[发明专利]基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络中媒体接入控制方法，尤其涉及一种基于协同冲突分解的混合型媒体接入控制方法。

背景技术

信道利用率高而开销低的媒体接入控制(MAC)方法一直是无线网络设计的重要目标之一。传统的媒体接入控制技术是频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)，协议开销低，但不适合突发业务。为了支持突发业务，人们开发了多种随机接入(random access，RA)技术，包括时隙ALOHA、载波侦听/冲突避免(CSMA/CA)、树形方法(包括二分树方法、三分树方法和先到先服务(FCFS)方法等)以及四步握手协议(RTS-CTS-Data-ACK)等等。竞争接入技术不能满足实时业务的传输需求，为此IEEE802.11标准设计了EDCF和HCCF两种协议，可认为是RA+TDMA的混合技术，IEEE802.15标准也为传输时隙划分了两个独立的竞争接入期和非竞争期，用于支持竞争类业务和实时业务的传输，而IEEE802.16设计的集中式的调度接入技术，可支持不同级别业务的同时传输，但协议开销太大。

随机接入是一种分布式竞争接入技术，一个完整的随机接入方案包括信道接入策略和冲突分解方法。信道接入策略指的是新到达业务何时可以发送，包括：1)自由接入，新业务一到达就发送；2)阻塞接入，禁止新业务接入，直到当前冲突分解完毕。RA方案一般都采用第2种策略。冲突分解方法需要尽力降低冲突概率并能实现冲突的最终分解，常用的思路是随机退避，包括n分树退避、p型坚持和指数退避。一个优良的冲突分解方法应该用最少的时隙分解冲突，从而获取高的吞吐量。吞吐量简单的定义是单位时间(时隙)内成功接收的数据包个数。如ALOHA最大吞吐量为0.184，时隙ALOHA为0.368，Capetanakis(1979)和Tsybakov及Mihailov(1978)独立的发明了树形方法(二分树)为0.347，Gallager的FCFS方法为0.487。采用载波侦听或握手机制，可进一步提高吞吐量，如EDCF，但以增加协议开销为代价。而且，即使采用载波侦听或握手机制，也无法消除无效时隙(冲突分解过程中的冲突时隙和空闲时隙称为无效时隙)。

究其原因，主要是上述所有的RA方案采用了一种理想的冲突模型：冲突导致数据不可接收并随即丢弃。由于该模型不考虑物理信道状态，因此RA方案性能仅依靠媒体接入控制层的改进难以进一步提升。

利用物理层的信号处理技术，基于跨层设计的RA方案得到关注，如网络辅助分集多址接入(Network-assisted Diversity Multiple Access，NDMA)技术，Lin和Petropulu等人基于NDMA方案提出的协同媒体接入技术(发表在2005年IEEE信号处理汇刊第53卷第12期，4675页到7684页)，V.Naware，G.Mergen和L Tong等人设计的具有多包接收的时隙ALOHA技术(发表在2005年IEEE信息理论汇刊第51卷第7期，2636页到2656页)。尤其是Y.Yu和G.B.Giannakis等人设计的基于串行干扰消除的树形RA技术(发表在2007年IEEE信息理论汇刊第53卷第12期，4628页到4639页)，获得了0.693的吞吐量。这些技术通过信道估计和信号检测即可分离冲突的数据包。由于冲突可利用，因此基于冲突避免目的的载波侦听和握手机制不再采用，有效提高了时隙效率。

然而上述方案都是基于理想的信道估计假设，没有具体的信道估计方案。H.Wang和T.Li等人设计了混合ALOHA协议(发表在2007年IEEE信号处理汇刊第55卷第12期，5821页到5832页)，在数据传输前设置若干导频子时隙用于信道估计，获得了0.587的吞吐量。然而导频子时隙个数的设置是个难题，因为不知道究竟有多少节点会发送数据。很多学者对叠加导频估计方法开展研究，但在RA系统中的应用研究还未见报告。由于叠加导频估计方法是将正交导频序列和信息序列直接并行叠加，因此不占用时隙资源，可引进到跨层RA方案设计，进一步提高时隙效率。