专利名称：一种认知mac协议的实现方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种认知MAC (Media Access Control,硬件地址)协议的实现方法。
背景技术：
通讯设备数量的飞速增长给有限的频谱资源的分配带来了巨大压力。另ー方面，传统的固定频谱分配方式导致频谱利用率低下，频谱浪费严重。如何提高频谱利用率以满足日益增长的频谱需求已成为当前迫切需要解决的问题。认知无线电技木通过允许不同的用户动态共享空闲频谱资源，能够有效地解决频谱资源紧缺的问题。
在认知系统中存在着两种用户，分别是授权用户和认知用户。认知用户通过频谱感知确定当前时刻没有被授权用户使用的频谱并接入，一旦感知到授权用户在空闲频谱上再次出现则及时退出以免对授权用户的通信造成干扰。因此，认知用户在接入空闲频谱之前必须先通过频谱感知确定空闲频谱，并且与目标认知用户交换控制信息，协商双方都能够使用的空闲频谱，利用空闲频谱进行数据传输。认知用户交换控制信息进行频谱协商过程中遵循MAC协议。当前，认知Ad Hoc网络的MAC协议设计已经成为ー个研究热点。喻明皓和黄联芬在《认知无线Mesh网的多信道MAC协议》中提出一种基于认知无线Mesh网的多信道MAC协议。所有认知用户先同时进行频谱感知确定空闲信道，然后竞争接入控制信道交换控制信息并完成数据传输后，再同时进行频谱感知。两次频谱感知之间的时间为ー个感知周期，其长度是固定的。该协议要求所有认知用户每隔一段固定时间同时对所有授权信道进行感知，频谱感知带来的能量开销较大并且制约了认知用户频谱感知的灵活性。Qianchuan Znao, Geirnofer, S. , Lang Tong, Sadler, B. Μ.在〈〈OpportunisticSpectrum Access via Periodic Channel Sensing》中提出了一个周期信道感知和接入策略，认知用户以可用信道数量个时隙为周期进行感知并根据感知结果进行频谱协商。由于该方案中认知用户在感知信道的时候不能接入控制信道，所以周期感知策略降低了认知系统的吞吐量。魏飞在《基于跳预约多址接入的认知无线电MAC协议》中提出一种基于跳预约多址接入的认知无线电MAC协议，在协议中每个超帧被划分为多个时隙，每个时隙对应着一条信道，所有认知用户在每个时隙开始时跳到对应的信道上进行感知并交换信道状态控制信息和预约信道。由于认知用户在传输数据之前必须交換大量的控制信息，因此数据传输时间受到很大的制约，数据信道的利用率不高。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种认知MAC协议的实现方法，以减少认知用户在感知信道过程的能量开销，延长认知用户的工作时间。(ニ)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种认知MAC协议的实现方法，其包括步骤A :源认知用户在需要发送数据时，向目的认知用户发送包含源认知用户的候选感知信道列表SCLa的感知请求消息RTS ；B 目的认知用户接收所述消息RTS后，结合自身的候选感知信道列表SCLb，确定感知信道集合Ω ；C :目的认知用户向源认知用户发送包含所述集合Ω的感知确认消息CTS;同吋，目的认知用户对所述集合Ω中的数据信道进行感知，记录目的空闲数据信道的集合CCLb, 然后向源认知用户发送包含所述集合CCLb的感知结果消息SRR ；D :源认知用户首先接收所述消息CTS，对所述集合Ω中的数据信道进行感知，记录源空闲数据信道的集合CCLa ;接着，源认知用户接收所述消息SRR，根据所述集合CCLb和所述集合CCLa确定预留数据信道集合RCL和源数据信道预留时间Tskes DQI ;然后，源认知用户广播包含所述集合RCL和所述时间Tskes DQI的源节点数据信道预留消息SRES ；E :目的认知用户接收所述消息SRES后，确定目的数据信道预留时间Tdkes DQI，然后广播包含所述集合RCL和所述时间Tdkes 的目的节点数据信道预留消息DRES，同时把数据收发器调整到所述集合RCL中的数据信道上，用于准备接收源认知用户的数据。优选地，所述步骤A具体包括步骤Al :源认知用户在需要发送数据时，首先判断自身的候选感知信道列表SCLa中是否存在当前时刻未被相邻认知用户使用的数据信道，如果是，执行步骤A2 ;否则，源认知用户不竞争接入控制信道，结束流程；A2 :源认知用户竞争接入所述控制信道，并通过所述控制信道向目的认知用户发送包含所述列表SCLa的感知请求消息RTS。优选地,所述步骤B具体包括BI 目的认知用户接收所述消息RTS后，结合自身的候选感知信道列表SCLb,计算得到感知信道集合Ω，判断所述集合Ω是否为空，如果为空，目的认知用户停止向源认知用户回复消息，执行步骤B2 ;否则，执行步骤C ;B2 :源认知用户在预定时间后未收到目的认知用户的回复消息，则广播第一 NULL消息通知相邻认知用户感知信道预留失败，并退出对控制信道的占用，结束流程。优选地，所述集合Ω的计算公式如下Ω = SCLa H SCLb。优选地，所述预定时间T’的计算公式如下T，=Tsifs+Tcts+2 τ ；其中，Tsifs为802. 11CSMA/CA信道访问机制中ー个SIFS间隔的时间长度；TCTS为目的认知用户向源认知用户发送所述消息CTS的时间长度；τ为物理传输时延。优选地,所述步骤C具体包括步骤Cl :目的认知用户向源认知用户发送包含所述集合Ω的感知确认消息CTS ;同吋，目的认知用户对所述集合Ω中的数据信道进行感知，记录目的空闲数据信道的集合CCLb,判断所述集合CCLb是否为空，如果为空，执行步骤C2 ;否则，向源认知用户发送包含所述集合CCLb的感知结果消息SRR ；C2 目的认知用户广播第二 NULL消息通知相邻认知用户候选数据信道预留失败，并退出对控制信道的占用；C3 :源认知用户接收到所述第二NULL消息，广播第三NULL消息通知相邻认知用户候选数据信道预留失败，退出对控制信道的占用，结束流程。优选地,所述步骤D具体包括步骤Dl :源认知用户首先接收所述消息CTS，对所述集合Ω中的数据信道进行感知，记录源空闲数据信道的集合CCLa ；D2 :接着，源认知用户接收所述消息SRR，根据所述集合CCLb和所述集合CCLa确定预留数据信道集合；
D3 :判断所述集合RCL是否为空，如果不为空，则源认知用户确定源数据信道预留时间TSKES—ra，然后广播包含所述集合RCL和所述时间Tskes DQI的源节点数据信道预留消息SRES ;否则，执行步骤D4 ；D4 :源认知用户广播第四NULL消息通知相邻认知用户数据信道预留失败，退出对控制信道的占用；D5 目的认知用户接收到所述第四NULL消息，广播第五NULL消息通知相邻认知用户数据信道预留失败，退出对控制信道的占用，结束流程。优选地，所述步骤D3中，所述时间Tskes DQI的计算公式如下
权利要求
1.一种认知MAC协议的实现方法，其特征在于，包括步骤 A :源认知用户在需要发送数据时，向目的认知用户发送包含源认知用户的候选感知信道列表SCLa的感知请求消息RTS ； B 目的认知用户接收所述消息RTS后，结合自身的候选感知信道列表SCLb，确定感知信道集合Q ; C :目的认知用户向源认知用户发送包含所述集合Q的感知确认消息CTS ;同时，目的认知用户对所述集合Q中的数据信道进行感知，记录目的空闲数据信道的集合CCLb，然后向源认知用户发送包含所述集合CCLb的感知结果消息SRR ； D :源认知用户首先接收所述消息CTS，对所述集合Q中的数据信道进行感知，记录源空闲数据信道的集合CCLa ;接着，源认知用户接收所述消息SRR，根据所述集合CCLb和所述集合CCLa确定预留数据信道集合RCL和源数据信道预留时间Tskes DQI ;然后，源认知用户广播包含所述集合RCL和所述时间Tskes 的源节点数据信道预留消息SRES ； E 目的认知用户接收所述消息SRES后，确定目的数据信道预留时间Tdkes ra，然后广播包含所述集合RCL和所述时间Tdkes 的目的节点数据信道预留消息DRES，同时把数据收发器调整到所述集合RCL中的数据信道上，用于准备接收源认知用户的数据。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括步骤 Al :源认知用户在需要发送数据时，首先判断自身的候选感知信道列表SCLa中是否存在当前时刻未被相邻认知用户使用的数据信道，如果是，执行步骤A2 ;否则，源认知用户不竞争接入控制信道，结束流程； A2 :源认知用户竞争接入所述控制信道，并通过所述控制信道向目的认知用户发送包含所述列表SCLa的感知请求消息RTS。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括 BI 目的认知用户接收所述消息RTS后，结合自身的候选感知信道列表SCLb,计算得到感知信道集合Q，判断所述集合Q是否为空，如果为空，目的认知用户停止向源认知用户回复消息，执行步骤B2 ;否则，执行步骤C ; B2 :源认知用户在预定时间后未收到目的认知用户的回复消息，则广播第一 NULL消息通知相邻认知用户感知信道预留失败，并退出对控制信道的占用，结束流程。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述集合Q的计算公式如下Q = SCLa n SCLb。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定时间T’的计算公式如下 T _Tsifs+Tcts+2 t ； 其中，Tsifs为802. 11CSMA/CA信道访问机制中一个SIFS间隔的时间长度；TCTS为目的认知用户向源认知用户发送所述消息CTS的时间长度；T为物理传输时延。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括步骤 Cl :目的认知用户向源认知用户发送包含所述集合Q的感知确认消息CTS;同时，目的认知用户对所述集合Q中的数据信道进行感知，记录目的空闲数据信道的集合CCLb，判 断所述集合CCLb是否为空，如果为空，执行步骤C2 ;否则，向源认知用户发送包含所述集合CCLb的感知结果消息SRR ； C2 目的认知用户广播第二 NULL消息通知相邻认知用户候选数据信道预留失败，并退出对控制信道的占用； C3 :源认知用户接收到所述第二 NULL消息，广播第三NULL消息通知相邻认知用户候选数据信道预留失败，退出对控制信道的占用，结束流程。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体包括步骤 Dl :源认知用户首先接收所述消息CTS，对所述集合Q中的数据信道进行感知，记录源空闲数据信道的集合CCLa; D2 :接着，源认知用户接收所述消息SRR，根据所述集合CCLb和所述集合CCLa确定预留数据信道集合； D3 :判断所述集合RCL是否为空，如果不为空，则源认知用户确定源数据信道预留时间 TSKES—Dai，然后广播包含所述集合RCL和所述时间Tskes 的源节点数据信道预留消息SRES ；否则，执行步骤D4; D4 :源认知用户广播第四NULL消息通知相邻认知用户数据信道预留失败，退出对控制信道的占用； D5 :目的认知用户接收到所述第四NULL消息，广播第五NULL消息通知相邻认知用户数据信道预留失败，退出对控制信道的占用，结束流程。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤D3中，所述时间Tskes的计算公式如下
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤E之后还包括步骤 F :源认知用户通过所述集合RCL中的数据信道向目的认知用户发送所述数据； G :目的认知用户接收所述数据，然后返回数据确认消息ACK。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤A至E执行过程中，源认知用户和目的认知用户之外的非相关认知用户执行下列动作 当非相关认知用户接收到所述消息RTS后，禁止接入所述控制信道； 当非相关认知用户接收到所述消息CTS后，禁止接入所述控制信道； 当非相关认知用户接收到所述消息SRES或所述消息DRES时，则认为所述控制信道空闲，允许竞争接入所述控制信道；同时，非相关认知用户根据所述消息SRES或所述消息DRES,更新自身的相邻认知用户使用信道列表NCL，并且认为所述集合RCL中的数据信道在相应的退避时间内被预留或者使用。
全文摘要
本发明公开了一种认知MAC协议的实现方法，涉及无线通信技术领域。所述方法包括源认知用户向目的认知用户发送感知请求消息RTS；目的认知用户确定感知信道集合Ω，向源认知用户发送确认消息CTS；同时，目的认知用户对集合Ω中的数据信道进行感知，然后向源认知用户发送感知结果消息SRR；源认知用户首先接收消息CTS，对集合Ω中的数据信道进行感知，记录源空闲数据信道的集合CCLA；接着，源认知用户接收消息SRR，广播源节点数据信道预留消息SRES；目的认知用户接收消息SRES后，广播目的节点数据信道预留消息DRES，同时把数据收发器调整到集合RCL中的数据信道上。所述方法，显著降低了认知用户感知信道的能量开销。
文档编号H04W74/00GK102761879SQ20121021266
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者何志峰, 刘宁宁, 宋梅, 张勇, 滕颖蕾, 满毅, 王莉, 苑金辉, 马跃, 魏翼飞 申请人:北京邮电大学