专利名称：一种基于多输入多输出天线的多址接入方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出天线技术领域，特别是一种基于多输入多输出天线的多 址接入方法。
背景技术：
MAC协议是Ad Hoc网络组网的重要组成部分，它直接影响着整个网络的性能。 Mra技术可使网络中的节点同时侦听多个数据包，而且能够将它们进行成功分离，进而显著 地提高网络的吞吐量，对MAC协议的设计产生了很大的影响。MIMO技术是实现MPR的途径 之一。MIMO在不增加带宽的情况下能够成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，被广泛 的使用于现代通信系统中。因此，设计高效的MAC协议来充分利用MIMO的这种能力，具有 十分重要的研究意义和价值。目前，基于MPR技术的MAC协议，主要有以下几种文献 1 :"Qing Zhao and Lang Tong, The Dynamic Queue Protocol for spread spectrum random access networks, Military Communications Conference 2001, vol. 2，2001, Page (s) : 1024 - 1(^8”，针对CDMA (码分多址)系统提出了一种基于MRP信道 的MAC机制DQP (Dynamic Queue I^rotocol )，其网络模型为包含一个中心节点和若干个用 户的单群网络。协议将时间轴分成连续的传输周期(TP，Transmission Period)，每个TP由 若干个时隙组成。当系统中的用户都被轮询且在之前的TP中产生的数据包被成功侦听时 一个TP结束。在第i个TP的开始，所有M个用户都在等待队列里，协议根据包到达概率、 第i-Ι个TP的长度及MPR能力等因素，在每个时隙进行发送时选择M个用户组成一个最 佳的发送节点集。每次发送后，发送成功或没有数据包需要发送的节点将被移出队列，然后 再选择Ni个用户在下一个个时隙进行发送，以此类推，直到所有M个节点都移出队列，该TP 结束。该协议以最大化网络吞吐量和最小化包时延为目标，按照使TP的时隙数最少的原则 来选择Ni。文献2:‘‘PHY-MAC dialogue with Multi-Packet Rec印tion”，通过对 DQP 改进形 成了一种新的 MPR MAC 协议 MDQP(Modified Dynamic Queue Protocol)。它通过 MAC 层和 PHY层的对话使系统达到了更好的性能。文献3 “Cross-Layer Multi-Packet Reception Based Medium Access Control and Resource Allocation for Space-Time Coded MIM0/0FDM，，，将MPR与资源的自适应分 配结合，针对CSMA/CA系统提出了一种新的MAC-PHY的跨层设计方法。文献作者指出MPR 领域的最近研究工作都集中在ALOHA系统，在CSMA/CA系统中还是一个很新的概念。另外， 文献 4 "An Enhanced Multi-Packet Reception MAC Protocol: Cooperative Approach，， 的作者将MPR和节点协作引入到MAC层的设计中来。MIMO技术作为下一代无线通信系统的核心技术，不仅能够获得分集增益、复用 增益或者二者的折中，而且是实现MPR的一种有效方式。近些年来，基于MIMO的MAC协 议被广泛研究，国内外的许多学者针对这一技术做了大量工作，文献5 "K. Sundaresan,R. Sivalumar, M. A. Ingram and Τ.-Y. Chang, Medium Access Control in Ad Hoc Networks with MIMO Links: Optimization Considerations and Algorithms, IEEE Transactions On Mobile Computing, vol. 3, no. 4, Oct-Dec. 2004, pp. 350-365.，，的作 者针对具有ΜΙΜΟ链路的Ad Hoc网络提出了一种集中式的数据流控制多址接入协议SCMA (stream-controlled medium access)和一种分布式的SCMA协议，并且该文献表明，合理地 利用MIMO链路可以增加Ad Hoc网络的容量。然而，SCMA协议需要采用集中式并知道全网 的拓扑结构或者采用分布式但需要较大的开销来获得网络拓扑，这不仅是对Ad Hoc网络带 宽的较大浪费，而且，节点的移动性会降低该协议的效率。同时，SCMA仅支持点对点传输， 并不支持广播传输。文献6“M. Park, R. W. Heath Jr. , Scott, Μ. Nettles, Improving Throughput and Fairness for MIMO Ad Hoc Networks Using Antenna Selection Diversity,，，IEEE GL0BEC0M 2004，November 2004, Dallas (TX, USA), pp. 3363-3367. ”提出 了一种 MIMA (Mitigating Interference using Multiple Antennas)MAC tijal, iS^Jffl$1 Mffl^M7Jn 邻节点带来的干扰、增加网络的吞吐量和公平性。然而，该协议没有按照网络中各节点的实 际需求来分配发送天线，每次数据发送时仅仅使用一半数目的天线，即使在接收节点周围 只有一个发送节点。这对充分发挥MIMO技术的优势是不利的，没有最大化利用信道资源。文献 7 "M. Hu and J. Bang, ΜΙΜΟ ad hoc network with spatial diversity: Medium access control and saturation throughput, in 43rd IEEE Conference on Decision and Control, (Bahamas), Dec. 2004. (invited paper) ·，，从空|、司分集的角度 出发，提出了一种SD-MAC (spatial diversity MAC)协议，该协议采用空时码获得分集增 益来减小衰落的影响，发送节点根据信道状况对数据包的速率进行自适应调整。此外，一些学者将MIMO技术与多信道场景或TDMA机制相结合，并提出了相应的多 址接入控制协议，例如，MARI-BTMA (multiple antennas receiver initiated busy tone medium access)1^ [8]禾口 TTR—TDMA (topology -transparent reservation TDMA)1^ 等。表1为以上主要的研究成果总结。表1基于MIMO MAC协议特点总结
权利要求
1.一种基于多输入多输出天线的多址接入方法，多个发送节点和接收节点的控制帧采 用RTS/CTS帧，其特征在于，所述方法包括(1)接收节点在侦听到第一个RTS帧后，启动定时时间为&时间长度的定时器；(2)在&时间长度内继续等待侦听其他RTS帧；(3)定时器终止后，检查侦听到的所有RTS帧，并向目的节点为接收节点的所有发送节 点返回CTS帧；(4)发送节点收到接收节点返回的CTS帧后，与接收节点发送数据。
2.根据权利要求1所述的多址接入方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括，当在^^时 间内接收的RTS帧的个数等于接收节点天线数目时，终止定时器，执行步骤(3)。
3.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述&时间长度为
4.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述&时间长度根据以下 公式决定
5.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述步骤(3)包括接收节 点侦听到η个RTS帧，η为大于或等于1的自然数如果η个RTS帧的目的节点都不是接收节点，接收节点将按照RTS中所携带的信道占 用时间值来设置接收节点的NAV，然后进入静默状态；如果η个RTS帧中有《个目的节点是接收节点，则接收节点向这》个发送节点发送包 括最大可用天线数的CTS帧，最大可用天线数为Κ/η，其中K为接收节点的天线数目。
6.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述步骤(4)包括发送节 点侦听到*个CTS帧，P为大于或等于0的自然数如果没有侦听到CTS帧，则发送节点将进入退避状态等待重传； 如果侦听到《P个CTS，但是P个CTS帧的目的节点都不是发送节点，则查看P个CTS帧 中所标识的信道占用时间值，并将按照P个CTS帧中的最大值来设置发送节点的NAV，然后 进入静默状态；如果侦听到P个CTS，并且其中有一个CTS的目的节点是发送节点，则提取允许用于数 据传输的天线数JV，并选择Jf个天线进行数据包的发送。
7.根据权利要求6所述的多址接入方法，其特征在于，所述方法还包括发送节点侦听到P个CTS帧，，并目.其中有一个CTS的目的节点是发送节点，发送节点 采用N个天线与接收节点收发数据If的值将取所有P个CTS帧中所携带的最大允许发送天线数目中的最小值，即
8.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述方法还包括在发送节点发送的RTS帧中增加Ii域，在Ik域中设置Ii值，接收节点收到第一个RTS帧后，将根据A值设置&时间长度的定时器。
9.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述方法还包括接收节点在经过4时间长度后或在Ik时间长度内侦听到的RTS帧数目等于接收节点的天线数时，执行如下步骤如果接收节点是RTS帧的目的节点而且当前时间大于NAV，接收节点将向发送节点发 送包括可使用天线数目的CTS帧，同时根据收到的RTS帧中所携带的时延值更新接收节点 的 NAV;如果侦听到数据帧，则通知数据帧的源节点发生碰撞，并更新接收节点的NAV，进入退 避状态；在其它情况下，接收节点根据收到的RTS帧中所携带的时延值更新接收节点的NAV ； 发送节点侦听到CTS帧后，根据CTS帧中所携带的时延值更新发送节点的NAV值，且执 行如下步骤如果CTS帧的目的节点是发送节点，则根据CTS帧中所携带的天线数目设置所发送的 数据包的信道速率，并在短帧隙之后发送数据包；如果接收到数据帧，则通知数据帧的源节点发生碰撞，进入退避状态。
10.根据权利要求1或2所述的多址接入方法，其特征在于，所述方法应用于第一节点 和第二节点，第一节点作为接收节点，第二节点作为发送节点，第一节点和第二节点执行完 步骤(1) (4)后第二节点向第一节点传输数据如果第一节点侦听到数据帧，则根据数据帧中所携带的时延值更新第一节点的NAV 值，且如果数据帧的目的节点是第一节点，则在短帧隙之后发送确认帧进行确认；如果第一节点侦听到RTS帧，且RTS帧的源节点为第二节点，则通知第二节点发生碰 撞，进入退避状态；如果第二节点收到第一节点的确认帧，则表示这次传输成功；如果第二节点在帧超时仍没有收到确认帧，则重新设置第二节点的NAV，进入退避状
全文摘要
本发明涉及多输入多输出天线技术领域，特别是一种基于多输入多输出天线的多址接入方法，多个发送节点和接收节点的控制帧采用RTS/CTS帧，所述方法包括(1)接收节点在侦听到第一个RTS帧后，启动定时时间为时间长度的定时器；(2)在时间长度内继续等待侦听其他RTS帧；(3)经过时间长度后，检查侦听到的所有RTS帧，并向目的节点为接收节点的所有发送节点返回CTS帧；(4)发送节点收到接收节点返回的CTS帧后，根据CTS帧携带的信息确定所使用的天线数目，向接收节点发送数据。本发明可以通过先接收多个RTS帧再发送CTS帧，并且在相同的邻域内多对节点可以同时通信，大大减小了链路的分组时延，提高了吞吐量。
文档编号H04W74/08GK102056325SQ20111000463
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者崔苗, 张潇木, 彭革新, 曹英烈, 林少良 申请人:中国电子科技集团公司第七研究所