专利名称：快速协同接入控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及媒质接入控制技术，特别涉及一种快速协同接入控制方法和系统。
背景技术：
接入控制方法或媒质接入控制(MAC)方法解决多个节点或用户如何快速、高效、 公平、可靠地共享信道资源的问题。MAC方法的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等性能指标的优劣。在无线通信中，多径衰落是影响通信质量的重要因素，传统的无线通信通常广泛采用分集技术来减小多径衰落的影响。所谓分集就是指为保证传输质量，发送端采取某种方式通过相互独立的衰落信道传送同一信号的多个副本，由于各路径的衰落相互独立，从而只要合理合并各路径的信号就能保证可靠通信。协作MAC方法便是利用协作分集在物理层提供的优势合理地安排用户共享信道，从而提高网络性能。按照协作的发起方式，协作 MAC方法可以分为发方发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点、收方发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点以及发方发完数据分组后由多个协作节点竞争三类。发方发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点方法一般是由发方发送一个经过修改的请求发送(Request-to-Send，简称RTS)分组来发起协作中继，例如协作请求发送(Cooperative RTS，简称CRTS)分组；CRTS分组中含有一个被选定的协作节点的地址， 而则不用指定协作节点的地址。被选定的协作节点(针对指定协作节点的方法)或成功接收并解码CRTS分组的节点(针对多个协作节点竞争的方法)根据周边邻节点的通信状态以及自身信道条件来判断是否可以通过提供协作中继来提高传输性能(如提高数据传输速率、增加数据传输成功概率等)，如果可以则发送相应分组来确认协作，例如协作清除发送(Cooperative Clear-tolend，简称CCTQ分组；如果不可以则让发方将数据分组直接发送给收方。现有的协作MAC (Cooperative MAC，简称CoopMAC)方法即为一种发方发起后指定协作节点的方法。在该方法中，每个节点各自维护一个协作表，记录有可能作为协作节点的中间节点。协作表的建立与更新通过侦听信道中所有的分组发送来实现。满足
+ ^一的中间节点将被记录在发送节点的协作表中。其中，Rsh是源节点与协作节点
Ksh Khd Ksd
之间的发送速率，Rhd是协作节点与目的节点之间的发送速率，Rsd是源节点与目的节点之间的发送速率。发方在发送数据分组之前，先检查自己的协作表，然后从中选择出一个可以使数据传输时间最短的协作节点(如果这样的节点有多个，则选择最新更新的那个节点)，并向其发送CRTS分组，被选定的协作节点再判断是否可以通过协作中继来提升传输性能，如果可以则发送协作中继(Helper-to-Send，简称HTS)分组确认协作。多速率无线自组织网络的协作MAC方法(也称作CODE方法)则采用发方法发起后另个协作节点竞争的方式来确定最终协作节点进行数据的中继发送。对于CODE方法如果有两个以上协作节点可用，发方选择两个最好的协作节点礼、&，然后发送CRTS1分组，R1, R2收到CRTS1后各自产生新的 CRTS ；根据在协作表的优先级，假设R1质量更好，则R1产生CRT&，R2产生CRT&，CRTS2先于 CRTS3发送，则R1胜出成为最终的协作节点。CoopMAC方法和CODE方法由源节点在所储存的协作表中事先选定协作节点，其中，由于有关协作节点的信息为源节点侦听以前的数据传输过程所获得的，因此为历史记录，一旦所选的协作节点不再满足能够缩短数据传输时间的条件，则放弃协作传输，由发方直接把数据分组传输给收方，所以，这一方法无法适应无线网络中信道状态和拓扑结构的动态变化。收方发起后由多个协作节点竞争或指定协作节点的方法是在收方发送RTS分组， 收方回复CTS分组后，被指定的协作节点发送一个分组进行协作确认或者多个满足条件的协作节点开始竞争协作权。基于IEEE 802. 11分布式协调功能(DCF)的协作MAC(IEEE 802. llDCF-based Cooperative MAC)方法就是收方发起后多个协作节点竞争协作权的方式。在收方回复CTS分组后，协作节点可以根据收到的RTS分组和CTS分组估计出自己到发方和收方的数据传输速率和自己在未来一段时间内的忙闲状况，从而判断出自己能否提供协作。对于能够提供协作的节点发送一个协作指示(Helper-Indication，简称HI)分组， 通知发方和收方自己的协作意愿。然后所有的满足条件的协作节点根据自己协作性能好坏 (即协作的传输速率情况，传输速率越高，协作性能越好)设置一个固定的退避时间，退避时间到后发送一个准备帮助(Ready-to-Help，简称RTH)分组，成功收到RTH分组后，收方回复一个CTR分组，告知发方和协作节点开始进行数据传输。最后发方发送数据分组DATA，协作节点转发DATA分组。该方法虽然可以根据信道的实时状况选择出比较好的协作节点，但是当协作节点较多时，会出现多个最佳的协作节点，因而RTH分组会发生碰撞，需要进行性再次的最佳协作节点选择，如果再次发生碰撞，收方就告知协作节点和发方不进行协作传输而是发送直接发送数据到收方。所以这种协作方法的效率不是很高，冲突分解做得不够完全。同时，采用哪个固定值退避的方法也会使得协作接入不够快速。中继速率自动调整的合作式(Cooperative Relay-Based Auto Rate，简称CRBAR)MAC方法也是收方发起后指定协作节点或由多个协作节点竞争的方法。在此方法中所有可能的协作节点在每个微时隙开始时都以一定的概率P去进行竞争，虽然不同速率等级的节点具有不同的竞争概率，从一定程度上减小了竞争冲突发生的可能性，但在协作节点数目较多的情况下，使用此方法仍然没有从根本上解决这个问题，由不必要的冲突导致协作失败的可能性依然很大。发方发完数据分组后由多个协作节点竞争的方法是在发方向收方发送数据分组后，由收方反馈接收结果。如果接收失败，收方反馈的结果则意味着发起协作。持续复合中继接入(Persistent Relay Carrier Sensing Multiple Access，简称 PRCSMA)MAC 方法即为这样一种采用自动重复请求(Automatic Repeat reQuest，简称ARQ)机制的协作MAC方法。发方首先向收方发送数据分组，收方接收数据分组失败后，发送请求协作(Claim for Cooperation，简称CFC)分组向周围节点反馈这一信息，所有满足条件的节点开始充当中继节点向收方发送数据分组，直至收方可以正确解码该分组。该过程中，所有节点侦听传输过程并保留它所能解码的数据分组。这一方法有效地保证了目的节点接收到数据分组的正确率，不过，由于所有可能的节点都参与协作，没有考虑到数据传输速率的选择问题，因此， 与其它协作MAC方法相比，会有更大的传输时延。综上所述，现有技术的协作MAC方法存在以下技术缺陷其在协作方面考虑得不够全面，存在各自的不足，特别是在协作节点的有效选择和接入转发数据上；当存在多个协作节点时，该多个协作节点在协作竞争中所发送的分组消息经常会发生碰撞和冲突，使得协作接入的效率较低，而且可能会导致协作失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速协同接入控制方法和系统，以解决协作接入效率低的问题，大大减少了节点分组冲突，提高了协作接入的效率。本发明提供一种快速协同接入控制方法，包括备选协作节点根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；所述备选协作节点根据所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组；其中，所述RH分组中包括所述数据传输速率级别的级别标识；收方或者发方确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，且所述最终协作节点的数据传输速率级别最高。本发明提供一种快速协同接入控制系统，包括收方、发方和备选协作节点；备选协作节点，用于根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；并根据所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组，其中，所述RH分组中包括所述数据传输速率级别的级别标识，所述微时隙为由分组传递时间段分成的数个微时隙之一；收方或者发方，用于确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，且所述最终协作节点的数据传输速率级别最高。本发明的快速协同接入控制方法和系统，通过得多个协作节点按照自身的级别在不同的微时隙内发送RH分组，避免了节点之间的冲突，大大提高了协作接入控制的效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明快速协同接入控制方法实施例中的直传方式示意图；图2为本发明快速协同接入控制方法实施例一的时序示意图；图3为本发明快速协同接入控制方法实施例二的时序示意图；图4为本发明快速协同接入控制方法实施例三的时序示意图；图5为本发明快速协同接入控制方法实施例四的时序示意图一；图6为本发明快速协同接入控制方法实施例四的时序示意图二 ；图7为本发明快速协同接入控制方法实施例四的时序示意图三；图8为本发明快速协同接入控制系统实施例的结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的快速协同接入控制方法，该方法可以适用于由发方或收方指定发起协作，使得不同速率的所有可能的协作节点在不同的时间段内竞争，相当于根据可支持的速率大小对这些可能的协作节点进行了分级，优先安排高速率中转的协作节点参与竞争，从而相对于现有技术的多个协作节点同时发起竞争的方式，大大降低了冲突的可能性，提高了最终协作节点的选择效率。下面通过附图和具体实施方式
，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明实施例的快速协同接入控制，可以是在直传未成功的情况下进行的，即当直传成功时，可以采取直传方式，发方先以最高速率等级向收方发送数据，而不需要进行协作传输；而当直传失败时，即收发没有正确接收到数据分组后，才需要进行协作传输，由满足条件的协作节点进行数据的转发。在进行协作节点的选择时，则采用本发明实施例提供的快速协同接入控制方法和系统，相对于现有技术的协作节点的确定方法，可以避免多个节点在竞争时的碰撞冲突，快速确定协作节点，提高协作接入的效率，首先，对采取直传方式发送数据分组的情况进行说明，其中，在数据传输的网络中的每个节点都有唯一的身份号(Identity，简称ID)，并都配有一部半双工无线电台。数据传输信道可以为对称信道，即收发双方S、D之间的链路是双向的且信道质量相同(即由S 发向D的数据传输速率Rsd与由D发向S的数据传输速率Rds相等)。两个分组之间的通常回应时间间隔即分组间隔时间tIP，也即当发方发送某个分组给收方后，通常经过tIP后收方会发回相应回应分组。tIP = tp+tKP+t,t+t。，其中，tp为信号传播的时延，tKP为分组的回应处理时间，、t为收发信机的收发转换时间，t。为其他可能的时间。它要比802. 11中定义的短帧间间隔(SIFS)小一些。图1为本发明快速协同接入控制方法实施例中的直传方式示意图，如图1所示，当发方有数据要发送时，首先监听信道，如果信道空闲则再随机退避监听一段时间，之后若信道仍然空闲，则以基本速率向收方发送CRTS分组。如果收方可以正确接收到CRTS分组，并且从它侦听信道的结果可知其后发方发送数据分组时不会有冲突，则根据信噪比计算出收发双方满足一定误码率要求的可支持的最高数据传输速率，并以基本速率回复携带有该速率信息的CCTS分组。此过程中周围节点通过侦听各类分组，掌握信道状态信息，根据接收到的CRTS分组和CCTS分组的信噪比，可以计算出本次数据传输过程中自身到收发双方的可支持的最高数据传输速率。如果发方成功收到CCTS分组，则按照自适应调整发送速率的方法选择出合适的速率来发送数据(DATA)分组(如果该收发双发第一次传输数据则发方以最高速率向目的节点发送DATA)。其中，发方协作表及自适应调整发送速率的方法如下发方为每个相邻接收节点Di维护表1所示的发方协作表。每一轮数据传输过程结束之前，发方都将从收方Di回复的ACK分组中获知此轮数据传输过程中发方到协作节点的数据传输速率Rsh和协作节点到收方的数据传输速率Rhd的等级Rfehi和Rehdi，并将其记录到协作表中的相应位置。每接收到一次ACK分组，发方就将相应接收节点对应的Rsh和Rhd的等级更新一次。参见如下表1 :表1发方协作表
收方地址D1D2DiDkRSh^Gshl^Gsh2^Gshi^GshkRhd^Ghdl^Ghd2^Ghdi^Ghdk当发方第一次向收方Di发送数据分组时，首先以所在标准下的最高数据传输速率 (Rgi)发送数据分组。在以后再向Di发送数据分组时，查看发方协作表中所记录的信息，自适应地调整发送数据分组的速率。根据Rsh和Rhd的级别&shi、Rehdi的不同，存在如下三种情况如果I^shi比Rehdi低或Rfehi和Rehdi相等，则发方将发送数据分组的速率调整为比Rfehi高一级的速率或所在标准下的最高数据传输速率；如果Rfehi比Rehdi只高一级，则发方下一次发送数据分组的速率等级保持不变，仍为I^shi ；如果I^shi比Rehdi高两级或两级以上，则发方将发送数据分组的速率调整为比I^shi低一级的速率。若收方能够成功接收并解码DATA分组，则回复确认(Acknowledgment，简称ACK) 分组给发方，结束本次的数据发送，否则不回复。若发方以及协作节点在规定的时间内收到ACK分组说明直传成功，不需要进行协作传输，本次数据分组传输结束。如果发方和协作节点在规定的时间内没有收到ACK分组，说明直传失败(不需要通过发方回复否定确认 (Negative ACK，简称NACK)分组以表明直传失败)，需要采取协作传输。此时，协作传输需要确定最佳的协作节点。通过采用发方发完数据分组后由多个协作节点竞争的方法，直传后只要收方不能正确解码数据分组，不回复ACK分组；协作节点在规定的时间内没有收到ACK分组，立即发起协作传输，由满足条件的速率最高的协作节点重传数据分组，即快速进行协作，因此最大限度地保证了数据的高速率传输，从而避免了信道资源的浪费。其中，发方需要先进行数据直传，直传失败后，各个速率等级的协作节点自动启动协作传输，由最高速率等级的协作节点开始；可以由发方或者收方发送控制分组(RI分组和RACK分组等)，控制最佳协作节点的选择过程，并在选择出最佳协作节点后，在RACK分组中指定由哪个协作节点参与协作。该多个节点的竞争选择方式以下将详细说明。首先，确定所有可能的协作节点，该协作节点可以是满足协作条件，并且在直传方式中的在规定的分组间隔时间内没收到ACK分组的节点。具体的，可能的协作节点需要满足以下条件在发方和收方的通信范围内；能正确解码发方发送的数据分组；
+ + Ι;+ (其中，Rsh和Rhd分别为发方到协作节点的数据传输速率和协作节点到收
Ksh 1^hd Ksd
方的数据传输速率，Rsd为收发双方之间可支持的最高数据传输速率)。接着，上述可能的协作节点可以称为备选协作节点，该节点可以通过接收到的邻节点发送分组的信息(如信噪比等)计算出它与邻节点之间满足一定误码率要求的可支持的最高数据传输速率。例如，在收发双方一跳范围内的节点可以通过CRTS、CCTS分组侦听信道状态，确定自己到收发双方的数据传输速率的大小；并可以根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别。该数据传输速率的级别说明如下当两个节点之间可支持的数据传输速率最大时，该速率的级别为第一级，记作1^。随着可支持的数据传输速率的减小，速率的级别依次
为第二级(Rg2)、第三级(Rg3)........第η级(Rcn)。现以IEEE 802. Ila和g标准为例(IEEE
802. Ila和g标准的最高数据传输数率能达到54Mbps)列表说明，表2为IEEE 802. Ila和 g标准中所用的数据传输速率大小及数据传输速率级别表2 IEEE 802. Ila (g)标准中所用的数据传输速率大小及数据传输速率级别
权利要求
1.一种快速协同接入控制方法，其特征在于，包括备选协作节点根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；所述备选协作节点根据所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组；其中，所述RH分组中包括所述数据传输速率级别的级别标识； 收方或者发方确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，且所述最终协作节点的数据传输速率级别最高。
2.根据权利要求1所述的快速协同接入控制方法，其特征在于，所述收方或者发方确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，包括所述收方或者发方在所述微时隙中的数个第一微时隙内收到所述RH分组，并选取所述RH分组中包括的所述级别标识最高的备选协作节点为预选协作节点；若所述预选协作节点发送的RH分组未发生碰撞，则确定所述预选协作节点为最终协作节点；若所述预选协作节点发送的RH分组发生碰撞，则指示所述预选协作节点在数个第二微时隙内随机选择微时隙发送所述RH分组进行竞争，确定首次接收的所述RH分组对应的预选协作节点为最终协作节点。
3.根据权利要求2所述的快速协同接入控制方法，其特征在于，若所述第二微时隙内的RH分组仍旧发生碰撞，则将所述第二微时隙的数目加倍，指示所述预选协作节点再次随机选择微时隙发送所述RH分组进行竞争。
4.根据权利要求2所述的快速协同接入控制方法，其特征在于，在所述指示所述预选协作节点在数个第二微时隙内随机选择微时隙发送所述RH分组进行竞争，之前还包括当所述预选协作节点发送的RH分组发生碰撞时，根据所述预选协作节点的个数确定所述第二微时隙的个数。
5.根据权利要求2所述的快速协同接入控制方法，其特征在于，还包括若所述收方或者发方在所述数个第一微时隙内均未收到所述RH分组，则所述发方降低数据发送速率等级重新发送数据分组给收方，重复直至在所述数个第一微时隙内接收到所述RH分组；若不满足协作条件时仍未收到所述RH分组，则开始直传。
6.一种快速协同接入控制系统，其特征在于，包括收方、发方和备选协作节点；所述备选协作节点，用于根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；并根据所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组，其中，所述RH分组中包括所述数据传输速率级别的级别标识，所述微时隙为由分组传递时间段分成的数个微时隙之一；所述收方或者发方，用于确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，且所述最终协作节点的数据传输速率级别最高。
7.根据权利要求6所述的快速协同接入控制系统，其特征在于，所述收方或者发方包括预选模块，用于在由分组传递时间段分成的数个第一微时隙内收到所述RH分组，并选取所述RH分组中包括的所述级别标识最高的备选协作节点为预选协作节点；竞争模块，用于若所述预选协作节点发送的RH分组未发生碰撞，则确定所述预选协作节点为最终协作节点；若所述预选协作节点发送的RH分组发生碰撞，则指示所述预选协作节点在数个第二微时隙内随机选择微时隙发送所述RH分组进行竞争，确定首次接收的所述RH分组对应的预选协作节点为最终协作节点。
8.根据权利要求7所述的快速协同接入控制系统，其特征在于，所述竞争模块，还用于若所述第二微时隙内的RH分组仍旧发生碰撞，则将所述第二微时隙的数目加倍，指示所述预选协作节点再次随机选择微时隙发送所述RH分组进行竞争。
9.根据权利要求6所述的快速协同接入控制系统，其特征在于，所述发方还包括 降级模块，用于若所述收方或者发方在所述数个第一微时隙内均未收到所述RH分组，则所述发方降低数据发送速率等级重新发送数据分组给收方；直传模块，若不满足协作条件时仍未收到所述RH分组，则开始直传。
10.根据权利要求6所述的快速协同接入控制系统，其特征在于，所述备选协作节点包括计算模块，用于根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；发送模块，用于根据所述计算模块得到的所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组。
全文摘要
本发明提供一种快速协同接入控制方法和系统，其中方法包括备选协作节点根据自身到收方支持的最高数据传输速率得到自身的数据传输速率级别；备选协作节点根据所述数据传输速率级别，分别在与所述数据传输速率级别相对应的微时隙内发送RH分组；其中，RH分组中包括所述数据传输速率级别的级别标识；收方或者发方确定首次接收到的发送所述RH分组成功的备选协作节点为最终协作节点，且所述最终协作节点的数据传输速率级别最高。本发明的快速协同接入控制方法和系统，通过多个协作节点按照自身的级别在不同的微时隙内发送RH分组，避免了节点之间的冲突，大大提高了协作接入控制的效率。
文档编号H04L1/16GK102378390SQ201110312759
公开日2012年3月14日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者刘凯, 刘锋, 徐桢, 李亚燕 申请人:北京航空航天大学