[发明专利]多节点协作传输的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术，特别涉及多节点协作传输的方法和系统。

背景技术

在无线网络中，节点通常具有功率受限，且电量有限且不易补充的特点，因此，如何在数据传输过程中节约能量，延长网络的使用寿命显得尤其重要。影响网络寿命的因素很多，诸如，网络结构，网络协议，数据传输方式，网络寿命的定义，信道特点等等。但是，如果单单就能量的损耗途径而言，又可以简单的分为两个方面，一是数据传输过程中由于信道衰落的存在而损耗的能量，二是当网络寿命到达时由于网络中仍存在未使用的能量。

在无线通信中，由于信道衰落和路径损耗，接收到的信号质量会比有线信道中的有较大下降，这是造成能量损耗的主要原因之一。为此，目前已经提出了各种抗干扰、抗噪声的无线通信技术。多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output；简称MIMO）就是其中一种利用空间分集来极大地提高信号质量的方法。但是，由于受到空间大小的限制，很难在无线网络中的一个节点上集成多天线，协作通信技术运用了MIMO的思想，通过分布在不同节点上的天线形成虚拟天线阵列以达到MIMO分集的效果。与非协作系统相比，协作通信采取某种方式通过相互独立的衰落信道传送同一信号的多个副本，由于各路径的衰落相互独立，从而只要有一条路径的信号足够强就能保证可靠通信，能获得明显的性能增益。

在无线网络中，媒质接入控制（Medium Access Control；简称：MAC）方法或者接入传输方法解决了每个移动用户或节点如何公平、快速、安全地接入使用信道，高效地共享有限的无线带宽资源的问题。MAC方法的好坏直接影响到网络吞吐量、时延、能耗等性能指标的优劣。利用协作分集在物理层提供的优势，采用协作的MAC方法可以更加合理地安排用户共享信道，提高网络性能。

目前，控制网络能量损耗，延长网络寿命的方法主要包括：通过综合考虑网络中节点间的信道质量和有数据要发送的节点的剩余电量来选择某一时刻接入信道的发送节点，从而达到提高能量效率延长网络寿命的方式，但是，这种方式没有顾虑到节点传输数据接入信道的公平性，而且，当某一个节点必须要传输数据时，也没有采用任何措施来提高能量有效性。或者是，通过协作传输的方式，以香农定理为理论基础，找到使得某一次传输能量消耗最小的发送功率分配方案，但是，这种方式，没有考虑到实际传输过程中编码、调制效率的有效性，也没有考虑到网络流量分配不均衡导致的网络耗竭时浪费的剩余能量过多。再或者，通过一个协作节点，考虑信道质量因素和网络中节点剩余电量因素，确定分配功率分配方案，但是，这种方法并没有有效利用可能存在的多个备选协作节点，让网络能量在尽可能多的协作节点间分配，进而最大程度弥补由于信道衰落的独立性和网络流量的不均衡性造成能量损耗的不均匀。

综上所述，现有方法没有很好的利用网络中多协作节点的优势，综合考虑信道质量和网络剩余电量分布因素，同时没有与之相匹配的性能优良的MAC方法，从而，不能很好地提高网络的能量效率延长网络寿命。

发明内容

本发明提供一种多节点协作传输的方法和系统，特别地提供一种基于功率控制的多节点协作传输的方法和系统，用以解决上述现有技术中没有有效利用网络中存在的多协作节点，综合考虑信道质量和网络剩余电量分配因素，同时没有与之匹配的MAC方法而导致的不能有效提高网络能量效率进而延长网络寿命的技术问题。

本发明提供的多节点协作传输的方法和系统主要是，潜在的协作节点侦听发送节点和目的节点发送的RTS分组和CTS分组，确定是否适合参与协作传输以及竞争优先级；所有的协作节点将自身的相关信息附在HTS分组内按照优先级顺序在竞争阶段发送给发送节点；发送节点利用收到信息，根据使网络寿命最长的最优化原则分配自身及协作节点参与数据传输的传输功率；发送节点根据预先分配的功率发送数据给协作节点；协作节点根据预先分配的功率发送数据给目的节点。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种多节点协作传输的方法，该多节点协作传输的方法为基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括: