[发明专利]一种基于两阶段竞争的全双工媒体接入控制协议的方法

说明书

本发明公开了一种无线网络中基于两阶段竞争的全双工媒体接入控制协议的方法，提出基于两阶段竞争的TF‑MAC协议以优化全双工无线网络的吞吐量，此控制协议由RTS/FCTS/CTS握手机制和全双工退避算法两部分组成，不仅解决了全双工网络中的隐藏节点问题也减少了第一阶段传输和第二节点传输中的数据帧碰撞，同时适用于两节点对称全双工链路和三节点非对称全双工链路，通过三种类型竞争节点传输概率的选择，可以得到全双工无线网络的最优吞吐量，考虑级联的二维马尔科夫链模型以分析采用TF‑MAC协议的全双工无线网络的性能，得到全双工无线网络吞吐量的闭式表达式，仿真结果验证了所提出的TF‑MAC协议的有效性。

技术领域

本发明属于无线网络通讯技术领域，具体涉及一种基于两阶段竞争的全双工媒体接入控制协议的方法。

背景技术

全双工无线通信技术相较于半双工无线通信技术，有双倍频谱效率的潜能，可以使物理层速率提高一倍，因而得到了广泛的关注。全双工无线通信技术应用的一个关键挑战是如何抑制同一节点收发天线之间的自干扰，而目前自干扰消除技术的不断提高可以显著的减少全双工无线通信收发天线的自干扰。由于数据链路层亟需提高吞吐量，因此，全双工无线网络中，有效的全双工MAC协议是十分必要的。这些全双工MAC协议被分为两大类：集中式全双工MAC协议和分布式全双工MAC协议。对于集中式全双工传输场景，文献[Jain M,Choi J I,Kim T,et al,Practical,real-time,full duplex wireless,inProceedings of the 17th annual international conference on Mobile computingand networking.ACM,2011,pp.301-312]提出了支持非对称数据通信的全双工MAC协议，此协议中的节点可以传输长度不同的数据帧，利用忙音解决隐藏终端问题。文献[Tang A,Wang X,“A-duplex:Medium access control for efficient coexistence betweenfull-duplex and half-duplex communications,”in IEEE Transactions on WirelessCommunications,2015,14(10),pp.5871-5885]提出了一种非对称双工(A-Duplex)MAC协议以有效支持共存的半双工用户和全双工用户接入网络。此协议利用基于包队列的捕获效应建立非对称双链路以优化无线网络的吞吐量。文献[Choi W,Lim H,Sabharwal A,“Power-controlled medium access control protocol for full-duplex WiFi networks,”inIEEE Transactions on Wireless Communications,2015,14(7),pp.3601-3613]提出了一种基于功率控制的MAC协议，用以协调上行链路和下行链路的数据传输。此协议采用短附加控制帧以选择接收端，并利用确认帧以完成全双工传输。对于分布式全双工传输场景，文献[Goyal S,Liu P,Gurbuz O,et al,“A distributed MAC protocol for full duplexradio,”in Signals,Systems and Computers,2013Asilomar Conference on IEEE,2013,pp.788-792]考虑全双工第一阶段传输的干扰和信道竞争问题，提出了局域网的全双工MAC协议。文献[Zhou W,Srinivasan K,Sinha P,“RCTC:Rapid concurrent transmissioncoordination in full DuplexWireless networks,”in Network Protocols(ICNP),201321st IEEE International Conference on IEEE,2013,pp.1-10]提出一种基于伪随机噪声序列的全双工MAC协议，此协议采用无线链路多模式操作可满足相邻节点之间的并发传输。