[发明专利]一种适用于超宽带的无线接入控制与时隙分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种适用于超宽带高速数据传输的基于位置信息的无线接入控制与时隙分配方法；

背景技术

超宽带（Ultra Wideband,UWB）系统使用持续时间极短的脉冲传输信息，功耗小，带宽宽且具有很强的抗多径衰落能力，可以实现高速数据传输；由于功率谱密度非常低，几乎被湮没在各种电磁干扰和噪声中，具有隐蔽性好、低截获率、保密性好等非常突出的优点，能很好的满足现代通信系统对安全性的要求；UWB技术所拥有的这些独特优势使其成为室内密集多径环境条件下高速大容量无线个域网系统的最佳解决方式；

由于无线网络中频谱资源有限，传输速率和网络容量受到限制，同时信道衰落也会带来一些通信问题；因此，在UWB网络中，控制信道访问的媒体接入控制方式（MAC）决定着无线信道的接入使用方式，负责为节点分配无线信道资源，对信道的利用率、网络吞吐量、网络时延等网络性能有重要影响；因此，合理设计媒体接入控制方式，根据网络业务特性有效地配置信道资源，可以提高无线资源的使用效率；

基于分布式接入控制的ECMA-368标准MAC以及IEEE802.15.3的MAC协议均可应用在UWB系统中，但并不能很好地适合于高速无线个域网；针对ECMA-368或者IEEE802.15.3标准的改进很多，都没能很好地利用脉冲UWB的物理层特性；

时分多址方式被证明适合于超宽带高速数据传输，在一定条件下同一个时隙是可以容纳多条数据链路的，同时脉冲信号的低占空比和跳时码使得不同链路之间的干扰非常低，进一步增加了网络在同一个时隙里所容纳数据链路的数量；

目前针对超宽带资源分配调度的研究，多集中在最大化吞吐量的目标上，通过信干噪比门限来判断链路干扰状况，使每一个时隙容纳的链路尽可能多；但是这类方法存在不足：没有根据传输的数据量来灵活分配时隙，比如一个时隙容纳了多条链路，当有链路完成时，各链路干扰情况变化，而时隙分配如果不变就造成了浪费；同时，这些算法多采用分布式计算，复杂度高，反而增加了节点功耗，而且过多的交互信息降低了系统的有效性；

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中所描述的目前高速UWB网络中现有的接入控制与信道资源分配方法中存在的不足，提出一种适用于UWB高速数据传输的基于位置信息的无线接入控制和时隙分配方法；

本发明的技术方案如下：

根据电源信息选择中心控制器。本发明的时隙分配算法是由中心控制器计算，因此在选择中心控制器时，需要加入电源信息（区分功耗敏感节点以及有源节点）。节点开始工作后，其中任意一节点发送扫描脉冲扫描周围的其他节点，接收到该扫描信号的节点反馈一个应答帧，应答帧包含该节点是否接有电源以及能耗信息。为了避免冲突，反馈应答帧时采用随机退避策略，接收到扫描脉冲的节点随机退避一定时间（纳秒级）后发送应答帧，发送扫描脉冲的节点收到应答帧后，选举出能耗不敏感的节点作为中心控制器并发送通知信息。中心控制器广播一个信标帧同步其他节点，定期更新网络信息，并利用超宽带良好的测距定位功能获知各节点位置信息。

当有数据链路请求时，信源节点向中心控制器发送请求发送（Request To Send,RTS）帧，中心控制器存储传输数据需求信息、位置信息，并向接收节点转发RTS帧，接收节点回复清除发送（Clear To Send,CTS）帧给中心控制器，中心控制器获得接收节点存储空间、位置等信息。中心控制器通过间接握手协议过程确认两个节点的位置信息及需要传输的数据量。

时隙分配计算：基于复用的思想使一个时隙可以容纳多条数据链路，根据每条链路需要传输的数据量以及链路相互干扰情况，采用近距优先迭代算法为每条数据链路分配时隙，使得在满足需要传输的数据量的情况下时隙被充分利用，时延最小。

1）要获得尽量小的延迟，速率要达到最大可传速率，功率控制能减小功耗但是对吞吐量影响甚小，因此不需要功率控制调节速率在区间内取值，可以假设发送节点要么不发送数据，要么以最大发射功率发送。

2）无论哪种UWB系统，信干噪比的计算与信道模型无关。研究发现，超宽带有一个特性，高带宽时速率和信干噪比（SINR）成线性关系，信干噪比较低时，通过编码和调制方式使数据速率适应信道比特误码率，可以成功传输。为了在每一个单位时隙中尽可能获得高的吞吐量，采取近距优先迭代的方法，传输距离短的链路优先进行共用时隙判断，满足条件就将该时隙分配给此链路，继续对下一个较长距离的链路进行判断。