[发明专利]基于信道争用与集中调度的全双工MAC的数据交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于信道争用与集中调度的全双工MAC的数据交换方法。

背景技术

随着无线通信中同时同频全双工技术的深入研究，基于全双工的物理层链路设计可使系统的频谱资源利用率翻倍，也必将能利用全双工带来的反向链路带来系统级的网络吞吐量的提升。全双工技术不仅可以通过减少信道检测时间、降低每次回退的时间长度，从而提高系统的吞吐量性能；而且还将对MAC层及高层协议产生重大影响，能够带来系统级的巨大性能增益，比如能够解决分布式网络中的隐藏终端问题、多跳网络中端到端大时延问题等。

目前针对全双工MAC协议的研究还不是很深入，大多研究是在CSMA/CA协议的基础上加以简单的推广，通过最大化利用全双工收发调度实现吞吐量性能提升，实际上对全双工信道的利用率还是很低下。现有文献考虑了节点要么完全隐藏、要么完全碰撞等情况，却没有考虑各节点出现的干扰量，当出现一定的干扰时会降低信道容量，实际仍然可通过降低传输速率实现可靠传输。考虑了干扰水平并调整全双工传输速率的全双工MAC协议，但由于采用集中式轮询，当接入用户较多时网络时延相对较长。此外考虑到全双工系统仍然存在部分自干扰信号残余，实际全双工最大传输速率相比半双工会有一定下降。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于信道争用与集中调度的全双工MAC的数据交换方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于信道争用与集中调度的全双工MAC的数据交换方法，其特征在于，该方法将全双工信道争用与全双工集中调度有机结合，包括：

全双工信道争用与信息收集；

全双工集中调度与数据交换；

多数据包集中确认。

所述的全双工信道争用与信息收集为：

1)信道争用模块通过AP发送一个争用开始数据包，告知AP覆盖范围内的所有节点，在接下来的争用窗口，发送信道争用请求，内容包括开启的争用窗口时隙长度；

2)各节点发送信道争用请求，AP则立刻进行全双工发送请求回复数据包，并完成相关业务数据和干扰矩阵信息收集。

所述的争用窗口期间各节点不发送业务数据，仅发送全双工调度所需的业务发送请求与干扰水平信息。

所述的AP不仅需要节点所要发送的业务数据信息；还需要收集当前节点与其他非AP节点的干扰信息，AP将收集到的干扰水平信息形成一个干扰水平值矩阵。

所述的干扰水平值矩阵G＝[G_j,k]，其中令节点N_j处接收来自AP的信号强度P_j与来自节点N_k的干扰信号强度I_k,j。

所述的AP在接收到数据包的头部HDR并识别出其源节点地址后，利用全双工技术快速地启动发送进程进行全双工争用回复，记为FDCTS，使得信道处于忙状态，从而有效地减少其它隐藏节点的碰撞。

此时，对于隐藏节点N2来讲，只有在N1发射HDR期间信道处于空闲，由于HDR部分非常短，大大降低了碰撞的概率。由于采用了全双工发送，相比半双工RTS-CTS模式，一是减少了控制信令开销，RTS-CTS发送时间减少至原来的一半，直接提升了MAC信道争用效率；二是减少了隐藏终端的碰撞问题，减少了因为碰撞引起的额外回退与等待开销，间接地提升MAC效率。三是一次信道争用，可以包含该节点发送队列中多个数据包，可以大幅提高MAC效率。

所述的争用窗口时隙长度根据网络中在AP注册的节点数目进行计算得到。

全双工集中调度中，通过AP半双工与全双工发送，对称与非对称全双工发送，最大程度利用全双工发送机会。本发明中充分考虑了两大因素。一是考虑了节点除完全隐藏、完全碰撞等情况外，还考虑了各节点出现干扰中间情况。通过降低传输速率，仍然可以实现有干扰情况下的可靠传输。二是考虑了全双工系统仍然存在部分自干扰信号残余，实际全双工最大传输速率相比半双工会有一定下降，这也是影响物理层吞吐量性能的一个重要因素。

所述的全双工集中调度与数据交换为：

首先将从各节点收集到的数据发送请求组成AP接收队列，并将要发给各节点的数据组成AP发送队列；

然后根据收集到的干扰矩阵和速率矩阵，决定哪些数据包将要全双工发送以及每个数据包发送顺序和采用的传输速率；

最后将调度情况分发给所有注册节点并开始数据交换。