一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，包括：接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性；基于多载波无线传输平台在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量；根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，为所述多媒体用户分配MAC协议以及子信道；各个多媒体用户根据分配获得的MAC协议在相应的子信道中进行数据传输。本发明专利技术提供的基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，利用频分复用技术进行多种MAC协议混合，增强数据传输的自适应感知能力，更好地自适应多样化传输需求，提高用户服务质量和增大网络总吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法
本专利技术涉及无线网络通信
，尤其涉及一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法。
技术介绍
无线局域网作为有线以太网的延伸，以其高效快捷、组网灵活、费用低廉的优势在当今信息社会迅速发展。随着因特网服务和无线移动通信网络服务的集成，话音、视频等实时多媒体业务的剧增，用户对服务质量(QualityofService，QoS)的要求也越来越高。这要求无线局域网络能够提供更多的带宽资源来满足具体有不同流量特征、不同传输需求的多媒体应用。IEEE80.211WLAN标准只能提供“尽力而为”的服务，没有QoS的保证。在负载较重的情况下，不能很好的支持实时业务。因此，IEEE802.11e协议应运而生。802.11e协议提出了基于无线链路MAC(MediaAccessControl，介质访问控制)层的多重QoS保障，比如网络业务的区分，优先级的控制，资源的分配等。从而在一定程度上提高了无线局域网络在多媒体实时应用下的性能。然而，无线局域网的带宽资源有限，单一的MAC层协议已经不能满足这种日益增长的传输需要，这成为无线网络提供高质量多媒体服务的性能瓶颈。为了提高多媒体用户的服务质量，目前有研究者提出了混合MAC协议，即在同一网络中针对不同的网络业务采用不同的MAC机制进行传输。众所周知，在提供多媒体应用的服务中，不同的用户具有不同的传输需求，如流量、带宽、延时、速率等。混合MAC协议针对不同用户对传输质量的需求，定义了不同的信道接入策略，这样可以更加高效的利用信道资源进行多媒体业务支持。现有技术的混合MAC协议建立在时分复用的基础上，即在时域中将无线局域网络的服务时间分成若干时隙，每个时隙为一种用户提供其所需要的多媒体服务。参见图1，描述了一种时域混合MAC协议的数据传输机制的示意图。信道中有两种多媒体用户进行传输：视频会议用户和网页浏览用户。其中，视频会议用户使用恒定比特速率编码，因此偏向使用基于预约机制的MAC协议；而网页浏览用户使用可变比特速率编码，因此偏向基于竞争机制的MAC协议。信道在超帧(SuperFrame)内分为多个时隙，每种用户分配到若干时隙进行传输。在获得信标信号之后，各个多媒体用户按照基站(BaseStation)或者接入点(AccessPoint)的协议与时隙分配，在相应的时隙用分配获得的MAC协议进行数据传输。现有技术在混合MAC协议建立在时分复用的基础上，进一步对时域混合MAC协议的通信方法进行了改进。例如：申请号为201210004527.2，申请日为2012年01月09日的中国专利技术专利申请公开了一种基于无线传感器网络的混合机制MAC协议通信方法。该专利技术通过设置周期预约时段，使节点在拥有时隙到来时才参与竞争信道的预约，并实现在单周期的单跳或多跳的数据时隙预约，减少了控制开销和数据传递的时延，并提高了节点的能效利用率。然而，该专利技术实在时域进行多种MAC协议的复用，并不能提高频域上信道使用效率。申请号为201010120815.5，申请日为2010年03月09日的中国专利技术专利申请公开了一种适用于无线传感器网络的拥塞感知自适应混合MAC协议。该专利技术在不同负载网络情况下使用不同的MAC协议，从而使得吞吐量、丢包率以及时延等性能指标都得到改善，并提高了网络的性能。然而，该专利技术也是在时域进行MAC协议的混合设计，因此不能利用频域的差异性提高用户服务质量。申请号为201110143096.3，申请日为2011年05月30日的中国专利技术专利申请公开了一种无线传感器网络自适应混合MAC协议。该方法基于汇聚节点-骨干节点-普通节点分级粗同步和按需精同步的同步算法，可以在降低无线传感器网络整体能耗的同时满足不同业务等级的QoS需求。同样的，该专利技术是基于时域的混合MAC，不能利用频域的差异性提高多媒体用户的服务质量。但是，以上这些混合时域MAC协议的信道利用率在有限的带宽资源下仍然很低，而且不能利用频域上信道质量的多样性进一步提高用户的服务体验。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种频域混合MAC协议通信方法，利用频分复用技术进行多种MAC协议混合，在有限的带宽资源下可以更好的自适应不同用户的多样化传输需求，并提高用户服务质量。为解决以上技术问题，本专利技术实施例提供一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，包括：接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性；基于多载波无线传输平台在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量；根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，为所述多媒体用户分配MAC协议以及子信道；各个多媒体用户根据分配获得的MAC协议在相应的子信道中进行数据传输。优选地，在所述接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求之前，还包括对无线局域网的初始化，具体为：预设超帧的长度和每种MAC协议的初始传输参数；不同类型的数据传输在不同的MAC协议中具有显著差异；为每个多媒体用户分配用于在上行链路上发送所述数据传输请求的标识；将每个多媒体用户的数据传输请求的控制信息编码在所述超帧的F-RTS帧和F-CTS帧中；多媒体用户监听信道空闲达到指定时间之后，开始发送所述F-RTS帧。进一步地，所述接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性，包括：接收多媒体用户的数据传输请求；对所述超帧的F-RTS帧进行解析，并对所述F-RTS帧中的控制信息进行解码，获得所述多媒体用户的传输特性，所述传输特性包括所需传输的数据类型和数据量。进一步地，所述多载波无线传输平台为正交频分多路复用调制平台，则所述在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量，具体为：基于所述正交频分多路复用调制平台，采用OFDM调制将整个信道划分为若干正交子载波，并将所述正交子载波归类为若干频带，各个频带形成所述若干子信道；对各条所述子信道的包头的前导序列进行估计，获得每条所述子信道的信道质量。进一步地，根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，为所述多媒体用户分配MAC协议以及子信道，包括：根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，利用混合MAC协议的分配算法，计算每个多媒体用户最适合的MAC协议和子信道；将MAC协议和子信道的分配结果通过所述F-CTS帧向多媒体用户进行广播发送。优选地，所述利用混合MAC协议的分配算法，计算每个多媒体用户的最适合的子信道，包括：为每个多媒体用户配置效用函数：Ui(ri)＝UT(i)(ri)*[Eb/N0]；其中，参数ri为多媒体用户i分配获得的带宽，下标T(i)为多媒体用户i的数据类型，Eb/N0为当前子信道的信道质量；根据所有多媒体用户的最大效用函数为各个多媒体用户分配带宽。在一种可实现的方式中，所述各个多媒体用户根据分配获得的MAC协议在相应的子信道中进行数据传输，具体为：各个多媒体用户对待传输数据进行OFDM调制，并将调制后的数据映射在所述多媒体用户各自的子信道上；在各个多媒体用户对应的子信道上对数据进行快速傅立叶变换，并在变换后的数据中插入循环前缀后，将数据发送到与各个多媒体用户对应的子信道上进行传输；基站或接入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，其特征在于，包括：接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性；基于多载波无线传输平台在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量；根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，为所述多媒体用户分配MAC协议以及子信道；各个多媒体用户根据分配获得的MAC协议在相应的子信道中进行数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，其特征在于，包括：接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性；基于多载波无线传输平台在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量；根据所述多媒体用户的传输特性和各条所述子信道的信道质量，为所述多媒体用户分配MAC协议以及子信道；各个多媒体用户根据分配获得的MAC协议在相应的子信道中进行数据传输。2.如权利要求1所述的基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，其特征在于，在所述接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求之前，还包括对无线局域网的初始化，具体为：预设超帧的长度和每种MAC协议的初始传输参数；不同类型的数据传输在不同的MAC协议中具有显著差异；为每个多媒体用户分配用于在上行链路上发送所述数据传输请求的标识；将每个多媒体用户的数据传输请求的控制信息编码在所述超帧的F-RTS帧和F-CTS帧中；所述F-RTS帧为频域呼叫请求帧，且所述F-RTS帧包含所述每个多媒体用户所需要传输的数据类型和数据量，所述F-CTS帧为频域呼叫准入帧，且所述F-CTS帧包含基站或接入点为所述每个多媒体用户分配MAC协议和子信道的分配结果；多媒体用户监听信道空闲达到指定时间之后，开始发送所述F-RTS帧。3.如权利要求2所述的基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，所述接收一个或多个多媒体用户的数据传输请求，检测所述多媒体用户的传输特性，包括：接收多媒体用户的数据传输请求；对所述超帧的F-RTS帧进行解析，并对所述F-RTS帧中的控制信息进行解码，获得所述多媒体用户的传输特性，所述传输特性包括所需传输的数据类型和数据量。4.如权利要求2所述的基于自适应感知的频域混合MAC协议通信方法，其特征在于，所述多载波无线传输平台为正交频分多路复用调制平台，则所述在频域上将信道划分为若干子信道，并分析各条所述子信道的信道质量，具体为：基于所述正交频分多路复用调制平台，采用OFDM调制将整个信道划分为若干正交子载波，并将所述正交子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，戚肖克，肖江，伍楷舜，张黔，倪明选，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44