基于协作通信的无线局域网介质访问控制层协议的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线局域网领域，尤其是协作通信的MAC协议。
【背景技术】
[0002] 无线局域网（WLAN)是采用无线传输媒体的计算机通信网络。1997年6月，IEEE 发布802. 11标准，作为国际网络互连协议。标准的制定以及工业，科学和医学机构使用的 公共频段（ISM频段）的开放进一步推动了 WLAN的迅速发展，得到了广泛的应用。但是无 线局域网采用无线电波传输信息引起的衰落和多径效应是阻碍信道容量增加和服务质量 改善的主要原因之一。
[0003] 协作通信由 A. Sendonaris 等人在文献 "User Cooperation Diversity, Part I: System description [J] · IEEE Trans. onCommun, 2003, 51 (11) : 1927-1938" 中提出的协 作通信算法得到了巨大的关注，并逐渐成为了目前发展最快的研宄领域之一，其核心思想 是利用在一个网络的多个节点之间进行资源共享，在无线网络中通过利用邻居节点的天线 来协作源节点进行数据的传输，从而提高系统吞吐量和降低端到端的延时。传统的无线局 域网MAC层协议采用由国际电机电子工程学会（IEEE)所定义的无线网络通信的标准（IEEE 802. 11MAC)，其主要的关注点是解决暴露终端和隐藏终端的问题，但是并没有考虑在源和 目的节点通信过程中邻居节点的参与活动。
[0004] 同时，最早由 R Ahlswede 等人在文献"Network Information Flow. IEEE Transactions on Information Theory, IT-4646 (4) :1204 - 1216" 中提出的网络编码技术 是近年来通信研宄领域中的一项重要突破，为改善无线通信协议的传输效率提供了新的技 术途径。网络编码技术在传统"存储转发"的信息传输模式基础上增加了编码环节，通过允 许网络中间节点对输入信息实施先编码后发送的处理策略，使传统的信息传输方式转变为 "存储-编码-转发"的新方式。研宄表明，网络编码在提高网络吞吐量、改善负载均衡、减 小传输延迟、节省节点能耗、增强网络鲁棒性等方面均显示出其独特的优越性，但网络编码 对物理硬件的要求较高，需要有较高的运算能力预计较快的数字处理能力。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有协作通信协议中接入机制设计复杂度高、过多控制帧的引入、与现 有的802. IlMAC协议的兼容性低的问题，本发明主要完成了对基于网络编码的协作通信 MAC协议的设计工作，整个协议所涉及的机制包括：网络编码机制、帧格式设计以及基于竞 争的类分布式协调功能的信道接入机制。
[0006] 一、网络编码机制
[0007] 协作通信MAC(NCC-MC)协议采用了随机线性网络编码来提高自身网络性能，一 帧的有效数据载荷被划分成了 N个子部分，N是在网络编码中将数据帧被划分的数目，假设 有效载荷的总长为L比特，因此每个子部分的长度I = L/N比特，原始的数据表示为D = [(I1, d2,…，dN]T，其中dn(n = 1，2,…，N)是第η个子部分，T表不矩阵转置；
[0008] 发送节点，包括源节点或帮助节点，首先随机产生一个NXN阶的系数矩阵C，C = [Cl，C2，…，cN]T，N即数据载荷被划分的子部分数目，其中C n= [c nl，cn2，…，C1J是被称为系 数向量的IXN行向量，表示在一次对N个子部分编码的系数向量，N个系数向量彼此之间 线性无关，数据帧可以被编码成以下形式：
[0009]
【主权项】
1. 一种基于协作通信的无线局域网介质访问控制层协议的方法，其特征在于包括下述 步骤： 一、 网络编码机制 协作通信MAC(NCC-MAC)协议采用了随机线性网络编码来提高自身网络性能，一帧 的有效数据载荷被划分成了N个子部分，N是在网络编码中将数据帧被划分的数目，假设 有效载荷的总长为L比特，因此每个子部分的长度1 =L/N比特，原始的数据表示为D= [屯，d2，…，dN]T，其中dn(n= 1，2,…，N)是第n个子部分，T表不矩阵转置； 发送节点，包括源节点或帮助节点，首先随机产生一个NXN阶的系数矩阵C，C= [Cl，c2，…，cN]T，N即数据载荷被划分的子部分数目，其中cn=[cnl，cn2，…，CnN]是被称为系 数向量的1XN行向量，表示在一次对N个子部分编码的系数向量，N个系数向量彼此之间 线性无关，数据帧可以被编码成以下形式：
其中，D'表示已编码的数据载荷，D是原始有效数据载荷，dn'是第n个已编码的子部 分，由于dn'与系数向量cn -一对应，因此（dn'，cn)为一个已编码对； 由于系数矩阵C不是唯一，且数据可以被其他的系数矩阵进行编码，因此，只要接收端 收集齐N个已编码对，而且N个已编码对之间的系数向量线性不相关，即系数矩阵的秩达到 N，接收端即可正确解码出原始数据，即： D= (T1 ?D， (2) 其中r1表示c的逆矩阵； 解码所需要的N个不相关的子部分意味着原始数据的解码过程不依赖于特定的某一 个系数矩阵或者是已编码的子部分，从而使得所需的这N个不相关的子部分并不一定需要 来自于同一个发送节点，接收节点可以分别从源节点以及帮助节点接收不同的子部分，组 合成一个完整的数据帧，实现正确的解码； 二、 帧格式设计 现有的802. 11协议标准中的数据帧无法满足NCC-MAC协议的设计要求，为了在载波侦 听多路访问/冲突避免（CSMA/CA)的基础上实现协作通信以及网络编码，本发明对现有的 802. 11的数据帧以及控制帧进行了一定的修改： (A)数据帧结构设计 现有的802. 11的MAC帧格式为：
其中，帧控制FrameControl部分记录了 802. 11MAC的属性，生存周期Duration/ID主 要用于虚拟载波监听机制中，地址Address1-Address4分别表示收发节点的地址，Sequence Control顺