[發(fā)明專利]一種基于可靠多步信道預(yù)約機(jī)制的多信道多址接入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510240066.2
• 申請(qǐng)日: 2015-05-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104902577B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆中江;楊博;李波;楊懋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W74/08
• 分類號(hào): H04W74/08
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發(fā)明提供了一種基于可靠多步信道預(yù)約機(jī)制的多信道多址接入方法，本發(fā)明主要包括控制信道預(yù)約和數(shù)據(jù)信道預(yù)約，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在公共控制信道上按照分布式協(xié)調(diào)功能機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)成功后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)在控制信道上交互請(qǐng)求發(fā)送信息，完成對(duì)數(shù)據(jù)信道的選擇、控制信道上的預(yù)約以及數(shù)據(jù)信道上的預(yù)約，本發(fā)明采用控制信道預(yù)約解決了多信道隱藏終端問(wèn)題；通過(guò)采用多步數(shù)據(jù)信道預(yù)約，僅需要一次控制握手就可實(shí)現(xiàn)多個(gè)無(wú)沖突的數(shù)據(jù)分組傳輸，有效緩解了控制信道擁塞并大大提升了MAC效率，大幅度提升了系統(tǒng)性能，即提升了網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低了平均分組時(shí)延；本發(fā)明僅需一套收發(fā)機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)須中心控制節(jié)點(diǎn)及全網(wǎng)時(shí)同步，降低了實(shí)現(xiàn)開(kāi)銷和復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多信道多址接入?yún)f(xié)議。

背景技術(shù)

在無(wú)線通信系統(tǒng)(比如無(wú)線局域網(wǎng)WLAN、蜂窩網(wǎng)等)中，通常存在多個(gè)可用的無(wú)線信道。比如，在非授權(quán)頻段2.4GHz上有3個(gè)非重疊信道，而在5GHz頻段上有12個(gè)非重疊的信道。移動(dòng)用戶數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)以及用戶對(duì)大帶寬業(yè)務(wù)需求的不斷增加，如視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)，對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)吞吐量的提升提出了新的要求。因此，如何設(shè)計(jì)高效的多信道多址接入(Multi-channel MAC，McMAC)協(xié)議，從而充分利用多個(gè)無(wú)線信道并提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，成為一個(gè)非常亟待解決的問(wèn)題。

在設(shè)計(jì)McMAC協(xié)議中所面臨一個(gè)難題就是多信道隱藏終端問(wèn)題。導(dǎo)致多信道隱藏終端問(wèn)題的主要原因是：由于節(jié)點(diǎn)丟失了其鄰節(jié)點(diǎn)的控制握手信息，致使節(jié)點(diǎn)對(duì)目前信道的使用信息掌握有誤，從而選擇了當(dāng)前并不可用的信道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最終導(dǎo)致了在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中與鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突。為了解決多信道隱藏終端問(wèn)題，目前已有的McMAC協(xié)議可大體歸納為兩類：(1)基于時(shí)間同步的McMAC協(xié)議；(2)基于公共控制信道的McMAC協(xié)議。

在基于時(shí)間同步的McMAC協(xié)議中，其代表性協(xié)議是Jungmin So等人提出的基于時(shí)間段劃分的McMAC協(xié)議(簡(jiǎn)稱為：MMAC)。在MMAC協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅需一套收發(fā)機(jī)，并且時(shí)間被劃分為若干個(gè)時(shí)間間隔，每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)包含一個(gè)控制階段和一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段。所有節(jié)點(diǎn)在控制階段內(nèi)通過(guò)一個(gè)公共信道進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)并完成控制握手，進(jìn)而在接下來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸階段完成數(shù)據(jù)分組的傳輸。但是，MMAC協(xié)議存在兩個(gè)主要問(wèn)題：其一，需要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間同步，這大大增加了實(shí)現(xiàn)的開(kāi)銷與復(fù)雜度；其二，由于所有節(jié)點(diǎn)在控制階段內(nèi)通過(guò)一個(gè)公共信道進(jìn)行接入，而其余的信道此時(shí)被閑置，從而導(dǎo)致了信道資源的浪費(fèi)問(wèn)題。

在基于公共控制信道的McMAC協(xié)議中，所有節(jié)點(diǎn)是分布式實(shí)現(xiàn)的，不需要全網(wǎng)時(shí)間同步。但是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)往往需要配備多套獨(dú)立的收發(fā)機(jī)，以Shih-Lin和Chinh-Yu等人提出的動(dòng)態(tài)信道分配(簡(jiǎn)稱：Dynamic Channel Assignment，DCA)協(xié)議為代表。在DCA協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備兩套獨(dú)立的收發(fā)機(jī)，其中一套收發(fā)機(jī)持續(xù)偵聽(tīng)一個(gè)公共控制信道并在該信道上進(jìn)行控制信息的交互，另一套收發(fā)機(jī)則專門用于數(shù)據(jù)傳輸。這種基于公共控制信道的McMAC協(xié)議存在兩個(gè)主要問(wèn)題：其一，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要配備兩套收發(fā)機(jī)，這增加了節(jié)點(diǎn)的硬件開(kāi)銷；其二，由于所有節(jié)點(diǎn)均通過(guò)同一個(gè)公共控制信道進(jìn)行接入以及控制信息握手，因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)和可用信道個(gè)數(shù)較多時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大，該公共控制信道將變得非常擁塞并迅速達(dá)到飽和，進(jìn)而成為性能的瓶頸所在。

因此，針對(duì)以上兩類背景技術(shù)中各自存在的弊端，本發(fā)明提出了一個(gè)基于信道預(yù)約機(jī)制的多信道多址接入方法。該方法解決了多信道的隱藏終端問(wèn)題，并兼?zhèn)湟韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：(1)所有節(jié)點(diǎn)僅需要一套收發(fā)機(jī)，硬件開(kāi)銷很小；(2)所有節(jié)點(diǎn)不需要時(shí)間同步，分布式實(shí)現(xiàn)容易；(3)該方法有效緩解了公共控制信道的擁塞。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明大幅度提升了網(wǎng)絡(luò)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明在不需要網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步并且不引入額外開(kāi)銷的前提下，即網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅需要一套收發(fā)機(jī)的前提下，解決多信道隱藏終端問(wèn)題，從而提升系統(tǒng)性能。