本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法。
背景技术：
当前，无线网络通常是基于FDMA(即Frequency Division Multiple Access，频分多址)、TDMA(即Time Division Multiple Access，时分多址)、CDMA(即Code Division Multiple Access，码分多址)等正交的多用户接入方式。为了进一步增加网络的频谱利用效率，提高通信速率并降低延迟，相关技术人员在2013年提出了非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple Access)，也称为非正交多用户接入技术。该技术在接收端的进行SIC处理(SIC，即Successive Interference Cancellation，串行干扰抵消)，允许在功率域进行多址接入，使多用户能同时同频进行数据传输，有速率高、延迟低的优点，对提高频谱利用率具有重要意义，已纳入包括5G在内新一代无线通信系统的研究范畴。非正交多用户接入技术既可用于集中控制网络，又可用于Ad Hoc网络(即自组织网络)。在自组织网络中，非正交多用户接入技术能增加有限资源下的用户连接数，使同一邻域内的节点获得更大的可接入带宽，支持可动态变化的用户数目，并在移动组网过程中具有性能顽健性，特别适用于海量连接的场景。
无线通信网络需要合适的介质访问控制(media access control，后简称MAC)层协议。MAC层协议的作用是协调网络节点对信道的访问，使多个节点合理、高效地共享有限的无线信道资源，它直接影响到网络的吞吐量、时延、用户数、资源利用率等多方面的性能。
当前，基于非正交多用户接入技术的自组织网络通常选择CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)协议作为MAC层协议，然而，目前所有支持多包接收的CSMA/CA协议均不支持同一通信邻域内并行发送多路数据的功能，这样限制了自组织网络的通信效率。
综上所述可以看出，如何在基于非正交多用户接入技术的自组织网络中实现并行发送数据的功能是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法，在基于非正交多用户接入技术的自组织网络中实现了并行发送数据的功能。其具体方案如下：
一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法，应用于基于非正交多用户接入技术搭建的自组织网络，包括：
在所述自组织网络中的目标发送节点向同一邻域内的目标接收节点发送RTS帧之前，对当前位于所述同一邻域内的其他发送节点的通信状况进行侦听，若侦听到其他发送节点所对应的接收节点与所述目标接收节点相同，则控制所述目标发送节点启动固定窗口退避机制，当所述固定窗口退避机制结束后，则允许所述目标发送节点向所述目标接收节点发送RTS帧；
若所述目标接收节点在预设时间段内接收到N个RTS帧，N为大于1的整数，并且当所述N个RTS帧中存在M个RTS帧所对应的接收节点均为所述目标接收节点，M为不大于N的正整数，则令所述目标接收节点向所述M个RTS帧所对应的发送节点回复CTS帧；
当所述M个RTS帧所对应的发送节点接收到所述目标接收节点发送的CTS帧，则允许所述M个RTS帧所对应的发送节点向所述目标接收节点同时发送数据帧。
优选的，所述自组织网络中任一发送节点所发送的RTS帧均包括信道占用时间、该发送节点的地址信息、对应接收节点的地址信息、用于指示任一接收节点在接收到该RTS帧后直到向该发送节点回复CTS帧前的这一过程中所需等待时间的TR域。
优选的，所述对当前位于所述同一邻域内的其他发送节点的通信状况进行侦听的过程，包括：
获取当前位于所述同一邻域内的其他发送节点向外界发送的RTS帧，提取该RTS帧中携带的接收节点的地址信息，判断该地址信息与所述目标发送节点的地址信息是否相同，如果是，则判定其他发送节点所对应的接收节点与所述目标接收节点相同，如果否，则判定其他发送节点所对应的接收节点与所述目标接收节点不同。
优选的，若侦听到其他发送节点所对应的接收节点与所述目标接收节点不同，则按照所述目标发送节点发送的RTS帧中的信道占用时间来设置自身的NAV，然后进入静默状态。
优选的，任一接收节点接收RTS帧的过程，包括：
当任一接收节点在接收到本次通信周期内的第一个RTS帧时，启动该接收节点内部的定时器，其中，所述定时器所对应的定时时间段与所述预设时间段相同，令该接收节点在所述定时器所对应的定时时间段内继续等待其他可能到来的RTS帧，当所述定时器溢出后，控制该接收节点进入后续CTS帧的发送过程。
优选的，当所述N个RTS帧所对应的接收节点均为所述目标接收节点，则按照预设发送节点选择策略，对所述N个RTS帧所对应的发送节点进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够与所述目标接收节点进行通信的发送节点，然后在每轮通信过程中，令所述目标接收节点使用全功率向本轮能够进行通信的发送节点回复CTS帧；
当所述N个RTS帧所对应的接收节点既包括所述目标接收节点，又包括其他接收节点，则按照所述预设发送节点选择策略，对所述N个RTS帧所对应的发送节点进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够与所述目标接收节点进行通信的发送节点，然后在每轮通信过程中，按照预设发送功率分配策略，令所述目标接收节点按照不同的发送功率向本轮能够进行通信的不同的发送节点回复CTS帧；
当所述N个RTS帧所对应的接收节点均不是所述目标接收节点，则按照RTS帧中携带的信道占用时间来设置自身的NAV，然后进入静默状态；
其中，所述自组织网络中任一接收节点所回复的CTS帧中包括该接收节点在回复该CTS帧时所使用的发送功率的信息、该接收节点的地址信息、对应发送节点的地址信息。
优选的，任一发送节点所发送的数据帧中包括一个功率参数域，其中，所述功率参数域中记录了该发送节点在发送该数据帧时所使用的数据帧发送功率。
优选的，当任一接收节点同时接收到至少两个数据帧，则根据每个数据帧的功率参数域中所记录的数据帧发送功率的大小顺序，在该接收节点上依次对每个接收到的数据帧进行SIC处理。
优选的，所述预设发送节点选择策略为：只允许选择当前位于可通信区域上的发送节点，禁止选择位于干扰区域上的发送节点，并且在每轮筛选处理中，每个可通信区域上只允许选择一个发送节点，若同一个可通信区域内存在至少两个可选的发送节点，则在该可通信区域内可选的所有发送节点中选择待传输数据包长度最长的发送节点；
其中，可通信区域为信号传播距离位于每一路信号传播距离取值区间内的区域，干扰区域为位于可通信区域之外的区域。
优选的，所述MAC层接入方法，还包括：
当一个发送节点需要向包含至少两个接收节点的接收节点集合发送RTS帧，则按照预设接收节点选择策略，对所述接收节点集合进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够进行通信的接收节点；
其中，所述预设接收节点选择策略为：只允许选择当前位于可通信区域上的接收节点，禁止选择位于干扰区域的接收节点，并且在每轮筛选处理中，每个可通信区域上只允许选择一个接收节点，若同一个可通信区域内存在至少两个可选的接收节点，则在该可通信区域内可选的所有接收节点中选择待接收数据包长度最长的接收节点。
本发明中，MAC层接入方法应用于基于非正交多用户接入技术搭建的自组织网络，包括：在自组织网络中的目标发送节点向同一邻域内的目标接收节点发送RTS帧之前，对当前位于同一邻域内的其他发送节点的通信状况进行侦听，若侦听到其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点相同，则控制目标发送节点启动固定窗口退避机制，当固定窗口退避机制结束后，则允许目标发送节点向目标接收节点发送RTS帧；若目标接收节点在预设时间段内接收到N个RTS帧，N为大于1的整数，并且当上述N个RTS帧中存在M个RTS帧所对应的接收节点均为目标接收节点，M为不大于N的正整数，则令目标接收节点向上述M个RTS帧所对应的发送节点回复CTS帧；当上述M个RTS帧所对应的发送节点接收到目标接收节点发送的CTS帧，则允许上述M个RTS帧所对应的发送节点向目标接收节点同时发送数据帧。
可见，本发明中目标发送节点在向某个接收节点发送RTS帧之间，先对该目标发送节点所在通信邻域内的其他发送节点进行侦听，如果侦听结果发现该目标发送节点与同一邻域内其他发送节点所对应的接收节点均一致，则为了避免出现多个RTS帧发生碰撞的情况，本发明采取了控制上述目标发送节点启动固定窗口退避机制的方式来达到避免碰撞的目的，在这基础上，本发明的自组织网络中的目标接收节点就可以在预设时间段内接收到两个或两个以上的RTS帧，而不会出现RTS帧碰撞的情况，当目标接收节点接收到的所有RTS帧中存在多个RTS帧所对应的接收节点均为该目标接收节点，则令该目标接收节点向与上述多个RTS帧对应的发送节点回复CTS帧，以此可以建立目标接收节点与上述多个RTS帧对应的发送节点之间的多条数据链路，后续通过上述多条数据链路，可以让相应的多个发送节点向上述目标接收节点同时发送数据帧，由此在基于非正交多用户接入技术的自组织网络中实现了并行发送数据的功能。
附图说明
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法流程图。
具体实施方式
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。
本发明实施例公开了一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法，应用于基于非正交多用户接入技术搭建的自组织网络，参见图1所示，该方法包括：
步骤S11：在自组织网络中的目标发送节点向同一邻域内的目标接收节点发送RTS帧之前，对当前位于同一邻域内的其他发送节点的通信状况进行侦听。
需要说明的是，本实施例中，在上述自组织网络中发送节点S(任一发送节点)向接收节点R(任一接收节点)发送数据帧之前，发送节点S和接收节点R之间需要通过RTS帧和CTS帧来进行信道预约，由此搭建发送节点S和接收节点R之间的数据链路。只有在发送节点S和接收节点R之间的数据链路搭建后，发送节点S方可向接收节点R发送数据帧。
另外，需要进一步说明的是，本实施例中，发送节点S向接收节点R发出RTS帧后，不仅接收节点R会接收到发送节点S所发出的RTS帧，位于发送节点S所处通信邻域内的其他发送节点和接收节点也会接收到发送节点S所发出的RTS帧。
步骤S12：若侦听到其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点相同，则控制目标发送节点启动固定窗口退避机制。
需要说明的是，上述步骤S12中，发送节点所对应的接收节点是指该发送节点打算与之进行数据帧传送操作的接收节点。也即，若发送节点S打算将数据帧传送至接收节点R，那么该接收节点R便是发送节点S所对应的接收节点。发送节点S所发出的RTS帧虽然不仅能够被接收节点R接收到，也能够被其他发送节点和其他接收节点接收到，但上述的其他接收节点并不是本实施例所指的发送节点S所对应的接收节点。
另外，上述固定窗口退避机制是指采用具有固定大小的竞争窗口的退避机制。本实施例中，固定窗口退避机制中所采用的竞争窗口的大小可由经验值确定，在此不进行限定。
本实施例中，当侦听到其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点相同，则控制目标发送节点启动固定窗口退避机制，这样能够避免同时或在较短时间段内发往同一接收节点的多个RTS帧发生帧碰撞的情况。
步骤S13：当固定窗口退避机制结束后，则允许目标发送节点向目标接收节点发送RTS帧。
步骤S14：若目标接收节点在预设时间段内接收到N个RTS帧，N为大于1的整数，并且当上述N个RTS帧中存在M个RTS帧所对应的接收节点均为目标接收节点，M为不大于N的正整数，则令目标接收节点向上述M个RTS帧所对应的发送节点回复CTS帧。
需要说明的是，上述预设时间段可以基于实际应用需要进行具体取值，在此不对其进行具体限定。另外，本实施例中，任一RTS帧所对应的接收节点是指发送该RTS帧的发送节点所对应的接收节点。
本实施例中，上述目标接收节点向上述M个RTS帧所对应的发送节点回复CTS帧后，将会由此完成了CTS帧和RTS帧之间的信息交互，从而搭建了上述目标接收节点和上述M个RTS帧所对应的发送节点之间的数据链路。
步骤S15：当上述M个RTS帧所对应的发送节点接收到目标接收节点发送的CTS帧，则允许上述M个RTS帧所对应的发送节点向目标接收节点同时发送数据帧。
需要说明的是，本实施例中，任一RTS帧所对应的发送节点是指发送该RTS帧的发送节点。
当上述M个RTS帧所对应的发送节点接收到目标接收节点发送的CTS帧后，将会搭建上述目标接收节点和上述M个RTS帧所对应的发送节点之间的数据链路，通过这些数据链路，上述M个RTS帧所对应的发送节点便可向目标接收节点同时发送数据帧，由此在基于非正交多用户接入技术的自组织网络中实现了并行发送数据的功能。
可见，本发明实施例中目标发送节点在向某个接收节点发送RTS帧之间，先对该目标发送节点所在通信邻域内的其他发送节点进行侦听，如果侦听结果发现该目标发送节点与同一邻域内其他发送节点所对应的接收节点均一致，则为了避免出现多个RTS帧发生碰撞的情况，本发明实施例采取了控制上述目标发送节点启动固定窗口退避机制的方式来达到避免碰撞的目的，在这基础上，本发明实施例的自组织网络中的目标接收节点就可以在预设时间段内接收到两个或两个以上的RTS帧，而不会出现RTS帧碰撞的情况，当目标接收节点接收到的所有RTS帧中存在多个RTS帧所对应的接收节点均为该目标接收节点，则令该目标接收节点向与上述多个RTS帧对应的发送节点回复CTS帧，以此可以建立目标接收节点与上述多个RTS帧对应的发送节点之间的多条数据链路，后续通过上述多条数据链路，可以让相应的多个发送节点向上述目标接收节点同时发送数据帧，由此在基于非正交多用户接入技术的自组织网络中实现了并行发送数据的功能。
本发明实施例公开了一种具体的非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
由于本发明中的CSMA/CA协议支持多条数据链路进行并行数据帧传输，因此与传统的CSMA/CA协议相比，本实施例需要对RTS帧的格式进行扩充，例如需要增加发送节点和接收节点的地址信息，以及增加TR域，通过增加的TR域能够通知接收到RTS帧的节点将需要等待多长时间方回复CTS帧。
具体的，本实施例的自组织网络中任一发送节点所发送的RTS帧均包括信道占用时间、该发送节点的地址信息、对应接收节点的地址信息、用于指示任一接收节点在接收到该RTS帧后直到向该发送节点回复CTS帧前的这一过程中所需等待时间的TR域。本实施例中，上述对应接收节点的地址信息是指上述发送节点打算与之进行数据帧传送操作的接收节点的地址信息。
另外，上一实施例步骤S11中，对当前位于同一邻域内的其他发送节点的通信状况进行侦听的过程，具体包括：获取当前位于同一邻域内的其他发送节点向外界发送的RTS帧，提取该RTS帧中携带的接收节点的地址信息，判断该地址信息与目标发送节点的地址信息是否相同，如果是，则判定其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点相同，如果否，则判定其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点不同。
本实施例中，若侦听到其他发送节点所对应的接收节点与目标接收节点不同，则按照目标发送节点发送的RTS帧中的信道占用时间来设置自身的NAV，然后进入静默状态。
本实施例中，任一接收节点接收RTS帧的过程，具体包括：
当任一接收节点在接收到本次通信周期内的第一个RTS帧时，启动该接收节点内部的定时器，其中，定时器所对应的定时时间段与上一实施例步骤S14中的预设时间段相同，令该接收节点在定时器所对应的定时时间段内继续等待其他可能到来的RTS帧，当定时器溢出后，控制该接收节点进入后续CTS帧的发送过程。也即，当任一接收节点在本次通信周期内接收到第一个RTS帧后，并不立刻进入CTS帧的回复过程，而是继续在一个时间段内等待其他可能到来的RTS帧。可以理解的是，上述的本次通信周期对应的时间长度应不小于上述定时时间段的时间长度。
更具体的，当上一实施例中的N个RTS帧所对应的接收节点均为目标接收节点，则按照预设发送节点选择策略，对上述N个RTS帧所对应的发送节点进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够与目标接收节点进行通信的发送节点，然后在每轮通信过程中，令目标接收节点使用全功率向本轮能够进行通信的发送节点回复CTS帧。
另外，当上述N个RTS帧所对应的接收节点既包括目标接收节点，又包括其他接收节点，则按照预设发送节点选择策略，对上述N个RTS帧所对应的发送节点进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够与目标接收节点进行通信的发送节点，然后在每轮通信过程中，按照预设发送功率分配策略，令目标接收节点按照不同的发送功率向本轮能够进行通信的不同的发送节点回复CTS帧。可以理解的是，当与目标接收节点并非呈对应关系的发送节点接收到目标接收节点回复的CTS帧后，该发送节点将直接忽略该CTS帧，而并不会建立与目标接收节点之间的数据链路。
可以理解的是，上述预设发送功率分配策略规定了为不同的发送节点分配不同的CTS帧发送功率，目标接收节点在向某一发送节点回复CTS帧时，以相应的发送功率向该发送节点回复CTS帧。
其次，当上述N个RTS帧所对应的接收节点均不是目标接收节点，则按照RTS帧中携带的信道占用时间来设置自身的NAV，然后进入静默状态。
其中，自组织网络中任一接收节点所回复的CTS帧中包括该接收节点在回复该CTS帧时所使用的发送功率的信息、该接收节点的地址信息、对应发送节点的地址信息。
本实施例中，上述预设发送节点选择策略具体为：只允许选择当前位于可通信区域上的发送节点，禁止选择位于干扰区域上的发送节点，并且在每轮筛选处理中，每个可通信区域上只允许选择一个发送节点，若同一个可通信区域内存在至少两个可选的发送节点，则在该可通信区域内可选的所有发送节点中选择待传输数据包长度最长的发送节点；
其中，可通信区域为信号传播距离位于每一路信号传播距离取值区间内的区域，干扰区域为位于可通信区域之外的区域。
本实施例中，任一发送节点所发送的数据帧中包括一个功率参数域，其中，功率参数域中记录了该发送节点在发送该数据帧时所使用的数据帧发送功率。
本实施例中，当任一接收节点同时接收到至少两个数据帧，则根据每个数据帧的功率参数域中所记录的数据帧发送功率的大小顺序，在该接收节点上依次对每个接收到的数据帧进行SIC处理。也即，先对数据帧发送功率最大的数据帧进行SIC处理，接着对数据帧发送功率第二大的数据帧进行SIC处理，以此类推，直到对数据帧发送功率最小的数据帧进行SIC处理。
另外，本实施例中的MAC层接入方法，还可以进一步包括：
当一个发送节点需要向包含至少两个接收节点的接收节点集合发送RTS帧，则按照预设接收节点选择策略，对接收节点集合进行至少一轮的筛选处理，以确定每轮能够进行通信的接收节点；
其中，上述预设接收节点选择策略为：只允许选择当前位于可通信区域上的接收节点，禁止选择位于干扰区域的接收节点，并且在每轮筛选处理中，每个可通信区域上只允许选择一个接收节点，若同一个可通信区域内存在至少两个可选的接收节点，则在该可通信区域内可选的所有接收节点中选择待接收数据包长度最长的接收节点。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种非正交多用户接入自组织网络的MAC接入方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。