[发明专利]一种基于并行协作的分布式多信道多址接入方法

摘要

本发明提供了一种基于并行协作的分布式多信道多址接入方法，涉及通信技术领域，本发明主要控制握手过程和数据传输过程，控制握手过程节点在公共控制信道上按照分布式协调功能机制竞争成功后，源节点与目的节点在控制信道交互控制信息，完成数据处理，数据传输过程收发节点及协作节点在所协商好的数据信道上，根据协作策略完成数据分组的传输，由于网络中的收发节点仅需要一套收发信机，实现简单，由于采用了协作传输，使得每个TXOP中传输的数据分组个数增多，大幅度提高了网络吞吐量，并降低了平均分组时延，本发明采用分布式的工作方式，无须中心控制节点及全网时同步。

主权项

1.一种基于并行协作的分布式多信道多址接入方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：当源节点S有数据分组需要发送时，源节点S在控制信道上按照IEEE 802.11分布式协调功能DCF(Distributed Coordination Function)进行二进制指数退避，当退避完成后，源节点在控制信道CH(Control Channel)上发送协作请求发送CRTS(Cooperation‑Request‑to‑Send)帧，其中CRTS帧格式添加2个字节的信道控制字段，用于指示数据信道1～16的空闲与否的信息，之后转入步骤2，否则停留在步骤1中继续竞争；步骤2：网络中所有的潜在协作节点r_i接收到CRTS之后，其中，1≤i≤M，通过计算收到CRTS帧的信干噪比SINR(Signal and Interference to Noise Ratio)，进而通过查表获得自己与源节点之间的无线链路所能使用的最大调制与编码方式(Modulation and Coding Scheme)以及对应的数据传输速率其中数据传输速率的单位为比特/秒，当目的节点D收到CRTS之后，计算SINR并获得自己与源节点之间的无线链路所能使用的最大调制与编码方式MCS_d以及对应的数据直传速率R_d，之后转入步骤3；步骤3：在接收到CRTS帧后并间隔时长为短帧间间隔SIFS(Short Inter‑frame Space)后，目的节点D回复协作允许发送CCTS(Cooperation‑Clear‑To‑Send)帧，其中CCTS帧格式添加3个字节的信道控制字段，其中2个字节用于指示公共数据信道字段，即源节点S和目的节点D之间的两个公共可用数据信道，剩余的1个字节用于指示收发节点之间直传链路可以使用的最大数据传输速率R_d，当网络中潜在的协作节点r_i接收到CCTS之后，根据CCTS帧的SINR获知协作节点，与目的节点D之间的无线链路所能使用的最大调制与编码方式以及对应的数据速率r_i根据所得到的和分别计算采用串行协作与并行协作情况下的平均数据速率可表示为：和其中是当采用“串行协作策略SC(Serial‑Coop)”所能获得的平均数据传输速率，而是当采用“并行协作策略PC(Parallel‑Coop)”所能获得的平均数据传输速率，R_sr是源节点与协作节点之间可获得的最大速率；R_rd是协作节点与目的节点之间可获得的最大速率，潜在的协作节点r_i结合所收到的CRTS和CCTS中的数据信道信息，读取CRTS和CCTS帧中包含的可用数据信道，根据自己的可用信道列表ACL选公共的可用数据信道，协商出源节点S、目的节点D以及协作节点r_i之间的公共可用数据信道，即协作节点结合自己的可用信道列表ACL取交集，即可得到源节点S、目的节点D和协作节点三者公共的可用数据信道，若源节点S在SIFS时间内收到CCTS分组，则转入步骤4，否则返回步骤1中重新竞争；步骤4：潜在的协作节点r_i计算可以获得的等效速率其中，为采用平均数据速率的情况下，在一个TXOP时间内可以传输的数据分组个数，T_txop表示一个传输机会TXOP(Transmission Opportunity)时间的长度，表示通过协作节点r_i传输Data分组所需要的时间，SIFS表示短帧间间隔的时长，表示通过协作节点r_i传输ACK分组所需要的时间，表示单位时间内可以发起的数据传输的平均次数，L[P]表示平均分组大小，表示一次成功选择出最佳协作节点的控制握手时长，包括CRTS、CCTS和HTS帧的交互，而表示数据传输所需时长且等于一个TXOP的时长，即潜在的协作节点根据各自的以及当前的公共可用数据信道个数L来动态地选择协作传输策略：若满足条件则所选择的是串行协作SC(Serial‑Coop)策略，若满足条件则选择的是并行协作PC(Parallel‑Coop)策略，其中指的是采用串行协作策略时的等效速率，指的是不采用协作传输时的等效速率，指的是采用并行协作策略时的等效速率，L是当前的可用数据信道个数；若潜在的协作节点有机会参与协作传输，即可以选择SC或PC协作策略，则备选的协作节点rj转入步骤5开始竞争，其中，1≤j≤M，否则协作节点保持侦听，不参与竞争；步骤5：满足步骤4中的条件或的协作节点为备选的协作节点，备选的协作节点r_j根据步骤4所选择的协作传输策略，计算不同备选协作节点r_j的退避值进而在时段W内依据退避值进行数值退避，若退避计数器减为0，则备选的协作节点r_j发送协作准备发送HTS(Helper‑ready‑To‑Send)帧，HTS帧格式添加发送地址域和3个字节的信道控制字段，其中2个字节用于指示公共数据信道字段，即源节点S和目的节点D之间的两个公共可用数据信道，剩余的1个字节用于指示本次数据传输过程所采用的协作传输策略一旦其他协作节点检测到W时段内信道变忙，则立即停止退避，之后转入步骤6；步骤6：若源节点S收到HTS帧，则将发送该HTS帧的协作节点作为本次的协作节点，并提取出HTS帧中所携带的数据信道编号以及所要使用的协作策略，在SIFS时间间隔之后转入步骤7；若源节点在W时段内没有收到HTS帧，则根据收到的CCTS帧选取一个公共的数据信道，并选择采用直传方式进行本次数据传输，之后转入步骤7；步骤7：源节点在控制信道上发送协作预留CRES(Cooperation‑Reservation)帧，CRES帧格式添加4个字节的信道控制字段，其中1个字节用于指示本次数据传输过程所采用的协作传输策略，2个字节用于指示所选择的数据信道编号，剩余的1个字节用于指示所选择的协作节点编号，同时，源节点在所协商的数据信道上，采用步骤4所选择的协作传输策略，在TXOP内发送Data分组并等待ACK(Acknowledgement)确认，当协作节点收到该CRES帧的协作节点域，通过解析CRES中携带的协作节点，若协作节点域的值与协作节点的序号相同，则获取CRES帧的数据信道和协作策略信息，然后在相应的数据信道上参与数据分组的协作传输，否则该协作节点在控制信道上保持侦听，当目的节点D在收到来自源节点的CRES后，经过SIFS时间后也在控制信道上再次广播CRES帧，当收发双方完成TXOP内的数据传输后，返回步骤1。