專利名稱:一種基于信道感知和信道預約相結合的多址接入方法
技術領域:
本發(fā)明涉及通信技術領域,是一種多址接入方法。
背景技術:
IEEE 802.11標準是目前無線局域網(wǎng)多址接入技術公認的國際標準。該標準定義了 兩種多址接入?yún)f(xié)議方式其一是全分布式的分布式協(xié)調功能(DCF),另外一個是集中 式的點協(xié)調功能(PCF)。 DCF是基于載波偵聽與沖突回避機制的一種多址隨機接入策 略。由于其實現(xiàn)簡單,DCF被業(yè)界廣泛采用。
隨著技術的飛速發(fā)展,近年來基于IEEE 802.11的無線局域網(wǎng)技術得到了廣泛的應 用。 一方面,隨著越來越多的用戶使用這一技術,正EE 802.11無線局域網(wǎng)所工作頻段 的頻譜資源變得越來越緊張。另一方面,IEEE 802.il標準所推薦使用的分組沖突解決 方法在網(wǎng)絡用戶數(shù)多以及通信信道質量差的情況下不能有效的控制分組沖突的發(fā)生。 頻繁的分組沖突和信道誤幀的發(fā)生,將導致信道利用率的大幅度下降。
為了改進IEEE 802.11多址接入?yún)f(xié)議的性能,具有能夠同時解決分組沖突及信道誤 幀的多址接入?yún)f(xié)議方案是至關重要的。目前已有的大多數(shù)沖突解決方法中,通信終端 相互獨立的產生各自的退避計數(shù)器初值,于是分組沖突便不可避免,尤其是在系統(tǒng)業(yè) 務量較大的情況下。在韓國Choi J.博士提出的多址接入?yún)f(xié)議EBA中,發(fā)送終端在發(fā) 送當前數(shù)據(jù)分組的同時,把接下來的數(shù)據(jù)分組將要使用的退避計數(shù)器的初值預先廣播 出去。這樣相應的時隙便被預約下來,從而避免了其他發(fā)送終端使用同一時隙進行數(shù) 據(jù)發(fā)送。然而,問題在于他們提出的EBA只解決了分組沖突問題,并未考慮到信道質 量下降所導致的信道誤幀的問題。眾所周知,當無線信道傳輸特性較差時,數(shù)據(jù)分組 的傳輸會經(jīng)常發(fā)生誤幀,進而導致信道利用率大幅下降。
發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術由于信道誤幀而降低信道利用率的不足,本發(fā)明提供了一種基 于信道感知和信道預約相結合的多址接入方法(CA-DIBCR),能有效提高網(wǎng)絡頻譜資 源的利用率。
本發(fā)明主要是通過信道感知來判斷信道當前通信質量是否適合傳輸數(shù)據(jù)分組。即 發(fā)送終端通過發(fā)送短的控制分組RTS給接收終端,然后接收終端從RTS中獲取信道參
數(shù),并通過CTS分組傳遞給發(fā)送終端,由發(fā)送終端來決定是否傳輸數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是考慮一個單跳的無線局域網(wǎng),發(fā)送 終端發(fā)送數(shù)據(jù)分組的步驟如下-
步驟一、發(fā)送終端在退避完成后,發(fā)送短控制分組RTS分組,退避過程按照IEEE 802.11的相關規(guī)定執(zhí)行。
步驟二、考慮到分組發(fā)生碰撞或出現(xiàn)誤幀的可能,接收終端可能不能正確接收到 RTS分組。若接收終端正確接收到RTS分組,估算此分組的SNR值,并將此SNR值 嵌入至CTS分組中,隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端。若接收終端沒有正確接收到 RTS分組,則不作任何反應。
步驟三、若發(fā)送終端沒有正確接收到CTS分組,則重新進入步驟一以嘗試再次發(fā) 送該數(shù)據(jù)分組。
步驟四、若發(fā)送終端正確接收到CTS分組,則首先讀取其中的SNR值,然后估 算數(shù)據(jù)分組的誤幀率,根據(jù)判決函數(shù)得到一個發(fā)送概率,按此發(fā)送概率來決定是否發(fā) 送此數(shù)據(jù)分組。
步驟五、若發(fā)送終端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,那么發(fā)送終端進入退避過程,轉移 到步驟一以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
步驟六、若發(fā)送終端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,那么按照EBA的算法,將預約的信道 時隙以退避計數(shù)器初值的方式寫入數(shù)據(jù)分組的頭部,隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去,以完 成信道預約,然后等待確認分組ACK。
步驟七、若發(fā)送終端正確接收到ACK分組,則表明數(shù)據(jù)分組已正確發(fā)送出去, 且下一個數(shù)據(jù)分組所對應的信道時隙己預約好。隨后返回步驟一以準備發(fā)送下一個數(shù) 據(jù)分組;若未能正確接收到ACK分組,則表明數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗,發(fā)送終端須再次 進入退避過程,即轉移到步驟一,以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
所述的的判決函數(shù)如下式所示,發(fā)送端就是按照這個概率來決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù) 分組。
<formula>formula see original document page 4</formula>其中,/^,為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率,^為誤幀率,戶,—_為平均誤幀率,該平
均概率是將發(fā)送終端所估算出的最近5個誤幀率^,加以平均而得。P^為0時,則
以概率O發(fā)送數(shù)據(jù)分組;為1時,則以概率l發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;而當其在0到1之間 時,則以概率P^發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明的有益效果是將信道感知同信道預約相結合,保證發(fā)送終端所對應的無 線信道傳輸質量較差時,將寶貴的傳輸機會讓給信道質量較好的其它用戶使用,從而 進一步提高了系統(tǒng)的通過率,即提高了信道的利用率。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明信道狀態(tài)轉換模型示意圖。
圖2 (a)是CA-DIBCR歸一化吞吐量示意圖;圖2 (b)是EBA歸一化吞吐量示 意圖。
圖3 (a)是CA-DIBCR平均分組錯誤概率示意圖;圖3 (b)是EBA平均分組錯 誤概率示意圖。
圖4是CA-DIBCR中的CTS控制分組格式示意圖。
具體實施例方式
考慮一個發(fā)送終端將要發(fā)送一個數(shù)據(jù)分組,整個信道接入過程敘述如下 步驟l:當該發(fā)送終端相應的發(fā)送機會到來時(即退避過程結束),發(fā)送終端發(fā)送
一個短的控制分組RTS。 RTS分組經(jīng)過無線信道,可能會產生誤幀或與其他分組發(fā)生
碰撞。注意,退避過程按照IEEE 802.11的相關規(guī)定執(zhí)行。
步驟2:若接收終端沒有接收到RTS或RTS產生了誤幀,那么接收終端不做任何
響應。發(fā)送終端因未能接收到來自接收終端的CTS分組,從而決定放棄該數(shù)據(jù)分組的
發(fā)送機會。接著發(fā)送終端進入再次退避的過程中,并轉移至步驟l以等待下一次發(fā)送
該數(shù)據(jù)分組的機會。
如果接收終端正確接收到RTS分組,則通過接收到的RTS分組的功率,可以估算 出發(fā)送RTS分組時相應的信噪比SNR,信噪比的估計方法已很成熟,這里不再贅述。
接收終端返回一個CTS控制分組給發(fā)送終端,并將其測量得到的SNR數(shù)值嵌入 到CTS分組中。SNR數(shù)值可以采用16位浮點數(shù)編碼。具體的CTS控制分組格式如圖
4所示。圖中的"SNR"數(shù)據(jù)域用于承載16位的信噪比數(shù)值。
步驟3:若發(fā)送終端未能接收到CTS分組或CTS分組產生誤幀,那么發(fā)送終端進 入再次退避的過程中,并轉移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機會。
步驟4:若發(fā)送終端可以正確接收到CTS,則提取出CTS分組中所攜帶的SNR 值。然后依據(jù)誤幀率公式估計在此信道情況下數(shù)據(jù)幀的誤幀率,),。。注意,根據(jù)不
同的調制解調模式,誤幀率公式應做相應調整。例如,若系統(tǒng)采用了 DBPSK調制方 式,其誤幀率(在不考慮采用信道糾錯編碼措施的情況下)可按公式(1沐(2)估算。
C^^^ (1) "2(1+ S,
尸,),。"-(1-。" (2) 其中,g代表誤比特率,&,代表誤幀率,n表示一幀中所包含的比特數(shù)。注 意,誤幀率公式(2)未考慮采用前向糾錯措施。
將估算出的誤幀率i^—^代入公式G)所示的判決函數(shù),得出相應的發(fā)送概率P,d,
即發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的概率。發(fā)送端就是按照這個概率來決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中,S^為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率,Pf為平均誤幀率,該平均概率是將發(fā)送終 端所估算出的最近5個誤幀率P,j。,。加以平均而得。/^d為0時,則以概率0發(fā)送數(shù)據(jù) 分組;為1時,則以概率1發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;而當其在0到1之間時,則以概率尸^發(fā) 送該數(shù)據(jù)分組。
步驟5:如果發(fā)送終端決定不發(fā)送該數(shù)據(jù)分組,那么發(fā)送終端進入再次退避的過 程中,并轉移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機會。
步驟6:如果發(fā)送終端決定發(fā)送該數(shù)據(jù)分組,則按照EBA算法,對下一發(fā)送時刻 進行預約,并將預約好的信道時隙以退避計數(shù)器初值的形式嵌入到當前數(shù)據(jù)分組的頭 部一并廣播出去。信道預約過程可完全按照EBA算法執(zhí)行,這里不再贅述。
步驟7:發(fā)送終端發(fā)送完數(shù)據(jù)分組后,等待接收終端的ACK確認分組。
柳d
若發(fā)送終端未能正確接收到來自接收終端的ACK分組,那么發(fā)送終端進入再次 退避的過程中,并轉移至步驟1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機會。
若發(fā)送終端正確接收到了來自接收終端的ACK分組,則表明該數(shù)據(jù)分組已成功 發(fā)送出去。接著,發(fā)送終端等待其下一個預約時隙的到來,并轉移至步驟1以等待下 一次發(fā)送新數(shù)據(jù)分組的機會。
為了更好的闡明本算法,我們考慮一個發(fā)送終端A,列舉它在兩種不同情況下的 信道接入過程。
方法實施例一,信道狀態(tài)較好時的情況
步驟l:當發(fā)送終端A的退避計數(shù)器退避到O時,它獲得了發(fā)送機會,此時發(fā)送 一個RTS控制分組。
步驟2:接收終端正確接收到A發(fā)送的RTS分組,則接收終端通過接收到的RTS 分組的功率,估算出發(fā)送RTS分組時相應的信噪比SNR為43dB。接收終端返回一個 CTS控制分組給發(fā)送終端,并將其測量得到的SNR數(shù)值嵌入到CTS分組中的"SNR" 域中,隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端,進入步驟4。
步驟4:發(fā)送終端正確接收到CTS分組后,提取出CTS分組中所攜帶的SNR值。 然后依據(jù)誤幀率公式估算在此信道情況下數(shù)據(jù)分組的誤幀率巧在本例中,由于
采用了 DBPSK調制方式,因此將SNR值43dB換算成20000,設數(shù)據(jù)幀總長度n = 18384 比特,代入式(1)和式(2),得到
《=0.00002499 , &血。=0.36845 。 發(fā)送終端將估算出的誤幀率i^>代入判決函數(shù)(見式3),得出相應的發(fā)送概率 此時Pf經(jīng)估算為0.261。
=0.63155, 1 —A,j0.739 — 0.1 <1 —<1 —P, _
所以,/Ld = 麵)(a9U =0.7108 。
(1 —0(0.9 —
因此,發(fā)送終端以71.08%的概率將數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去,在(0,1)之間按均勻分布隨 機取得一個值為0.4。由于該數(shù)值小于71.08%,因此決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,進入步驟 6 o
步驟6:按照EBA算法,發(fā)送終端對下一發(fā)送時刻進行預約,將得到的預約退避
初值6嵌入到當前數(shù)據(jù)分組的頭部一并廣播出去。發(fā)送終端發(fā)送完數(shù)據(jù)分組后等待 ACK確認分組。
步驟7:發(fā)送終端正確接收到ACK分組,說明數(shù)據(jù)分組已成功發(fā)送出去。接著,
發(fā)送終端等待其下一個預約時隙的到來,并轉移至步驟1以等待下一次發(fā)送新數(shù)據(jù)分 組的機會。
方法實施例二,信道狀態(tài)較差時的情況
步驟l:當發(fā)送終端A的退避計數(shù)器退避到O時,它獲得了發(fā)送機會,此時發(fā)送 一個RTS控制分組。
步驟2:接收終端正確接收到A發(fā)送的RTS分組,則接收終端通過接收到的RTS 分組的功率,估算出發(fā)送RTS分組時相應的信噪比SNR為40dB。接收終端返回一個 CTS控制分組給發(fā)送終端,并將其測量得到的SNR數(shù)值嵌入到CTS分組中的"SNR" 域中,隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端,進入步驟4。
步驟4:發(fā)送終端正確接收到CTS分組,取出CTS分組中所攜帶的SNR值。然 后依據(jù)誤幀率公式估計在此信道情況下數(shù)據(jù)分組的誤幀率/>,。在本例中,同樣采 用了 DBPSK調制方式,因此將SNR值40dB換算成10000,設數(shù)據(jù)幀總長度《 = 18384 比特,代入式(1)和式(2),得到
《=0.00004995 ,戶,血。=0.60113 。
將估算出的誤幀率C代入判決函數(shù)(見式3),得出相應的發(fā)送概率P^。此時 經(jīng)估算為0.261。
<formula>formula see original document page 8</formula>
因此,發(fā)送終端以25.24%的概率將數(shù)據(jù)分組發(fā)送出去,在(0,1)之間按均勻分布隨 機取得一個值為0.6,由于該數(shù)值大于25.24%,則決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,進入步驟
5 c
步驟5:發(fā)送終端A決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,再次進入退避過程,并轉移至步驟 1以等待下一次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組的機會。
權利要求
1、一種基于信道感知和信道預約相結合的多址接入方法,其特征在于包括下述步驟(a)發(fā)送終端在退避完成后,發(fā)送短控制分組RTS分組;(b)若接收終端正確接收到RTS分組,估算此分組的SNR值,并將此SNR值嵌入至CTS分組中,隨CTS分組一起傳遞給發(fā)送終端;若接收終端沒有正確接收到RTS分組,則不作任何反應;(c)若發(fā)送終端沒有正確接收到CTS分組,則重新進入步驟(a)以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;(d)若發(fā)送終端正確接收到CTS分組,則首先讀取其中的SNR值,然后估算數(shù)據(jù)分組的誤幀率,根據(jù)判決函數(shù)得到一個發(fā)送概率,按此發(fā)送概率來決定是否發(fā)送此數(shù)據(jù)分組;(e)若發(fā)送終端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,發(fā)送終端進入退避過程,轉移到步驟(a)以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;(f)若發(fā)送終端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,按照EBA的算法,將預約的信道時隙以退避計數(shù)器初值的方式寫入數(shù)據(jù)分組的頭部,隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去,以完成信道預約,然后等待確認分組ACK;(g)若發(fā)送終端正確接收到ACK分組,隨后返回步驟一以準備發(fā)送下一個數(shù)據(jù)分組;若未能正確接收到ACK分組,則表明數(shù)據(jù)分組發(fā)送失敗,發(fā)送終端須再次進入退避過程,即轉移到步驟(a),以嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
2、 根據(jù)權利要求1的一種基于信道感知和信道預約相結合的多址接入方法, 其特征在于所述的的判決函數(shù)如下式所示 '<formula>see original document page 2</formula>其中,Psent為發(fā)送數(shù)據(jù)分組的概率Pf-data為誤幀率,Pf-over附為平均誤幀率,該平均概率是將發(fā)送終端所估算出的最近5個誤幀Pf-data加以平均而得;為0時,則以概率O發(fā)送數(shù)據(jù)分組;為1時,則以概率1發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;而當其 在0到1之間時,則以概率Psent發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信道感知和信道預約相結合的多址接入方法,通過信道感知來判斷信道當前通信質量是否適合傳輸數(shù)據(jù)分組。即發(fā)送終端通過發(fā)送短的控制分組RTS給接收終端,然后接收終端從RTS中獲取信道參數(shù),并通過CTS分組傳遞給發(fā)送終端,由發(fā)送終端來決定是否傳輸數(shù)據(jù)分組;若發(fā)送端決定不發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組;若發(fā)送端決定發(fā)送此數(shù)據(jù)分組,將預約時隙隨數(shù)據(jù)分組一起廣播出去,完成信道預約,然后等待確認分組ACK;若發(fā)送端正確接收到ACK分組,返回步驟一準備發(fā)送下一個數(shù)據(jù)分組;若未能正確接收到,發(fā)送端嘗試再次發(fā)送該數(shù)據(jù)分組。本發(fā)明提高了信道的利用率。
文檔編號H04B7/26GK101345579SQ20081015006
公開日2009年1月14日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日2008年6月18日
發(fā)明者唐文照, 蕊 張, 波 李 申請人:西北工業(yè)大學