[發明專利]一種適用于超寬帶的無線接入控制與時隙分配方法

有效

• 申請號: 201310073790.1
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103118414A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 陳月云;周賢偉;陳沖
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W48/04
• 分類號: H04W48/04;H04W48/16;H04W72/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種適用于超寬帶高速數據傳輸的基于位置信息的無線接入控制與時隙分配方法；

背景技術

超寬帶（Ultra?Wideband,UWB）系統使用持續時間極短的脈沖傳輸信息，功耗小，帶寬寬且具有很強的抗多徑衰落能力，可以實現高速數據傳輸；由于功率譜密度非常低，幾乎被湮沒在各種電磁干擾和噪聲中，具有隱蔽性好、低截獲率、保密性好等非常突出的優點，能很好的滿足現代通信系統對安全性的要求；UWB技術所擁有的這些獨特優勢使其成為室內密集多徑環境條件下高速大容量無線個域網系統的最佳解決方式；

由于無線網絡中頻譜資源有限，傳輸速率和網絡容量受到限制，同時信道衰落也會帶來一些通信問題；因此，在UWB網絡中，控制信道訪問的媒體接入控制方式（MAC）決定著無線信道的接入使用方式，負責為節點分配無線信道資源，對信道的利用率、網絡吞吐量、網絡時延等網絡性能有重要影響；因此，合理設計媒體接入控制方式，根據網絡業務特性有效地配置信道資源，可以提高無線資源的使用效率；

基于分布式接入控制的ECMA-368標準MAC以及IEEE802.15.3的MAC協議均可應用在UWB系統中，但并不能很好地適合于高速無線個域網；針對ECMA-368或者IEEE802.15.3標準的改進很多，都沒能很好地利用脈沖UWB的物理層特性；

時分多址方式被證明適合于超寬帶高速數據傳輸，在一定條件下同一個時隙是可以容納多條數據鏈路的，同時脈沖信號的低占空比和跳時碼使得不同鏈路之間的干擾非常低，進一步增加了網絡在同一個時隙里所容納數據鏈路的數量；

目前針對超寬帶資源分配調度的研究，多集中在最大化吞吐量的目標上，通過信干噪比門限來判斷鏈路干擾狀況，使每一個時隙容納的鏈路盡可能多；但是這類方法存在不足：沒有根據傳輸的數據量來靈活分配時隙，比如一個時隙容納了多條鏈路，當有鏈路完成時，各鏈路干擾情況變化，而時隙分配如果不變就造成了浪費；同時，這些算法多采用分布式計算，復雜度高，反而增加了節點功耗，而且過多的交互信息降低了系統的有效性；

發明內容

本發明的目的是針對背景技術中所描述的目前高速UWB網絡中現有的接入控制與信道資源分配方法中存在的不足，提出一種適用于UWB高速數據傳輸的基于位置信息的無線接入控制和時隙分配方法；

本發明的技術方案如下：

根據電源信息選擇中心控制器。本發明的時隙分配算法是由中心控制器計算，因此在選擇中心控制器時，需要加入電源信息（區分功耗敏感節點以及有源節點）。節點開始工作后，其中任意一節點發送掃描脈沖掃描周圍的其他節點，接收到該掃描信號的節點反饋一個應答幀，應答幀包含該節點是否接有電源以及能耗信息。為了避免沖突，反饋應答幀時采用隨機退避策略，接收到掃描脈沖的節點隨機退避一定時間（納秒級）后發送應答幀，發送掃描脈沖的節點收到應答幀后，選舉出能耗不敏感的節點作為中心控制器并發送通知信息。中心控制器廣播一個信標幀同步其他節點，定期更新網絡信息，并利用超寬帶良好的測距定位功能獲知各節點位置信息。

當有數據鏈路請求時，信源節點向中心控制器發送請求發送（Request?To?Send,RTS）幀，中心控制器存儲傳輸數據需求信息、位置信息，并向接收節點轉發RTS幀，接收節點回復清除發送（Clear?To?Send,CTS）幀給中心控制器，中心控制器獲得接收節點存儲空間、位置等信息。中心控制器通過間接握手協議過程確認兩個節點的位置信息及需要傳輸的數據量。

時隙分配計算：基于復用的思想使一個時隙可以容納多條數據鏈路，根據每條鏈路需要傳輸的數據量以及鏈路相互干擾情況，采用近距優先迭代算法為每條數據鏈路分配時隙，使得在滿足需要傳輸的數據量的情況下時隙被充分利用，時延最小。

1）要獲得盡量小的延遲，速率要達到最大可傳速率，功率控制能減小功耗但是對吞吐量影響甚小，因此不需要功率控制調節速率在區間內取值，可以假設發送節點要么不發送數據，要么以最大發射功率發送。

2）無論哪種UWB系統，信干噪比的計算與信道模型無關。研究發現，超寬帶有一個特性，高帶寬時速率和信干噪比（SINR）成線性關系，信干噪比較低時，通過編碼和調制方式使數據速率適應信道比特誤碼率，可以成功傳輸。為了在每一個單位時隙中盡可能獲得高的吞吐量，采取近距優先迭代的方法，傳輸距離短的鏈路優先進行共用時隙判斷，滿足條件就將該時隙分配給此鏈路，繼續對下一個較長距離的鏈路進行判斷。