專利名稱：一種認(rèn)知mac協(xié)議的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種認(rèn)知MAC (Media Access Control,硬件地址)協(xié)議的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
通訊設(shè)備數(shù)量的飛速增長給有限的頻譜資源的分配帶來了巨大壓力。另ー方面，傳統(tǒng)的固定頻譜分配方式導(dǎo)致頻譜利用率低下，頻譜浪費嚴(yán)重。如何提高頻譜利用率以滿足日益增長的頻譜需求已成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。認(rèn)知無線電技木通過允許不同的用戶動態(tài)共享空閑頻譜資源，能夠有效地解決頻譜資源緊缺的問題。
在認(rèn)知系統(tǒng)中存在著兩種用戶，分別是授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶。認(rèn)知用戶通過頻譜感知確定當(dāng)前時刻沒有被授權(quán)用戶使用的頻譜并接入，一旦感知到授權(quán)用戶在空閑頻譜上再次出現(xiàn)則及時退出以免對授權(quán)用戶的通信造成干擾。因此，認(rèn)知用戶在接入空閑頻譜之前必須先通過頻譜感知確定空閑頻譜，并且與目標(biāo)認(rèn)知用戶交換控制信息，協(xié)商雙方都能夠使用的空閑頻譜，利用空閑頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。認(rèn)知用戶交換控制信息進(jìn)行頻譜協(xié)商過程中遵循MAC協(xié)議。當(dāng)前，認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計已經(jīng)成為ー個研究熱點。喻明皓和黃聯(lián)芬在《認(rèn)知無線Mesh網(wǎng)的多信道MAC協(xié)議》中提出一種基于認(rèn)知無線Mesh網(wǎng)的多信道MAC協(xié)議。所有認(rèn)知用戶先同時進(jìn)行頻譜感知確定空閑信道，然后競爭接入控制信道交換控制信息并完成數(shù)據(jù)傳輸后，再同時進(jìn)行頻譜感知。兩次頻譜感知之間的時間為ー個感知周期，其長度是固定的。該協(xié)議要求所有認(rèn)知用戶每隔一段固定時間同時對所有授權(quán)信道進(jìn)行感知，頻譜感知帶來的能量開銷較大并且制約了認(rèn)知用戶頻譜感知的靈活性。Qianchuan Znao, Geirnofer, S. , Lang Tong, Sadler, B. Μ.在〈〈OpportunisticSpectrum Access via Periodic Channel Sensing》中提出了一個周期信道感知和接入策略，認(rèn)知用戶以可用信道數(shù)量個時隙為周期進(jìn)行感知并根據(jù)感知結(jié)果進(jìn)行頻譜協(xié)商。由于該方案中認(rèn)知用戶在感知信道的時候不能接入控制信道，所以周期感知策略降低了認(rèn)知系統(tǒng)的吞吐量。魏飛在《基于跳預(yù)約多址接入的認(rèn)知無線電MAC協(xié)議》中提出一種基于跳預(yù)約多址接入的認(rèn)知無線電MAC協(xié)議，在協(xié)議中每個超幀被劃分為多個時隙，每個時隙對應(yīng)著一條信道，所有認(rèn)知用戶在每個時隙開始時跳到對應(yīng)的信道上進(jìn)行感知并交換信道狀態(tài)控制信息和預(yù)約信道。由于認(rèn)知用戶在傳輸數(shù)據(jù)之前必須交換大量的控制信息，因此數(shù)據(jù)傳輸時間受到很大的制約，數(shù)據(jù)信道的利用率不高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種認(rèn)知MAC協(xié)議的實現(xiàn)方法，以減少認(rèn)知用戶在感知信道過程的能量開銷，延長認(rèn)知用戶的工作時間。(ニ)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種認(rèn)知MAC協(xié)議的實現(xiàn)方法，其包括步驟A :源認(rèn)知用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，向目的認(rèn)知用戶發(fā)送包含源認(rèn)知用戶的候選感知信道列表SCLa的感知請求消息RTS ；B 目的認(rèn)知用戶接收所述消息RTS后，結(jié)合自身的候選感知信道列表SCLb，確定感知信道集合Ω ；C :目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合Ω的感知確認(rèn)消息CTS;同吋，目的認(rèn)知用戶對所述集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄目的空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLb, 然后向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合CCLb的感知結(jié)果消息SRR ；D :源認(rèn)知用戶首先接收所述消息CTS，對所述集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄源空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLa ;接著，源認(rèn)知用戶接收所述消息SRR，根據(jù)所述集合CCLb和所述集合CCLa確定預(yù)留數(shù)據(jù)信道集合RCL和源數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間Tskes DQI ;然后，源認(rèn)知用戶廣播包含所述集合RCL和所述時間Tskes DQI的源節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息SRES ；E :目的認(rèn)知用戶接收所述消息SRES后，確定目的數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間Tdkes DQI，然后廣播包含所述集合RCL和所述時間Tdkes 的目的節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息DRES，同時把數(shù)據(jù)收發(fā)器調(diào)整到所述集合RCL中的數(shù)據(jù)信道上，用于準(zhǔn)備接收源認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述步驟A具體包括步驟Al :源認(rèn)知用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先判斷自身的候選感知信道列表SCLa中是否存在當(dāng)前時刻未被相鄰認(rèn)知用戶使用的數(shù)據(jù)信道，如果是，執(zhí)行步驟A2 ;否則，源認(rèn)知用戶不競爭接入控制信道，結(jié)束流程；A2 :源認(rèn)知用戶競爭接入所述控制信道，并通過所述控制信道向目的認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述列表SCLa的感知請求消息RTS。優(yōu)選地,所述步驟B具體包括BI 目的認(rèn)知用戶接收所述消息RTS后，結(jié)合自身的候選感知信道列表SCLb,計算得到感知信道集合Ω，判斷所述集合Ω是否為空，如果為空，目的認(rèn)知用戶停止向源認(rèn)知用戶回復(fù)消息，執(zhí)行步驟B2 ;否則，執(zhí)行步驟C ;B2 :源認(rèn)知用戶在預(yù)定時間后未收到目的認(rèn)知用戶的回復(fù)消息，則廣播第一 NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶感知信道預(yù)留失敗，并退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。優(yōu)選地，所述集合Ω的計算公式如下Ω = SCLa H SCLb。優(yōu)選地，所述預(yù)定時間T’的計算公式如下T，=Tsifs+Tcts+2 τ ；其中，Tsifs為802. 11CSMA/CA信道訪問機制中ー個SIFS間隔的時間長度；TCTS為目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送所述消息CTS的時間長度；τ為物理傳輸時延。優(yōu)選地,所述步驟C具體包括步驟Cl :目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合Ω的感知確認(rèn)消息CTS ;同吋，目的認(rèn)知用戶對所述集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄目的空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLb,判斷所述集合CCLb是否為空，如果為空，執(zhí)行步驟C2 ;否則，向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合CCLb的感知結(jié)果消息SRR ；C2 目的認(rèn)知用戶廣播第二 NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶候選數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，并退出對控制信道的占用；C3 :源認(rèn)知用戶接收到所述第二NULL消息，廣播第三NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶候選數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。優(yōu)選地,所述步驟D具體包括步驟Dl :源認(rèn)知用戶首先接收所述消息CTS，對所述集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄源空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLa ；D2 :接著，源認(rèn)知用戶接收所述消息SRR，根據(jù)所述集合CCLb和所述集合CCLa確定預(yù)留數(shù)據(jù)信道集合；
D3 :判斷所述集合RCL是否為空，如果不為空，則源認(rèn)知用戶確定源數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間TSKES—ra，然后廣播包含所述集合RCL和所述時間Tskes DQI的源節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息SRES ;否則，執(zhí)行步驟D4 ；D4 :源認(rèn)知用戶廣播第四NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用；D5 目的認(rèn)知用戶接收到所述第四NULL消息，廣播第五NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。優(yōu)選地，所述步驟D3中，所述時間Tskes DQI的計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知MAC協(xié)議的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟 A :源認(rèn)知用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，向目的認(rèn)知用戶發(fā)送包含源認(rèn)知用戶的候選感知信道列表SCLa的感知請求消息RTS ； B 目的認(rèn)知用戶接收所述消息RTS后，結(jié)合自身的候選感知信道列表SCLb，確定感知信道集合Q ; C :目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合Q的感知確認(rèn)消息CTS ;同時，目的認(rèn)知用戶對所述集合Q中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄目的空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLb，然后向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合CCLb的感知結(jié)果消息SRR ； D :源認(rèn)知用戶首先接收所述消息CTS，對所述集合Q中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄源空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLa ;接著，源認(rèn)知用戶接收所述消息SRR，根據(jù)所述集合CCLb和所述集合CCLa確定預(yù)留數(shù)據(jù)信道集合RCL和源數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間Tskes DQI ;然后，源認(rèn)知用戶廣播包含所述集合RCL和所述時間Tskes 的源節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息SRES ； E 目的認(rèn)知用戶接收所述消息SRES后，確定目的數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間Tdkes ra，然后廣播包含所述集合RCL和所述時間Tdkes 的目的節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息DRES，同時把數(shù)據(jù)收發(fā)器調(diào)整到所述集合RCL中的數(shù)據(jù)信道上，用于準(zhǔn)備接收源認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括步驟 Al :源認(rèn)知用戶在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先判斷自身的候選感知信道列表SCLa中是否存在當(dāng)前時刻未被相鄰認(rèn)知用戶使用的數(shù)據(jù)信道，如果是，執(zhí)行步驟A2 ;否則，源認(rèn)知用戶不競爭接入控制信道，結(jié)束流程； A2 :源認(rèn)知用戶競爭接入所述控制信道，并通過所述控制信道向目的認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述列表SCLa的感知請求消息RTS。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括 BI 目的認(rèn)知用戶接收所述消息RTS后，結(jié)合自身的候選感知信道列表SCLb,計算得到感知信道集合Q，判斷所述集合Q是否為空，如果為空，目的認(rèn)知用戶停止向源認(rèn)知用戶回復(fù)消息，執(zhí)行步驟B2 ;否則，執(zhí)行步驟C ; B2 :源認(rèn)知用戶在預(yù)定時間后未收到目的認(rèn)知用戶的回復(fù)消息，則廣播第一 NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶感知信道預(yù)留失敗，并退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述集合Q的計算公式如下Q = SCLa n SCLb。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定時間T’的計算公式如下 T _Tsifs+Tcts+2 t ； 其中，Tsifs為802. 11CSMA/CA信道訪問機制中一個SIFS間隔的時間長度；TCTS為目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送所述消息CTS的時間長度；T為物理傳輸時延。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括步驟 Cl :目的認(rèn)知用戶向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合Q的感知確認(rèn)消息CTS;同時，目的認(rèn)知用戶對所述集合Q中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄目的空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLb，判 斷所述集合CCLb是否為空，如果為空，執(zhí)行步驟C2 ;否則，向源認(rèn)知用戶發(fā)送包含所述集合CCLb的感知結(jié)果消息SRR ； C2 目的認(rèn)知用戶廣播第二 NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶候選數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，并退出對控制信道的占用； C3 :源認(rèn)知用戶接收到所述第二 NULL消息，廣播第三NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶候選數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟D具體包括步驟 Dl :源認(rèn)知用戶首先接收所述消息CTS，對所述集合Q中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄源空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLa; D2 :接著，源認(rèn)知用戶接收所述消息SRR，根據(jù)所述集合CCLb和所述集合CCLa確定預(yù)留數(shù)據(jù)信道集合； D3 :判斷所述集合RCL是否為空，如果不為空，則源認(rèn)知用戶確定源數(shù)據(jù)信道預(yù)留時間 TSKES—Dai，然后廣播包含所述集合RCL和所述時間Tskes 的源節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息SRES ；否則，執(zhí)行步驟D4; D4 :源認(rèn)知用戶廣播第四NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用； D5 :目的認(rèn)知用戶接收到所述第四NULL消息，廣播第五NULL消息通知相鄰認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)信道預(yù)留失敗，退出對控制信道的占用，結(jié)束流程。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟D3中，所述時間Tskes的計算公式如下
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟E之后還包括步驟 F :源認(rèn)知用戶通過所述集合RCL中的數(shù)據(jù)信道向目的認(rèn)知用戶發(fā)送所述數(shù)據(jù)； G :目的認(rèn)知用戶接收所述數(shù)據(jù)，然后返回數(shù)據(jù)確認(rèn)消息ACK。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟A至E執(zhí)行過程中，源認(rèn)知用戶和目的認(rèn)知用戶之外的非相關(guān)認(rèn)知用戶執(zhí)行下列動作 當(dāng)非相關(guān)認(rèn)知用戶接收到所述消息RTS后，禁止接入所述控制信道； 當(dāng)非相關(guān)認(rèn)知用戶接收到所述消息CTS后，禁止接入所述控制信道； 當(dāng)非相關(guān)認(rèn)知用戶接收到所述消息SRES或所述消息DRES時，則認(rèn)為所述控制信道空閑，允許競爭接入所述控制信道；同時，非相關(guān)認(rèn)知用戶根據(jù)所述消息SRES或所述消息DRES,更新自身的相鄰認(rèn)知用戶使用信道列表NCL，并且認(rèn)為所述集合RCL中的數(shù)據(jù)信道在相應(yīng)的退避時間內(nèi)被預(yù)留或者使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種認(rèn)知MAC協(xié)議的實現(xiàn)方法，涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括源認(rèn)知用戶向目的認(rèn)知用戶發(fā)送感知請求消息RTS；目的認(rèn)知用戶確定感知信道集合Ω，向源認(rèn)知用戶發(fā)送確認(rèn)消息CTS；同時，目的認(rèn)知用戶對集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，然后向源認(rèn)知用戶發(fā)送感知結(jié)果消息SRR；源認(rèn)知用戶首先接收消息CTS，對集合Ω中的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行感知，記錄源空閑數(shù)據(jù)信道的集合CCLA；接著，源認(rèn)知用戶接收消息SRR，廣播源節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息SRES；目的認(rèn)知用戶接收消息SRES后，廣播目的節(jié)點數(shù)據(jù)信道預(yù)留消息DRES，同時把數(shù)據(jù)收發(fā)器調(diào)整到集合RCL中的數(shù)據(jù)信道上。所述方法，顯著降低了認(rèn)知用戶感知信道的能量開銷。
文檔編號H04W74/00GK102761879SQ20121021266
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者何志峰, 劉寧寧, 宋梅, 張勇, 滕穎蕾, 滿毅, 王莉, 苑金輝, 馬躍, 魏翼飛 申請人:北京郵電大學(xué)