专利名称：基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法
技术领域：
本发明涉及一种无线网络中媒体接入控制方法，尤其涉及一种基于令牌控制冲突 解析的协同载波侦听多址接入方法。
背景技术：
信道利用率高而开销低的媒体接入控制(MAC)方法一直是无线网络设计的重 要目标之一。传统的媒体接入控制技术是频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多 址(CDMA)，协议开销低，但不适合突发业务。为了支持突发业务，人们开发了多种随机 接入(random access, RA)技术，包括时隙ALOHA、载波侦听/冲突避免(CSMA/CA)、树形 方法(包括二分树方法、三分树方法和先到先服务(FCre)方法等)以及四步握手协议 (RTS-CTS-Data-ACK)等等。其中CSMA/CA协议作为一种较为完善的自组网接入控制协议， 得到了广泛的应用。随机接入是一种分布式竞争接入技术，一个完整的随机接入方案包括信道接入 策略和冲突分解方法。信道接入策略指的是新到达业务何时可以发送，包括1)自由接 入，新业务一到达就发送；2)阻塞接入，禁止新业务接入，直到当前冲突分解完毕。RA方 案一般都采用第2种策略。冲突分解方法需要尽力降低冲突概率并能实现冲突的最终分 解，常用的思路是随机退避，包括η分树退避、ρ型坚持和指数退避。一个优良的冲突分解 方法应该用最少的时隙分解冲突，从而获取高的吞吐量。吞吐量简单的定义是单位时间 (时隙)内成功接收的数据包个数。如ALOHA最大吞吐量为0. 184，时隙ALOHA为0.368， Capetanakis (1979)和 iTsybakov 及 Mihailov (1978)独立的发明了树形方法(二分树)为 0. 347，Villager的FCFS方法为0. 487。而采用载波侦听或握手机制，可进一步提高吞吐量， 如EDCF，但以增加协议开销为代价。但是基于载波侦听和冲突避免的机制会在冲突分解过 程中带来空隙时隙或冲突时隙(即无效时隙)，导致信道利用率降低。CSMA/CA方案采用退避的思路来解决冲突问题，可能导致出现空时隙或是冲突时 隙。且由于该模型不考虑物理信道状态，因此CSMA/CA方案的性能仅依靠媒体接入控制层 的改进难以进一步提升。利用物理层的信号处理技术，基于跨层设计的CSMA/CA方案得到了广泛关注，如 PeiLiu，Zhifeng Tao等人提出了一种协同MAC协议CoopMAC(发表在2007年的IEEE通信 选题专刊第25卷第2期的340-3M页)，该协议利用协同传输来实现多速率传输，提升了系 统性能。但是该协议需要维护一个协同表，不但增大了系统开销，而且不能适应于动态变化 的自组织网络；且该协议采用退避的方式来处理冲突，会带来无效时隙导致信道利用率较 低。Jian Ni和Bo (Rambo) Tan等提出了一种基于序列长度的CSMA/CA方案(发表在2010 年的IEEE INF0C0M会议上)，获得了较高的吞吐量和较低的时延性能。该文考虑了一个时 隙系统，而假设的无碰撞模型，过于理想。此外，上述方案都是基于理想的信道估计假设，没有具体的信道估计方案。H. Wang 和T. Li等人设计了混合ALOHA协议(发表在2007年IEEE信号处理汇刊第55卷第12期，5821页到5832页)，在数据传输前设置若干导频子时隙用于信道估计，获得了 0. 587的吞 吐量。然而导频子时隙个数的设置是个难题，因为不知道究竟有多少节点会发送数据。很 多学者对叠加导频估计方法开展研究，但在CSMA/CA方案中的应用研究还未见报告。在此， 叠加导频估计方法是将正交导频序列和信息序列直接并行叠加，因此不占用时隙资源，可 引入到CSMA/CA方案设计中，进一步提高时隙效率。
发明内容
本发明提供了一种能够提高信道利用率、具有多包接收能力、且可靠性高的基于 令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法。本发明采用如下技术方案步骤1 采用时分双工方式，信道时隙化，具体设置如下信道在时间上分割成等 长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含2 个时 隙，队取1 8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一 个侦听子时隙，紧接着设置一个空时隙避免子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中间为传输 子时隙，在侦听子时隙、空时隙避免子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护 子时隙，步骤2 节点发送接入请求，系统接受该节点的接入请求后，从正交导频序列库 Iz1, Z2,…，ZuI中选择一个正交导频序列分配给请求接入的节点，分配的正交导频序列用 作节点的身份识别，其中，Z1, Z2,…，Zu为正交导频序列，f/ = 2 ，Nz取4 8之间的整数， 若正交导频序列库Iz1^2，…，zj中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，步骤3 需要发送数据包的节点采用基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址 接入方法发送数据包，所述的基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法的具体 步骤是步骤3. 1 在接入系统的m个节点中，如果η个节点有数据包在时隙t要发送，其 中，m彡U，1彡η彡m，则该η个节点首先在侦听子时隙侦听信道，如果信道空闲，则所有η 个节点在空时隙避免子时隙开始时以概率发送数据包，0 < pr < 1，同时所有节点在该子 时隙内保持信道监听，所述的各节点身份的正交导频序列并行叠加在η个节点所发送数据 包中；步骤3. 2 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，且接入点成功接收到该数据 包，则接入点在确认子时隙开始时反馈正确接收ACK信号，同时，所有正确接收到该数据包 的邻居节点丢弃该包，步骤3. 3 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，而接入点没有正确接收该数 据包，则接入点在确认子时隙反馈一个错误接收NACK信号，网络中所有其他节点停止发送 自己的数据包，系统启动协同重传，步骤3. 3. 1 所述的协同重传方法的具体步骤是步骤3. 3. 1. 1 在下一个时隙的侦听子时隙开始时，网络中正确接收该数据包的 候选协同节点发送一个愿意协同RRTS信号，所述愿意协同RRTS信号由公共导频序列和表 示各自身份的正交导频序列串行连接组成，步骤3. 3. 1. 2 接入点接收到各候选协同节点发送来的正交导频序列估计相应节点到接入点之间信道的信噪比，选择一个信噪比最高的协同节点，如果该节点的信噪比大 于源节点到接入点之间的信噪比，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号， 选择信噪比最高的协同节点来进行重传，步骤3. 3. 1. 3 如果所有候选协同节点到接入点之间的信噪比均比源节点到接入 点之间信道的信噪比低，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号，选择源节 点重传该数据包；如果没有候选协同节点正确接收数据包，则直接选择源节点重传，步骤3. 3. 1. 4 被选中的协同节点或源节点在传输子时隙开始时重传数据包，步骤3. 3. 1. 5 如果接入点正确接收到重传的数据包，则在确认子时隙反馈正确 接收ACK信号，通知各节点该包被正确接收，所有节点在收到该正确接收ACK信号后，丢弃 该数据包，继续新的数据包的传输，步骤3. 3. 1. 6 如果接入点仍无法正确接收重传的数据包，则反馈错误接收NACK 信号，并在下一个时隙继续请求协同重传，直至该数据包被正确接收，步骤3. 4:如果侦听发现，有两个或两个以上节点发送数据包，则系统发生冲突， 接入点通过对叠加在信息序列中的正交导频进行处理，估计发生冲突的节点数目和各冲突 节点到接入点之间信道的信噪比，并按照信噪比从大到小的原则确定各冲突节点在解冲突 过程中重传的顺序，并在确认子时隙开始时反馈冲突Collision信号，该信号包括冲突发 生的标志信息、冲突节点数，系统启动基于令牌控制的冲突解析过程，步骤3. 4. 1 所述的基于令牌控制的冲突解析过程的具体步骤如下步骤3. 4. 1. 1 各节点读取冲突collision信号帧中的控制信息序列后，根据是否 在时隙t中发送数据包来确定自己的操作，没有发送数据包的节点停止发送自己的数据包 直到冲突解析结束；而在时隙t中发送了数据包的节点则进入冲突解析过程，步骤3. 4. 1.2 在接下来的一个时隙的侦听子时隙开始时，接入点首先发送冲突 解析控制令牌，该令牌帧包括根据各冲突节点到接入点之间的信噪比大小顺序来确定各节 点的重传顺序和还没有解析成功的数据包个数，步骤3. 4. 1. 3 各冲突节点通过读取该令牌帧，检查自己是否被确定为首先重传， 而被确定首先重传的节点，在数据传输子时隙开始时，重传自己的数据包，步骤3. 4. 1. 4 如果重传数据包被接入点正确接收，则该重传数据包被解析成功， 接入点在确认子时隙反馈一个确认控制信号CACK信号，所述的确认控制信号CACK信号中 包括对该数据包被成功接收的确认指示以及还没有被解析的冲突数据包的个数和剩余待 解析冲突节点的重传顺序，步骤3. 4. 1. 5 如果重传数据包没有被正确接收，则接入点反馈错误控制NCACK信 号，该错误控制NCACK信号中包括对该数据包没有被正确接收而需要进行协同重传的确认 指示以及还没有被解析的冲突数据包个数和剩余待解析冲突节点的重传秩序，同时，系统 进入对该数据包的协同重传过程，具体操作与步骤3. 3. 1中所述过程相同，直至该数据包 被成功接收而接入点反馈确认控制CACK信号，步骤3. 4. 1. 5 所有节点在接收到确认控制CACK信号后，通过读取未被成功解析 的冲突数据包的个数来确定冲突解析是否结束，步骤3. 4. 1. 6 如果未被成功解析的冲突数据包个数不等于0，则继续进行冲突解 析，返回步骤3. 4. 1. 1，6
步骤3. 4. 1. 7 如果未被成功解析的冲突数据包个数等于0，则冲突解析过程结 束，步骤3. 5 如果侦听发现，没有数据包被发送，则所有η个节点在数据传输子时隙 开始时以概率1发送各自的数据包，步骤3. 5. 1 如果节点数η = 1，则操作过程与步骤3. 2和步骤3. 3中所述仅有1 个节点发送时的情况相同，具体操作步骤一致，步骤3. 5. 2 如果节点数η> 1，则发生冲突，接入点在确认子时隙开始时反馈冲突 collision信号，系统启动基于令牌控制的冲突解析，具体的操作过程与步骤3. 4. 1所述的 基于令牌控制的冲突解析过程相同，直至所有数据包被成功接收。与现有技术相比，本发明 具有如下优点1.能有效克服信道衰落影响。采用跨层设计，将载波侦听多址接入CSMA与自动重 传请求ARQ机制相结合，针对因信道衰落导致的传输出错问题，选择到接入点之间的信噪 比最大的节点来进行协同重传，从而提高无线传输的可靠性，使无线接入系统获得更高的 吞吐量性能；2.信道利用率高。在侦听子时隙后设计空时隙避免子时隙，通过在空时隙避免子 时隙中保持监听，并在发现信道空闲时所有有包要传输的节点以概率1在数据传输子时隙 中传输，然后通过冲突解析来确保所有数据包被正确接收，从而避免无效时隙的出现，提高 系统的吞吐量性能；3.包冲突解析周期短。将表示各节点身份的正交导频与信息序列相叠加的方式进 行发送，接入点可以通过检测正交导频序列估计各冲突节点到接入点之间信道的信噪比， 按照从大到小的顺序，依次选择各冲突节点重传，从而逐个解析各冲突数据包。这种以令牌 控制来选择冲突节点重传的方式，能有效避免采用随机退避等机制时带来的无效时隙，从 而在最短的时间内实现对冲突数据包的解析。
图1本发明方法中超帧结构；图2本发明方法的时隙结构；图3本发明方法的控制帧结构图；图4本发明方法的数据帧结构图；图5本发明方法的节点接入网络流程图；图6本发明方法的基于令牌控制的载波侦听接入方法流程图及时隙示意7本发明方法中的协同重传流程图及时隙示意图；图8本发明方法中的冲突解析流程图及时隙示意图；图9不同MAC方法的吞吐量性能比较。
具体实施例方式实施例1一种基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法，其特征在于步骤1 采用时分双工方式，信道时隙化，具体设置如下信道在时间上分割成等长的时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含2 个时 隙，队取1 8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一 个侦听子时隙，紧接着设置一个空时隙避免子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中间为传输 子时隙，在侦听子时隙、空时隙避免子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护 子时隙，步骤2 节点发送接入请求，系统接受该节点的接入请求后，从正交导频序列库 Iz1, Z2,…，ZuI中选择一个正交导频序列分配给请求接入的节点，分配的正交导频序列用 作节点的身份识别，其中，Z1, Z2,…，Zu为正交导频序列，f/ = 2 ，Nz取4 8之间的整数， 若正交导频序列库Iz1^2，…，zj中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，步骤3 需要发送数据包的节点采用基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址 接入方法发送数据包，所述的基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法的具体 步骤是步骤3. 1 在接入系统的m个节点中，如果η个节点有数据包在时隙t要发送，其 中，m彡U，1彡η彡m，则该η个节点首先在侦听子时隙侦听信道，如果信道空闲，则所有η 个节点在空时隙避免子时隙开始时以概率发送数据包，0 < pr < 1，同时所有节点在该子 时隙内保持信道监听，所述的各节点身份的正交导频序列并行叠加在η个节点所发送数据 包中，如当信息符号为X，导频符号为d，两者并行叠加为x+d ；；步骤3. 2 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，且接入点成功接收到该数据 包，则接入点在确认子时隙开始时反馈正确接收ACK信号，同时，所有正确接收到该数据包 的邻居节点丢弃该包，步骤3. 3 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，而接入点没有正确接收该数 据包，则接入点在确认子时隙反馈一个错误接收NACK信号，网络中所有其他节点停止发送 自己的数据包，系统启动协同重传，步骤3. 3. 1 所述的协同重传方法的具体步骤是步骤3. 3. 1. 1 在下一个时隙的侦听子时隙开始时，网络中正确接收该数据包的 候选协同节点发送一个愿意协同RRTS信号，所述愿意协同RRTS信号由公共导频序列和表 示各自身份的正交导频序列串行连接组成，步骤3. 3. 1. 2 接入点接收到各候选协同节点发送来的正交导频序列估计相应节 点到接入点之间信道的信噪比，选择一个信噪比最高的协同节点，如果该节点的信噪比大 于源节点到接入点之间的信噪比，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号， 选择信噪比最高的协同节点来进行重传，步骤3. 3. 1. 3 如果所有候选协同节点到接入点之间的信噪比均比源节点到接入 点之间信道的信噪比低，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号，选择源节 点重传该数据包；如果没有候选协同节点正确接收数据包，则直接选择源节点重传，步骤3. 3. 1. 4 被选中的协同节点或源节点在传输子时隙开始时重传数据包，步骤3. 3. 1. 5 如果接入点正确接收到重传的数据包，则在确认子时隙反馈正确 接收ACK信号，通知各节点该包被正确接收，所有节点在收到该正确接收ACK信号后，丢弃 该数据包，继续新的数据包的传输，步骤3. 3. 1. 6 如果接入点仍无法正确接收重传的数据包，则反馈错误接收NACK信号，并在下一个时隙继续请求协同重传，直至该数据包被正确接收，步骤3. 4:如果侦听发现，有两个或两个以上节点发送数据包，则系统发生冲突， 接入点通过对叠加在信息序列中的正交导频进行处理，估计发生冲突的节点数目和各冲突 节点到接入点之间信道的信噪比，并按照信噪比从大到小的原则确定各冲突节点在解冲突 过程中重传的顺序，并在确认子时隙开始时反馈冲突Collision信号，该信号包括冲突发 生的标志信息、冲突节点数，系统启动基于令牌控制的冲突解析过程，步骤3. 4. 1 所述的基于令牌控制的冲突解析过程的具体步骤如下步骤3. 4. 1. 1 各节点读取冲突collision信号帧中的控制信息序列后，根据是否 在时隙t中发送数据包来确定自己的操作，没有发送数据包的节点停止发送自己的数据包 直到冲突解析结束；而在时隙t中发送了数据包的节点则进入冲突解析过程，步骤3. 4. 1.2 在接下来的一个时隙的侦听子时隙开始时，接入点首先发送冲突 解析控制令牌，该令牌帧包括根据各冲突节点到接入点之间的信噪比大小顺序来确定各节 点的重传顺序和还没有解析成功的数据包个数，步骤3. 4. 1. 3 各冲突节点通过读取该令牌帧，检查自己是否被确定为首先重传， 而被确定首先重传的节点，在数据传输子时隙开始时，重传自己的数据包，步骤3. 4. 1. 4 如果重传数据包被接入点正确接收，则该重传数据包被解析成功， 接入点在确认子时隙反馈一个确认控制信号CACK信号，所述的确认控制信号CACK信号中 包括对该数据包被成功接收的确认指示以及还没有被解析的冲突数据包的个数和剩余待 解析冲突节点的重传顺序，步骤3. 4. 1. 5 如果重传数据包没有被正确接收，则接入点反馈错误控制NCACK信 号，该错误控制NCACK信号中包括对该数据包没有被正确接收而需要进行协同重传的确认 指示以及还没有被解析的冲突数据包个数和剩余待解析冲突节点的重传秩序，同时，系统 进入对该数据包的协同重传过程，具体操作与步骤3. 3. 1中所述过程相同，直至该数据包 被成功接收而接入点反馈确认控制CACK信号，步骤3. 4. 1.5 所有节点在接收到确认控制CACK信号后，通过读取未被成功解析 的冲突数据包的个数来确定冲突解析是否结束，步骤3. 4. 1. 6 如果未被成功解析的冲突数据包个数不等于0，则继续进行冲突解 析，返回步骤3. 4. 1. 1，步骤3. 4. 1. 7 如果未被成功解析的冲突数据包个数等于0，则冲突解析过程结 束，步骤3. 5 如果侦听发现，没有数据包被发送，则所有η个节点在数据传输子时隙 开始时以概率1发送各自的数据包，步骤3. 5. 1 如果节点数η = 1，则操作过程与步骤3. 2和步骤3. 3中所述仅有1 个节点发送时的情况相同，具体操作步骤一致，步骤3. 5. 2 如果节点数η> 1，则发生冲突，接入点在确认子时隙开始时反馈冲突 collision信号，系统启动基于令牌控制的冲突解析，具体的操作过程与步骤3. 4. 1所述的 基于令牌控制的冲突解析过程相同，直至所有数据包被成功接收。实施例2这里考察本发明方法的吞吐量性能。考虑全网有m = 60各节点和一个接入点，各9节点的数据包到达服从泊松分布，总到达率为λ包每时隙，属于固定速率业务，所有节点 采用相同的调制阶数，各节点和接入点具有足够的缓存空间。信道为块衰落，即在一个时隙 内容信道状态准静态，且服从瑞利分布，相邻时隙的信道状态不相关。
定义系统吞吐量为单位时隙内成功接收的平均数据包个数。设定仿真条件 如下瑞利衰落信道，参考文献(发表在2008年6月的IEEE通信letter的第12卷 第6期的第468-470页)中关于协同ALOHA的仿真参数设置取信噪比为25dB，并根据公式荇(7)=|(1-、^3)来计算误比特率，其中是信道的平均信噪比，进而通过公式 2 1 + 7 WA:所F) = 1-(1-巧(F)户来计算数据包的误帧率。考虑有数据包要发送的节点数η从0个到 60变化，仿真比较了传统时隙AL0HA、协同AL0HA、传统CSMA和本发明方法的吞吐量性能。 具体仿真结果如图9所示。从图中可以看出，在所给条件下，本文所提发明方法获得了最高 0. 62的吞吐量，比其他接入方法都要更高，性能更好。
权利要求
1. 一种基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法，其特征在于 步骤1 采用时分双工方式，信道时隙化，具体设置如下信道在时间上分割成等长的 时隙，系统周期性发送信标帧，两个相邻信标帧构造一个超帧，每个超帧包含2 个时隙，Ns 取1 8之间的整数，信标帧用于广播系统消息、定时以及同步，每个时隙首部设置一个侦 听子时隙，紧接着设置一个空时隙避免子时隙，尾部设置一个确认子时隙，中间为传输子时 隙，在侦听子时隙、空时隙避免子时隙、确认子时隙和传输子时隙后分别紧随一个保护子时 隙，步骤2 节点发送接入请求，系统接受该节点的接入请求后，从正交导频序列库Iz1, Z2,…，Zj中选择一个正交导频序列分配给请求接入的节点，分配的正交导频序列用作节 点的身份识别，其中，Z1, Z2,…，Zu为正交导频序列，f/ = 2 ，Nz取4 8之间的整数，若正 交导频序列库Iz1^2，…，zj中的正交导频序列分配完毕，则拒绝该节点接入系统，步骤3 需要发送数据包的节点采用基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入 方法发送数据包，所述的基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入方法的具体步骤 是步骤3. 1 在接入系统的m个节点中，如果η个节点有数据包在时隙t要发送，其中， 1彡m彡U，1彡η彡m，则该η个节点首先在侦听子时隙侦听信道，如果信道空闲，则所有η 个节点在空时隙避免子时隙开始时以概率h发送数据包，0 < pr < 1，同时所有节点在该子 时隙内保持信道监听，所述的各节点身份的正交导频序列并行叠加在η个节点所发送数据 包中；步骤3. 2 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，且接入点成功接收到该数据包， 则接入点在确认子时隙开始时反馈正确接收ACK信号，同时，所有正确接收到该数据包的 邻居节点丢弃该包，步骤3. 3 如果侦听发现，仅有一个节点发送数据包，而接入点没有正确接收该数据 包，则接入点在确认子时隙反馈一个错误接收NACK信号，网络中所有其他节点停止发送自 己的数据包，系统启动协同重传，步骤3. 3. 1 所述的协同重传方法的具体步骤是步骤3. 3. 1. 1 在下一个时隙的侦听子时隙开始时，网络中正确接收该数据包的候选 协同节点发送一个愿意协同RRTS信号，所述愿意协同RRTS信号由公共导频序列和表示各 自身份的正交导频序列串行连接组成，步骤3. 3. 1. 2 接入点接收到各候选协同节点发送来的正交导频序列估计相应节点到 接入点之间信道的信噪比，选择一个信噪比最高的协同节点，如果该节点的信噪比大于源 节点到接入点之间的信噪比，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号，选择 信噪比最高的协同节点来进行重传，步骤3. 3. 1. 3 如果所有候选协同节点到接入点之间的信噪比均比源节点到接入点之 间信道的信噪比低，则在空时隙避免子时隙中反馈一个确认协同RCTS信号，选择源节点重 传该数据包；如果没有候选协同节点正确接收数据包，则直接选择源节点重传， 步骤3. 3. 1. 4 被选中的协同节点或源节点在传输子时隙开始时重传数据包， 步骤3. 3. 1. 5 如果接入点正确接收到重传的数据包，则在确认子时隙反馈正确接收 ACK信号，通知各节点该包被正确接收，所有节点在收到该正确接收ACK信号后，丢弃该数据包，继续新的数据包的传输，步骤3. 3. 1. 6 如果接入点仍无法正确接收重传的数据包，则反馈错误接收NACK信号， 并在下一个时隙继续请求协同重传，直至该数据包被正确接收，步骤3. 4 如果侦听发现，有两个或两个以上节点发送数据包，则系统发生冲突，接入 点通过对叠加在信息序列中的正交导频进行处理，估计发生冲突的节点数目和各冲突节点 到接入点之间信道的信噪比，并按照信噪比从大到小的原则确定各冲突节点在解冲突过程 中重传的顺序，并在确认子时隙开始时反馈冲突Collision信号，该信号包括冲突发生的 标志信息、冲突节点数，系统启动基于令牌控制的冲突解析过程，步骤3. 4. 1 所述的基于令牌控制的冲突解析过程的具体步骤如下 步骤3. 4. 1. 1 各节点读取冲突collision信号帧中的控制信息序列后，根据是否在时 隙t中发送数据包来确定自己的操作，没有发送数据包的节点停止发送自己的数据包直到 冲突解析结束；而在时隙t中发送了数据包的节点则进入冲突解析过程，步骤3. 4. 1. 2 在接下来的一个时隙的侦听子时隙开始时，接入点首先发送冲突解析 控制令牌，该令牌帧包括根据各冲突节点到接入点之间的信噪比大小顺序来确定各节点的 重传顺序和还没有解析成功的数据包个数，步骤3. 4. 1. 3 各冲突节点通过读取该令牌帧，检查自己是否被确定为首先重传，而被 确定首先重传的节点，在数据传输子时隙开始时，重传自己的数据包，步骤3. 4. 1.4 如果重传数据包被接入点正确接收，则该重传数据包被解析成功，接入 点在确认子时隙反馈一个确认控制信号CACK信号，所述的确认控制信号CACK信号中包括 对该数据包被成功接收的确认指示以及还没有被解析的冲突数据包的个数和剩余待解析 冲突节点的重传顺序，步骤3. 4. 1.5 如果重传数据包没有被正确接收，则接入点反馈错误控制NCACK信号， 该错误控制NCACK信号中包括对该数据包没有被正确接收而需要进行协同重传的确认指 示以及还没有被解析的冲突数据包个数和剩余待解析冲突节点的重传秩序，同时，系统进 入对该数据包的协同重传过程，具体操作与步骤3. 3. 1中所述过程相同，直至该数据包被 成功接收而接入点反馈确认控制CACK信号，步骤3. 4. 1. 5 所有节点在接收到确认控制CACK信号后，通过读取未被成功解析的冲 突数据包的个数来确定冲突解析是否结束，步骤3. 4. 1. 6 如果未被成功解析的冲突数据包个数不等于0，则继续进行冲突解析， 返回步骤3. 4. 1. 1，步骤3. 4. 1. 7 如果未被成功解析的冲突数据包个数等于0，则冲突解析过程结束， 步骤3. 5 如果侦听发现，没有数据包被发送，则所有η个节点在数据传输子时隙开始 时以概率1发送各自的数据包，步骤3. 5. 1 如果节点数η = 1，则操作过程与步骤3. 2和步骤3. 3中所述仅有1个节 点发送时的情况相同，具体操作步骤一致，步骤3. 5.2 如果节点数η > 1，则发生冲突，接入点在确认子时隙开始时反馈冲突 collision信号，系统启动基于令牌控制的冲突解析，具体的操作过程与步骤3. 4. 1所述的 基于令牌控制的冲突解析过程相同，直至所有数据包被成功接收。
全文摘要
本发明公开了一种无线网络的基于令牌控制冲突解析的协同载波侦听多址接入控制方法，系统信道时隙化，采用时分多址方式传输数据帧。各节点采用载波侦听以概率竞争接入的方法来传输数据帧。节点发送数据帧后，接入点根据是否正确接收来决定是否需要协同重传，并在确认子时隙给出反馈；然后，在下一个时隙选择一个性能最优的节点来协同传输该数据帧直至被接入点正确接收。通过设置空时隙避免子时隙，来避免出现空时隙，提高信道的利益效率。当出现多个节点同时发送数据帧的情况，节点反馈冲突控制信号，并通过信息序列中叠加的表示各节点身份的正交导频序列，来估计各节点到接入点之间的信噪比，并选择信噪比最高的节点，以令牌传递的方式依次重传，实现冲突解析。本发明方法能获得较高的系统吞吐量，为无线网络提供较高的接入可靠性。
文档编号H04L1/16GK102056324SQ20101060003
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者杨炜伟, 胡映波, 蔡跃明, 魏士博 申请人:中国人民解放军理工大学