[發(fā)明專利]基于干擾容限的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210120022.2
• 申請(qǐng)日: 2012-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN102685777A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚明旿;劉吉龍;張海英;邱智亮;趙孟磊;王磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W80/02
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過MAC層和物理層協(xié)同實(shí)現(xiàn)的無線分組網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)接入傳輸系統(tǒng)及方法，用于解決無線ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)收發(fā)節(jié)點(diǎn)距離相對(duì)較近時(shí)RTS或CTS幀抑制范圍過大的問題，提高通信并發(fā)度和網(wǎng)絡(luò)容量。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展及無線通信應(yīng)用的普及，使得具有無中心、臨時(shí)自組織、分布式協(xié)同等特點(diǎn)的無線Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)得到了越來越廣泛的使用。在無線Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中，RTS或CTS幀有效抑制范圍的大小直接影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時(shí)延等性能指標(biāo)，如何解決RTS或CTS幀抑制范圍過大的問題已成為提高網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵性問題。

RTS或CTS幀抑制范圍過大是指當(dāng)收發(fā)節(jié)點(diǎn)距離相對(duì)較近時(shí)，由于收發(fā)節(jié)點(diǎn)干擾范圍較小，RTS或CTS幀抑制范圍太大，而使一些原本能夠并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)喪失了并發(fā)的機(jī)會(huì)。當(dāng)某發(fā)送或者接收節(jié)點(diǎn)分別有數(shù)據(jù)要發(fā)送或者接收時(shí)，首先需要通過RTS或CTS幀進(jìn)行握手，周圍鄰節(jié)點(diǎn)在接收到上述RTS或CTS幀后，為了避免干擾會(huì)在接下來的數(shù)據(jù)傳輸過程中保持靜默。然而一些在發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)干擾范圍之外的鄰節(jié)點(diǎn)，由于受到RTS或CTS幀的抑制作用而喪失了并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。如圖1，節(jié)點(diǎn)A和B通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送一個(gè)RTS幀，節(jié)點(diǎn)B收到節(jié)點(diǎn)A的RTS幀后回復(fù)一個(gè)CTS幀；由于節(jié)點(diǎn)C和E都在節(jié)點(diǎn)A和B的干擾范圍Ri以外，節(jié)點(diǎn)C可以向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)E可以接收節(jié)點(diǎn)F發(fā)來的數(shù)據(jù)，但是由于節(jié)點(diǎn)C和E同時(shí)又在節(jié)點(diǎn)A和B的抑制作用范圍Rt內(nèi)，所以節(jié)點(diǎn)C和E在分別接收到節(jié)點(diǎn)A的RTS幀和節(jié)點(diǎn)B的CTS幀后被抑制，在接下來節(jié)點(diǎn)A和B的通信過程中保持靜默，從而喪失了發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。

為提高無線Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，國(guó)內(nèi)外在改進(jìn)RTS或CTS抑制范圍、提高并發(fā)通信密度，即空間復(fù)用度方面進(jìn)行了許多研究。其中，主要的技術(shù)方案有以下三種：

1.發(fā)送功率控制，為了避免一些原本能夠并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，由于被RTS或CTS抑制而喪失并發(fā)的機(jī)會(huì)，收發(fā)節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)，根據(jù)收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離以及節(jié)點(diǎn)能正確解調(diào)數(shù)據(jù)所需的信噪比SINR，降低發(fā)送RTS和CTS的功率，使其發(fā)送范圍減??；同時(shí)為了防止發(fā)送DATA或ACK時(shí)發(fā)生碰撞，同樣減小發(fā)送DATA或ACK的功率。這種方法主要的缺點(diǎn)在于減小幀的發(fā)送功率，會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的干擾范圍變大，從而碰撞的可能性增大。

2.調(diào)整載波偵聽閾值，為了增加IEEE802.11無線Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)中的并發(fā)鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的調(diào)整其物理載波偵聽閾值，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用一個(gè)相對(duì)較大的載波偵聽閾值，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸失敗次數(shù)超過預(yù)先規(guī)定的次數(shù)之后，降低載波偵聽閾值，重新發(fā)送數(shù)據(jù)。此類方法的主要缺點(diǎn)是效率低，要以犧牲數(shù)據(jù)發(fā)送的成功率作為提高網(wǎng)絡(luò)并發(fā)度的代價(jià)。

3.定向天線，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都采用定向天線來發(fā)送數(shù)據(jù)，使得節(jié)點(diǎn)發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)具有方向性，這樣就允許更多的鏈路能并行傳輸數(shù)據(jù)且彼此之間不會(huì)相互干擾。但是采用定向天線，仍然存在節(jié)點(diǎn)由于被RTS幀或CTS幀抑制從而喪失發(fā)送數(shù)據(jù)機(jī)會(huì)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的問題，在現(xiàn)有的IEEE802.11協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出一種基于干擾容限的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸系統(tǒng)及方法，以提高網(wǎng)絡(luò)并發(fā)度和容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一、術(shù)語(yǔ)說明

MAC層：媒質(zhì)接入控制層，用于物理媒質(zhì)的獲取和使用；

PLCP：物理層匯聚過程子層，PLCP是信息協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDU的附加字段，字段中包含物理層發(fā)送器和接收器所需的信息；

DIFS：分布式協(xié)同幀間間隔，用于節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)媒質(zhì)時(shí)的等待時(shí)間；

SIFS：短幀間間隔，用于節(jié)點(diǎn)需要立即響應(yīng)相關(guān)操作時(shí)的等待時(shí)間；

幀：鏈路層和物理層協(xié)議單元；

物理層幀標(biāo)示符：在PLCP幀頭Service字段中添加的1bit信息，用0或1分別表示控制幀或數(shù)據(jù)幀；

干擾容限：在RTS幀和CTS幀結(jié)構(gòu)中添加的一個(gè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)避免被其它節(jié)點(diǎn)干擾的信息；

數(shù)據(jù)幀DATA：承載用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容的鏈路層協(xié)議單元；

控制幀：承載信令信息，用于實(shí)現(xiàn)控制管理等任務(wù)的MAC層協(xié)議單元；

RTS/CTS/ACK：三種用于實(shí)現(xiàn)802.11無線網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)接入控制握手協(xié)議的控制幀，分別對(duì)應(yīng)為發(fā)送請(qǐng)求幀、發(fā)送允許幀和接收確認(rèn)幀，控制幀有固定的幀長(zhǎng)和幀格式；

首發(fā)鏈路：首先發(fā)起會(huì)話的鏈路；

并發(fā)鏈路：在不干擾首發(fā)鏈路通信的條件下并行傳輸?shù)逆溌罚?/p>