基于协作mac协议的802.11自组织网络能效优先方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明设及802.11无线局域网通信领域，特别设及一种基于协作MAC(Media Access Control，介质访问控制)协议的802.11自组织网络能效优先方法。
【背景技术】
[0002] I邸E802.11 a/b/g媒体访问控制协议具有多速率物理层，可W根据信道的状况，来 决定W何种速率进行数据传输。当信噪比（SNR)较高时，可W采用较高的传输速率进行数据 传输。为了利用物理层的多速率特性，产生了网络层多速率路由算法和MAC层多速率接入算 法。网络层多速率路由算法通过将信道状态信息作为路由选择度量，来提高端到端的吞吐 量。然而，路由更新时延W及控制开销较大，不能适应信道的时变特性。MAC层多速率接入算 法通过对信道质量进行感知选择合适的传输速率，具有较大使用性，但主要是针对节点之 间的直接传输，没有充分考虑中继协作增益。现有协作MAC协议要么是W提高数据传输速率 为目标的，要么考虑的是如何减小数据传输能耗，缺乏对二者的综合考虑。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于协作MAC协议的802.11自组织网络能 效优先方法，通过中继协作技术对无线传输速率和传输能耗同时进行优化，提高单位能量 传输的比特数。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0005] -种基于协作MAC协议的802.11自组织网络能效优先方法，包括针对源节点i、目 的节点j和中继节点k进行处理：
[0006] 针对所有节点
[0007] SO、当化Ilo报文到达时，维护1跳拓扑链路信息，包括链路对应节点的发射功率和 所能达到的最大传输速率。
[000引针对源节点i
[0009] SI. 1、源节点i根据1跳邻居拓扑的链路信息，选择到达目的节点j的能效满足EikJ >Eu，Ei功源节点i直接向目的节点j传输的能效，Eik功源节点i通过中继节点k向目的节 点j传输的能效，且具有最大Eikj值的中继节点k作为中继节点，发送RRTS(Relay Request To Send,中继请求发送)帖，并设置RCTS(Relay Clear To Send,中继清除发送)超时接收 计时器；如果EiW >Eu条件无法满足，则采用标准802.11方式，将数据发送到目的节点j ; SI.2、源节点i的RCTS计时器超时，则进行退避然后重新启动信道竞争过程;SI. 3、源节点i 收到RCTS，根据1跳范围链路质量信息设定源节点i到中继节点k的传输速率，将DATA(数据） 帖的RA(Receive AcMress,接收地址)字段设定为中继节点k的MAC地址，将DATA帖发送到中 继节点k，设置ACK(Acknowledgement，确认)帖接收超时计时器;Sl. 4、源节点i的ACK计时器 超时，则进行重传;SI.5、源节点i收到ACK，则按照802.11协议开始退避，准备下一轮数据的 传输；
[0010]针对目的节点j
[00川52.1、目的节点川欠到1^'5(1?6911631:1'056]1(1，请求发送)帖，按照标准802.11方式 回复CTS(Clear To Send,清除发送)帖，然后目的节点j进入数据接收状态;S2.2、目的节点 j不论收到来至源节点i还是中继节点k发送的DATA后，需回复ACK;
[0012] 针对中继节点k
[001引S3.1、中继节点k一旦收到来至源节点i的RRTS消息，则发送一个RCTS至源节点i， 通知源节点i可W通过中继进行转发数据，同时保存RRTS中的目的MAC地址;S3.2、中继节点 k对收到的DATA帖进行检测，如果发现接收地址RA字段为自己的MAC地址，则向源节点i回复 ACK，根据存储的目的MAC地址，将DATA帖按照标准802.11的方式发送至目的节点j，并设置 ACK接收超时计时器;S3.3、中继节点k的ACK计时器超时，则进行重传;S3.4、中继节点k收到 ACK，完成本次数据传输。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:通过中继协作技术对无线传输速率和传 输能耗同时进行优化，提高单位能量传输的比特数，通过协作MAC协议，实现了 802.11自组 织网络能效优先。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明中网络拓扑示意图。
[0016] 图2为本发明中化Ilo报文格式。
[0017] 图3为本发明中各节点链路质量信息示意图。
[001引图4为本发明中源节点与中继节点的RRTS/RCTS帖交互示意图。
[0019]图5为本发明中源节点与中继节点的DATA/ACK帖交互示意图。
[0020] 图6为本发明中中继节点与目的节点的RTS/CTS帖交互示意图。
[0021] 图7为本发明中中继节点与目的节点的DATA/ACK帖交互示意图。
[0022] 图8为本发明中采用的RRTS/RCTS帖格式。
[0023] 图9为本发明方法协议处理流程示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。在局域网通信领域里， 802. llb/g中基于CSMA(Ca;r;rier Sense Multiple Access,载波检测多路访问）/CA (Co 11 i S i on Avo i danc e，冲突避免）的RTS-CTS-DATA-ACK握手协议中，源节点i直接向目标 节点j传输一个分组所需的时间为：
[002引 了ij =3巧Sm 午了械片邱 +TjLiU 斗了DiFS
[002引其中Tsifs :短帖帖间间隔；Tdifs :长帖帖间间隔；Trts : RTS传输所需时间；Tcts : CTS传 输所需时间；墙n ;数据传输所需时间。
[0027]由于在802.Ub/g中RTS、CTS、ACK是WlMbps速率进行传输，而DATA的传输速率大 于等于1Mbps。其感知范围内的所有节点都可W对RTS、CTS、ACK正确解调，但是却不一定能 正确提取DATA帖，因为DATA帖的传输速率一般都大于基本传输速率。可W得到RTS/CTS/ ACK/DATA的传输时间分别为：
[002引 Trts =(RTS+PHYJWr) Arts
[OO 巧]Tcts = (CTS+PHY_Mr) /Rcts
[0030] Tack = (ACK+PHY_Hdr) /Rack
[0031] 假设来自上层的数据分组的长度为L(Bit)，则添加上MAC层首部，W及化CP (Physical Layer Conve;rgence Procedure,物理层会聚协议)头部，其传输时间为：
[0032] ?藍岛..= (/_ + AMC- /M. + 八'化 _//(/"/ 巧,…
[0033] 设节点i的发射功率为Pi,对于长度为L(Bits)的分组，当长度L远远大于RTSXTS 和ACK帖的长度时，节点i直接向节点j传输的能效Eu为：
[0034] Eu = IV(TuXPi)
[0035] 当长度L远远大于RTS、CTS和ACK帖的长度时，节点i直接向节点j传输的能效可近 似为与；
[0036] 馬《婚凹.巧
[0037] 设源节点i的发射功率为Pi,设中继节点k的发射功率为Pk,对于长度为L的分组，当 长度L远远大于RTS、CTS和ACK帖的长度时，源节点i通过某个中继节点k向目的节点j传输数 据，其能效Eikj为：
[003引 Eikj = L/((TikXPi) + (TkjXPk))
[0039] 当长度L远远大于RTSXTS和ACK帖的长度时，源节点i通过某个中继节点k向目的 节点j传输数据，其能效可近似为馬:
[0040] 互闲-麻….巧化片。I姆….巧午職村?巧
[0041] 对于长度为L的分组，源节点i通过某个中继节点k向目的节点j传输数据，该中继 节点k需满足的条件如下：
[0042] Eikj>Eij或左", >与
[0043] 为了达到本发明中能效优先的技术效果，本发明提供的基于协作MAC协议的 802.11自组织网络能效优先方法，包括针对源节点i、目的节点j和中继节点k进行处理：
[0044] 针对所有节点
[0045] 当化Ilo报文