专利名称：功率可控制的分布式cdma网络媒体接入控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，具 体是一种通过使用公共扩频码交互控制分组来实现功率可控制的分布式CDMA网 络媒体接入控制方法，属于分布式网络媒体接入控制技术领域。
背景技术：
在自组织网络(AdHoc)、无线传感器网络、网格网络(mesh网)、以及多跳 蜂窝网络等分布式无线通信网络中， 一般不设立中心控制站，因而无线资源的使 用不能进行集中式统一调度和分配，只能由各网络节点自行决定是否、以及如何 使用无线通信资源。网络节点使用无线通信资源的规则和依据，对网络吞吐量、 资源利用效率都有重要影响。尤其在多跳分布式无线网络中，源节点发送的数据 分组可能需要中间节点的转发，才能到达目标节点。这样，不仅源节点需要釆用 一定的规则来与相邻节点竞争使用无线资源，而且中间节点为了完成转发任务也 需要竞争使用无线资源，任何在使用无线资源时发生的冲突都将导致数据分组无 法正确或者及时地传输。而无线资源的竞争使用规则通常由网络节点釆用的媒体 接入控制方法确定，因此设计合理的媒体接入控制方法对于提高分布式无线网络 的资源利用效率，进而提高网络的吞吐性能，具有重要意义。
为了提高分布式网络中无线资源的利用效率， 一般都需要实施无线资源的空 间复用。无线资源的空间复用程度与网络节点的发射功率有着重要的关系，通过 限制网络节点的发射功率，即可大致估计出节点发射信号的传输半径(也称一跳 覆盖范围)，处于源节点传输半径之外的那些网络节点可以采用与源节点相同的无 线资源使用规则，而不会受到源节点发射信号的影响，这就形成了无线资源的空 间复用。对于确定的无线资源带宽、和给定的整个网络覆盖范围，如果网络节点 的发射功率较大，那么空间复用次数较少，数据分组只需经过较少的转发次数便可到达目标节点，在此意义上，数据分组传输效率较高，有可能达到较高的网络 吞吐量。但另一方面，空间复用次数的减少，意味着每次争用无线资源时面对的 竞争对手较多，竞争失败的可能性较大，因此网络吞吐量又趋于降低。这些相互 作用、相互影响的关系表明网络节点的发射功率会影响到无线资源的空间复用 程度，进而会对网络的吞吐量产生影响。
对于采用码分多址(CDMA: Code Division Multiple Access)技术进行信号发 送和接收的多跳分布式无线通信网络， 一方面，网络节点可以在同一时刻与其相 邻的网络节点共享无线资源，从而简化了无线资源使用规则的设计；另一方面， 同一时刻共享无线资源的网络节点数目越多，产生的相互干扰就越大，目标节点
或转发节点接收机恢复信号的难度也越大。因而，通过空间复用的方法减小有可 能同时使用无线资源的节点数目，依然是必要的。然而，此时网络节点的发射功 率不仅决定网络的空间复用程度，而且还影响到一跳覆盖范围内对其它节点干扰 功率的大小，因而对其它节点数据分组的成功传输有显著影响。具体表现为如 果规定各网络节点的发射功率相同，那么较大的发射功率对于特定的目标节点(包 括转发节点)的数据接收是有利的，但此时共享无线资源的邻居节点的发射功率 也较大，多个共享节点的发射功率将产生更大的千扰，反过来对目标节点的数据 分组接收又是不利的。CDMA系统的这一自干扰问题在移动通信系统中是通过开 环功率控制和闭环功率控制来解决的，这些功率控制方法通常是依赖于网络中的 集中控制器——基站来调度和实现的。然而在分布式无线通信网络中，由于没有 专门的集中控制器来完成基站的功能，因而集中式功率控制方法并不适用，只能 设计适合于分布式CDMA网络的节点功率调度方法。
经对现有技术的文献检索发现，A. M叫attash等人在《正EE INFOCOM'2003》 pp. 470-480, 2003上发表的"Power controlled dual channel (PCDC) medium access protocol for wireless Ad Hoc networks," (IEEE 2003年信息与通信国际会议，2003 年3月，470到480页，用于Ad Hoc网络的功率受控的双信道媒体接入控制协议) 之中，提出了一种基于双信道的功率调节方法，在这种方法中每个节点使用两个 不同的频率信道发送控制分组和数据分组，这就要求每个节点能够同时在一个信 道上侦听数据而在另一个信道上发送数据，实现这种功能需要为每个节点装备两个收发信机模块，实现比较困难。Lee Jang-won等人在《正EE Transactions on Vehicular Technology》vol. 56, no. 2， pp. 801-809， March 2007上发表的"Joint opportunistic power scheduling and end-to-end rate control for wireless Ad Hoc networks" (IEEE汽车电子汇刊，2007年3月，第56巻，801至lj 809页，无线 Ad Hoc网络中联合的机会功率调度和端到端的速率控制)之中提出了联合功率调 度和端到端速率控制的节点功率调度算法，这种方法在一定程度上解决了 Ad Hoc 网络的功率调度问题，但是这种方法要求网络中存在中心控制器来实现功率和速 率的调度算法，由于AdHoc网络中的节点是对等节点，不存在执行调度功能的中 心节点，因此该文提出的方法难以在AdHoc网络的实际设计中加以实现。
发明内容
本发明的目的在于提出一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方 法，用于在不增加网络节点硬件成本的基础上，实现网络节点发射功率的分布式 调度，进而提高分布式CDMA网络的吞吐性能。本发明定义了网络节点共享无线 资源进行信息交互时所应遵循的一些规则，通过执行这些规则，每个网络节点可 以自我配置所需的收发扩频码，同时确定并调整各自的信号发射功率，进而减少 网络节点的能量消耗，提高分布式CDMA网络的空间复用程度，增加网络的吞吐
量o
本发明适用于自组织网络、网格网络(mesh网)、多跳蜂窝网络以及采用自 组织方式组网的无线传感器网络。在本发明中需要强调以下几点第一，在本发 明中，网络节点只需要具有一个发信机和一个收信机，并且发信机和收信机以半 双工方式工作在相同的频段；第二，在本发明中，所谓发送节点是指向接收节点
发送数据分组的节点，所谓数据分组包括本发送节点自己产生的数据分组以及为 其它节点转发的数据分组，所谓接收节点是指数据分组经过每一跳转发所要到达
的目的节点；第三，在本发明中，要求每个节点配备一个扩频收发信机，并且该 收发信机可以根据需要更新扩频码；第三，在本发明中，要求每个节点有能力统 计所接收控制分组的信噪比；第四，在本发明中，要求网络节点具有功率调节功 能，可以根据需要调整发射功率；第五，本方法适用于慢衰落信道，即信道增益在一个控制分组和数据分组的传输周期内保持不变；第六，发送节点与目的节点 之间的链路具有双向特性，即发送节点到目的节点之间的链路以及目的节点到发 送节点之间的链路具有相同的信道增益。 本发明是通过以下技术方案实现的
一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，包括两部分当网 络节点有数据分组要发送时的接入方法和网络节点没有数据分组需要发送时的接 入方法，当网络节点有数据分组要发送时，接入方法为
a.l发送节点A从本节点的等待发送分组队列中取出数据分组，根据数据分组
中的目标地址，确定接收节点为该数据分组中目标地址指向的节点B;
a.2发送节点A使用公共码向接收节点B发送请求发送RTS分组，RTS分组 包含有类型字段、源地址字段、源节点用户码字段、目标地址字段、以及发射功 率字段，其中类型字段填入表示该分组为RTS分组的标识码，源地址字段填入发 送节点A的地址，源节点用户码字段填入发送节点A的用户码，目标地址字段填 入接收节点B的地址，发射功率字段填入发送节点A发送RTS分组所使用的发射 功率PT， PT=Pp， Pp为网络节点初始发送功率，节点初始发射功率Pp与网络预 定的门限信噪比SIRp之间满足函数关系P"f(SIRp)， f(x)表示函数映射关系，f(x) 的取值与x之间的映射关系由网络中的噪声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的 半径来确定；SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信 机能够允许的数据比特传输差错概率确定；发送节点A开始计时，进入步骤a-6;
a.3接收节点B使用公共码接收并解扩发送节点A发送的RTS分组，并通过 统计得到RTS分组的信噪比SIRs，取出RTS分组中源节点的用户码更新本接收节 点B选定的用户码；
a.4将步骤a.3得到的RTS分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比SIRp进 行比较，若SIRs〈SIRp，则接收节点B不向发送节点A发送清除发送CTS分组， 进入步骤&.3;否贝IJ，接收节点B计算冗余信噪比SIRa， SIRa-SIRs-SIRp，并根据 步骤a.2所述RTS分组中发射功率字段的值PT，确定本接收节点B的发射功率为 PT-f(SIRa);
a.5接收节点B以步骤a.4确定的发射功率PT-f(SIRa)向发送节点A发送CTS分组；CTS分组包含有类型字段、源地址字段、目标地址字段、以及发射功率字
段，其中类型字段填入表示该分组为CTS分组的标识码，源地址字段填入接收节 点B的地址，目标地址字段填入发送节点A的地址，发射功率字段填入步骤a.5 确定的接收节点B的发射功率值PT-f(SIRa);
a.6如果发送节点A在Tt时间内收到接收节点B发送的CTS分组，则进入步 骤&7，否则，发送节点A进入步骤a,9;
a.7发送节点A根据步骤a.6接收到的CTS分组中发射功率字段的值，确定 本发送节点A在随后向接收节点B发送数据分组时，所使用的发射功率，该发射 功率的值取CTS分组中发射功率字段的值；
a.8发送节点A使用本节点A的用户码和步骤a，7确定的发射功率向接收节点 B发送数据分组，接收节点B使用步骤a.3中确定的用户码接收并解扩数据分组， 然后向发送节点A发送确认ACK分组；
a.9发送节点A将发射功率增加dt，并将RTS分组中发射功率字段的值增加 dt,当累计重复发送次数小于最大允许重复发送次数Rm,并且发射功率小于等于 最大允许发射功率时，发送节点A以增加dt后的发射功率重新向接收节点B发送 一次RTS分组，并返回步骤a.6，否则，将接收节点B作为不可达处理；
a. 10接收节点B不可达，发送节点A将数据分组加入到本节点等待发送分组 队列中，重新进入步骤a.l;
当网络节点没有数据分组需要发送时，接入方法为
b. l网络节点A使用公共码接收并解扩控制分组，并通过统计得到接收控制 分组的信噪比为SIRs;根据接收控制分组中类型字段的值，判断接收控制分组是 否为RTS分组，如果接收到的控制分组为RTS分组，则进入步骤b.2，否则，网 络节点A重新执行步骤b.l;
b.2判断本网络节点A的地址与RTS分组中的目标地址是否相同，若不相同， 则网络节点A判定信道忙，延迟&时间后，重新执行步骤b.l;否则，取出RTS 分组中源节点的用户码更新本网络节点A的用户码；
b.3将步骤b.l中得到的接收控制分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比 SIRp进行比较，SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信机能够允许的数据比特传输差错概率确定；如果SIRs<SIRp，则网络节点A进 入步骤b.l;否则，网络节点A计算冗余信噪比SIRa， SIRa-SIRs-SIRp,根据步骤 b.l接收控制分组中发射功率字段的值PT，确定本网络节点A的发射功率为 PT-f(SIRa)， f(x)表示函数映射关系，f(x)的取值与x之间的映射关系由网络中的噪 声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的半径来确定；b.4以步骤b.3确定的节点发射功率PT-f(SIRa)向步骤b.l中发送RTS分组的 节点发送CTS分组；CTS分组的源地址字段填入网络节点A的地址，目标地址字 段填入步骤b.l中发送RTS分组的节点的地址，发射功率字段填入步骤b.3确定的 节点发射功率值PT-f(SIRa);b.5步骤b.l中发送RTS分组的节点收到CTS分组后，使用本节点的用户码 和CTS分组中发射功率字段确定的发射功率，向网络节点A发送数据分组，网络 节点A收到数据分组后，向步骤b.l中发送RTS分组的节点发送ACK分组。所述的功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，采用的扩频码配 置方法为网络共配置Ns个扩频码，其中一个扩频码用作公共扩频码，简称公共 码，该扩频码用于发送控制分组，为每个网络节点所共知；其余Ns-l个扩频码用 作用户扩频码，简称用户码，用于发送数据分组；网络节点在初始化时将扩频码 配置成为公共码，同时随机选择并设定一个用户码作为本节点初始用户码，网络 节点可根据需要更新本节点用户码；网络节点更新本节点用户码的规则为如果 接收到的控制分组是RTS分组，且本节点地址与RTS分组中的目标节点地址相同， 则将本节点用户码更新为RTS分组中源节点的用户码；否则本节点用户码仍保持 为本节点初始用户码。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明提供一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法。网络节 点在进行信息交互时，通过采用这种接入控制方法，每个网络节点可以自我配置 所需的收发扩频码，同时确定并调整发送分组时所采用的发射功率。在本发明中， 每个网络节点仅需要一个发信机和一个收信机，网络节点的硬件成本没有增加， 而且本发明不需要网络具有执行功率调度算法的集中控制节点，实现了网络节点 发射功率的分布式调度。与其它用于分布式CDMA网络中的媒体接入控制方法相比，本发明不仅可以保证分布式CDMA网络正常工作，还具有网络节点发射功率 控制功能，可以有效降低网络节点的平均发射功率，减少网络节点的能量消耗， 提高分布式网络的空间复用程度，进而增加网络吞吐量，且本发明原理简单，易 于用于分布式CDMA网络通信终端之中。
图l示出了一个应用本发明的具体实施例。图中有A、 B、 C、 D四个网络节点， 节点A将与节点B进行信息传输，A为发送节点，B为接收节点。/ 为网络节点平均 一跳覆盖范围的半径。图2示出了本发明采用的控制分组帧结构。本发明采用的控制分组包括请求 发送RTS分组，清除发送CTS分组，确认ACK分组。图3示出了当网络节点有数据分组需要发送时执行的接入流程图。图4示出了当网络节点没有数据要发送时执行的接入流程图。
具体实施例方式下面结合附图，具体说明本发明的工作原理。为了实现对分布式CDMA网络节点的功率控制，以便于网络节点之间进行更 为有效的信息交互，将信道上传输的分组分为两类控制分组和数据分组。控制 分组完成控制信令传输，支持网络节点的扩频码配置功能、以及节点发射功率确 定和调整的功能；数据分组用来传递业务数据，所需的扩频码以及发射功率由控 制分组传递的消息决定。信道上的控制分组有三类，分别为请求发送RTS分组、清除发送CTS分组和 确认ACK分组。各类控制分组的格式如图2所示，其中各部分的意义如下类型用于标识控制分组的类型，可以设定不同的标识码分别表示RTS分组， CTS分组，以及ACK分组；分组长度用于说明该控制分组包含的比特数；源地 址表示发送此控制分组的节点地址；源节点的用户码表示发送此控制分组的 节点所使用的用户码；目标地址表示此控制分组将要发往的节点地址；发射功 率用于说明节点发射该控制分组时使用的发射功率；CRC:冗余校验。本发明提出的分布式CDMA网络中具有功率控制功能的媒体接入控制方法， 其具体实施方式
如下1、为网络节点配置初始化参数。在网络节点接入信道发起信息传输之前，需 要对网络节点进行初始化，为网络中的每个节点分配节点地址，设定初始发射功 率，以及配置初始扩频码，主要包括以下内容a. 为网络中的每个节点分配一个唯一的不同于其他节点的物理地址或者是ID 标识，称之为节点地址。b. 为网络中的每个节点设定初始发射功率Pp。节点初始发射功率Pp与网络 预定的门限信噪比SIRp之间满足函数关系Pp-f(SIRp)，f(x)表示函数映射关系，f(x) 的取值与x之间的映射关系由网络中的噪声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的 半径来确定。如果用《表示收发信机之间天线增益，/ 表示网络节点平均一跳覆盖范围的半径，『表示网络中的噪声功率，则有f(x)-『iT/i:，x，其中"为路径 衰耗指数，所以节点初始发射功率为Pp=f(SIRp)=『iT//i:.SIRp。 SIRp由网络节点釆用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信机能够允许的数据比特传输 差错概率确定，例如，网络节点采用BPSK调制，收信机能够允许的数据比特传输差错概率为^=10-5，在不采用信道编码的情况下，网络预定的门限信噪比应取 SIRp=9.6dB。c. 为网络中的每个节点配置初始扩频码。应用本发明的分布式CDMA网络共 配置Ns个扩频码A, /2, ...， /Ns， Ns为正整数，其中一个扩频码用作公共扩频码，简 称公共码，为每个网络节点所共知，用于网络节点发送或接收控制分组；其余Ns-l 个扩频码用作用户扩频码，简称用户码，用于网络节点发送或接收数据分组。网 络节点在初始化时将扩频码配置成为公共码，同时随机选择并设定一个用户码作 为本节点的初始用户码。在后续的发送或者接收数据分组的时刻，网络节点可以 根据需要更新本节点的用户码。网络节点首先使用公共码发送和接收控制分组， 并通过控制分组携带信息协商决定，后续发送或者接收数据分组时所使用的用户 码。网络节点更新本节点用户码的规则为如果接收到的控制分组是RTS分组，且 本节点地址与RTS分组中的目标节点地址相同，则将本节点用户码更新为RTS分组中源节点的用户码；否则本节点用户码仍保持为本节点初始用户码。2、 网络节点间进行信息传输的总体过程为网络节点完成初始化后，进入正 式通信阶段，当节点有数据要发送时，使用公共码发送请求发送RTS分组，接收 节点使用公共码接收并解扩发送节点发送的RTS分组，统计该分组的信噪比，若 信噪比大于等于门限信噪比，接收节点通过清除发送CTS分组向发送节点反馈功 率控制信息；反之，接收节点不回送CTS分组，发送节点则增加发射功率重新发 送RTS分组。发送节点收到CTS分组后，根据CTS分组中发射功率字段的值重 新调整发射功率，向接收节点发送数据分组。接收节点收到数据分组后，回复确 认ACK分组，至此一次信息传输过程完毕。当网络节点没有数据发送时，使用公 共码接收并解扩控制分组，根据控制分组类型及其包含信息作出相应处理。3、 一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，包括两部分 当网络节点有数据分组要发送时的接入方法和网络节点没有数据分组需要发送时 的接入方法，图3所示，当网络节点有数据分组要发送时，接入方法为a.l发送节点A从本节点的等待发送分组队列中取出数据分组，根据数据分组 中的目标地址，确定接收节点为该数据分组中目标地址指向的节点B;a.2发送节点A使用公共码向接收节点B发送请求发送RTS分组，RTS分组 包含有类型字段、源地址字段、源节点用户码字段、目标地址字段、以及发射功 率字段，其中类型字段填入表示该分组为RTS分组的标识码，源地址字段填入发 送节点A的地址，源节点用户码字段填入发送节点A的用户码，目标地址字段填 入接收节点B的地址，发射功率字段填入发送节点A发送RTS分组所使用的发射功率PT， PT-Pp， Pp-『JT/^.SIRp为网络节点初始发送功率，SIRp为网络预定的门限信噪比，SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收 信机能够允许的数据比特传输差错概率确定；发送节点A开始计时，进入步骤a.6;a.3接收节点B使用公共码接收并解扩发送节点A发送的RTS分组，并通过 统计得到RTS分组的信噪比SIRs，取出RTS分组中源节点的用户码更新本接收节 点B选定的用户码；a.4将步骤a.3得到的RTS分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比SIRp进 行比较，若SIRs〈SIRp，则接收节点B不向发送节点A发送清除发送CTS分组，进入步骤&3;否则，接收节点B计算冗余信噪比SIRa， SIRa-SIRs-SIRp，并根据 步骤a.2所述RTS分组中发射功率字段的值PT，确定本接收节点B的发射功率为PT-f(SIRa) = PT-股，.SIRa ;a.5接收节点B以步骤a.4确定的发射功率PT-f(SIRa)向发送节点A发送CTS 分组；CTS分组包含有类型字段、源地址字段、目标地址字段、以及发射功率字 段，其中类型字段填入表示该分组为CTS分组的标识码，源地址字段填入接收节 点B的地址，目标地址字段填入发送节点A的地址，发射功率字段填入步骤a.5 确定的接收节点B的发射功率值PT-f(SIRa);a.6如果发送节点A在Tt时间内收到接收节点B发送的CTS分组，则进入步 骤a.7，否贝J，发送节点A进入步骤a.9。这里取Tt=2ts+2tp， ts为CTS分组或RTS 分组发送时间，tp为无线信号从发送节点A传输到接收节点B，或从接收节点B 传输到发送节点A所经历的传播时延。a.7发送节点A根据步骤a.6接收到的CTS分组中发射功率字段的值，确定 本发送节点A在随后向接收节点B发送数据分组时，所使用的发射功率，该发射 功率的值取CTS分组中发射功率字段的值；a.8发送节点八使用本节点八的用户码和步骤&7确定的发射功率向接收节点 B发送数据分组，接收节点B使用步骤aJ中确定的用户码接收并解扩数据分组， 然后向发送节点A发送确认ACK分组；&9发送节点A将发射功率增加dt，并将RTS分组中发射功率字段的值增加 dt,当累计重复发送次数小于最大允许重复发送次数Rm,并且发射功率小于等于 最大允许发射功率时，发送节点A以增加dt后的发射功率重新向接收节点B发送 一次RTS分组，并返回步骤a.6，否则，将接收节点B作为不可达处理。如果用 Pm表示最大允许发射功率，则最大允许重复发送次数与发射功率增减幅度dt之间 应满足关系RmXdt=Pm-Pp， Pp为网络节点初始发射功率，Rm为正整数。a. 10接收节点B不可达，发送节点将数据分组加入到本节点等待发送分组队 列中，重新进入步骤a.l;当网络节点没有数据分组需要发送时，接入方法为b. l网络节点A使用公共码接收并解扩控制分组，并通过统计得到接收控制分组的信噪比为SIRs:根据接收控制分组中类型字段的值，判断接收控制分组是 否为RTS分组，如果接收到的控制分组为RTS分组，则进入步骤b.2，否则，网 络节点A重新执行步骤b.l;b.2判断本网络节点A的地址与RTS分组中的目标地址是否相同，若不相同， 则网络节点A判定信道忙，延迟"时间后，重新执行歩骤b.l;否则，取出RTS 分组中源节点的用户码更新本网络节点A的用户码。这里取A^2ts+2tp， ts为CTS 分组或RTS分组发送时间，tp为无线信号从发送RTS分组的节点即发送节点，传 输到RTS分组需要被送达的目标节点即接收节点，或从接收节点传输到发送节点 所经历的传播时延。b.3将步骤b.l中得到的接收控制分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比 SIRp进行比较，SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收 信机能够允许的数据比特传输差错概率确定；如果SIRs<SIRp，则网络节点A进 入步骤b.l;否则，网络节点A计算冗余信噪比SIRa， SIRa=SIRs-SIRp，根据步骤 b.l接收控制分组中发射功率字段的值PT，确定本网络节点A的发射功率为 PT-f(SIRa)， f(x)表示函数映射关系，f(x)的取值与x之间的映射关系由网络中的噪 声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的半径来确定。如果用《表示收发信机之间 天线增益，及表示网络节点平均一跳覆盖范围的半径，『表示网络中的噪声功率，则f(x一 ^T/x， 7/为路径衰耗指数，所以有f(SIRa)-『iT/SIRa;b.4以步骤b.3确定的节点发射功率PT-f(SIRa)向步骤b.l中发送RTS分组的节点发送CTS分组；CTS分组的源地址字段填入网络节点A的地址，目标地址字段填入步骤b.l中发送RTS分组的节点的地址，发射功率字段填入步骤b.3确定的节点发射功率值PT-f(SIRa);b.5步骤b.l中发送RTS分组的节点收到CTS分组后，使用本节点的用户码和CTS分组中发射功率字段确定的发射功率，向网络节点A发送数据分组，网络节点A收到数据分组后，向步骤b.l中发送RTS分组的节点发送ACK分组。所述的功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，其采用的扩频码配置方法为网络共配置Ns个扩频码，其中一个扩频码用作公共扩频码，简称公共码，该扩频码用于发送控制分组，为每个网络节点所共知；其余Ns-l个扩频码用作用户扩频码，简称用户码，用于发送数据分组；网络节点在初始化时将扩频码配置成 为公共码，同时随机选择并设定一个用户码作为本节点初始用户码，网络节点可 根据需要更新本节点用户码；网络节点更新本节点用户码的规则为如果接收到 的控制分组是RTS分组，且本节点地址与RTS分组中的目标节点地址相同，则将 本节点用户码更新为RTS分组中源节点的用户码；否则本节点用户码仍保持为本 节点初始用户码。结合图1给出的一个应用本发明的具体实施例，进一步阐述本发明的工作原 理。图中有A、 B、 C、 D四个网络节点，节点A将与节点B进行信息传输，A为 发送节点，B为接收节点。及为网络节点平均一跳覆盖范围的半径。1、为网络节点配置初始化参数。在网络节点接入信道发起信息传输之前，需 要对网络节点进行初始化，主要包括以下内容-a. 为A、 B、 C、 D四个网络节点分别分配一个唯一的不同于其他节点的物理 地址或者是ID标识，称之为节点地址，记为Ai，Bbd,D"b. 为A、 B、 C、 D四个网络节点设定初始发射功率Pp。节点初始发射功率 Pp与网络预定的门限信噪比SIRp之间满足函数关系Pp=f(SIRp)， f(x)表示函数映 射关系，f(x)的取值与x之间的映射关系由网络中的噪声功率和网络节点平均一跳 覆盖范围的半径来确定。如果用K表示收发信机之间天线增益，及表示网络节点 平均一跳覆盖范围的半径，『表示网络中的噪声功率，则有f(x)-『7T/i^x，其 中;/为路径衰耗指数，所以节点初始发射功率为P"f(SIRp)-『iT/SIRp。 SIRp 由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信机能够允许的数据 比特传输差错概率确定。c. 为A、 B、 C、 D四个网络节点配置初始扩频码。应用本发明的分布式CDMA 网络共配置Ns个扩频码/i，/2, ...,/Ns， Ns为正整数，选定/化用作公共扩频码，简 称公共码，为每个网络节点所共知，用于网络节点发送或接收控制分组；其余Ns-l 个扩频码用作用户扩频码，简称用户码，用于网络节点发送或接收数据分组。经过初始化后，节点A、 B、 C、 D配置的初始用户码分别为/！，/2，/3，/4。d. 设定各种不同的标识码用于表示各种控制分组，用00表示RTS分组，01 表示CTS分组，IO表示ACK分组。2.应用本发明提出的功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制，当网 络节点A需要向网络节点B发送数据分组时，执行的接入方法分为以下几步-第一步发送节点A从本节点的等待发送分组队列中取出数据分组，根据数 据分组中的目标地址，确定接收节点为该数据分组中目标地址指向的节点B。第二步发送节点A使用公共码/Ns向接收节点B发送请求发送RTS分组， RTS分组的类型字段填入00，源地址字段填入Ap源节点用户码字段填入/p目 标地址字段填入Bp发射功率字段填入发送节点A发送RTS分组所使用的发射功率PT， PT=Pp， P『『JT/尺.SIRp为网络节点初始发送功率，SIRp为网络预定的门限信噪比。发送节点A开始计时，进入步骤第六步。第三步接收节点B使用公共码/Ns接收并解扩控制分组，并通过统计得到RTS分组的信噪比SIRs;根据接收控制分组中类型字段的值OO,判断接收控制分 组是否为RTS分组，并根据接收控制分组目标地址字段的值B,，判定本节点B的 地址与目标地址相同，接收节点B取出RTS分组中源节点的用户码A更新本接收 节点B选定的用户码。与此同时，网络节点C使用公共码/Ns接收并解扩控制分组， 并通过统计得到RTS分组的信噪比SIRs;根据接收控制分组中类型字段的值00， 判断接收控制分组是否为RTS分组，并根据接收控制分组目标地址字段的值B" 判定本节点B的地址与目标地址不同，节点C判定信道忙，延迟A戶2ts+2tp时间 后，重新使用公共码/Ns接收并解扩控制分组，并做出相应处理。此时，节点D也 使用公共码/化接收并解扩控制分组，但是由于节点D距离节点A较远，处于节点 A的一跳覆盖范围之外，无法接收到节点A发送的RTS分组，因此节点D不做任 何处理，继续使用公共码/化接收并解扩控制分组。第四步接收节点B将步骤三得到的RTS分组信噪比SIRs与网络预定的门限 信噪比SIRp进行比较，若SIRs〈SIRp，则接收节点B不向发送节点A发送清除发 送CTS分组，进入步骤三；否则，接收节点B计算冗余信噪比SIRa， SIRa=SIRs-SIRp，并根据步骤二所述RTS分组中发射功率字段的值PT，确定本接收节点B的发射功率为PT-f(SIRa) = PT-『JT/K. SIRa 。第五步接收节点B以步骤四确定的发射功率PT-f(SIRa)向发送节点A发送 CTS分组；CTS分组的类型字段填入01 ，源地址字段填入B！,目标地址字段填入A,，发射功率字段填入步骤五确定的接收节点B的发射功率值PT-f(SIRa)。与此同 时，网络节点D使用公共码/Ns接收并解扩控制分组，并通过统计得到RTS分组的 信噪比SIRs;根据接收控制分组中类型字段的值Ol，判断接收控制分组是为CTS 分组，节点D重新使用公共码/^接收并解扩控制分组。第六步如果发送节点A在Tt=2ts+2tp时间内收到接收节点B发送的CTS分 组，则进入步骤七，否则，发送节点A进入步骤第九步。第七步发送节点A根据步骤六接收到的CTS分组中发射功率字段的值，确 定本发送节点A在随后向接收节点B发送数据分组时，所使用的发射功率，该发 射功率的值取CTS分组中发射功率字段的值。第八步发送节点A使用本节点A的用户码A和步骤七确定的发射功率向接 收节点B发送数据分组，接收节点B使用用户码A接收并解扩数据分组，然后向 发送节点A发送确认ACK分组。第九步发送节点A将发射功率增加dt，并将RTS分组中发射功率字段的值 增加dt，当累计重复发送次数小于最大允许重复发送次数Rm，并且发射功率小于 等于最大允许发射功率时，发送节点A以增加dt后的发射功率重新向接收节点B 发送一次RTS分组，并返回步骤六，否则，将接收节点B作为不可达处理。如果 用Pm表示最大允许发射功率，则最大允许重复发送次数与发射功率增减幅度dt 之间应满足关系RmXdt=Pm-Pp， Pp为网络节点初始发射功率，Rm为正整数。第十步接收节点B不可达，发送节点A将数据分组加入到本节点等待发送 分组队列中，重新进入步骤一。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本领域技术 人员应该理解，在不脱离本发明的精神和原则的情况下，可以进行各种其它的改 变、替换和添加。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法，包括两部分当网络节点有数据分组要发送时的接入方法和网络节点没有数据分组需要发送时的接入方法，其特征在于当网络节点有数据分组要发送时，接入方法为a.1发送节点A从本节点的等待发送分组队列中取出数据分组，根据数据分组中的目标地址，确定接收节点为该数据分组中目标地址指向的节点B；a.2发送节点A使用公共码向接收节点B发送请求发送RTS分组，RTS分组包含有类型字段、源地址字段、源节点用户码字段、目标地址字段、以及发射功率字段，其中类型字段填入表示该分组为RTS分组的标识码，源地址字段填入发送节点A的地址，源节点用户码字段填入发送节点A的用户码，目标地址字段填入接收节点B的地址，发射功率字段填入发送节点A发送RTS分组所使用的发射功率PT，PT＝Pp，Pp为网络节点初始发送功率，节点初始发射功率Pp与网络预定的门限信噪比SIRp之间满足函数关系Pp＝f(SIRp)，其中，f(x)表示函数映射关系，f(x)的取值与x之间的映射关系由网络中的噪声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的半径来确定；SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信机能够允许的数据比特传输差错概率确定；发送节点A开始计时，进入步骤a.6；a.3接收节点B使用公共码接收并解扩发送节点A发送的RTS分组，并通过统计得到RTS分组的信噪比SIRs，取出RTS分组中源节点的用户码更新本接收节点B选定的用户码；a.4将步骤a.3得到的RTS分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比SIRp进行比较，若SIRs＜SIRp，则接收节点B不向发送节点A发送清除发送CTS分组，进入步骤a.3；否则，接收节点B计算冗余信噪比SIRa，SIRa＝SIRs-SIRp，并根据步骤a.2所述RTS分组中发射功率字段的值PT，确定本接收节点B的发射功率为PT-f(SIRa)；a.5接收节点B以步骤a.4确定的发射功率PT-f(SIRa)向发送节点A发送CTS分组；CTS分组包含有类型字段、源地址字段、目标地址字段、以及发射功率字段，其中类型字段填入表示该分组为CTS分组的标识码，源地址字段填入接收节点B的地址，目标地址字段填入发送节点A的地址，发射功率字段填入步骤a.5确定的接收节点B的发射功率值PT-f(SIRa)；a.6如果发送节点A在Tt时间内收到接收节点B发送的CTS分组，则进入步骤a.7，否则，发送节点A进入步骤a.9；a.7发送节点A根据步骤a.6接收到的CTS分组中发射功率字段的值，确定本发送节点A在随后向接收节点B发送数据分组时，所使用的发射功率，该发射功率的值取CTS分组中发射功率字段的值；a.8发送节点A使用本节点A的用户码和步骤a.7确定的发射功率向接收节点B发送数据分组，接收节点B使用步骤a.3中确定的用户码接收并解扩数据分组，然后向发送节点A发送确认ACK分组；a.9发送节点A将发射功率增加dt，并将RTS分组中发射功率字段的值增加dt，当累计重复发送次数小于最大允许重复发送次数Rm，并且发射功率小于等于最大允许发射功率时，发送节点A以增加dt后的发射功率重新向接收节点B发送一次RTS分组，并返回步骤a.6，否则，将接收节点B作为不可达处理；a.10接收节点B不可达，发送节点A将数据分组加入到本节点等待发送分组队列中，重新进入步骤a.1；当网络节点没有数据分组需要发送时，接入方法为b.1网络节点A使用公共码接收并解扩控制分组，并通过统计得到接收控制分组的信噪比为SIRs；根据接收控制分组中类型字段的值，判断接收控制分组是否为RTS分组，如果接收到的控制分组为RTS分组，则进入步骤b.2，否则，网络节点A重新执行步骤b.1；b.2判断本网络节点A的地址与RTS分组中的目标地址是否相同，若不相同，则网络节点A判定信道忙，延迟Δt时间后，重新执行步骤b.1；否则，取出RTS分组中源节点的用户码更新本网络节点A的用户码；b.3将步骤b.1中得到的接收控制分组信噪比SIRs与网络预定的门限信噪比SIRp进行比较，SIRp由网络节点采用的信道编解码方案、调制解调方案、以及收信机能够允许的数据比特传输差错概率确定；如果SIRs＜SIRp，则网络节点A进入步骤b.1；否则，网络节点A计算冗余信噪比SIRa，SIRa＝SIRs-SIRp，根据步骤b.1接收控制分组中发射功率字段的值PT，确定本网络节点A的发射功率为PT-f(SIRa)，f(x)表示函数映射关系，f(x)的取值与x之间的映射关系由网络中的噪声功率和网络节点平均一跳覆盖范围的半径来确定；b.4以步骤b.3确定的节点发射功率PT-f(SIRa)向步骤b.1中发送RTS分组的节点发送CTS分组；CTS分组的源地址字段填入网络节点A的地址，目标地址字段填入步骤b.1中发送RTS分组的节点的地址，发射功率字段填入步骤b.3确定的节点发射功率值PT-f(SIRa)；b.5步骤b.1中发送RTS分组的节点收到CTS分组后，使用本节点的用户码和CTS分组中发射功率字段确定的发射功率，向网络节点A发送数据分组，网络节点A收到数据分组后，向步骤b.1中发送RTS分组的节点发送ACK分组。
2.根据权利要求1所述的功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方 法，其特征在于采用的扩频码配置方法为网络共配置Ns个扩频码，其中一个扩 频码用作公共扩频码，简称公共码，该扩频码用于发送控制分组，为每个网络节 点所共知；其余Ns-l个扩频码用作用户扩频码，简称用户码，用于发送数据分组； 网络节点在初始化时将扩频码配置成为公共码，同时随机选择并设定一个用户码 作为本节点初始用户码，网络节点可根据需要更新本节点用户码；网络节点更新 本节点用户码的规则为如果接收到的控制分组是RTS分组，且本节点地址与RTS 分组中的目标节点地址相同，则将本节点用户码更新为RTS分组中源节点的用户 码；否则本节点用户码仍保持为本节点初始用户码。
全文摘要
一种功率可控制的分布式CDMA网络媒体接入控制方法。采用本发明，当节点有数据要发送时，使用公共码发送RTS分组，接收节点使用公共码接收发送节点发送的RTS分组，统计该分组的信噪比，若信噪比大于等于门限信噪比，接收节点通过CTS分组向发送节点反馈功率控制信息；反之，接收节点不回送CTS分组，发送节点则增加发射功率重新发送RTS分组。发送节点收到CTS分组后，调整发射功率向接收节点发送数据分组。接收节点收到数据分组后，回复确认ACK分组。当网络节点没有数据发送时，使用公共码接收控制分组，根据接收控制分组类型做相应处理。本发明在不增加节点硬件成本的条件下，可有效降低网络节点的平均发射功率，提高网络的空间复用程度，进而增加网络吞吐量。
文档编号H04L1/16GK101277271SQ20081009888
公开日2008年10月1日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者孙诗东, 聂景楠 申请人:中国人民解放军理工大学;东南大学