[發(fā)明專利]一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于RTS/FCTS原理的實(shí)現(xiàn)全雙工FD?MAC協(xié)議的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310644293.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103619072B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程文馳;張海林;李丹萍;任智源;李勇朝;李濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W80/02
• 分類號(hào): H04W80/02
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠專利代理事務(wù)所(普通合伙)11368
• 代理人: 郭官厚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全雙工MAC協(xié)議，具體涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于RTS/CTS原理的全雙工MAC協(xié)議，屬于無線網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線半雙工傳輸模式通過頻率或時(shí)隙將發(fā)送和接收分開，無線全雙工傳輸模式通過在單個(gè)無線鏈路上同時(shí)進(jìn)行發(fā)送接收，因而能夠獲得雙倍的吞吐量。在過去的幾十年里，由于無線全雙工傳輸產(chǎn)生嚴(yán)重的自干擾，因此在無線網(wǎng)絡(luò)中無線全雙工模式并沒有得到廣泛的應(yīng)用。如果無線全雙工傳輸方式的自干擾能夠得到有效的消除或抑制，那么它作為一種有吸引力和挑戰(zhàn)性的傳輸模式可以雙倍的提高系統(tǒng)的吞吐量。

近來，隨著先進(jìn)的自干擾消除和抑制技術(shù)的發(fā)展，大量的研究已證明在無線網(wǎng)絡(luò)中使用全雙工傳輸?shù)目赡苄浴＿@些工作單獨(dú)或聯(lián)合使用了傳播域的干擾抑制、模擬域的干擾消除以及數(shù)字域的干擾消除。傳播域的干擾抑制技術(shù)通過減少自干擾來避免射頻放大器（RF）的輸入被淹沒；模擬域的干擾消除技術(shù)通過消除自干擾來避免模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入被淹沒；數(shù)字域的干擾消除技術(shù)是為了消除由于射頻放大器的非線性、ADC的非線性以及振蕩器的相位噪聲而產(chǎn)生的殘余自干擾。

然而，要在無線網(wǎng)絡(luò)中能夠使用全雙工傳輸，不僅在物理層需要有效的自干擾消除和抑制技術(shù)，而且在數(shù)據(jù)鏈路層要有全雙工MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議，無線網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)提出了一些全雙工的MAC（FD-MAC）協(xié)議。例如：文獻(xiàn)[J.I.Choi,M.Jain,K.Srinivasan,P.Levis,and?S.Katti,“Achieving?single?channel,full?duplex?wireless?communication,”in?Proc.16th?ACM?MOBICOM,Chicago,Illinois,USA,Sep.2010]中提出了一種簡單的集中式的FD-MAC協(xié)議，該協(xié)議僅僅適用于基于Balun電路和數(shù)字消除技術(shù)的無線雙向鏈路；文獻(xiàn)[W.Cheng,X.Zhang,and?H.Zhang,“Full?duplex?spectrum?sensing?in?non-time-slotted?cognitive?radio?networks,”in?IEEE?MILCOM2011,2011,pp.1029–1034]中提出了集中式的全雙工MAC協(xié)議，該協(xié)議包含三部分：共享隨機(jī)退避，偵聽發(fā)現(xiàn)全雙工機(jī)會(huì)以及虛擬沖突解決；對(duì)于分散式的接入網(wǎng)絡(luò)，文獻(xiàn)[W.Cheng,X.Zhang,and?H.Zhang,“Imperfect?full?duplex?spectrum?sensing?in?cognitive?radio?networks,”in?ACM?Mobicom2011,3rd?ACM?workshop?on?cognitive?radio?networks,2011]中提出了CONTRA?FLOW協(xié)議，然而上述文獻(xiàn)中均沒有導(dǎo)出全雙工網(wǎng)絡(luò)中的解析模型，也沒有考慮無線單向鏈路中可能的隱藏終端問題。

為了分析設(shè)計(jì)一個(gè)有效的全雙工MAC協(xié)議，我們不僅要解決無線網(wǎng)絡(luò)中的雙向鏈路問題，而且要解決單向鏈路問題，并且要避免無線全雙工網(wǎng)絡(luò)中所有的隱藏終端問題。為了進(jìn)一步分析無線網(wǎng)絡(luò)中FD-MAC協(xié)議的性能，我們需要推導(dǎo)出一個(gè)解析模型，通過該模型得到無線全雙工網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)的吞吐量。我們總結(jié)并分析了三個(gè)挑戰(zhàn)：

1）同時(shí)支持單向鏈路和雙向鏈路：因?yàn)闊o線全雙工網(wǎng)絡(luò)中包含單向鏈路或/和雙向鏈路，因此全雙工MAC協(xié)議需要同時(shí)支持這兩種情況。

2）使用基于ACK的機(jī)制或基于RTS/CTS的機(jī)制：與無線半雙工網(wǎng)絡(luò)中的ACK原理相比，RTS/CTS原理可以更有效地避免隱藏終端問題。因此，我們提出基于RTS/CTS的改進(jìn)機(jī)制。參考文獻(xiàn)假設(shè)無線全雙工網(wǎng)絡(luò)中，ACK模式可以解決所有的隱藏終端問題。

3）FD-MAC協(xié)議的解析模型：為了更好的描述我們提出的FD-MAC協(xié)議并且分析其性能，建立FD-MAC協(xié)議的解析模型是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上難點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于RTS/CTS原理的全雙工MAC協(xié)議：1）同時(shí)支持單向傳輸和雙向傳輸；2）可有效解決無線全雙工鏈路中所有的隱藏終端問題；3）提出一個(gè)精確的解析模型來分析該全雙工MAC協(xié)議。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

無線網(wǎng)絡(luò)中基于RTS/FCTS原理的全雙工FD-MAC協(xié)議，其特征在于：所述協(xié)議是在無線全雙工網(wǎng)絡(luò)中按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1）、無線全雙工網(wǎng)絡(luò)中有兩種類型的鏈路：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的全雙工雙向鏈路和/或三個(gè)節(jié)點(diǎn)的全雙工單向鏈路；