[发明专利]一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入方法

摘要

本发明提供了一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入方法，涉及通信技术领域，主要包括发送端主导的随机接入过程、收发端主导互换过程和接收端主导的随机接入过程，本发明由于采用了发送端退避是根据预测接收端信道干扰状况而进行退避的方案，所以其退避过程高度反映了接收端的信道干扰状况，从而使得随机接入更加精细；由于采用了将发送端主导的随机接入过程与接收端主导的随机接入过程相结合的方案，所以提升了退避效率，进而大幅度提高了网络吞吐率及提升了系统性能。

主权项

1.一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：发送节点S有数据发送时，首先执行如下的退避过程：在整个信道上，每一个时隙slot9微秒执行一次能量检测，即节点通过物理载波侦听，检测整个信道上的信号功率，检测在该时隙的信道能量瞬时值I_si，然后根据存储器保存的接收端平均干扰值，获知接收端的平均干扰值I_D，平均干扰值I_D根据平均干扰统计方法获得，即可计算出发送端和接收端平均干扰差值ΔI_S‑D＝I_S‑I_D，预估出此时接收节点D在该时隙的干扰状况干扰状况根据预估接收节点干扰状况的方法获得，若预估接收节点的干扰状况门限，CCA门限取‑82dbm，则退避计数器的值减1；否则，退避挂起，直至退避计数器值减为0，即退避完成，转入步骤2；否则停留在步骤1中继续退避；步骤2：当发送节点S退避完成后，发送请求帧RTS(Request to Send)，并在RTS中携带发送节点S的平均干扰值I_S，平均干扰值I_S根据平均干扰统计方法获得，之后转入步骤3；步骤3：当接收节点D接收到RTS后，回复清除发送帧CTS(Clear To Send)，其中CTS中携带接收端的平均干扰值I_D，平均干扰值I_D根据平均干扰统计方法获得，同时更新接收端与发送端的平均干扰差值ΔI_D‑S＝I_D‑I_S，用于后续D→S传输，并设置接收端更新平均干扰差值的定时器T_D，之后转入步骤4；步骤4：当发送节点S接收到CTS后，更新发送端与接收端的平均干扰差值ΔI_S‑D＝I_S‑I_D，并设置发送端更新平均干扰差值的定时器T_s，用于后续S→D传输，之后转入步骤5；步骤5：在传输机会TXOP(Transmission Opportunity)内，发送节点S发送数据DATA，接收节点D回复确认帧ACK(Acknowledgement)，并在整个TXOP时长之内重复该过程，在后续时间T内，其中T>TXOP，收发双方不断更新各自的平均干扰差值，即更新发送端至接收端的平均干扰差值ΔI_S‑D和接收端至发送端的平均干扰差值ΔI_D‑S，其具体过程详见步骤5.1，之后转入步骤6；步骤5.1：在后续T时间内，但凡S→D，且采用发送端主导的随机接入，则发送节点S使用ΔI_S‑D预估接收节点D的信道干扰状况，其预估过程同步骤1所述，进行退避；但凡D→S，且采用接收端主导的随机接入，则使用ΔI_D‑S预估发送节点S的信道干扰状况，信道干扰状况根据预估发送节点干扰状况的方法获得，进行退避，发送端根据自己的数据量确认采用何种传输模式，若发送端数据量<＝RTS帧的数据长度，则采用DATA/ACK传输模式，否则，采用RTS/CTS模式，即若在T_D和T_s时间内有RTS/CTS交互，其更新ΔI_S‑D和ΔI_D‑S过程详见步骤5.1.1，若在T_D和T_s时间内采用DATA/ACK(Acknowledgement)传输模式，即发送端发送数据，接收端正确接收到数据后，回复确认正确接收的传输模式，其更新ΔI_S‑D和ΔI_D‑S过程详见步骤5.1.2；步骤5.1.1：如果T时间内仍有RTS/CTS交互，则接收节点D更新ΔI_D‑S＝I_D‑I_S并重置T_D为初始值，其更新过程同步骤3所述；发送节点S更新ΔI_S‑D＝I_S‑I_D并重置T_s为初始值，其更新过程同步骤4所述；若T_s和T_D只要超时，则重置ΔI_S‑D＝ΔI_D‑S＝0，之后转入步骤6；步骤5.1.2：如果T时间内采用DATA/ACK传输模式下，则发送节点S在DATA中携带发送端的平均干扰值I_S，接收节点D收到DATA后，更新接收端与发送端平均干扰差值ΔI_D‑S＝I_D‑I_S并重置T_D为初始值；并且在回复至发送节点S的ACK中携带接收端的平均干扰值I_D，用于发送节点S更新发送端与接收端平均干扰差值ΔI_S‑D＝I_S‑I_D并重置T_s为初始值；若T超时，则重置ΔI_S‑D＝ΔI_D‑S＝0，之后转入步骤6；步骤6：在当前TXOP时长内，发送节点S将要发出的最后一个数据包之前，若发送节点S根据待传至接收节点D的剩余数据量，判断还需竞争后续TXOP，以完成对接收节点D剩余数据的传输，即发送节点S待传至接收节点D的剩余数据的数据量大于等于Ls，则发送节点S在当前TXOP所发出的最后一个数据包的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，其中Ls为判断发送节点S待传至接收节点D剩余数据多少的门限值，设置标志位Rq＝1，表示向接收节点D请求将接下来的退避模式切换至接收端主导的退避模式，之后转入步骤7；否则，即发送节点S根据待传至接收节点D的剩余数据量，判断不需要竞争后续TXOP，转入步骤9；步骤7：接收节点D收到发送节点S的Rq＝1数据包后，如果接收节点D中的待传至发送节点S的剩余数据量小于等于Lr，Lr为判断接收节点D中的待传至发送节点S剩余数据多少的门限值，则接收节点D在其回复的ACK帧的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，设置标志位Rs＝1，表示确认接下来的退避模式将切换至接收端发起的退避模式，之后转入步骤8；否则，设置Rs＝0，表示拒绝发送节点S发出的切换退避模式的请求，之后转入步骤9；步骤8：接收节点D执行退避过程：接收节点D在整个信道上，每一个时隙slot9微秒执行一次能量检测，即节点通过物理载波侦听，检测整个信道上的信号功率，检测在该时隙的信道能量瞬时值I_di，然后根据存储器保存的发送节点S平均干扰值，获知接收端的平均干扰值I_S，平均干扰值I_S根据平均干扰统计方法获得，即可计算出接收端和发送端平均干扰差值ΔI_D‑S＝I_D‑I_S，预估出此时发送节点S在该时隙的干扰状况干扰状况根据预估接收节点干扰状况的方法获得，若预估接收节点的干扰状况门限，CCA门限取‑82dbm，则退避计数器的值减1；否则，退避挂起，直至退避计数器减为0，即退避完成，接收节点D将向发送节点S发送CTS分组以启动新一轮TXOP传输，在CTS中携带接收节点D的平均干扰值I_D，以便发送端更新ΔI_S‑D＝I_S‑I_D，之后转入步骤5；步骤9：本次数据传输结束；所述的平均干扰统计方法如下：假设发送端为发送节点S，接收端为接收节点D，对于任意一个时刻t，本发明认为每一个节点包括热点AP(access point)和站点STA(station)，均不断更新自身在[t‑T_win,t]内的平均干扰值I，T_win由无线协议标准规定，设在T_win时间内，有n个时隙[δ₁,δ₂,...δ_n]分别对应时隙1，时隙2......时隙n，发送节点S和接收节点D均在每个时隙[δ₁,δ₂,...δ_n]检测信道上的能量，发送节点S检测的能量值分别为[I_s1,I_s2,...I_sn]，接收节点D检测的能量值为[I_d1,I_d2,...I_dn]，则发送端平均干扰差值I_S为接收端平均干扰差值I_D为其中变量定义如下：δ：表示时隙；I_si：发送节点S在第i个时隙检测的信道上的能量值；I_di：接收节点D在第i个时隙检测的信道上的能量值；所述的预估接收节点干扰状况的方法如下：设发送端为发送节点S，接收端为接收节点D，定义如下变量：1)I_S：用于存储发送端平均干扰值；2)I_D：用于存储接收端平均干扰值；3)ΔI_S‑D：该变量用于存储发送端平均干扰值与接收端平均干扰值之差，ΔI_S‑D＝I_S‑I_D；4)发送端预估接收端干扰状况值，发送节点S执行退避过程，在每一个时隙执行能量检测，若在一个时隙检测到的信道能量为I_si，则预估出此时接收节点D在该时隙的干扰状况值为发送节点S退避完成后，发送RTS，携带发送端平均干扰值I_S，接收节点D收到RTS后，回复CTS，携带接收端检测的平均干扰值I_D，则发送端收到CTS后，计算并更新ΔI_S‑D＝I_S‑I_D，并将ΔI_S‑D作为下次S→D传输，进行退避，发送节点S预估接收节点D干扰状况的依据；所述的预估发送节点干扰状况的方法如下：设发送端为发送节点S，接收端为接收节点D，由于收发双方是可以互换的，不断更新接收节点D至发送节点S的平均干扰差值ΔI_D‑S，用于当D→S传输时，接收节点D预估发送节点S的信道状况；定义以下几个变量：1)I_S：该变量用于存储发送端平均干扰值；2)I_D：该变量用于存储接收端平均干扰值；3)ΔI_D‑S：该变量用于存储接收端平均干扰值与发送端平均干扰值之差，ΔI_D‑S＝I_D‑I_S；4)接收端预估发送端干扰状况值，发送节点S退避完成后，发送RTS，携带发送端的平均干扰值I_S，接收节点D收到RTS后，根据自身的平均干扰值I_D，计算并更新ΔI_D‑S＝I_D‑I_S并将ΔI_D‑S作为下次D→S传输，进行退避，接收节点D根据自身检测的信道能量值I_di，预估发送节点S干扰状况