一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，該協(xié)議將智能電網(wǎng)體系架構(gòu)分成：家域網(wǎng)(HAN，Home?area?network)、鄰域網(wǎng)(NAN，Neighborhood?area?network)和廣域網(wǎng)(WAN，Wide?area?network)三個層次的網(wǎng)絡(luò)，該協(xié)議是在鄰域網(wǎng)范圍內(nèi)；該協(xié)議包括：本協(xié)議在第一重優(yōu)先級選擇中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)保存的中繼節(jié)點(diǎn)信息表選出三個最佳候選中繼節(jié)點(diǎn)，選取的原則是根據(jù)記錄的協(xié)作速率Rcoop的高低；在第二重優(yōu)先級選擇中首先檢測候選中繼節(jié)點(diǎn)中是否有智能中繼SR，若有，擇選SR為最終中繼節(jié)點(diǎn)；若沒有，則三個候選節(jié)點(diǎn)根據(jù)退避原則爭取首先發(fā)送RTH分組而參與中繼，退避時間長短和各自最新的協(xié)作速率Rcoop成反比。
【專利說明】一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，屬于無線通信技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前已提出的比較優(yōu)秀的協(xié)作MAC協(xié)議有CoopMAC協(xié)議和2rcMAC協(xié)議。CoopMAC 協(xié)議根據(jù)以往偵聽的歷史記錄選擇最佳的中繼節(jié)點(diǎn)，而實(shí)際環(huán)境中無線信道受環(huán)境波動的 影響，是時變的。基于歷史記錄的信息選擇中繼節(jié)點(diǎn)存在信息過期失效的問題，造成選擇的 中繼節(jié)點(diǎn)不一定是最佳的中繼節(jié)點(diǎn)。2rcMAC協(xié)議從所有回應(yīng)的候選節(jié)點(diǎn)中選擇一個速率最 快的節(jié)點(diǎn)作為最佳中繼節(jié)點(diǎn)，這使得源節(jié)點(diǎn)要等到所有的潛在中繼節(jié)點(diǎn)響應(yīng)完畢才能做出 選擇，大大增加了中繼選擇時間。
[0003] 中繼協(xié)作通信首先為無線通信系統(tǒng)引入了中繼這一概念，中繼可以根據(jù)需求來轉(zhuǎn) 發(fā)信號以達(dá)到協(xié)助發(fā)送端到接收端數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，它一方面能夠擴(kuò)大無線系統(tǒng)的覆蓋范 圍，另一方面也能提高無線鏈路的質(zhì)量。將中繼的概念進(jìn)一步泛化，即認(rèn)為無線網(wǎng)絡(luò)中任意 一個閑置節(jié)點(diǎn)都能夠成為其他節(jié)點(diǎn)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)，則形成了協(xié)作的概念。作為網(wǎng)絡(luò)中的一 份子，一個用戶并不再局限于只接收或發(fā)送對自己有用的數(shù)據(jù)，而應(yīng)該貢獻(xiàn)出自己的閑置 資源或者利用其他可用的資源推動整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的最大化。
[0004] 協(xié)作通信最初是基于物理層提出的，近年來在物理層方面集中了大量的的研究。 同時研究表明，如果沒有合理的高層協(xié)議支持，那么物理層將很難得到理想的協(xié)作增益。數(shù) 據(jù)鏈路層的MAC子層在協(xié)議棧中與物理層相鄰，因此，協(xié)作MAC協(xié)議的設(shè)計是協(xié)作通信研究 的重要內(nèi)容。
[0005] 目前在智能電網(wǎng)的終端無線網(wǎng)絡(luò)中，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、吞吐量和時延性需要 更高地要求。但是，受環(huán)境影響，各節(jié)點(diǎn)的速率存在很大差異。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展， 帶寬受限問題越發(fā)突出，大量多媒體業(yè)務(wù)的傳輸對無線鏈路提出了更高的速率要求，合理 設(shè)計媒質(zhì)接入控制（MAC)協(xié)議在一定程度上能滿足這個要求。而本發(fā)明提出的協(xié)議是從所 有可能的中繼節(jié)點(diǎn)中快速、無沖突地選擇出最佳中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸，提高了中繼節(jié)點(diǎn) 選擇的成功率和協(xié)作效率，改善了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提出了一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議（簡 稱DPS-CMAC協(xié)議），該協(xié)議在鄰域網(wǎng)范圍內(nèi)提高了鄰域網(wǎng)中從用戶節(jié)點(diǎn)收集電表數(shù)據(jù)的速 率和可靠性，該協(xié)議應(yīng)用于智能電網(wǎng)體系架構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒 質(zhì)接入控制協(xié)議，該協(xié)議將智能電網(wǎng)體系架構(gòu)分成：家域網(wǎng)（HAN，Home area network)、鄰域 網(wǎng)（NAN，Neighborhood area network)和廣域網(wǎng)（WAN，Wide area network)三個層次的網(wǎng) 絡(luò)，該協(xié)議在鄰域網(wǎng)范圍內(nèi)，包括：
[0008] 1)本協(xié)議在第一重優(yōu)先級選擇中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)保存的中繼節(jié)點(diǎn)信息表選出三個最 佳候選中繼節(jié)點(diǎn)，選取的原則是根據(jù)記錄的協(xié)作速率R_ p的高低；
[0009] 2)在第二重優(yōu)先級選擇中首先檢測候選中繼節(jié)點(diǎn)中是否有智能中繼SR，若有，擇 選SR為最終中繼節(jié)點(diǎn)；若沒有，則三個候選節(jié)點(diǎn)根據(jù)退避原則爭取首先發(fā)送RTH分組而參 與中繼，退避時間長短和各自最新的協(xié)作速率R_ p成反比。
[0010] 本發(fā)明首先從歷史記錄中快速選出三個候選節(jié)點(diǎn)，這三個節(jié)點(diǎn)包括了性能上最佳 的中繼節(jié)點(diǎn)，避免了因等待所有節(jié)點(diǎn)全部響應(yīng)完畢而帶來的時間浪費(fèi)。然后在候選節(jié)點(diǎn)中 根據(jù)最新的速率標(biāo)準(zhǔn)選出本次傳輸中最佳的中繼節(jié)點(diǎn)，協(xié)作速率高的節(jié)點(diǎn)退避更短的時 間，從而優(yōu)先參與中繼傳輸，避免了歷史信息的滯后性，確保所選到的節(jié)點(diǎn)是三個候選節(jié)點(diǎn) 中最佳的一個。
[0011] 有益效果：
[0012] 1、本發(fā)明能夠進(jìn)行快速高效的中繼節(jié)點(diǎn)選擇，提高了中繼節(jié)點(diǎn)選擇的成功率和協(xié) 作效率。
[0013] 2、本發(fā)明能夠從所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)中，快速、無沖突地選擇出適于當(dāng)前信道質(zhì) 量狀態(tài)的最佳中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸。
[0014] 3、本發(fā)明能改善網(wǎng)絡(luò)接入性能，增加吞吐量，改善時延，保障電網(wǎng)終端數(shù)據(jù)快速、 可靠傳輸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明智能電網(wǎng)中的鄰域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的協(xié)作傳輸模型示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明的協(xié)議時序圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明源節(jié)點(diǎn)的流程圖。
[0019] 圖5為本發(fā)明中繼節(jié)點(diǎn)的流程圖。
[0020] 圖6為本發(fā)明目的節(jié)點(diǎn)的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明將智能電網(wǎng)體系架構(gòu)分成：家域網(wǎng)（HAN，Home area network)、 鄰域網(wǎng)（NAN，Neighborhood area network)、廣域網(wǎng)（WAN，Wide area network)三個層次的 網(wǎng)絡(luò)。
[0023] 本發(fā)明在鄰域網(wǎng)內(nèi)的多個用戶節(jié)點(diǎn)共同組成一個分布式無線網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)的智能 電表把收集的電表數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳給本小區(qū)的無線接入點(diǎn)AP，經(jīng)過WiMAX/WLAN路由 器，數(shù)據(jù)通過廣域網(wǎng)傳給智能電網(wǎng)控制中心。當(dāng)前，802. 11系列協(xié)議是最為流行的無線局 域網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)，它能夠支持多個物理層的傳輸速率，并根據(jù)信道條件的不同進(jìn)行調(diào)整。以 IEEE802. lib 為例，支持 lMbit/s，2Mbit/s, 5. 5Mbit/s, llMbit/s 這四種不同的傳輸速率。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)、信道條件較差時，只能使用較低的速率（即IMbit/s或2Mbit/s)來完 成信息傳輸，從而降低了整個系統(tǒng)的性能。在分布式網(wǎng)絡(luò)中，這不僅影響到本節(jié)點(diǎn)的傳輸性 能，而且使得周圍臨界點(diǎn)需要等待較長的時間才有機(jī)會進(jìn)行傳輸。一種簡單有效的方法是， 通過引入一個鄰節(jié)點(diǎn)（稱之為Helper節(jié)點(diǎn)）來協(xié)助源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸。因此在本 發(fā)明的鄰域網(wǎng)中，采用這種協(xié)作通信方法，使高速節(jié)點(diǎn)幫助低速節(jié)點(diǎn)完成傳輸，這不僅大大 提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，同時還降低了各個節(jié)點(diǎn)的接入時延。
[0024] 另外，在實(shí)際的電網(wǎng)中，一些節(jié)點(diǎn)位于擁擠的建筑物內(nèi)或者地下室內(nèi)，傳輸條件不 理想。并且可能受到現(xiàn)代各種無線設(shè)備的干擾，導(dǎo)致傳輸損耗，因此，為了保證智能電網(wǎng)數(shù) 據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕覀冊卩徲蚓W(wǎng)內(nèi)部署有限數(shù)量的智能中繼器節(jié)點(diǎn)（SR，smart relay)，和 普通用戶節(jié)點(diǎn)一起參與節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作傳輸，如圖1所示。智能中繼器采用智能天線，實(shí)行全 向收聽和定向發(fā)射，并且具有更高的傳輸速率和可靠性，可以獲得更高的中繼傳輸效果。因 此本模型的中繼節(jié)點(diǎn)有兩種：普通節(jié)點(diǎn)（普通中繼器），和智能中繼器，其中智能中繼器比 普通節(jié)點(diǎn)中繼器具有更高的優(yōu)先級。
[0025] 如圖 2 所不，為實(shí)施本發(fā)明中的 DPS-CMAC (Dual Priority Selection-MAC protocol)協(xié)議，以典型的無線局域網(wǎng)（WLAN)為例。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)和智能中繼器分布在 以接入點(diǎn)AP為圓心的圓內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)共享一個信道，所有的控制分組和數(shù)據(jù)分組 傳輸都在這個信道上完成，并且假設(shè)節(jié)點(diǎn)之間的信道是完全對稱的。
[0026] 根據(jù) 802. 11b，網(wǎng)絡(luò)支持 IMbit/s、2Mbit/s、5. 5Mbit/s 和 11Mbit/s 這四種數(shù)據(jù)速 率。節(jié)點(diǎn)以不同的傳輸速率向AP發(fā)送數(shù)據(jù)分組，以基本傳輸速率（本發(fā)明設(shè)定為1Mbit/ s)發(fā)送請求發(fā)送（CRTS)、準(zhǔn)備發(fā)送（CCTS)、準(zhǔn)備接受（CTR)、確認(rèn)（ACK)等控制分組。節(jié)點(diǎn) 與接入點(diǎn)AP的距離決定該節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率，假設(shè)傳輸速率lMbit/s、2Mbit/s、5. 5Mbit/s和 llMbit/s對應(yīng)的距離閾值分別為和rn，則按照這些閡值可將節(jié)點(diǎn)的通信范圍劃 分為4個區(qū)域。如圖2所示，區(qū)域①、②、③、④中的節(jié)點(diǎn)與AP間的傳輸速率分別為11Mbit/ s、5. 5Mbit/s、2Mbit/s、lMbit/s。區(qū)域①、②中的節(jié)點(diǎn)如節(jié)點(diǎn)A和B向AP發(fā)送數(shù)據(jù)的速率， 比區(qū)域③、④中的節(jié)點(diǎn)如節(jié)點(diǎn)C和D的速率更高。圖2中的SR節(jié)點(diǎn)為智能中繼器節(jié)點(diǎn)，它 們比普通節(jié)點(diǎn)在中繼選擇中具有更高的優(yōu)先級。
[0027] 在本發(fā)明的DPS-CMAC協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)保存的歷史信息從可能的候選中 繼節(jié)點(diǎn)中選擇三個最佳的候選節(jié)點(diǎn)，這是第一重優(yōu)先級選擇；然后檢測這三個節(jié)點(diǎn)中是否 有智能中繼器節(jié)點(diǎn)SR，若有，則SR為最終中繼節(jié)點(diǎn)，若沒有，則候選中繼節(jié)點(diǎn)再根據(jù)源節(jié)點(diǎn) 與目的節(jié)點(diǎn)交換控制分組后所獲得的即時傳輸速率信息來計算各自的等效協(xié)作速率，協(xié)作 速率高的節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTH分組而成為最終的中繼節(jié)點(diǎn)，這是第二重優(yōu)先級選擇。通過這兩重 選擇，可以從所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)中快速、無沖突地選擇出適于當(dāng)前信質(zhì)量狀態(tài)的最佳中 繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸，提高了中繼節(jié)點(diǎn)選擇的成功率和協(xié)作效率，改善了網(wǎng)絡(luò)接入性能。
[0028] 1、中繼節(jié)點(diǎn)信息表
[0029] DPS-CMAC協(xié)議在第一重中繼節(jié)點(diǎn)優(yōu)先權(quán)選擇中要根據(jù)歷史信息選擇出三個最佳 節(jié)點(diǎn)，并在CRTS分組中指明這三個節(jié)點(diǎn)，因此每個節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)一個中繼節(jié)點(diǎn)信息表，以 便保存選擇判決所需的信息。
[0030] 由于無線通信的廣播特性，節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息可以被鄰節(jié)點(diǎn)偵聽到。因此，節(jié)點(diǎn)通過 偵聽鄰節(jié)點(diǎn)正在進(jìn)行的控制分組交換或自己成功進(jìn)行的協(xié)作數(shù)據(jù)分組來建立自己的中繼 信息表（具體內(nèi)容如表1所示），并在每次偵聽或數(shù)據(jù)分組發(fā)送成功后更新相應(yīng)內(nèi)容。例 如，當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)R與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時，源節(jié)點(diǎn)S因?yàn)橥幱诠?jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)AP的通 信范圍，因此可以偵聽到二者所發(fā)送的控制分組和數(shù)據(jù)分組。
[0031] 表1中繼節(jié)點(diǎn)信息表
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征在于，所述協(xié)議包括： 1) 所述協(xié)議在第一重優(yōu)先級選擇中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)保存的中繼節(jié)點(diǎn)信息表選出三個最佳 候選中繼節(jié)點(diǎn)，選取的原則是根據(jù)記錄的協(xié)作速率R_ p的高低； 2) 在第二重優(yōu)先級選擇中首先檢測候選中繼節(jié)點(diǎn)中是否有智能中繼SR，若有，擇選SR 為最終中繼節(jié)點(diǎn)；若沒有，則三個候選節(jié)點(diǎn)根據(jù)退避原則爭取首先發(fā)送RTH分組而參與中 繼，退避時間長短和各自最新的協(xié)作速率R_ p成反比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于：所述協(xié)議是在鄰域網(wǎng)范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于：在鄰域網(wǎng)內(nèi)的多個用戶節(jié)點(diǎn)共同組成一個分布式無線網(wǎng)絡(luò)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于：所述協(xié)議應(yīng)用于智能電網(wǎng)體系架構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其 特征在于，所述協(xié)議將智能電網(wǎng)體系架構(gòu)分成：家域網(wǎng)、鄰域網(wǎng)和廣域網(wǎng)三個層次的網(wǎng)絡(luò)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于：所述協(xié)議首先從歷史記錄中快速選出三個候選節(jié)點(diǎn)，這是第一重優(yōu)先級選擇；然后 檢測這三個節(jié)點(diǎn)中是否有智能中繼器節(jié)點(diǎn)SR，若有，則SR為最終中繼節(jié)點(diǎn)，若沒有，則候選 中繼節(jié)點(diǎn)再根據(jù)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)交換控制分組后所獲得的即時傳輸速率信息來計算各 自的等效協(xié)作速率，協(xié)作速率高的節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTH分組而成為最終的中繼節(jié)點(diǎn)，這是第二重 優(yōu)先級選擇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于：所述協(xié)議是從所有可能的中繼節(jié)點(diǎn)中，快速、無沖突地選擇出適于當(dāng)前信道質(zhì)量狀態(tài) 的最佳中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作傳輸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議，其特征 在于，所述協(xié)議的中繼節(jié)點(diǎn)分為：普通節(jié)點(diǎn)中繼器和智能中繼器；其中智能中繼器比普通 節(jié)點(diǎn)中繼器具有更高的優(yōu)先級。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種基于二重優(yōu)先級選擇的協(xié)作媒質(zhì)接入控制協(xié)議應(yīng)用于智 能電網(wǎng)體系架構(gòu)。
【文檔編號】H04W80/02GK104066206SQ201410326359
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】趙海濤, 崔正杰, 劉南杰, 朱洪波 申請人:南京郵電大學(xué)