[发明专利]一种基于混合自动重传的随机接入协议

说明书

1.应用领域

本发明属于无线通信网络技术领域，特别涉及S-ALOHA协议以及混合自动重传技术(HARQ)，用于提高多用户系统的吞吐量，降低传输的平均时延。

2.背景技术

2.1随机接入协议

随机接入协议(Random Access Protocol，RAP)属于信道共享技术，主要用于解决多个用户对公共带宽如何划分使用的问题。(这里的信道多指上行信道，即用户向基站的信道。而下行信道可以被统一调度，不会发生冲突，因此不属于接入协议的范畴)。作为媒体接入协议的一个分支，其特点就是所有用户可以根据自己的意愿随机地发送信息，即对应突发型业务。因为对于持续型业务，可以事先安排多个用户的资源以解决接入问题，例如FDMA，TDMA等方式。然而，对于突发型的业务，这些接入方式并不合适。在RAP中，当两个或以上用户同时发送信息时，就可能在媒介或目的端产生帧的冲突，导致冲突用户的发送均告失败。导致该问题的根本原因在于无法预先安排用户的发送时间，同时，每个用户在需要发送数据时，不能准确知道其它用户是否也需要发送数据。这个问题再以太网和蜂窝网中都存在。现有的解决随机接入问题的协议中，大都位于数据链路层，其中包括P-ALOHA，S-ALOHA，CSMA，CSMA/CD等。下面对其中主要协议进行简单介绍：

(1)P-ALOHA协议

P-ALOHA的基本思想是：当用户有信息要发送时，可以立即发送，然后监听信道是否发生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间，然后进行重发。如果再次发生冲突，则需要再等待一段随机的时间，直到重发成功为止。其中等待的时间必须是随机的。假定各用户发送的帧都是定长的，为发送一帧所需的时间是T。P-ALOHA系统的工作原理如附图1所示。

由图1可以看护一个帧发送成功的条件是该帧与之前后两个帧的到达时间间隔均大于T，称这段间隔为脆弱周期，即只要在该帧的脆弱周期内有其它帧传送，均能产生冲突。

(2)S-ALOHA协议

为了提高ALOHA系统的吞吐量，可以将所有用户在时间上同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙，记为T。并且规定，无论一个帧在何时产生，它只能在每个时隙开始时才能被发送出去。这样的系统被成为时隙ALOHA或者S-ALOHA系统。其工作原理如附图2所示。

从图2可以看出，每一个帧在到达后，一般都要在缓存中等待一段时间(这段时间小于T)，然后才能被发送出去。当在一个时隙内有两个或两个以上帧到达时，则在下一个时隙将产生碰撞。碰撞后重传的策略与P-ALOHA的情况是相似的。可以看出S-ALOHA系统的脆弱周期为时隙的长度T。

(3)CSMA/CD协议

载波监听多点接入/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)由ALOHA演变而来，其最大的改进之处在于：每个用户都能在发送数据前监听信道上其它用户是否在发送数据，如果在发送，则此用户暂不发送数据，发送后继续侦听信道，以检测是否发生碰撞。如果发生则随机退避一段时间后重传。此协议减小了发送冲突的可能，提高了系统的吞吐量。然而在无线环境中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为远近效应。这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。

(4)CSMA/CA协议

为了在无线环境中应用，在802.11中对上述协议进行了调整，利用ACK信号来避免冲突的发生。一个终端希望在无线网络中传输数据，它应先探测网络中是否有正在传送的数据。如果有，则附加等待一段随机时间，再进行探测。反之就将数据发送出去。接收端若果收到完整的数据则回发一个ACK。只有这个ACK被发送端完整的接收后，发送过程才完成。否则该数据都要在发端等待一段时间后被重传。但是由于额外的等待时间，其性能不及CSMA/CD。

从上述介绍可以看出传统的接入协议为解决碰撞而进行的重传多发生在MAC层，而在电信网中物理层的重传机制也被普遍使用。物理层的重传机制相对于MAC层的重传有其独有的特点及优势，而它们的思想亦可以应用于随机接入协议。接下来先对一种典型的物理层重传机制进行简单介绍。

2.2混合自动重传

混合自动请求重传(HARQ：Hybrid Automatic Repeat Request)综合了前向纠错控制(FEC：Forward Error Correction)技术和自动请求重传(ARQ：Automatic Repeat Request)技术，是一种应用极其普遍的技术，它可以提高系统的吞吐量和传输可靠性。