专利名称：分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，尤其涉及一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统。
背景技术：
接入方法或媒质接入控制(Medium Access Control,MAC)方法是用于解决多个节点或多个用户共享信道资源的技术，接入方法的好坏直接影响网络的吞吐量、时延等性能。在无线网络中，多径衰落是影响通信质量的重要因素，传统的无线通信通常广泛采用分集技术来减小多径衰落的影响。其中，所谓的分集技术是指为保证数据传输质量，数据发送端采取特定方式，通过相互独立的衰落信道传送同一信号的多个副本，由于各路径的衰落相互独立，从而只要合理合并各路径的信号就能保证可靠通信。协作接入方法就是利用协作分集在物理层实现用户共享信道，以提高网络性能，并且，按照协作的发起方式，协作接入方法可以分为发方发起后由多个协作节点竞争，或者，发方指定协作节点、收方发起后由多个协作节点竞争，或者，收方指定协作节点、发方发完数据分组后由多个协作节点竞争三种方法。其中，发方发起后由多个协作节点竞争，或者，发方指定协作节点的方法一般是由发方发送一个经过修改的请求发送(Request-to-Send，RTS)分组来发起协作中继，例如协作请求发送(Cooperative RTS, CRTS)分组；对于多个协作节点竞争的方式，CRTS分组中不用指定协作节点的地址，若有发方指定协作节点的方式，则要在CRTS分组中包含有一个被选定的协作节点的地址。发方指定协作节点的方式中CRTS分组中选定的协作节点，或者，多个协作节点竞争方式中成功接收并解码CRTS分组的节点，根据周边邻节点的通信状态以及自身信道条件来判断是否可以通过提供协作中继来提高传输性能，若可以，则发送相应分组来确认协作，例如协作清除发送(Cooperative Clear-to-Send, CCTS)分组；若不可以，则让发方将数据分组直接发送给收方。现有的协作MAC (Cooperative MAC, CoopMAC)方法是一种数据发送方发起后指定协作节点的方法，该方法中，每个节点各自维护一个协作表，记录有可能作为协作节点的中间节点，协作表的建立与更新通过侦听信道中所有的数据分组，即DATA分组的发送来实
现，满足爿一+ 一 < 一的中间节点将被记录在发送节点的协作表中，其中，Rsh是源节点与
Ksh KAd K,d
协作节点之间的发送速率；Rhd是协作节点与目的节点之间的发送速率Asd是源节点与目的节点之间的发送速率。发方节点在发送DATA分组之前，先检查自己的协作表，然后从中选择出一个可以使数据传输时间最短的协作节点，并向选择的协作节点发送协作请求发送(Cooperative RTS,CRTS)分组，被选定的协作节点再判断是否可以通过协作中继来提升传输性能，若可以则发送协作中继(Helper-to-Send，HTS)分组确认协作，发送节点发送的数据就可以通过协作节点将DATA分组传输至收方节点。多速率无线自组织网络的协作MAC方法，也称作CODE方法，其是采用数据发送方发起后多个协作节点竞争的方式来确定最终协作节点，实现数据的中继发送。该方法中，若有两个以上协作节点可用，发方节点首先会选择两个最好的协作节点R1、R2，然后发送第一CRTS分组，R1、R2收到第一 CRTS分组后，各自产生新的CRTS分组；根据在协作表的优先级，假设Rl质量更好，则Rl产生第二 CRTS分组，R2产生第三CRTS分组，第二 CRTS分组先于第三CRTS分组发送，则Rl就会胜出成为最终的协作节点。CODE方法由源节点在所储存的协作表中事先选定协作节点，其中，由于有关协作节点的信息为源节点侦听以前的数据传输过程所获得的，因此为历史记录，一旦所选的协作节点不再满足能够缩短数据传输时间的条件，则放弃协作传输，由发方直接把数据分组传输给收方，所以，这一方法无法适应无线网络中信道状态和拓扑结构的动态变化。基于IEEE 802. 11 分布式协调功能(Distributed Coordination Function,DCF)的协作MAC方法，是收方发起后，由多个协作节点竞争作为最终协作节点的方式。该种方法中，在收方回复清除发送(Clear-to-knd，CTS)分组后，协作节点可以根据收到的RTS分组和CTS分组估计出自己到发方和收方的数据传输速率，以及自身在未来一段时间内的忙闲状况，从而判断出自身能否提供协作；对于能够提供协作的节点，则会发送一个协作指示(Helper-Indication, HI)分组，通知发方和收方自己的协作意愿；所有满足条件的协作节点根据自己协作性能好坏，即协作的传输速率情况，设置一个固定的退避时间，退避时间到后发送一个准备帮助(Ready-t0-Help，RTH)分组；成功收到RTH分组后，收方会回复一个清除接收分组(Clear-to-Receive，CTR)分组，告知发方和协作节点开始进行数据传输；最后发方发送DATA分组，协作节点转发DATA分组。该方法虽然可以根据信道的实时状况选择出比较好的协作节点，但是当协作节点较多时，可能出现多个最佳的协作节点，因而RTH分组会发生碰撞，此时需要进行再次的最佳协作节点选择，如果再次发生碰撞，收方就会告知协作节点和发方不进行协作传输而是直接发送数据到收方。可以看出，该方法协作方法无法有效克服协作节点冲突的问题，导致协作效率较低；同时，不管采用哪个固定值退避的方法也会使得协作接入不够快速。坚持型中继载波侦听多址接入(PersistentRelay Carrier Sensing MultipleAccess,PRCSMA)方法，是一种采用自动重复请求(AutomaticR印eat reQuest，ARQ)机制的协作MAC方法。该种方法中，发方首先向收方发送DATA分组，收方接收DATA分组失败后，会发送请求协作(Claim for Coopera tion，CFC)分组向周围节点反馈这一信息；接收到该CFC分组的节点，开始充当中继节点向收方发送DATA分组，直至收方可以正确解码该分组，该过程中，所有节点会侦听传输过程并保留它所能解码的DATA分组。这一方法有效地保证了目的节点接收到DATA分组的正确率，但是，由于所有可能的节点都参与协作，而没有考虑数据传输速率的选择问题，从而导致数据传输延迟。综上所述，现有的协作接入方法在协作节点的选择上考虑不完全，特别是在协作节点的有效选择和接入转发数据上，协作节点选择时间较长，或者协作节点的选择不准确，导致协作传输数据的效率较低，传输延迟较长，从而影响整个网络的数据传输的吞吐量。
发明内容
本发明提供一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统，可有效提高协作节点选择的准确性和快速性，提高协作节点协作传输数据的效率。
本发明提供一种分级协作接入方法，包括协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。其中，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组包括判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级，是则直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组；否则，在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。上述的分级协作接入方法还可包括所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组，否则，所述协作节点结束协作接入。在所述第二预设个数的微时隙结束后，所述协作节点未收到所述发方节点或收方节点发送的协作确认分组后，增加所述第二预设个数的个数，重新向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入。本发明提供一种协作节点，包括速率等级模块，用于协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；准备协作模块，用于在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；数据转发模块，用于所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。其中，所述准备协作模块包括判断单元，用于判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级；发送单元，用于在所述协作节点的速率等级为所述预设速率等级中的最高等级时，直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组，或者，用于在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。上述的协作节点还可包括同级竞争模块，用于所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组。以及协作接入结束模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入；或者，用于接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，且所述协作节点不是所述重试指示分组中指定的速率等级的协作节点时，结束协作接入。本发明提供一种协作接入系统，包括发方节点、收方节点以及至少一个协作节点，其中，所述协作节点为采用上述本发明提供的协作节点。本发明提供的分级协作接入方法、协作节点和协作接入系统，通过设定自身的速率等级，并在预设个数的微时隙时序中，在与其速率等级对应的微时隙内向发方节点或收发节点发送准备协作分组，以请求作为协作传输的协作节点，从而可快速选择出最佳的协作节点，协作节点的选择效率高，且选择的协作节点具有较高的数据传输速率，可有效保证数据传输效率，提高网络吞吐量；同时，本发明技术方案中，协作节点的速率等级均是在发方节点无法通过直传传输时才启动协作，协作节点的速率等级是实时获得，协作节点的速率等级信息是实时信息，可以有效满足信道状态和拓扑结构的动态变化的网络中数据的传输。
图1为本发明分级协作接入方法实施例的流程示意图；图2为本发明实施例中发方节点以最高数据传输速率发送DATA分组直传成功情况的时序图；图3为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内收到RH分组发生碰撞时的时序图；图4为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内仅收到一个RH分组时的时序图；图5为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内仅接收一个RH分组时的时序图；图6为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内收到多个RH分组时的时序图；图7为本发明实施例中在第一预设个数的微时隙时序中发方节点或收方节点均没有收到RH分组时的时序图；图8为本发明实施例中发方节点降低数据传输速率等级重新发送DATA分组后，收方节点仍无法成功接收DATA分组时的时序图；图9为本发明实施例中发方节点的工作流程示意图；图10为本发明实施例中协作节点的工作流程图；图11为发明实施例中发方节点的工作流程图；图12为本发明协作节点实施例的结构示意图；图13为本发明实施例中准备协作模块的结构示意图；图14为本发明协作接入系统实施例的结构示意图。
具体实施例方式图1为本发明分级协作接入方法实施例的流程示意图。具体地，如图1所示，本实施例分级协作接入方法包括如下步骤步骤100、协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认(Acknowledgement，ACK)分组后，确定该协作节点的速率等级，其中，协作节点的速率等级为协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；步骤200、在第一预设个数的微时隙时序中，与协作节点的速率等级对应的微时隙内，协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作(Ready-Help，RH)分组；
步骤300、协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认(RelayACK, RACK)分组后，协作节点向收方节点转发发方节点发送的DATA分组。本实施例中，通信网络中的各节点，包括发方节点、收方节点和协作节点，均具有唯一的身份号(Identification，ID)，且均配置有一部半双工无线电台；各节点之间的数据传输信道为对称信道，即网络中的两个节点之间的通信链路是双向，且信道质量相同；同时，各节点可通过侦听到的其它节点发送的分组信息，例如信噪比等，计算出与其它节点之间在满足一定误码率要求可支持的最高数据传输速率。本实施例中，发方节点在向收方节点发送DATA分组过程中，处于通信范围内的节点，除了收方节点外也会实时侦听信道信息，并获取发方节点与收方节点之间的通信过程，协作节点侦听到发方节点向收方节点发送DATA分组，并在预设时间内侦听收方节点是否返回ACK分组给收方节点，以确定收方节点是否成功收到发方节点发送的DATA分组，从而在收方节点未收到DATA分组时，通过发送RH分组，向发方节点或收方节点请求协作接入，以作为协作节点，将其侦听到的发方节点发送的DATA分组，转发给收方节点。本实施例中，根据节点之间可支持的数据传输速率，预先设定有速率等级，其中，速率等级最高的为第一级，可记作RG1，速率等级最低的为第η级，记作RGn，其中，η为大于等于1的自然数，当协作节点根据侦听到的信息，确定到收方节点可支持的最高数据传输速率后，即可确认其处于预设速率等级中的级别。本领域技术人员可以理解的是，所述的预设速率等级中的各等级可对应于一个特定的数据传输速率，或者一个范围值，协作节点可支持的最高数据传输速率等于某一等级对应的数据传输速率，或者落在其对应的范围值内时，就可确定其处于哪一等级。表1为IEEE 802. lla(g)标准中所用数据传输速率大小，及相应的速率等级，本实施例中，可按照表1中的数据传输速率确定其所在的等级。数据传输速率与数据传输速率等级之间的对应关系可参见表1。表1
权利要求
1.一种分级协作接入方法，其特征在于，包括协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。
2.根据权利要求1所述的分级协作接入方法，其特征在于，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组包括判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级，是则直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组；否则，在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组，且是所述下一级指示分组里指定的相应速率等级的协作节点后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。
3.根据权利要求1或2所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组，否则，所述协作节点结束协作接入。
4.根据权利要求3所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括在所述第二预设个数的微时隙结束后，所述协作节点未收到所述发方节点或收方节点发送的协作确认分组后，增加所述第二预设个数的个数，重新向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。
5.根据权利要求3所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入。
6.一种协作节点，其特征在于，包括速率等级模块，用于协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；准备协作模块，用于在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；数据转发模块，用于所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。
7.根据权利要求6所述的协作节点，其特征在于，所述准备协作模块包括判断单元，用于判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级；发送单元，用于在所述协作节点的速率等级为所述预设速率等级中的最高等级时，直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组，或者，用于在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。
8.根据权利要求6或7所述的协作节点，其特征在于，还包括同级竞争模块，用于所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组。
9.根据权利要求8所述的协作节点，其特征在于，还包括协作接入结束模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入；或者，用于接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，且所述协作节点不是所述重试指示分组中指定的速率等级的协作节点时，结束协作接入。
10.一种协作接入系统，包括发方节点、收方节点以及至少一个协作节点，其特征在于，所述协作节点为采用上述权利要求6 9任一所述的协作节点。
全文摘要
本发明公开了一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统。该方法包括协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。本发明技术方案可有效提高协作节点选择的准确性和快速性，提高数据传输速率。
文档编号H04W48/08GK102387550SQ201110312608
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者刘凯, 刘锋, 李亚燕 申请人:北京航空航天大学