[发明专利]一种无线网络中基于RTS/FCTS原理的实现全双工FD‑MAC协议的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全双工MAC协议，具体涉及一种无线网络中基于RTS/CTS原理的全双工MAC协议，属于无线网络通信领域。

背景技术

无线半双工传输模式通过频率或时隙将发送和接收分开，无线全双工传输模式通过在单个无线链路上同时进行发送接收，因而能够获得双倍的吞吐量。在过去的几十年里，由于无线全双工传输产生严重的自干扰，因此在无线网络中无线全双工模式并没有得到广泛的应用。如果无线全双工传输方式的自干扰能够得到有效的消除或抑制，那么它作为一种有吸引力和挑战性的传输模式可以双倍的提高系统的吞吐量。

近来，随着先进的自干扰消除和抑制技术的发展，大量的研究已证明在无线网络中使用全双工传输的可能性。这些工作单独或联合使用了传播域的干扰抑制、模拟域的干扰消除以及数字域的干扰消除。传播域的干扰抑制技术通过减少自干扰来避免射频放大器（RF）的输入被淹没；模拟域的干扰消除技术通过消除自干扰来避免模数转换器（ADC）的输入被淹没；数字域的干扰消除技术是为了消除由于射频放大器的非线性、ADC的非线性以及振荡器的相位噪声而产生的残余自干扰。

然而，要在无线网络中能够使用全双工传输，不仅在物理层需要有效的自干扰消除和抑制技术，而且在数据链路层要有全双工MAC（介质访问控制）协议，无线网络中已经提出了一些全双工的MAC（FD-MAC）协议。例如：文献[J.I.Choi,M.Jain,K.Srinivasan,P.Levis,and S.Katti,“Achieving single channel,full duplex wireless communication,”in Proc.16th ACM MOBICOM,Chicago,Illinois,USA,Sep.2010]中提出了一种简单的集中式的FD-MAC协议，该协议仅仅适用于基于Balun电路和数字消除技术的无线双向链路；文献[W.Cheng,X.Zhang,and H.Zhang,“Full duplex spectrum sensing in non-time-slotted cognitive radio networks,”in IEEE MILCOM2011,2011,pp.1029–1034]中提出了集中式的全双工MAC协议，该协议包含三部分：共享随机退避，侦听发现全双工机会以及虚拟冲突解决；对于分散式的接入网络，文献[W.Cheng,X.Zhang,and H.Zhang,“Imperfect full duplex spectrum sensing in cognitive radio networks,”in ACM Mobicom2011,3rd ACM workshop on cognitive radio networks,2011]中提出了CONTRA FLOW协议，然而上述文献中均没有导出全双工网络中的解析模型，也没有考虑无线单向链路中可能的隐藏终端问题。

为了分析设计一个有效的全双工MAC协议，我们不仅要解决无线网络中的双向链路问题，而且要解决单向链路问题，并且要避免无线全双工网络中所有的隐藏终端问题。为了进一步分析无线网络中FD-MAC协议的性能，我们需要推导出一个解析模型，通过该模型得到无线全双工网络中系统的吞吐量。我们总结并分析了三个挑战：

1）同时支持单向链路和双向链路：因为无线全双工网络中包含单向链路或/和双向链路，因此全双工MAC协议需要同时支持这两种情况。

2）使用基于ACK的机制或基于RTS/CTS的机制：与无线半双工网络中的ACK原理相比，RTS/CTS原理可以更有效地避免隐藏终端问题。因此，我们提出基于RTS/CTS的改进机制。参考文献假设无线全双工网络中，ACK模式可以解决所有的隐藏终端问题。

3）FD-MAC协议的解析模型：为了更好的描述我们提出的FD-MAC协议并且分析其性能，建立FD-MAC协议的解析模型是非常有必要的。

发明内容

为了克服以上难点，本发明提出了一种无线网络中基于RTS/CTS原理的全双工MAC协议：1）同时支持单向传输和双向传输；2）可有效解决无线全双工链路中所有的隐藏终端问题；3）提出一个精确的解析模型来分析该全双工MAC协议。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

无线网络中基于RTS/FCTS原理的全双工FD-MAC协议，其特征在于：所述协议是在无线全双工网络中按以下步骤实现：

1）、无线全双工网络中有两种类型的链路：两个节点的全双工双向链路和/或三个节点的全双工单向链路；