[发明专利]一种链路QoS限制下的MIMO MAC接入协议

说明书

技术领域

本发明设计一种跨层的基于链路QoS的流控制媒体接入协议SCMA/QA，可以兼顾两跳之内的目的节点、中继节点以及可能并发通信节点的QoS需求。

背景技术

无线局域网技术近年来得到了飞速发展，人们对其吞吐量的要求也越来越高，多输入多输出(MIMO)技术的出现可以在多径传输环境中通过多个空间信道来实现很高的频谱利用率，同时不会产生额外的带宽需求，较好地解决了人们对带宽需求量的这个问题。

但是传统的无线局域网标准(IEEE 802.11b/g)媒体接入控制(MAC)协议是工作在单天线的情况下，即使目前最新的IEEE 802.11n 根据MIMO进行了MAC的增强，但是仍然不能很好地适应MIMO环境，所以设计和优化MIMO环境下的MAC协议成为是否能发挥MIMO分集增益和复用增益的关键。

目前，解决MIMO环境下的动态地址分配技术有以下几种：一、SD(Spatial Diversity)-MAC，该方案利用了MIMO系统的空间分集增益技术。SD-MAC协议是以IEEE 802.11协议中分布式协调功能(DCF)的请求发送/允许发送(RTS/CTS)机制为基础的。尽管SD-MAC方案利用了MIMO系统的空间分集技术，但是SD-MAC方案仍然无法实现复用增益。二、MIMO下的MAC协议，分别是集中式SCMA(Stream Control Multiple Access)和分布式SCMA。三、将物理层(PHY)的MIMO和IEEE 802.11e MAC综合考虑，并将这个问题建模为网络利用率最大化问题。通过跨层设计将IEEE 802.11e MAC层的最小竞争窗(CW)和MIMO中的复用增益进行整体考虑。不过该文只局限于基于中心汇集点的网络工作拓扑，并没有考虑分布式的多跳Mesh网络环境。

发明内容

为了克服上述现有协议的不足，本发明提供了一种跨层的SCMA/QA(QoS Awareness)协议，该协议充分考虑了每个链路中不同流的信道状态，建立了一个基于流的信道状态离散马尔科夫链模型，并融合考虑了每条链路的QoS需求，将MIMO下QoS的链路调度问题归结为一个最优化问题，并通过卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker，KKT)条件得到最优解。最后数值分析了SCMA/QA协议的有效性。

本发明所提出的协议方案描述是：

修改RTS/CTS即Broadcast RTS  (BRTS) /CTS进行链路QoS信息的交换。过程如下：

(1)发送节点首先向两跳范围之内的所有节点发送BRTS，里面包含所有可能的接收节点的地址列表，传输此控制帧采用的是K条流中的一条。

(2)距离发送节点两跳范围内的节点在接收到BRTS之后，将对地址进行判断，如果其地址在地址列表中，将根据自己所在地址列表中的位置，计算发送CTS的时隙，并且将整个链路所需的QoS 因子                                                以捎带负载的形式返回给发送节点，并且定义此条链路的QoS权重为；如果接收节点未发现其地址在地址列表中，将丢弃此控制报文。

(3)发送节点将接收到的所有链路的权重按照式(7)进行最优化计算，最后将计算出来的最大值所对应的链路作为通信链路，并确定其采用的流的数目。

(4)确定节点之间的通信链路之后，进入数据传输节点，规定在每次可以同时传输2个报文，这样与一次传输一个报文相比，可以进一步提高系统的吞吐量。

(5)节点完成数据交换之后，进入到信道空闲时隙，在此阶段，所有节点按照式(8)完成其链路QoS因子以及QoS权重的更新。

附图说明

图1为MIMO链路

图2为MIMO网络拓扑图

图3为基于流的通信链路说明

图4基于流的信道状态离散马尔科夫链模型。

具体实施方式

参照图1～5，SCMA/QA协议的最优调度策略：

基于流的信道状态离散马尔科夫链的分析中，调度策略是一个关键问题，调度策略的好坏将会直接影响吞吐量的大小以及节点之间通信的公平性问题。最优调度策略的目的是寻找最优的链路和对应链路通信的流数目。