[發明專利]基于時分多址(TDMA)的功率控制認知MAC協議的實現方法

無效

• 申請號: 200910023860.6
• 申請日: 2009-09-14
• 公開（公告）號: CN101651969A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 任品毅;王熠晨;吳廣恩;尹穩山;汪瑞;魏莉;呂福順
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W28/18
• 分類號: H04W28/18;H04W72/04;H04W80/02;H04W84/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域的認知Ad?Hoc網絡的MAC(Medium Access?Control)層協議設計方法，尤其涉及一種使用同步和功率控制機制 的基于時分多址(TDMA)的功率控制認知MAC協議的實現方法。

背景技術

隨著無線通信技術的飛速發展，頻譜成為日益稀缺的資源，傳統的固 定頻譜分配方式導致資源浪費進而頻譜利用率低，已成為制約無線通信網 絡進一步發展的關鍵因素。認知無線電技術具有檢測初級用戶對其授權頻 段的占用情況并實施動態頻譜接入的能力，能夠有效地解決上述問題。在 無線Ad?Hoc網絡中引入認知無線電技術是近年來新興的研究領域，設計 能夠實現高效動態頻譜接入的MAC協議是認知Ad?Hoc網絡面對的主要 挑戰及熱點之一。

在認知Ad?Hoc網絡中，無線信道由多節點共享，協調節點訪問信道 的介質訪問控制(MAC)機制是認知Ad?Hoc網絡的關鍵技術之一，它不 僅關系到能否充分利用無線信道資源、實現節點對無線信道的公平競爭， 同時影響網絡層和傳輸層協議的性能，也是認知Ad?Hoc網絡支持服務質 量(QoS)的關鍵。然而，認知Ad?Hoc網絡自身的特點(如分布式、存在 隱藏終端/暴露終端問題、網絡拓撲頻繁變化等)使得研究高效、公平、支 持QoS的MAC機制面臨很大的挑戰性，已成為認知Ad?Hoc網絡的一 個研究難點。

經過多年發展，人們已經對傳統Ad?Hoc網絡的MAC協議設計進行 了大量研究。FPRP(Five?Phase?Reservation?Protocol)是一種基于IEEE 802.11?DCF的MAC協議，通過劃分時隙減小控制分組發生碰撞的概率， 提高競爭成功率。POWMAC(Power?Controlled?MAC?Protocol)是一種單信 道功率控制MAC協議，通過限制收發節點的傳輸功率減小鄰居節點間的 相互干擾，增加空間重用率，從而提高網絡吞吐量。ATPMAC協議(Adaptive Transmission?Power?Control?Protocol)是對POWMAC協議的進一步發展， 通過減少節點競爭時控制分組的開銷實現更高的吞吐量，并解決了后者的 網絡同步問題。MMAC協議(Multi-Channel?MAC?Protocol)是一個典型的多 信道MAC協議，采用類似IEEE?802.11?PSM協議的方法，收發節點在競 爭窗中協商數據傳輸的信道，協商成功的節點對在隨后的數據窗中切換至 商定的信道競爭信道使用權。但是MMAC協議不能改變競爭窗的大小， 為了解決這一問題，Wen-Tsuen?Chen等人提出了TAMMAC(Traffic?Aware Multi-channel?MAC)協議，通過競爭窗的動態改變實現網絡吞吐量的進一 步提高。

對于認知Ad?Hoc網絡，其MAC協議可以分為三類：隨機接入類， 時隙化類和混合類。SRAC-MAC(Single?Radio?Adaptive?Channel-MAC)和 HC-MAC(Hardware-Constrained?Cog-nitive?MAC)協議屬于隨機接入類協 議，無論控制分組還是數據的傳輸都是通過隨機接入信道實現的。作為時 隙化協議代表的C-MAC(Cognitive?MAC)協議是在修改MMAC協議的基 礎上加入CR功能得到的，通過對信標周期進行嚴格的時隙劃分，為每個 鄰居節點分配唯一的信令時隙，從而實現網絡吞吐量的提高，但是該協議 較為復雜，可擴展性較低。在混合類協議中，控制分組通過同步時隙傳輸， 而隨后的數據傳輸則使用隨機信道接入方案，例如Y.R.Kondareddy等人 提出的SYN-MAC(Synchronized?MAC)協議，將時間劃分為重復出現的幀 結構，幀中包含的時隙數與最大可用信道數相同且一一對應，在某信道對 應時隙內預約成功的節點對在隨后的時間內還必須按照IEEE?802.11?DCF 方式競爭該信道使用權。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于TDMA的功率控制認知MAC協議的 實現方法。該方法能夠降低控制分組的碰撞概率，實現數據分組的有效傳 輸；減小鄰居節點間的相互干擾，提高空間重用率，允許更多的數據分組 并行傳輸；同時實現對數據分組和ACK分組的保護；而且能夠有效解決 多信道暴露終端和多信道隱藏接收終端問題，并減輕多信道隱藏發送終端 問題給網絡性能帶來的影響。