[发明专利]一种基于动态空闲信道评估门限的载波侦听方法

摘要

本发明提供了一种基于动态空闲信道评估门限的载波侦听方法，对现有的载波侦听机制进行改进，根据信道状态调整CCA门限及控制NAV有效作用范围，从而增加网络中的并发传输，提高网络吞吐量，本发明根据接收功率动态计算和调整CCA门限，可以有效提高网络的空间复用度，同时通过在CTS分组携带干扰容限和接受概率，有效地控制CTS分组中NAV的作用范围，进一步地提高空间复用度，从而提升网络吞吐量。

主权项

1.一种基于动态空闲信道评估门限的载波侦听方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：多个基本服务集BSS(Basic Service Set)内有数据发送的节点，包括接入点AP节点和站点STA节点，按照IEEE 802.11分布式协调功能DCF(Distributed Coordination Function)以二进制指数退避方式竞争信道，若多个发送节点同时在一个时隙内退避结束则发生冲突，所有发生冲突的节点按照IEEE 802.11 DCF机制重新侦听信道，并再次以二进制指数退避方式竞争信道，直至有且仅有一个发送节点退避完成，则转入步骤2，未完成退避的节点按照IEEE 802.11 DCF机制暂停退避；步骤2：发送节点按照IEEE 802.11标准产生并发送RTS分组(Request To Send，请求发送分组)，并转入步骤3；步骤3：定义RTS分组的接收功率Prts，定义RTS分组的接收信噪比SINRreal，用于计算动态空闲信道评估CCA(Clear Channel Assessment)门限和干扰功率，接收节点在接收RTS分组时，RTS分组的接收功率Prts和接收信噪比SINRreal可从物理层读取并记录，位于RTS传输范围内的所有节点接收该RTS分组，并对RTS分组进行分析，每个节点提取RTS分组中包含的目的地址字段，如果目的地址与该节点的介质访问控制MAC(Media Access Control)地址不匹配，则提取RTS分组中包含的持续时间Duration字段，并按照IEEE 802.11标准设置网络分配矢量NAV，即在该Duration时长内虚拟载波侦听机制指示信道忙，该节点按照IEEE 802.11DCF机制暂停退避；如果目的地址与该节点的介质访问控制MAC地址匹配，则该节点为目的接收节点，目的接收节点记录RTS分组的接收功率Prts和接收信噪比SINRreal，并转入步骤4；步骤4：接收节点计算动态CCA门限值CCAth和干扰功率Pi，并转入步骤5，动态CCA门限值CCAth为：CCAth＝Prts‑SINR*  (1)其中公式(1)中各变量单位均为dB，其中SINR*为预先设定的固定的信噪比门限值，该门限值与信道衰落因子有关，信道衰落因子越大，信噪比门限值越大，SINR*在[15,25]之间随意取值，干扰功率Pi为：Pi＝Prts‑SINRreal  (2)步骤5：定义信噪比调整因子k用以调整期望的接收信噪比，k在[0,1]之间取值，定义信道干扰程度β用以判断信道的干扰程度，定义最大信道干扰程度βmax用以确定接收节点允许的最大信道干扰，RTS接收信噪比SINRreal越大，则最大信道干扰程度βmax越大，且满足关系：βmax＝SINRreal‑SINRth1，其中SINRth1为最小的接收信噪比门限值，信道干扰程度β在[0,βmax]随意取值，接收节点根据步骤4计算得出的CCA门限值CCAth和干扰功率Pi进行如下判断：a)若Pi≤CCAth，则设置k＝0.5，若Pi＞CCAth，且Pi‑CCAth≤β，则设置k＝1，并转入步骤6；b)若Pi＞CCAth，且Pi‑CCAth＞β，接收节点不回复清除发送CTS(Clear To Send)分组，转入步骤12；步骤6：节点支持的DATA传输速率记为r1,r2,...rn，且r1＜r2＜...＜rn，对应的接收信噪比门限值为SINRth1,SINRth2,...SINRthn，且SINRth1＜SINRth2＜...＜SINRthn，对于传输速率ri(i＝1,2,...n)，只有接收信噪比大于等于对应的接收信噪比门限SINRthi(i＝1,2,...n)，接收节点才能以相应的速率正确接收所传输的数据分组；接收节点计算三个变量，即DATA分组速率，干扰容限和接受概率，接收节点首先选择接收数据DATA(data)分组时的期望接收信噪比值为SINRdesired，SINRdesired＝SINR*+k*(SINRreal‑SINR*)然后通过以下方法确定DATA分组速率r：若SINRthi≤SINRdesired＜SINRthi+1，则r＝ri，其中SINRthi为DATA传输速率ri所对应的接收信噪比门限，SINRthi+1为DATA传输速率ri+1所对应的接收信噪比门限，i＝1,2,...n‑1；若SINRdesired≥SINRthn，则r＝rn，其中SINRthn为最大DATA传输速率rn所对应的接收信噪比门限；干扰容限Pc的计算方法为：Pc＝Prts/SINRdesired‑Pi接受概率p的计算方法为：若该接收节点首次接收到发送节点发送的RTS分组，则设置接受概率为p0，p0在[0,1]之间随意取值；若该接收节点不是首次接收到发送节点发送的RTS分组，且前一次接收到RTS分组后设置的接受概率为plast，如果前一次正确接收到DATA分组，则降低本次的接受概率为p＝plast‑Δp，若p＜0，则设置p＝0，如果前一次未正确接收到DATA分组，则提高本次的接受概率为p＝plast+Δp，若p＞1，则设置p＝1，Δp为接受概率调整量，需预先设定，Δp可在(0,1)之间随意取值，之后转入步骤7；步骤7：接收节点构建CTS分组，本发明所采用的CTS分组格式在IEEE 802.11标准字段基础上添加了3个字段，包括DATA分组速率字段3比特，干扰容限字段10比特和接受概率字段3比特，接收节点将DATA分组速率r、干扰容限Pc和接受概率p分别填充到CTS分组中的DATA速率字段、干扰容限字段和接受概率字段，CTS分组的其余字段按照IEEE 802.11标准进行设置，之后转入步骤8；步骤8：接收节点回复CTS分组，之后转入步骤9；步骤9：位于CTS传输范围内的所有节点接收该CTS分组，并对CTS分组进行分析，每个节点提取CTS分组中包含的目的地址字段，如果目的地址与该节点的介质访问控制MAC(Media Access Control)地址匹配，则该节点为源发送节点，发送节点从CTS分组的DATA速率字段提取DATA分组速率r，根据DATA分组速率r发送DATA分组，之后转入步骤10；如果目的地址与该节点的介质访问控制MAC(Media Access Control)地址不匹配，则该节点记录CTS分组的接收功率Pcts，之后转入步骤11；步骤10：发送节点等待接收节点回复确认ACK(Acknowledgement)分组，若接收到ACK分组，则传输结束，否则以二进制指数退避方式竞争信道，以进行重传；步骤11：其他节点从CTS分组的干扰容限字段提取干扰容限信息Pc，接受概率字段提取接受概率信息p，并做出如下判断：若Pcts≤Pc，则节点产生一个[0,1]之间的随机数prand，如果prand≥p，则该节点不接受CTS分组中的NAV信息，转入步骤12，否则，该节点提取CTS分组中包含的持续时间Duration字段，按照IEEE 802.11标准设置网络分配矢量NAV，即在该Duration时长内虚拟载波侦听机制指示信道忙，该节点按照IEEE 802.11 DCF机制暂停退避；步骤12：节点不接受接收节点的NAV信息，则虚拟载波侦听机制指示信道空闲，节点如果位于发送节点的物理载波侦听范围内，则物理载波侦听机制指示信道忙，该节点按照IEEE 802.11 DCF机制暂停退避；节点如果位于发送节点的物理载波侦听范围外，则物理载波侦听机制指示信道空闲，此时该节点可继续退避，退避完成后接入信道，从而与已有传输同时并发工作，提高网络的空间复用度。