专利名称：一种基于自组网的协作通信方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于自组网的协作通信方法及系统。
背景技术：
目前，在解决变电站临时数据采集、应急状态下的数据传输、布线困难以及无信号覆盖下的数据传输问题方面，自组网以其独特的信号传输方式起着重要的作用。自组网是一种以MAC (Medium/Media Access Control，介质访问控制层)协议为基础，支持多跳扩展且具有高度自适应性和移动性的通信网络，其由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成，网络中每个节点(即上述所述移动终端节点)可以自由移动且地位相等。无线自组网没有任何的中心实体，其依靠节点间的协作通信可在任何时刻和任何地点，在各种移动且复杂多变的无线环境中自行组网，同时借助多跳扩展技术弥补节点间无线通信距离有限的缺陷，拓宽网络通信范围，从而实现网络中源节点到目的节点的数据传输；其中，较为理想的协作通信为在源节点和目的节点间，引入信道条件较为理想的协作节点，利用该协作节点进行数据的多跳扩展传输，从而实现高速率的数据协作传输。需要说明地是，对于协作节点的选取可通过无线自组网各节点内置的MAC协作表确定。现有技术存在两种协作通信方法一种为 UTD(The University Of Texas At Dallas，达拉斯德克萨大学)提出的基于UTD MAC协议的协作通信技术，该协作通信技术，源节点发送的数据帧可以同时被目的节点和协作节点侦听到，所述数据帧包括RTS(Ready To Send，请求发送)帧和 CTS (Clear To Send，准许发送)帧，数据首先由源节点发送到目的节点，只有当目的节点接收数据失败时，位于源节点和目的节点之间的节点才作为协作节点，进行协作通信；然而该协作通信技术中RTS帧和CTS帧的持续时间域Duration始终保持不变，会使得节点在更新NAV(Network Allocation Vector，网络配置向量)时产生矛盾。按无线局域网标准 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers,美国电气禾口电子工禾呈师协会)802. 11 协议在 MAC 层规定的 DCF(Distributed Coordinated Function，分布式协调功能)机制的要求，网络中的所有的节点都需要准确的更新自己的网络配置向量NAV。第二种协作通信方法为基于Coop (Cooperative的简称，协作)MAC协议的协作通信技术，相对于UTD MAC协议，CoopMAC协议增加了一个新控制帧HTS(help to send，协作发送)帧，并在各帧中增加了三个比特域。参见下表示出的CoopMAC协作表的5个比特域， 其中，ID表示协作节点地址(Helper ID), Time表示最后一个包到达时的时间，Rhd表示目的节点到协作节点的数据传输速率(Rate Between Helper and Destination)，Rsh表示源节点到协作节点的数据传输速率(Rate Between Helper and Source),Num of Failure表示传输失败的次数(NO. of Transmission Failure)；所述ID，Rhd和Rsh为所述增加的三个比特域。基于CoopMAC协议的协作通信技术，可根据该CoopMAC协作表进行协作节点的选定，以实现协作通信。IDTimeRhdRshNum of FailureHelper IDTimeRate Between Helper and DestinationRate Between Helper and SourceNO.of Transmission Failure发明人通过研究发现，基于CoopMAC协议的协作通信技术通过在各帧中增加ID， Rsh和Rhd这三个比特域，虽然可以减少节点在更新NAV时矛盾的产生，但CoopMAC协作表维持在源节点中，当节点处于移动的状态时，源节点判断的其与协作节点之间的数据传输速率就会出现偏差，这将造成选取的协作节点的准确性不高。其次，CoopMAC协议中各帧均增加了 ID，Rsh和Rhd这三个比特域，使得CoopMAC协议相对于UTD MAC协议在帧格式和比特数发生了变化，造成了 CoopMAC协议与IEEE 802. Ilb 的不兼容。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于自组网的协作通信方法及系统，以解决现有技术由于源节点判断的其与移动协作节点之间的数据传输速率存在偏差，而导致的协作节点选取准确性不高的问题，实现协作节点的准确选取。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种基于自组网的协作通信方法，包括步骤A.侦听自组网中各节点的通信信息；步骤B.根据所述通信信息，更新协作节点的介质访问控制层MAC协作表信息，根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据从所述源节点直传至所述目的节点所需的直传传输时间，比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短，若所述协作传输时间短于所述直传传输时间， 则发送协作发送帧HTS帧，执行步骤C，若所述协作传输的时间长于所述直传传输时间，则不发送HTS帧，执行步骤D ；所述MAC协作表维持在协作节点，包括多个状态栏，各状态栏包括五个比特域，所述五个比特域为源节点的物理层地址，目的节点物理层地址，源节点到目的节点的数据传输速率，源节点到协作节点的数据传输速率，和最后一个包到达时间；步骤C.在预设时间内接收所述HTS帧，判定数据传输方式为协作传输，发送More Fragments比特设为1的准许发送帧CTS帧给所述源节点，通知所述源节点将数据发送到所述协作节点，以便所述协作节点将数据转发给所述目的节点；步骤D.在预设时间内未接收到HTS帧，判定数据传输方式为直传，发送More Fragments比特设为0的CTS帧给所述源节点，通知所述源节点利用直传的方式将数据传输给所述目的节点。本发明还提供一种基于自组网的协作通信系统，包括侦听模块，处理模块，发送模块，判定模块和指令模块；所述侦听模块，用于侦听自组网中各节点的通信信息；所述处理模块包括更新子模块和比对子模块；所述更新子模块，用于根据所述通信信息，更新协作节点的介质访问控制层MAC协作表信息，所述MAC协作表维持在协作节点，包括多个状态栏，各状态栏包括五个比特域，所述五个比特域为源节点的物理层地址，目的节点物理层地址，源节点到目的节点的数据传输速率，源节点到协作节点的数据传输速率，和最后一个包到达时间；所述比对子模块，用于根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据从源节点直传至目的节点所需的直传传输时间，比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短；所述发送模块，用于在所述协作传输时间短于所述直传传输时间的情况下，发送协作发送帧HTS帧，否则，不发送HTS帧；所述判定模块，用于在预设时间内接收到所述HTS帧的情况下，判定数据传输方式为协作传输，及在预设时间内没接收到HTS帧的情况下，判定数据传输方式为直传。指令模块，用于在所述判定模块的判定结果为协作传输的情况下，发送More Fragments比特设为1的准许发送帧CTS帧给所述源节点，通知所述源节点将数据发送到所述协作节点，以便所述协作节点将数据转发给所述目的节点，及在所述判定模块的判定结果为直传的情况下，发送More Fragments比特设为0的CTS帧给所述源节点，通知所述源节点利用直传的方式将数据传输给所述目的节点。基于以上技术方案，本发明实施例所提供的基于自组网的协作通信方法，将MAC 协作表维持在协作节点中，MAC协作表的内容也以面向协作节点为主，协作节点根据侦听到的自组网中各节点的通信信息，更新自身的MAC协作表，从而判断自身是否参与协作通信， 进而消除了现有技术由于通过源节点来确定协作节点，而造成的当节点处于移动的状态时，源节点判断的其与协作节点之间的数据传输速率出现偏差的缺陷，实现了协作节点的准确选取；其次，本发明实施例所提供的基于自组网的协作通信方法，源节点以接收到的CTS 帧的More Fragments比特来确定传输方式，当More Fragments比特为0时，则采用直接传输的方式传输数据，当More Fragments比特为1时，源节点则将数据发送给协作节点进行协作传输，这样的设置方式，使得本发明CTS帧结构与IEEE 802. Ilb中规定的CTS帧结构及比特数完全相同，实现了与IEEE 802. Ilb兼容。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一种基于自组网的协作通信方法的流程图；图2为本发明MAC协作表的更新方法流程图；图3为本发明一种基于自组网协作通信方法的另一流程图；图4为本发明一种基于自组网协作通信系统的结构框图；图5为本发明更新子模块的结构框图；图6为本发明更新单元的结构框图；图7为本发明比对子模块的结构框图8为IEEE 802. Ilb协议，CoopMAC协议和本发明的系统平均吞吐量的比对曲线图；图9为IEEE 802. Ilb协议和本发明的系统平均丢包率的比对曲线图；图10为IEEE 802. Ilb协议，CoopMAC协议和本发明的系统平均传输时延比对曲线图。
具体实施例方式本发明实施例所提供的基于自组网的协作通信方法及系统是建立在IEEE802. 11 协议的分布式协调功能DCF基础上的，因此本发明所提供的协作通信方法及系统存在如下假设(1)网络中所有节点的传输功率是固定的；( 网络中任意两点间的信道状况是对称的；C3)除了发送节点和接收节点以外，其他节点也可以侦听到各控制帧；(4)各个调制方案的信噪比门限是预先设定的，并且储存在各个节点的物理模式表中；( 传输节点通过收到的信噪比来选择调制方式；其中，假设⑷与假设(5)可根据实际情况预先设定可以承受的信噪比，并由此确定调制方式。基于上述假设，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做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。图1为本发明一种基于自组网的协作通信方法的流程图。参照图1，该流程可以包括步骤S100、侦听自组网中各节点的通信信息；基于上述假设(3)，本发明实施例协作节点可侦听通信节点与目的节点间的通信信息，侦听方式及通信信息的内容可参见现有技术，此处不再赘述。步骤S200、根据所述通信信息，更新协作节点的MAC协作表信息，根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据从所述源节点直传至所述目的节点所需的直传传输时间，比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短，若所述协作传输时间短于所述直传传输时间，则发送HTS 帧，执行步骤S300，若所述协作传输的时间长于所述直传传输时间，则不发送HTS帧，执行步骤S400 ；所述MAC协作表维持在协作节点，包括多个状态栏，各状态栏包括五个比特域， 所述五个比特域为源节点的物理层地址，目的节点物理层地址，源节点到目的节点的数据传输速率，源节点到协作节点的数据传输速率，和最后一个包到达时间；其中，本发明的MAC协作表维持在协作节点，MAC协作表设置有多个状态栏，各状态栏包括5个比特域，用于反映自组网中相互通信的一对源节点与目的节点间的通信状况，该五个比特域内容参见下表，第一个比特域叫做Source ID，表示源节点的物理层地址，记为Ns;第二个域叫做Time，表示最后一个包到达时的时间，记为Time ；第三个域叫做Source to Relay Rate，表示源节点到协作节点的数据传输速率，记为Rsr ；第四个域叫做Destination ID,表示目的节点的物理层地址，记为Nd ；最后一个域叫做Source to Destination Rate，表示源节点到目的节点之间的数据传输速率，记为Rsd ；
权利要求
1.一种基于自组网的协作通信方法，其特征在于，包括步骤A.侦听自组网中各节点的通信信息；步骤B.根据所述通信信息，更新协作节点的介质访问控制层MAC协作表信息，根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据从所述源节点直传至所述目的节点所需的直传传输时间，比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短，若所述协作传输时间短于所述直传传输时间，则发送协作发送帧HTS帧，执行步骤C，若所述协作传输的时间长于所述直传传输时间，则不发送HTS帧，执行步骤D ；所述MAC协作表维持在协作节点，包括多个状态栏，各状态栏包括五个比特域，所述五个比特域为源节点物理层地址，目的节点物理层地址，源节点到目的节点的数据传输速率，源节点到协作节点的数据传输速率，和最后一个包到达时间；步骤C.在预设时间内接收所述HTS帧，判定数据传输方式为协作传输，发送是否有后续分片标记More Fragments比特设为1的准许发送帧CTS帧给所述源节点，通知所述源节点将数据发送到所述协作节点，以便所述协作节点将数据转发给所述目的节点；步骤D.在预设时间内未接收到HTS帧，判定数据传输方式为直传，发送More Fragments比特设为0的CTS帧给所述源节点，通知所述源节点利用直传的方式将数据传输给所述目的节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中根据所述通信信息，更新设置于协作节点的MAC协作表信息包括步骤Bi.根据所述通信信息，判断源节点是否在当前的MAC协作表中，若否，则执行步骤B2，若是，则执行步骤B3;步骤B2.在所述MAC协作表中新建与所述源节点对应的状态栏，更新所述状态栏中的源节点物理层地址；步骤B3.根据所述通信信息，更新所述源节点到协作节点的数据传输速率，源节点到目的节点的数据传输速率，目的节点物理层地址，和最后一个包到达时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B3中根据所述通信信息，更新所述源节点到协作节点的数据传输速率具体为从所述通信信息中获取节点发送数据的功率水平，计算所述协作节点与源节点间的路径损耗，查询物理模式表得出所述路径损耗与所述协作节点及所述源节点间传输数据速率的对应关系，更新所述源节点到协作节点的数据传输速率；根据所述通信信息更新源节点到目的节点的数据传输速率具体为根据所述通信信息中所含数据帧的物理层数据头PHY header，更新所述源节点到目的节点的数据传输速率；根据所述通信信息更新目的节点物理层地址具体为根据所述通信信息中所含数据帧的PHY header,更新所述目的节点物理层地址；根据所述通信信息更新最后一个包到达时间具体为根据每次侦听到的源节点数据包，更新最后一个包到达时的时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B中根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间具体为 根据所述源节点到协作节点的数据传输速率，计算数据从源节点传输到协作节点所需的时间，根据协作节点至目的节点的传输速率，计算数据从协作节点传输到目的节点所需的时间，结合所述数据从源节点传输到协作节点所需的时间，和数据从协作节点传输到目的节点所需的时间，得出所述协作传输时间；根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据从所述源节点直传至所述目的节点所需的直传传输时间具体为根据所述源节点到目的节点的数据传输速率，计算所述直传传输时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据倍数增线性减退避算法，从侦听自组网各节点通信信息的多个候选协作节点中选取一个协作节点，以选取该协作节点作为计算所述协作传输时间和所述直传传输时间的依据。
6.一种基于自组网的协作通信系统，其特征在于，包括侦听模块，处理模块，发送模块，判定模块和指令模块；所述侦听模块，用于侦听自组网中各节点的通信信息； 所述处理模块包括更新子模块和比对子模块；所述更新子模块，用于根据所述通信信息，更新协作节点的介质访问控制层MAC协作表信息，所述MAC协作表维持在协作节点，包括多个状态栏，各状态栏包括五个比特域，所述五个比特域为源节点的物理层地址，目的节点物理层地址，源节点到目的节点的数据传输速率，源节点到协作节点的数据传输速率，和最后一个包到达时间；所述比对子模块，用于根据更新后的所述MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据从源节点直传至目的节点所需的直传传输时间，比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短；所述发送模块，用于在所述协作传输时间短于所述直传传输时间的情况下，发送协作发送帧HTS帧，否则，不发送HTS帧；所述判定模块，用于在预设时间内接收到所述HTS帧的情况下，判定数据传输方式为协作传输，及在预设时间内没接收到HTS帧的情况下，判定数据传输方式为直传；指令模块，用于在所述判定模块的判定结果为协作传输的情况下，发送More Fragments比特设为1的准许发送帧CTS帧给所述源节点，通知所述源节点将数据发送到所述协作节点，以便所述协作节点将数据转发给所述目的节点，及在所述判定模块的判定结果为直传的情况下，发送More Fragments比特设为0的CTS帧给所述源节点，通知所述源节点利用直传的方式将数据传输给所述目的节点。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述更新子模块包括更新判断单元，用于根据所述通信信息，判断源节点是否在当前的MAC协作表中； 新建单元，用于在所述更新判断单元的判断结果为否的情况下，在所述MAC协作表中新建与所述源节点对应的状态栏，更新所述状态栏中的源节点物理层地址；更新单元，用于在所述更新判断单元的判断结果为是，或所述新建单元新建了对应于所述源节点的状态栏后，根据所述通信信息，更新所述源节点到协作节点的数据传输速率， 源节点到目的节点的数据传输速率，目的节点物理层地址，和最后一个包到达时间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述更新单元包括第一更新子单元，用于从所述通信信息中获取节点发送数据的功率水平，计算协作节点与源节点间的路径损耗，查询物理模式表得出所述路径损耗与协作节点及源节点间的传输数据速率的对应关系，更新所述源节点到协作节点的数据传输速率；第二更新子单元，用于根据所述通信信息中所含数据帧的PHY header，更新所述源节点到目的节点的数据传输速率；第三更新子单元，用于根据所述通信信息中所含数据帧的PHY header，更新所述目的节点物理层地址；第四更新子单元，用于根据每次侦听到源节点数据包，更新最后一个包到达时的时间。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述比对子模块包括第一计算单元，用于根据所述源节点到协作节点的数据传输速率，计算数据从源节点传输到协作节点所需的时间，根据协作节点至目的节点的传输速率，计算数据从协作节点传输到目的节点所需的时间，结合所述数据从源节点传输到协作节点所需的时间，和数据从协作节点传输到目的节点所需的时间得出所述协作传输时间；第二计算单元，用于根据所述源节点到目的节点的数据传输速率，计算所述直传传输时间；比对单元，用于比对所述协作传输时间和所述直传传输时间的长短。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括协作节点选取模块，用于根据倍数增线性减退避算法，从侦听自组网各节点通信信息的多个候选协作节点中选取一个协作节点，以选取该协作节点作为计算所述协作传输时间和所述直传传输时间的依据。
全文摘要
本发明实施例提供一种基于自组网的协作通信方法及系统，所述方法包括侦听自组网中各节点的通信信息；根据所述通信信息，更新设置于协作节点的MAC协作表信息，计算数据通过协作节点从源节点转发至目的节点所需的协作传输时间，和数据直传传输时间，在所述协作传输时间短于所述直传传输时间时，发送HTS帧，以使目的节点发送More Fragments比特设为1的CTS帧给所述源节点，通知所述源节点进行协作通信；在所述协作传输的时间长于所述直传传输时间时，不发送HTS帧，以使目的节点发送More Fragments比特设为0的CTS帧给所述源节点，以利用直传的方式将数据传输给所述目的节点。本发明实施例将MAC协作表维持在协作节点，实现了协作节点的准确选取。
文档编号H04W84/18GK102438283SQ20111045787
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者冯延钊, 刘志国, 宋伟, 徐建飞, 徐鑫, 徐鸿飞, 毛一先, 王春新, 王晓湘, 聂正璞, 邢宁哲 申请人:北京国电通网络技术有限公司, 北京邮电大学, 华北电网有限公司通信管理中心