专利名称：一种协作链路的建立和维护方法及相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种协作链路的建立和维护方法及相关设备。
背景技术：
在频谱共享的感知网络中，次系统的收发双方由于没有预先设定的可用频率，因此其通信链路必须动态地建立。但是，由于次系统的收发双方的信道状态信息不完全相关且双方互不确知，因此通信链路很难建立起来。传统的解决方法是，预先为次系统设置一个公共信道，该公共信道不被主系统占用，次系统的收发双方通过公共信道上传输的信息来建立通信链路。上述方法在实用性上存在一些问题，如在频谱资源上是否存在一个没有被主系统占用的公共信道及如何设定该公共信道等。为了解决利用公共信道建立次系统通信链路的问题，需要新的方法使得在主系统或次系统的频谱活动具有动态突发性、收发双方的信道状态信息不完全相关且互不确知的情况下也能实现自适应的通信链路建立和通信， 从而可以可靠、有效地支持动态频谱共享。现有技术中，一种基于无速率码的通信链路建立方法为源节点感知不同信道的可用性，并在感知的可用信道上向目的节点发送基于无速率码的消息后，在无速率码所需要的应答时隙内侦听目的节点的反馈信息；目的节点通过感知不同信道的可用性，通过反馈信息告知源节点哪些信道可用，即目的节点在哪些信道上可以侦听源节点发送的基于无速率码的消息；从而实现目的节点与源节点之间的“图谱交换”，即实现目的节点与源节点之间的通信链路的建立。发明人在实践中发现，上述方法只考虑源节点与目的节点之间直接通信的场景， 通信可靠性和系统性能不是很高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种协作链路的建立和维护方法及相关设备，可以有效发现隐藏的协作节点，从而提升通信可靠性和系统性能。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案一种协作链路的建立方法，包括接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml，记录正确解码所述请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri的时间Tli ；广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；根据T1D，ls以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点，并通知所述源节点和最优协作节点以建立协作链路。
一种节点设备，包括第一处理模块，用于接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml，记录正确解码所述请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri 的时间Tli ；第二处理模块，用于在所述第一处理模块广播所述确认消息ACK1_D之后，广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2 后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；第三处理模块，用于根据所述T1D，ls以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点；第四处理模块，用于将所述第三处理模块计算出的最优协作节点通知所述源节点和最优协作节点以建立协作链路。一种协作链路的维护方法，包括源节点，协作节点和目的节点，其中，所述协作节点是通过上述协作链路的建立方法计算出来的所述源节点、协作节点以及目的节点在感知阶段分别感知各自信道是否可用，若是，则在信道使用阶段初期发送信道可用标识；所述协作节点若收到所述目的节点发送的信道可用标识时，则将接收的所述源节点发送的无速率编码包正确解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。一种节点设备，包括感知模块，用于在感知阶段感知信道是否可用，若是，则在信道使用阶段初期发送信道可用标识；控制模块，用于在收到所述目的节点发送的信道可用标识时，将接收的源节点发送的无速率编码包解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。一种协作链路的维护系统，包括源节点，协作节点以及目的节点，所述协作节点是通过上述协作链路的建立方法计算出来的其中，源节点，协作节点以及目的节点，分别在感知阶段感知各自信道是否可用， 若是，则分别在信道使用阶段初期发送各自信道可用标识；所述源节点，在收到所述协作节点发送的信道可用标识时，将无速率编码包发送到所述协作节点；所述协作节点，在收到所述目的节点发送的信道可用标识时，将接收的源节点发送的无速率编码包解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。与现有的技术相比，本发明实施例具有以下有益效果本发明实施例中，目的节点记录侦听到周围潜在协作节点正确解码请求通信消息 ml后广播的请求通信响应消息ACKl_Ri的时间Tli，记录其正确解码请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，记录侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s，以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点并通知源节点和最优协作节点以建立协作链路。这样，可以有效发现隐藏的协作节点，从而提升通信可靠性和系统性能。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中提供的一种协作链路的建立方法的流程图；图2为本发明实施例中分别提供的请求通信消息ml，准许通信消息m2，请求通信响应消息ACKl_Ri，确认消息ACK1_D，准许通信响应消息ACK2_Ri，ACK2_S以及协作节点选择消息ACK3_D的帧结构示意图；图3为本发明实施例中提供的协作链路建立中源节点的操作流程图；图4为本发明实施例中提供的协作链路建立中潜在节点的操作流程图；图5为本发明实施例中提供的协作链路建立中目的节点的操作流程图；图6为本发明实施例中提供的目的节点计算最优协作节点的流程图；图7为本发明实施例中提供的目的节点选择最优协作节点的流程图；图fe为本发明实施例中提供的一种协作传输协议的示意图；图8b为本发明实施例中提供的传输响应ack_D、ack_R的格式示意图；图9为本发明实施例中提供的源节点在通信过程中的流程图；图10为本发明实施例中提供的最优协作节点在通信过程中的流程图；图11为本发明实施例中提供的目的节点在通信过程中的流程图；图12为本发明实施例中提供的一种节点设备的结构图；图13为本发明实施例中提供的另一种节点设备的结构图；图14为本发明实施例中提供的又一种节点设备的结构图；图1 为本发明实施例中提供的一种协作链路的维护方法的流程图；图15b为本发明实施例中提供的节点在感知信道可用性的示意图；图16为本发明实施例中提供的又一种节点设备的结构图；图17为本发明实施例中提供的一种协作链路的维护系统的结构图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1，图1为本发明实施例中提供的一种协作链路的建立方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括101、目的节点接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml， 记录目的节点正确解码请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri的时间Tli;102、目的节点广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；103、目的节点根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点，并通知所述源节点和最优协作节点以建立协作链路。其中，目的节点根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算出最优协作节点后，可以通过协作节点选择消息々0(3_0通知源节点和最优协作节点，从而建立协作链路。本发明实施例中，目的节点根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点具体可以为目的节点将Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将Ls与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于Tid，且时间T2i小于T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；计算每个可协作节点的时间Tli与T2i的和值，将和值最小的可协作节点作为最优协作节点。本发明实施例中，目的节点根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点具体还可以为目的节点将Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将Ls与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于Tid，且时间T2i小于T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；
( T依据公式<=argmin η,+7；,卜从确定的可协作节点中计算出最优协
I I 7^JJ
作节点，其中，Ri*表示最优协作节点。其中，上述公式的推导如下上述无速率编码的协作传输可划分为两个传输阶段在第一阶段，潜在协作节点和目的节点同时接收源节点发送的经无速率编码的数据，进行互信息量的累积；在该阶段末尾，潜在协作节点能成功解码源节点发送的数据而目的节点尚未能解码源节点发送的数据，即目的节点还未累积到足够的互信息量对源节点信息进行正确解码。随后传输进入第二阶段，在该阶段，潜在协作节点对在第一阶段成功解码的源节点信息重新进行无速率编码后向目的节点发送，该发送一直持续到目的节点能将在该阶段累积的互信息量和在第一节阶累积的互信息量进行累积从而正确解码源节点信息为止，源节点在该阶段保持静默； 在第二阶段末尾，目的节点发送响应消息告知源节点和潜在协作节点其已正确接收数据， 从而完成数据的传输。假设源节点到目的节点的链路信噪比为Ytl,源节点到协作节点的链路信噪比为 Y1，协作节点到目的节点的链路信噪比为Y2，则在给定数据传输量为a比特的情况下，以上三条链路传输所需要的信道使用次数分别为t1D = a/co.t! = a/Cl、以及t2 = a/c20其中C0 = Iog2 (1+ Y 0) , C1 = Iog2 (1+ Y J，以及c2 = Iog2 (1+ Y 2)分别表示各链路的信道容量。假设第i个潜在协作节点(记为Ri)被选中参与协作，且其解码源节点发送数据所需要的信道使用次数为tn，则在第一阶段Ri接收源节点数据时，目的节点同时也接收源节点数据并尝试解码，且在Ri成功解码源节点数据时目的节点累积的互信息量为= ^ Xc0，其中目的节点接收时间长度为= η。目的节点需要在第二阶段累积的互信息量为Iphase2 =a-Iphaselo当Ri正确解码源节点信息后在第二阶段通过无速率码编码发送给目的节点，
目的节点在该阶段解码所需时间为‘,.2 = ^r1- = ^^ ==。因此目的
C2 C2 C2 h /)
节点完成解码源节点信息所需时间为4+ ^phase2 =t + ^ 二‘卞‘2。由此可见，实现
源节点和目的节点之间最高传输速率等同于选择一个最优的Ri使t/值最小，即最优协作
节点为< =al^min 卜。本发明实施例中，目的节点录侦听到周围潜在协作节点正确解码请求通信消息ml 后广播的请求通信响应消息ACKl_Ri的时间Tli，记录其正确解码请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，记录侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s，以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点并通知源节点和最优协作节点以建立协作链路。这样， 可以有效发现隐藏的协作节点，从而提升通信可靠性和系统性能。请参阅图2，图2所示的分别为上述请求通信消息ml，准许通信消息m2，请求通信响应消息ACKl_Ri，确认消息ACK1_D，准许通信响应消息ACK2_Ri，ACK2_S以及协作节点选择消息ACK3_D的帧结构示意图。如图2所示，请求通信消息ml的帧结构中，包括前导序列、请求通信消息无速率码包和应答时隙，该请求通信消息无速率码包又包括消息标识、源节点标识、目的节点标识、码包编号、网络设置参数以及业务流参数，该应答时隙包括多个竞争周期。准许通信消息m2的帧结构中，包括前导序列、准许通信消息无速率码包和应答时隙，该准许通信消息无速率码包又包括消息标识、目的节点标识、源节点标识、码包编号、 网络设置参数以及业务流参数，该应答时隙包括多个竞争周期。请求通信响应消息ACKl_Ri、确认消息ACK1_D、准许通信响应消息ACK2_Ri、ACK2_ S的帧结构中包括消息标识、节点标识、累积码包数目。协作节点选择消息ACK3_D的帧结构中包括消息标识和节点标识。其中，源节点在广播经过无速率编码的请求通信消息ml后，可以在无速率编码要求的应答时隙中侦听周围节点的反馈消息ACKl (包括潜在协作节点的请求通信响应消息 ACKl_Ri和/或目的节点的确认消息ACK1_D)；目的节点在广播经过无速率编码的准许通信消息m2后，可以在无速率编码要求的应答时隙中侦听周围节点的反馈消息ACK2(包括潜在协作节点的准许通信响应消息ACK2_Ri和/或源节点的准许通信响应消息ACK2J5)；目的节点可以根据记录的其开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，侦听到潜在协作节点广播的请求通信响应消息ACKl_Ri的时间Tli和广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i，以
9及源节点广播准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s来执行最优协作节点选择算法，将最优协作节点通过ACK3_D消息告知源节点和被选中的最优协作节点。请参阅图3，图3为协作链路的建立过程中源节点的操作流程图。如图3所示，该流程包括301、源节点检测其信道使用状况；302、源节点如果检测信道可用，则执行303 ；源节点如果检测信道不可用，则继续执行301，继续检测信道使用状况；303、源节点广播经无速率编码后的请求通信消息ml，并在无速率编码要求的应答时隙内侦听目的节点的反馈消息；其中，源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml的帧格式与图2中的请求通信消息ml的帧格式相同。304、源节点如果侦听到目的节点反馈的确认消息ACK1_D，则执行305 ；源节点如果没有侦听到目的节点反馈的确认消息ACK1_D，则重新执行303 ；其中，目的节点反馈的确认消息ACK1_D的帧格式如图2305、停止广播经无速率编码的请求通信消息ml ；306、源节点接收目的节点广播的经无速率编码的准许通信消息m2 ；其中，目的节点广播的经无速率编码的准许通信消息m2的帧格式与图2中的准许通信消息m2的帧格式相同。307、源节点尝试正确解码接收到的目的节点广播的经无速率编码的准许通信消息m2，源节点如果正确解码则执行308 ；源节点如果不能正确解码接收到的目的节点广播的经无速率编码的准许通信消息m2，则继续执行306 ；308、源节点正确解码接收到的目的节点广播的经无速率编码的准许通信消息m2 后，广播准许通信响应消息ACK2_S ；其中，源节点广播的准许通信响应消息ACK2_S的帧格式与图2中的准许通信响应消息ACK2_S&帧格式相同。309、源节点广播准许通信响应消息ACK2_S后，接收目的节点广播的协作节点选择消息ACK3_D。其中，协作节点选择消息ACK3_D是目的节点广播的，其帧格式与图2中的协作节点选择消息ACK3_D的帧格式相同，用于将目的节点确定出的最优协作节点通知源节点。请参阅图4，图4为协作链路的建立过程中潜在协作节点的操作流程图。如图4所示，该流程包括401、潜在协作节点检测其信道使用状况；402、潜在协作节点如果检测其信道可用，则执行403 ；潜在协作节点如果检测其信道不可用，则继续执行401，继续检测其信道使用状况；403、潜在协作节点接收源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml ；其中，源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml的帧格式与图2中的请求通信消息ml的帧格式相同。404、潜在协作节点尝试正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml，若不能正确解码则执行405 ；潜在协作节点如果正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml，则执行406 ；405、潜在协作节点判断定时器是否超时，若否，则继续执行403 ；若是，则将自身设置为无效协作节点，并结束本流程；406、潜在协作节点正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml后，广播请求通信相应消息ACKl_Ri ；其中，潜在协作节点广播的请求通信响应消息ACKl_Ri的帧格式和图2中所示的请求通信响应消息ACKl_Ri的帧格式相同，请求通信响应消息ACKl_Ri中携带了请求通信响应消息ACKl_Ri的消息标识以及潜在协作节点的节点标识。407、潜在协作节点接收目的节点广播的经无速率编码后的准许通信消息m2 ；其中，目的节点广播的经无速率编码后的准许通信消息m2的帧格式与图2中的准许通信消息m2的帧格式相同。408、潜在协作节点尝试正确解码接收到的目的节点广播的经无速率编码后的准许通信消息m2，则正确解码则执行410 ；潜在协作节点如果不能正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml，则执行409 ；409、潜在协作节点判断定时器是否超时，若否，则继续执行407 ；若是，则将自身设置为无效协作节点，并结束本流程；410、潜在协作节点广播准许通信响应消息ACK2_Ri ；其中，潜在协作节点广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的帧格式和图2中所示的准许通信响应消息ACK2_Ri的帧格式相同，准许通信响应消息ACK2_Ri中携带了准许通信响应消息ACK2_Ri的消息标识以及潜在协作节点的节点标识。411、潜在协作节点判断定时器是否超时，若否，则执行412 ；若是，则将自身设置为无效协作节点，并结束本流程；412、潜在协作节点若接收到目的节点广播的协作节点选择消息ACK3_D，则执行 413 ；反之，继续执行411 ；413、潜在协作节点判断自身是否为最优协作节点，若是，则将自身设置为最优协作节点并结束本流程；若否，则将自身设置为无效协作节点并结束本流程。请参阅图5，图5为协作链路的建立过程中目的节点的操作流程图。如图5所示， 该流程包括501、目的节点检测其信道使用状况；502、目的节点如果检测其信道可用，则执行503 ；目的节点如果检测其信道不可用，则继续执行501，继续检测其信道使用状况；503、目的节点接收源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml ；其中，源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml的帧格式与图2中的请求通信消息ml的帧格式相同。504、目的节点尝试正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml，若不能正确解码则继续执行503 ；目的节点如果正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml，则执行505 ；其中，目的节点在接收并尝试正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml的过程中，同时侦听潜在协作节点正确解码该请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri，并记录侦听到请求通信响应ACKl_Ri的时间Τπ。其中，潜在协作节点正确解码该请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACK1_R 的帧格式和图2中所示的请求通信响应ACK1_R的帧格式相同。505、目的节点正确解码接收到的源节点广播的经无速率编码的请求通信消息ml 后，广播请求通信相应消息ACK1_D，并记录开始广播请求通信相应消息ACK1_D的时间Tid ；其中，目的节点广播请求通信相应消息ACK1_D的帧格式和图2中所示的请求通信相应消息ACK1_D的帧格式相同，请求通信相应消息ACK1_D中携带了请求通信相应消息 ACK1_D的消息标识以及目的节点的节点标识。506、目的节点广播的经无速率编码后的准许通信消息m2 ；其中，目的节点广播的经无速率编码后的准许通信消息m2的帧格式与图2中的准许通信消息m2的帧格式相同。507、目的节点如果侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S，则执行805 ；目的节点如果没有侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S，则继续执行506 ；其中，目的节点在侦听源节点广播的准许通信响应消息ACK2_S的过程中，同时侦听潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri，并记录侦听到准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i。508、目的节点记录侦听到源节点广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s，并停止广播准许通信消息m2;509、目的节点计算最优协作节点，并将计算出的最优协作节点通过协作节点选择消息ACK3_D通知源节点和最优协作节点。请参阅图6，图6为目的节点计算最优协作节点的流程图。如图6所示，该流程包括601、目的节点获取其在广播ACK1_D之前侦听到的ACKl_Ri所对应的时间Tli (i 第i个潜在协作节点)；602、目的节点获取其在侦听到ACK2_S之前侦听到的ACK2_Ri所对应的时间T2i (i 第i个潜在协作节点)；603、目的节点对于上述两步中侦听到的每个潜在协作节点计算Ti = T1JT2i，取最小Ti值所对应的第i个潜在协作节点为最优协作节点。其中，对于第i个潜在协作节点，若其能在目的节点正确解码请求通信消息ml消息之前(即第i个潜在协作节点广播ACKl_Ri的时间在目的节点广播ACK1_D之前)，以及其正确解码准许通信消息m2又在源节点正确解码准许通信消息m2之前(即第i个潜在协作节点广播ACK2_Ri的时间在源节点广播ACK2_S之前)，说明若通过该潜在协作节点来协作传输，数据传输的信道使用次数将比源节点和目的节点直接通信时的信道使用次数要少，即使用第i个潜在协作节点能提供有效的传输增益。目的节点计算最优协作节点的基本原理是将上述的所有能提供有效增益的潜在协作节点的解码时间(解码ml和解码m2的时间总和)进行比较并选择具有最小解码时间的潜在协作节点作为最优协作节点。下面，通过举例的方式说明在协作链路的建立过程中最优协作节点是怎样获得的，如图7所示
A、感知网络中次系统的各节点分别感知各自信道使用状况，其中，节点S、RU R3、 R4、R5和D感知信道可用，节点R2由于位于主系统(PU)活动区域因此感知信道不可用。B、节点S发送经无速率编码后的请求通信消息ml，周围节点侦听并尝试解码。其中，节点R2由于其信道不可用，所以无法接收请求通信消息ml ；节点R1、R3、R4、R5和D不断接收请求通信消息ml并尝试解码ml消息。C、周围节点正确解码请求通信消息ml后广播请求通信响应消息ACKl。其中，节点 Rl、R3、R4和D根据正确解码请求通信消息ml的时序依次广播ACKl消息(包括ACK1_R1， ACK1_R3, ACK1_R4, ACK 1_D)；节点R5在正确解码请求通信消息ml之前节点D已正确解码该消息，所以节点S收到节点D广播的ACK1_D消息后停止发送请求通信消息ml，而R5由于累积的无速率包的数量达不到解码要求，无法继续尝试解码请求通信消息ml，成为无效协作节点。D、节点D发送经无速率编码的准许通信消息m2，周围节点侦听并尝试解码。其中， 节点R2由于其信道不可用，所以无法接收m2消息；节点R1、R3、R4和S不断接收准许通信消息m2并尝试解码；节点R5因为已成为无效节点，不对准许通信消息m2尝试解码。E、周围节点正确解码准许通信消息m2后广播准许通信响应消息ACK2 (包括ACK2_ Rl，ACK2_R4, ACK2_S)。其中，节点R4、Rl和S根据正确解码准许通信消息m2的时序依次广播准许通信响应消息ACK2 ；节点R3在正确解码准许通信消息m2之前节点S已正确解码该消息，所以节点D侦听到节点S广播的ACK2_S消息后停止发送准许通信消息m2，而R3由于累积的无速率包的数量达不到解码要求，无法继续尝试解码准许通信消息m2，成为无效协作节点。F、节点D根据最优协作节点选择算法计算后选择节点Rl作为最优协作节点，并发送协作节点选择消息ACK3_D通知节点S和节点R1，从而建立通信链路。在上述过程中，在节点S广播请求通信消息ml后，节点D侦听到的ACKl消息分别有ACK1_R1、ACK1_R3、ACK1_R4、以及自身发出的ACK1_D ；在节点D发送准许通信消息后，节点D侦听到的ACK2消息分别有ACK2_R4、ACK2_R1、ACK2_S ；其中Tn、T13、T14和Tltl分别对应节点D记录的侦听到ACK1_R1、ACK1_R3、ACK1_R4的时间以及自身开始发出的ACK1_D的时间；T24、T21和T2tl分别对应节点D记录的侦听到ACK2_R4、ACK2_R1、ACK2_S的时间。节点D 计算(Tn+T21)和(Τ14+Τ24)的关系，在上述例子中假设有(Τ14+Τ24) > (Τη+Τ21)，所以最优协作节点为Rl。通过上述的最优协作节点的选择实现协作链路的建立之后，源节点和目的节点开始进行通信。其中，协作传输协议如图8a错误！未找到引用源。所示，该协作传输协议主要分以下两个阶段第一阶段节点S将数据包进行无速率编码，向最优协作节点R和节点D发送无速率编码包Pl ；最优协作节点R若能从累积接收的无速率编码包中正确解码源数据，则发送传输响应ack_R，通知节点S停止发送无速率编码包。第二阶段最优协作节点R将正确解码数据进行无速率编码发送，节点D累积接收最优协作节点R发送的无速率编码包，并联合第一阶段接收的节点S发送的无速率编码包进行解码。当节点D能正确解码源数据时，发送传输响应ack_D通知节点S发送新的数据， 同时节点R停止发送无速率编码包。
在上述的协作传输协议中存在两种确认消息，分别是最优协作节点R正确解码源节点数据后广播的传输响应ack_R以及目的节点正确解码源节点数据后广播的传输响应 ack_D0这样两种传输响应的消息格式如图8b所示。其中，传输响应包括消息标识和节点标识；传输响应ack_D中包括消息标识，节点标识以及业务质量满足指标(0 满足； 1 不满足)。本发明实施例中提供的协作传输协议简单，保证数据到达目的节点不出现乱序。请参阅图9，图9为源节点在通信过程中的流程图。如图9所示，该流程包括901、源节点周期性检测其信道使用状况；902、源节点如果检测信道可用，则执行903 ；源节点如果检测信道不可用，则继续执行901，继续检测信道使用状况；903、源节点对通信数据进行无速率编码；904、源节点发送无速率编码包；905、源节点判断是否存在协作节点，若是，则执行906 ；若否，则执行907 ；其中，上述905中的协作节点即为目的节点计算出来的最优协作节点。906、源节点若没有侦听到协作节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应 ack_Ri，则执行907 ；源节点若侦听到协作节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应 ack_Ri，则执行 910 ；907、源节点若没有侦听到目的节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应 ack_D,则继续执行904 ；源节点若侦听到目的节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应ack_D，则执行908 ；908、若传输响应ack_D携带的业务质量满足指标为0，则执行909 ；反之，进入最优协作节点选择流程；909、判断通信是否完毕，若是，则结束本流程；反之，继续执行903 ；910、源节点停止发送无速率编码包，缓存原始通信数据；911、源节点等待接收目的节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应ack_D;912、源节点接收到目的节点正确解码无速率编码包后广播的传输响应ack_D，并执行908。请参阅图10，图10为最优协作节点在通信过程中的流程图。如图10所示，该流程包括1001、最优协作节点周期性检测其信道使用状况；1002、最优协作节点如果检测其信道可用，则执行1003 ；最优协作节点如果检测其信道不可用，则继续执行1001，继续检测信道使用状况；1003、最优协作节点接收源节点发送的无速率编码包；1004、最优协作节点累积的无速率编码包如果能够正确解码源数据，则执行1005 ； 反之，则继续执行1003;其中，最优协作节点在接收并尝试正确解码源数据的过程中，同时侦听目的节点正确解码源数据后广播的传输响应ack_D，如果侦听到目的节点广播的传输响应ack_D，则停止接收源节点发送的无速率编码包，并缓存已接收的无速率编码包，结束本流程；如果没有侦听到目的节点广播的传输响应ack_D，则继续执行1003。
其中，目的节点广播的传输响应ack_D的消息格式如图8b所示。1005、最优协作节点累积的无速率编码包如果能够正确解码源数据，则广播传输响应ack_R ；其中，最优协作节点广播的传输响应ack_R的消息格式如图8b所示。1006、最优协作节点发送无速率编码包；1007、最优协作节点如果侦听到目的节点根据最优协作节点发送的无速率编码包正确解码源数据后广播的传输响应ack_D，则执行1008 ；反之，继续执行1006 ；1008、最优协作节点停止发送无速率编码包，丢弃已解码源数据。请参阅图11，图11为目的节点在通信过程中的流程图。如图11所示，该流程包括1101、目的节点周期性检测其信道使用状况；1102、目的节点如果检测其信道可用，则执行1103 ；目的节点如果检测其信道不可用，则继续执行1101，继续检测信道使用状况；1103、目的节点初始化定时器T_D并开始计时；1104、目的节点接收源节点发送的无速率编码包；1105、目的节点判断是否存在协作节点，若是，则执行1106 ；若否，则执行1112 ；其中，本实施例中所涉及的协作节点是指目的节点之前计算出来的最优协作节
点ο1106、目的节点如果侦听到协作节点广播的传输响应ack_R，则执行1107 ；反之， 则执行1112 ；1107、目的节点初始化定时器T_D并开始计时；1108、目的节点接收协作节点发送的无速率编码包；1109、目的节点若能够正确解码源数据，则执行1113 ；反之，则执行1110 ；1110、目的节点判断定时器T_D是否超时，如果否，则继续执行1108 ；如果是，则执行 1111 ；1111、目的节点广播传输响应ack_D，传输响应ack_D携带的业务质量满足标识为 1 ；并结束本流程；1112、目的节点若能够正确解码源数据，则执行1113 ；反之，则执行1116 ；1113、目的节点判断已解码的源数据的服务质量(Quality of Service,QoS)参数是否满足要求，如果是，则执行1114 ；如果否，则执行1111 ；1114、目的节点广播传输响应ack_D，传输响应ack_D携带的业务质量满足标识为 0 ；1115、目的节点判断通信是否完毕，若是，则结束本流程；反之，继续执行1104 ；1106、目的节点判断定时器T_D是否超时，如果否，则继续执行1104 ；如果是，则执行 1111。本发明实施例中，在最优协作节点选择完成后，可以利用选择出来的最优协作节点进行协作传输，在经历慢衰落信道时性能肯定优于直接通信。因此，源节点和目的节点的通信应通过最优协作节点来进行协作。在快速信道变化的情况下，如突然有行驶车辆阻挡信道时，最优协作节点协作的性能可能会突然下降，需要在通信中考虑这种快速信道变化
15带来的影响。在本发明实施例中，利用广播ACK反馈、定时器和反馈标识(包括消息标识和节点标识)来降低影响。其中，最优协作节点选择流程若采用周期性进行，会存在两个问题一是周期长短的设置，周期设置过长使选择不能反映信道的状况，周期设置过短，系统开销大；二是系统周期性进行最优协作节点选择，感知网络中各节点需要参与，对节点的能量要求较高。在本发明实施例中，最优协作节点的选择以事件为触发，当通信业务的QoS得不到满足时(如时延过大)，进入重新选择最优协作节点的流程。本发明实施例中，如果节点感知其信道不可用，立即退出使用信道。当使用最优协作节点进行传输时，若最优协作节点感知其信道不可用，而源节点可使用信道，则应重新利用源节点来进行数据传输，以提高频谱使用效率。基于信道可用性对传输的影响，本发明实施例提出了适用于感知网络的基于无速率码的协作传输机制。本发明实施例在协作链路建立过程中，由目的节点来做最优协作节点选择，有效发现隐藏的协作节点，从而可以提升通信可靠性和系统性能；确保所选择的最优协作节点的性能一定高于直接传输的性能；协议消息简单。请参阅图12，图12为本发明实施例提供的一种节点设备的结构图。如图12所示， 该节点可以包括第一处理模块1201，用于接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml，记录目的节点正确解码请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码请求通信消息ml后广播的请求通信响应 ACKl_Ri 的时间 Tli ；第二处理模块1202，用于在第一处理模块1201广播确认消息ACK1_D之后，广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；第三处理模块1203，用于根据上述T1D，Is以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i 计算最优协作节点；第四处理模块1204，用于将第三处理模块1203计算出的最优协作节点通知源节点和最优协作节点以建立协作链路。请参阅图13，图13为本发明实施例提供的另一种节点设备的结构图。如图13所示的节点是由图12所示节点进行优化得到的，如图13所示，第三处理模块1203可以包括第一比较子模块12031，用于将上述Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将上述I^s与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于上述 Tid，且时间T2i小于上述T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；第一计算子模块12032，用于计算第一比较子模块12031确定出的每个可协作节点的时间Tli与T2i的和值，将和值最小的协作节点作为最优协作节点。请参阅图14，图14为本发明实施例提供的另一种节点设备的结构图。如图14所示的节点是由图12所示节点进行优化得到的，如图14所示，第三处理模块1203可以包括第二比较子模块12033，用于将上述Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将上述T2s与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于上述 Tid，且时间T2i小于上述T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；
第二计算子模块12034，用于依据公式< ^argminjz;,+7;/l-,从第二比
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较子模块12033确定出的可协作节点中计算出最优协作节点，其中，Ri*表示最优协作节点。本发明实施例中，第二处理模块1202还用于在侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S之后，停止广播准许通信消息m2。本发明实施例中，节点记录侦听到周围潜在协作节点正确解码请求通信消息ml 后广播的请求通信响应消息ACK1_R的时间Tli，记录其正确解码请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，记录侦听到源节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s，以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点并通知源节点和最优协作节点以建立协作链路。这样， 可以有效发现隐藏的协作节点，从而提升通信可靠性和系统性能。在协作链路建立完成并开始通信后，协作链路要进行必要的维护。请参阅图15a， 图15a为本发明实施例提供的一种协作链路的维护方法的流程图，该方法包括1501、源节点、协作节点以及目的节点在感知阶段分别感知各自信道是否可用，若是，则在信道使用阶段初期发送信道可用标识；其中，源节点、协作节点以及目的节点的信道可用标识互不相同，而且源节点、协作节点以及目的节点在感知阶段感知其信道不可用时，在信道使用阶段保持静默。其中，本实施例中所说的协作节点是通过上述的协作链路的建立方法计算出来的最优协作节点。其中，源节点、协作节点以及目的节点的感知阶段为同一时间段。1502、协作节点若收到目的节点发送的信道可用标识时，则将接收的源节点发送的无速率编码包正确解码后，重新进行无速率编码并发送到目的节点。其中，源节点在收到协作节点发送的信道可用标识时，发送无速率编码包到协作节点。进一步地，源节点在收到目的节点发送的信道可用标识时，可以发送无速率编码包到目的节点。本发明实施例中具体设计了感知网络中各节点感知信道可用标识。例如，源节点 S、协作节点R和目的节点D在感知阶段分别感知自己的信道可用性，当各节点感知信道不可用时，在信道使用阶段保持静默；感知信道可用的节点在信道使用阶段初期发送自身的信道可用标识；源节点S在收到协作节点R发送的信道可用标识时，发送无速率编码包到协作节点R ；和/或，源节点S在收到目的节点D发送的信道可用标识时，发送无速率编码包到目的节点D ；协作节点R在收到目的节点D发送的信道可用标识时，将接收的源节点S发送无速率编码包正确解码并重新无速率编码后发送到目的节点D，从而可以实现对协作链路的维护。其中，源节点S、协作节点R和目的节点D感知信道可用性如图15所示。错误！ 未找到引用源。协作通信在感知网络中的应用必须考虑各节点信道可用性的影响，表1给出了在各感知阶段中各节点感知其信道可用性对通信的影响，即各节点在每个感知阶段获知自身以及其他节点的信道可用性后具体可以采取的操作。表 权利要求
1.一种协作链路的建立方法，其特征在于，包括接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息ml，记录正确解码所述请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri的时间Tli ；广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；根据T1D，ls以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点，并通知所述源节点和最优协作节点以建立协作链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点包括将Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将T2s与每个潜在协作节点的时间T2i 比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于Tid，且时间T2i小于T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；计算每个可协作节点的时间Tli与T2i的和值，将和值最小的可协作节点作为最优协作节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据Tid，T2s以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点包括将Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将T2s与每个潜在协作节点的时间T2i 比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于Tid，且时间T2i小于T2s，则确定该潜在协作节点为协作节点；依据公式< 二 argmin,从所述可协作节点中计算出最优协作节点，其中IVi表示最优协作节点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括目的节点侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2S_之后，停止广播所述准许通信消息m2。
5.一种节点设备，其特征在于，包括第一处理模块，用于接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息 ml，记录正确解码所述请求通信消息ml后开始广播确认消息ACK1_D的时间Tid，并记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述请求通信消息ml后广播的请求通信响应ACKl_Ri的时间Tli ；第二处理模块，用于在所述第一处理模块广播所述确认消息ACK1_D之后，广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S的时间T2s ；以及记录侦听到周围潜在协作节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_Ri的时间T2i ；第三处理模块，用于根据所述T1D，ls以及每个潜在协作节点的时间Tli和T2i计算最优协作节点；第四处理模块，用于将所述第三处理模块计算出的最优协作节点通知所述源节点和最优协作节点以建立协作链路。
6.根据权利要求5所述的节点设备，其特征在于，所述第三处理模块包括第一比较子模块，用于将所述Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将所述T2s 与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于所述Tid，且时间 T2i小于所述T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；第一计算子模块，用于计算所述第一比较子模块确定出的每个可协作节点的时间Tli 与T2i的和值，将和值最小的可协作节点作为最优协作节点。
7.根据权利要求5所述的节点设备，其特征在于，所述第三处理模块包括第二比较子模块，用于将所述Tid与每个潜在协作节点的时间Tli比较，以及将所述T2s 与每个潜在协作节点的时间T2i比较；若每个潜在协作节点的时间Tli小于所述Tid，且时间 T2i小于所述T2s，则确定该潜在协作节点为可协作节点；第二计算子模块，用于依据公式
8.根据权利要求5、6或7所述的节点设备，其特征在于，所述第二处理模块还用于在侦听到所述源节点正确解码所述准许通信消息m2后广播的准许通信响应消息ACK2_S之后， 停止广播所述准许通信消息m2。
9.一种协作链路的维护方法，包括源节点，协作节点和目的节点，其特征在于，所述协作节点是通过上述权利要求1 4任一项所述的方法计算出来的所述源节点、协作节点以及目的节点在感知阶段分别感知各自信道是否可用，若是，则在信道使用阶段初期发送信道可用标识；所述协作节点若收到所述目的节点发送的信道可用标识时，则将接收的所述源节点发送的无速率编码包正确解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括所述源节点若收到所述目的节点发送的信道可用标识，则发送无速率编码包到所述目的节点。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述源节点、协作节点以及目的节点的感知阶段为同一时间段。
12.—种节点设备，其特征在于，包括感知模块，用于在感知阶段感知信道是否可用，若是，则在信道使用阶段初期发送信道可用标识；控制模块，用于在收到所述目的节点发送的信道可用标识时，将接收的源节点发送的无速率编码包解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。
13.根据权利要求12所述的节点设备，其特征在于，所述控制模块还用于在所述感知模块感知信道不可用时，在信道使用阶段保持静默。
14.一种协作链路的维护系统，其特征在于，包括源节点，协作节点以及目的节点，所述协作节点是通过上述权利要求1 4任一项所述的方法计算出来的其中，源节点，协作节点以及目的节点，分别在感知阶段感知各自信道是否可用，若是， 则分别在信道使用阶段初期发送各自信道可用标识；所述源节点，在收到所述协作节点发送的信道可用标识时，将无速率编码包发送到所述协作节点；所述协作节点，在收到所述目的节点发送的信道可用标识时，将接收的源节点发送的无速率编码包解码后，重新进行无速率编码并发送到所述目的节点。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述源节点还用于在收到所述目的节点发送的信道可用标识时，将无速率编码包发送到所述目的节点。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述源节点、协作节点以及目的节点的感知阶段为同一时间段。
全文摘要
一种协作链路的建立方法，包括接收和尝试解码源节点广播的经无速率编码后的请求通信消息m1，记录正确解码m1后广播确认消息的时间T1D，并记录侦听到潜在协作节点正确解码m1后广播的请求通信响应消息的时间T1i；广播经无速率编码的准许通信消息m2，并记录侦听到源节点正确解码m2后广播的准许通信响应消息的时间T2s，及记录侦听到潜在协作节点正确解码m2后广播的准许通信响应消息的时间T2i；根据T1D，T2s以及每个潜在协作节点的时间T1i和T2i计算最优协作节点并通知源节点和最优协作节点以建立协作链路。本发明还提供一种协作链路的维护方法及相关设备。有效发现隐藏的协作节点，提升通信可靠性和系统性能。
文档编号H04L1/16GK102237978SQ20101016264
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者张洁涛 申请人:华为技术有限公司