(jié)點(diǎn)沒有正確接收該數(shù)據(jù)包時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤接收信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，該錯(cuò)誤接收信號(hào)中包含源節(jié)點(diǎn)到接入節(jié)點(diǎn)的信道増益ち，網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)啟動(dòng)協(xié)同重傳。錯(cuò)誤接收信號(hào)的控制幀頭結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖中的“版本”和“類型”都是根據(jù)IEEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于控制信號(hào)的規(guī)定而設(shè)定的，可以在上述標(biāo)準(zhǔn)定義的預(yù)留空間0000-1001中任選ー個(gè)用于表示“子類型”。錯(cuò)誤接收信號(hào)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖7所示，在該幀中，“持續(xù)時(shí)間”和“校驗(yàn)碼”的定義都和IEEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)中的相同，新定義的“接收節(jié)點(diǎn) 所獲得的信道質(zhì)量信息”存儲(chǔ)于該幀原來IEEE802. 11的地址存儲(chǔ)域中。上述第二種情形包括以下步驟301至303
步驟301 :網(wǎng)絡(luò)中正確接收該數(shù)據(jù)包的偵聽節(jié)點(diǎn)2利用接收到的錯(cuò)誤接收信號(hào)，對(duì)接入節(jié)點(diǎn)到偵聽節(jié)點(diǎn)S的信道增益進(jìn)行估計(jì)，得到信道増益ち;
步驟3O2 :源節(jié)點(diǎn)和所有的正確接收源數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)設(shè)定ー個(gè)倒計(jì)時(shí)初始值；
為ー個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度，為接入節(jié)點(diǎn)到偵聽節(jié)點(diǎn)的信道増益；最先完成倒計(jì)
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時(shí)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送ー個(gè)幫助發(fā)送信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，其它成功譯碼的節(jié)點(diǎn)偵聽到幫助發(fā)送信號(hào)后就立刻暫停其倒計(jì)時(shí)，該最先完成倒計(jì)時(shí)的節(jié)點(diǎn)成為中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)重新傳送之前接收并成功譯碼的源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包。在步驟302中，幫助發(fā)送信號(hào)的控制幀頭格式如圖6所示，它的控制幀頭的子類型從0000-1001中選取ー個(gè)區(qū)別于錯(cuò)誤接收信號(hào)已定義的值加以定義。它的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)如圖9所示。幫助發(fā)送信號(hào)包含中繼節(jié)點(diǎn)譯碼的源節(jié)點(diǎn)到自身的信道増益。幫助發(fā)送信號(hào)包含中繼節(jié)點(diǎn)譯碼的源節(jié)點(diǎn)到自身的信道増益，以便接入節(jié)點(diǎn)能夠通過接收幫助發(fā)送信號(hào)獲得各源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的信道増益，進(jìn)而進(jìn)一歩地解析沖突信號(hào)。這樣可以處理多源節(jié)點(diǎn)發(fā)送沖突下的解析問題。同時(shí)，它還包括中繼的地址。步驟303 :如果接入節(jié)點(diǎn)正確接收到重新傳送的數(shù)據(jù)包，則發(fā)送成功接收信號(hào)，通知各節(jié)點(diǎn)該數(shù)據(jù)包被正確接收，所有節(jié)點(diǎn)在收到成功接收信號(hào)后，丟棄該數(shù)據(jù)包，繼續(xù)新的數(shù)據(jù)包的傳輸；
如果接入節(jié)點(diǎn)仍無法正確接收重新傳送的數(shù)據(jù)包，且重新傳送數(shù)據(jù)包的次數(shù)沒有到達(dá)上限，則接入節(jié)點(diǎn)反饋錯(cuò)誤接收信號(hào)，并返回步驟301，直至該數(shù)據(jù)包被正確接收；
如果重新傳送數(shù)據(jù)包的次數(shù)到達(dá)上限，且接入節(jié)點(diǎn)仍無法正確接收重新傳送數(shù)據(jù)包，則接入節(jié)點(diǎn)反饋錯(cuò)誤接收信號(hào)，所有節(jié)點(diǎn)丟棄該數(shù)據(jù)包，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)包傳送。第三種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包吋，系統(tǒng)發(fā)生沖突，所有偵聽節(jié)點(diǎn)通過對(duì)疊加在物理層成幀的數(shù)據(jù)信息上的正交疊加導(dǎo)頻序列進(jìn)行信道估計(jì)，獲得多個(gè)同時(shí)發(fā)送的源節(jié)點(diǎn)到該偵聽節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男诺罃?shù)量@及對(duì)應(yīng)的信道増益表示源節(jié)點(diǎn)j到偵聽節(jié)點(diǎn)i的信道増益。上述的第三種情形包括以下步驟311和312 :
步驟311:如果接入節(jié)點(diǎn)成功估計(jì)的信道數(shù)@大于+1其中，m是重新傳送數(shù)據(jù)包的最大次數(shù)，則發(fā)送ー個(gè)拒絕幫助傳輸信號(hào)，放棄中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)同，進(jìn)而放棄對(duì)本次沖突信號(hào)的解析，所有節(jié)點(diǎn)接收到該拒絕幫助傳輸信號(hào)后，丟棄所接收的沖突數(shù)據(jù)包信號(hào)，并進(jìn)入到新的數(shù)據(jù)包的傳送；拒絕幫助傳輸信號(hào)的控制幀頭結(jié)構(gòu)如圖6所示它的控制幀頭的子類型從0000-1001中選取ー個(gè)區(qū)別于錯(cuò)誤接收信號(hào)和幫助傳輸信號(hào)定義的值加以定義。它的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中的“持續(xù)時(shí)間”可以參考IEEE802. 11的數(shù)據(jù)幀格式中“Duration”的定義，“發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址”便是接入節(jié)點(diǎn)的地址。如果接入節(jié)點(diǎn)成功估計(jì)的信道數(shù)小于或者等于+1，其中，$是重新傳送數(shù)據(jù)包的最大次數(shù)，則接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送ー個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，該錯(cuò)誤接收信號(hào)包含接入節(jié)點(diǎn)譯碼所獲得的各到接入節(jié)點(diǎn)的信道増益，所有候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到該錯(cuò)誤接收信號(hào)后，保存接收到的沖突數(shù)據(jù)包，候選中繼節(jié)點(diǎn)在譯碼沖突信號(hào)的信道后，進(jìn)行中繼身份的競(jìng)爭(zhēng)，候選中繼節(jié)點(diǎn)是指接收到?jīng)_突信號(hào)的除源節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)；最先完成倒計(jì)時(shí)的節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)，該中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送ー個(gè)幫助發(fā)送信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，該幫助發(fā)送信號(hào)中包含中繼節(jié)點(diǎn)譯碼的源節(jié)點(diǎn)到自身的信道增益值其它節(jié)點(diǎn)偵聽到該幫助發(fā)送信號(hào)后就立刻暫停其倒計(jì)時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)接收到該幫助發(fā)送信號(hào)后，從幫助發(fā)送信號(hào)中提取中繼節(jié)點(diǎn)去掉之前接收信號(hào)的疊加導(dǎo)頻，用中繼節(jié)點(diǎn)所分配的正交疊加導(dǎo)頻序列和沖突數(shù)據(jù)成幀并發(fā)送給接入 節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟312 ；
在·18#中，j表示源節(jié)點(diǎn)，a表示接入節(jié)點(diǎn)，在％，;中，j表示源節(jié)點(diǎn)，i表示偵聽節(jié)點(diǎn)。候選中繼節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)設(shè)定ー個(gè)倒計(jì)時(shí)初值，進(jìn)行中繼身份的競(jìng)爭(zhēng)。步驟312 :接入節(jié)點(diǎn)接收中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的沖突信號(hào)，并進(jìn)行信道估計(jì)，如果接入節(jié)點(diǎn)收集到的沖突包總數(shù)等于或大于接入節(jié)點(diǎn)譯碼所得信道總數(shù)時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)結(jié)合以往接收到的沖突信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的信道狀態(tài)信息還原沖突的源信號(hào)；如果接入節(jié)點(diǎn)成功解析所有沖突信號(hào)，則針對(duì)每ー個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別按照源節(jié)點(diǎn)最初接入網(wǎng)絡(luò)的順序發(fā)送ー個(gè)成功接收信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)和候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到成功接收信號(hào)后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送周期；
如果接入節(jié)點(diǎn)未成功將所有的源節(jié)點(diǎn)譯碼，并且重新傳送的次數(shù)還沒有到達(dá)最大重新傳送的次數(shù)，則接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送ー個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，候選中繼節(jié)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行選擇和重新傳送；
如果接入節(jié)點(diǎn)在到達(dá)最大重新傳送的次數(shù)吋，只成功譯碼部分源節(jié)點(diǎn)信號(hào)，則接入節(jié)點(diǎn)先按源節(jié)點(diǎn)最初接入網(wǎng)絡(luò)的順序逐一發(fā)送成功接收信號(hào)給成功譯碼數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)，這些源節(jié)點(diǎn)接收到成功接收信號(hào)后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送過程，接入節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完成功接收信號(hào)后，發(fā)送ー個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，所有未接收到成功接收信號(hào)的源節(jié)點(diǎn)和候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到該錯(cuò)誤接收信號(hào)后，將之前發(fā)送的數(shù)據(jù)包丟棄，然后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送過程。本發(fā)明提供的接入方法將退避信道接入技術(shù)、協(xié)同通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)輔助分集多址結(jié)合，在利用協(xié)同通信技術(shù)的優(yōu)異數(shù)據(jù)傳輸能力的同時(shí)，將退避信道接入技術(shù)的沖突減弱能力和網(wǎng)絡(luò)輔助分集多址接入技術(shù)的沖突信號(hào)解析能力相結(jié)合以提升信道接入的效率，最終達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和數(shù)據(jù)發(fā)送能效的目的。文中或者圖中，ACK表示成功接收信號(hào)，NACK表示錯(cuò)誤接收信號(hào)，NHTS表示拒絕幫助傳輸信號(hào)，HTS表不幫助發(fā)送信號(hào)。本發(fā)明的接入方法和現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行吞吐量性能對(duì)比仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。該理論仿真試驗(yàn)使用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值分析，仿真參數(shù)參考IEEE802. Ilb的DSSS標(biāo)準(zhǔn)。另外，對(duì)于信道傳輸性能的設(shè)定，考慮了兩種情況I)所有信道理想，傳輸數(shù)據(jù)的誤比特率為O ;2)直傳信道的誤比特率設(shè)定為5X10_5，協(xié)同信道的誤比特率設(shè)定為5X10_6。所使用的基本仿真模型為G. Bianchi在2000年發(fā)表于IEEE通信領(lǐng)域選刊的535至Ij547頁的文獻(xiàn)“Performance analysis of the IEEE 802. 11 distributed Coordinationfunction”中所提出的馬爾可夫鏈模型。整個(gè)分析的對(duì)比對(duì)象是IEEE802. Ilb的基本機(jī)制和RTS/CTS機(jī)制。在圖10中，橫坐標(biāo)數(shù)值代表接入網(wǎng)絡(luò)中在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)數(shù)值代表一個(gè)時(shí)隙中用于傳輸數(shù)據(jù)信息的時(shí)間比例。由圖10中可以看出，在兩種信道假設(shè)的前提下，本發(fā)明提供的接入方法所能達(dá)到的呑吐量性能比RTS/CTS機(jī)制提升了約8%-15%，比基本機(jī)制提升了約20%-39%，提升的幅度都很大。
本發(fā)明的接入方法和現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行能效性能對(duì)比仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。該理論仿真試驗(yàn)也是基于MATLAB軟件，仿真參數(shù)和模型相同于上述的呑吐量性能對(duì)比仿真試驗(yàn)。本能效性能對(duì)比仿真試驗(yàn)中所使用的能耗模型為R. Ahmad和F. C. Zheng等人在又獻(xiàn)“Modeling energy consumption of relay-enabled MAC protocols in ad hocnetworks"中提出來的。該文獻(xiàn)發(fā)表于第四期的無線普適計(jì)算國(guó)際會(huì)議論文集的第236到241頁。在圖11中，橫軸數(shù)值表示在一個(gè)時(shí)隙中有數(shù)據(jù)要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)數(shù)值表示每比特成功發(fā)送的數(shù)據(jù)的平均耗能。由圖11可以看出本發(fā)明提供的接入方法平均每比特?cái)?shù)據(jù)發(fā)送能耗低于IEEE802. Ilb的基本機(jī)制和RTS/CTS機(jī)制，且隨著活動(dòng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)數(shù)量的上升，本發(fā)明提供的接入方法的能效性優(yōu)勢(shì)越來越明顯。說明本發(fā)明對(duì)高負(fù)載業(yè)務(wù)相對(duì)其它方法具備更好的處理的能力。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的接入方法需要付出的額外代價(jià)
増加了三種新的幀。成功競(jìng)爭(zhēng)成為中繼的節(jié)點(diǎn)需要ー個(gè)HTS信號(hào)來聲明其身份并告之接入節(jié)點(diǎn)各源節(jié)點(diǎn)到其的信道出狀態(tài)信息，需要ー個(gè)NHTS來聲明沖突節(jié)點(diǎn)過多，所有節(jié)點(diǎn)放棄本次沖突解析。當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)沒有成功對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行譯碼時(shí)，它需要發(fā)送ー個(gè)NACK信號(hào)來聲明該狀態(tài)，并且將所譯碼的接入信號(hào)的信道狀態(tài)信息反饋給源節(jié)點(diǎn)和潛在中繼節(jié)點(diǎn)，以便它們采取進(jìn)ー步的措施。增加NHTS用于取消沖突節(jié)點(diǎn)過多時(shí)的解析。這三種新的幀都可以從802. 11所預(yù)留的控制幀中選取并以相似于RTS幀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)ー步設(shè)計(jì)。要求數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)所用來進(jìn)行信道估計(jì)的疊加導(dǎo)頻是從ー個(gè)正交空間中選取的。以確保碰撞數(shù)據(jù)庫(kù)也能對(duì)源節(jié)點(diǎn)到接入節(jié)點(diǎn)的信道進(jìn)行估計(jì)。節(jié)點(diǎn)需要増加用以進(jìn)行倒計(jì)時(shí)選擇的倒計(jì)時(shí)器。接入節(jié)點(diǎn)須嵌入對(duì)低階數(shù)的接收矩陣進(jìn)行NDMA解析的算法和相應(yīng)硬件配備。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，其特征在于該接入方法包括以下步驟 第I步分配正交疊加導(dǎo)頻序列給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次請(qǐng)求接入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，從正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中選擇任意一個(gè)正交疊加導(dǎo)頻序列分配給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)，該正交疊加導(dǎo)頻序列作為節(jié)點(diǎn)的身份識(shí)別和信道估計(jì)；當(dāng)正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)中的正交導(dǎo)頻序列分配完畢時(shí)，拒絕該節(jié)點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)中；其中，正交疊加導(dǎo)頻序列庫(kù)為為正交疊加導(dǎo)頻序列，[/=2 ,JVz為正整數(shù)； 第2步退避接入信道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時(shí)，偵聽信道當(dāng)偵聽發(fā)現(xiàn)信道的空閑期持續(xù)了一個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)就在[O,H7mi-I中隨機(jī)地選擇一個(gè)整數(shù)值，作為該節(jié)點(diǎn)的退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值，然后進(jìn)行倒計(jì)時(shí)退避；在退避的過程中，如果偵聽到信道進(jìn)入忙狀態(tài)，則暫停當(dāng)前退避過程，直至偵聽到下一個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度的信道空閑期后，才重新開啟退避；倒計(jì)時(shí)退避持續(xù)到該退避競(jìng)爭(zhēng)接入倒計(jì)時(shí)初值退避為O，便進(jìn)入第三步JFmb是二進(jìn)制指數(shù)退避接入的初始窗口大小； 第3步發(fā)送數(shù)據(jù)包對(duì)第二步需要發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，利用協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法發(fā)送數(shù)據(jù)包。
2.按照權(quán)利要求I所述的結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，其特征在于所述的第3步中的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法包括以下過程 網(wǎng)絡(luò)中所有源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行偵聽，結(jié)果有三種情形 第一種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，且接入節(jié)點(diǎn)成功接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)在接收完數(shù)據(jù)包后，反饋成功接收信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，所有正確接收到該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)丟棄該數(shù)據(jù)包； 第二種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而接入節(jié)點(diǎn)沒有正確接收該數(shù)據(jù)包時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤接收信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，該錯(cuò)誤接收信號(hào)中包含源節(jié)點(diǎn)到接入節(jié)點(diǎn)的信道增益%，網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)啟動(dòng)協(xié)同重傳； 第三種情形當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)通過偵聽發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生沖突，所有偵聽節(jié)點(diǎn)通過對(duì)疊加在物理層成幀的數(shù)據(jù)信息上的正交疊加導(dǎo)頻序列進(jìn)行信道估計(jì)，獲得多個(gè)同時(shí)發(fā)送的源節(jié)點(diǎn)到該偵聽節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男诺罃?shù)量_及對(duì)應(yīng)的信道增益 表示源節(jié)點(diǎn)j到偵聽節(jié)點(diǎn)i的信道增益。
3.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，其特征在于所述的第3步中的第二種情形包括以下步驟 步驟301 :網(wǎng)絡(luò)中正確接收該數(shù)據(jù)包的偵聽節(jié)點(diǎn): 利用接收到的錯(cuò)誤接收信號(hào)，對(duì)接入節(jié)點(diǎn)到偵聽節(jié)點(diǎn)i的信道增益進(jìn)行估計(jì),得到信道增益4 ;步驟3 O 2 :源節(jié)點(diǎn)和所有的正確接收源數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)設(shè)定一個(gè)倒計(jì)時(shí)初始值I
4.按照權(quán)利要求3所述的結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，其特征在于在所述步驟302中，幫助發(fā)送信號(hào)包含中繼節(jié)點(diǎn)譯碼的源節(jié)點(diǎn)到自身的信道增益。
5.按照權(quán)利要求2所述的結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，其特征在于所述的第3步中的第三種情形包括以下步驟 步驟311 :如果接入節(jié)點(diǎn)成功估計(jì)的信道數(shù)廁大于《+I,其中，麗是重新傳送數(shù)據(jù)包的最大次數(shù)，則發(fā)送一個(gè)拒絕幫助傳輸信號(hào)，放棄中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)同，進(jìn)而放棄對(duì)本次沖突信號(hào)的解析，所有節(jié)點(diǎn)接收到該拒絕幫助傳輸信號(hào)后，丟棄所接收的沖突數(shù)據(jù)包信號(hào)，并進(jìn)入到新的數(shù)據(jù)包的傳送； 如果接入節(jié)點(diǎn)成功估計(jì)的信道數(shù)_小于或者等于W+l,其中，麗是重新傳送數(shù)據(jù)包的最大次數(shù)，則接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，該錯(cuò)誤接收信號(hào)包含接入節(jié)點(diǎn)譯碼所獲得的各到接入節(jié)點(diǎn)的信道增益，所有候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到該錯(cuò)誤接收信號(hào)后，保存接收到的沖突數(shù)據(jù)包，候選中繼節(jié)點(diǎn)在譯碼沖突信號(hào)的信道后，進(jìn)行中繼身份的競(jìng)爭(zhēng)，候選中繼節(jié)點(diǎn)是指接收到?jīng)_突信號(hào)的除源節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)；最先完成倒計(jì)時(shí)的節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)，該中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)幫助發(fā)送信號(hào)給所有節(jié)點(diǎn)，該幫助發(fā)送信號(hào)中包含中繼節(jié)點(diǎn)譯碼的源節(jié)點(diǎn)到自身的信道增益值其它節(jié)點(diǎn)偵聽到該幫助發(fā)送信號(hào)后就立刻暫停其倒計(jì)時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)接收到該幫助發(fā)送信號(hào)后，從幫助發(fā)送信號(hào)中提取*^;中繼節(jié)點(diǎn)去掉之前接收信號(hào)的疊加導(dǎo)頻，用中繼節(jié)點(diǎn)所分配的正交疊加導(dǎo)頻序列和沖突數(shù)據(jù)成幀并發(fā)送給接入節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟312 ； 步驟312 :接入節(jié)點(diǎn)接收中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的沖突信號(hào)，并進(jìn)行信道估計(jì)，如果接入節(jié)點(diǎn)收集到的沖突包總數(shù)等于或大于接入節(jié)點(diǎn)譯碼所得信道總數(shù)時(shí)，接入節(jié)點(diǎn)結(jié)合以往接收到的沖突信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的信道狀態(tài)信息還原沖突的源信號(hào)；如果接入節(jié)點(diǎn)成功解析所有沖突信號(hào)，則針對(duì)每一個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別按照源節(jié)點(diǎn)最初接入網(wǎng)絡(luò)的順序發(fā)送一個(gè)成功接收信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)和候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到成功接收信號(hào)后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送周期； 如果接入節(jié)點(diǎn)未成功將所有的源節(jié)點(diǎn)譯碼，并且重新傳送的次數(shù)還沒有到達(dá)最大重新傳送的次數(shù)，則接入節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，候選中繼節(jié)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行選擇和重新傳送； 如果接入節(jié)點(diǎn)在到達(dá)最大重新傳送的次數(shù)時(shí)，只成功譯碼部分源節(jié)點(diǎn)信號(hào)，則接入節(jié)點(diǎn)先按源節(jié)點(diǎn)最初接入網(wǎng)絡(luò)的順序逐一發(fā)送成功接收信號(hào)給成功譯碼數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)，這些 源節(jié)點(diǎn)接收到成功接收信號(hào)后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送過程，接入節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完成功接收信號(hào)后，發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤接收信號(hào)，所有未接收到成功接收信號(hào)的源節(jié)點(diǎn)和候選中繼節(jié)點(diǎn)接收到該錯(cuò)誤接收信號(hào)后，將之前發(fā)送的數(shù)據(jù)包丟棄，然后進(jìn)入新的數(shù)據(jù)包傳送過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)合協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法，包括以下步驟第1步分配正交疊加導(dǎo)頻序列給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次請(qǐng)求接入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，選擇一個(gè)正交疊加導(dǎo)頻序列分配給請(qǐng)求接入的節(jié)點(diǎn)，該正交疊加導(dǎo)頻序列作為節(jié)點(diǎn)的身份識(shí)別和信道估計(jì)；第2步退避接入信道當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時(shí)，偵聽信道當(dāng)偵聽發(fā)現(xiàn)信道的空閑期持續(xù)了一個(gè)分布式幀間的間隔長(zhǎng)度時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)退避；第3步發(fā)送數(shù)據(jù)包對(duì)第二步需要發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，利用協(xié)同網(wǎng)絡(luò)輔助分集的指數(shù)退避多址接入方法發(fā)送數(shù)據(jù)包。該指數(shù)退避多址接入方法具有高吞吐量、高可靠性和高能效，并且具有良好的突發(fā)業(yè)務(wù)處理能力。
文檔編號(hào)H04W74/08GK102665287SQ201210102208
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者楊煒偉, 皮旭榮, 管新榮, 蔡躍明, 魏士博 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)