基于IEEE 802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信网络技术领域，涉及一种基于IEEE 802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法，在点协调功能PCF机制下，减少各RAU覆盖区域间的冲突。包括以下步骤，第一步：建立网络拓扑结构图；第二步：划分基本服务集的优先级和节点类型，BSS的优先级分为高优先级BSS和低优先级BSS；高优先级BSS的内部节点划分为边缘节点及非边缘节点；低优先级BSS的内部节点划分为不冲突节点及冲突节点；第三步：根据网络拓扑结构图建立轮询列表并标记轮询列表中的各节点，高优先级BSS根据轮询列表进行常规轮询；第四步：低优先级BSS根据高优先级BSS的轮询过程调整自己的轮询过程；本发明专利技术在较低程度地牺牲时延性能的情况下，降低了系统总体的重传性能，提升边缘节点吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
基于IEEE802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法
本专利技术属于无线通信网络
，涉及一种分布式天线系统(分布式天线系统，简称DAS)中避免远程天线单元(远程天线单元，简称RAU)间相互干扰的IEEE802.11中点协调功能(点协调功能，简称PCF)MAC协议的改进方法。
技术介绍
MAC协议为系统调度无线资源提供了解决方案，使得尽可能多的用户在相对较短的时间内获得系统服务。在DAS中，RAU的使用在很大程度上提升了网络的频谱效率及能量效率，同时也提升了系统MAC协议设计的难度。根据已发表的相关文献，国内外对DAS进行了大量的研究，但其中绝大部分研究工作是针对物理层的优化以及光纤引入的传输时延对系统吞吐量的影响，缺乏针对MAC协议的具体改进方案，其原因就在于DAS中MAC协议设计的复杂性。DAS通常应用于用户较多的场景，且本身具有控制中心，使用PCF可实现方便的信道资源管理。PCF协议由多个超帧周期构成，每个超帧周期又分为免竞争阶段(免竞争阶段，简称CFP)和竞争阶段(竞争阶段，简称CP)两个部分。各节点在免竞争阶段内不使用CSMA机制(CarrierSenseMultipleAccess，缩写为CSMA)进行发送，每个数据的发送都必须等待中心处理单元的轮询，并与其持续进行交互。在单个RAU场景下，网络能够正常运行。但是当网络中存在多个RAU时，RAU间将出现重叠区域。重叠区域节点的发送及接收将始终受到中心处理单元上下行数据的干扰，且暂时没有解决方案。因此有必要设计一种改进方法，使得网络在不过多损失处于非重叠区域的节点的性能的条件下保证处于重叠区域的用户能够获得较好的吞吐量性能。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：从协议角度解决DAS中RAU间相互干扰的问题，提供一种提升边缘节点的吞吐量的PCF改进方法。使用该方法可灵活地根据边缘节点业务需求量以及可复用时间的多少调整时间配置方案，具有灵活有效的特点。本专利技术的技术方案的思路是：通过在单个完整的CFP阶段内插入部分无冲突节点的仅有上行的CP阶段来避免重叠区域频繁发生冲突，从而提升边缘节点所获得的吞吐量性能。即对于每个节点而言，在一个超帧周期内不再是简单的CFP后跟随一个CP阶段，而是根据拓扑信息、所在BSS(基本服务集，简称BSS)的优先级以及相邻RAU内通信情况引入部分节点的CP阶段进行调整。本专利技术的技术方案是基于IEEE802.11PCF的分布式天线系统MAC协议改进方法，在点协调功能PCF机制下，减少各RAU覆盖区域间的冲突，提升了边缘节点的吞吐量性能。具体技术方案包括以下步骤：第一步：建立网络拓扑结构图；第二步：划分基本服务集的优先级和节点类型，目的是为了将网络中冲突的情况分解开来，具体过程为：BSS的优先级分为高低两种，根据连接到同一中心处理单元的各RAU的相对位置进行确定；首先设置某一RAU所覆盖的BSS优先级为高，记为高优先级BSS(简称H-BSS)，则与其地理位置相邻的RAU覆盖的BSS优先级为低，记为低优先级BSS(简称L-BSS)；所有BSS将以高、低组成一对为单位进行处理，如果BSS总数为单数，则单独剩余的一个BSS不进行优化处理；BSS内的节点类型根据网络拓扑结构进行确定，具体为：高优先级BSS(简称H-BSS)的内部节点划分为边缘节点(简称B-Node)及非边缘节点(简称NB-Node)；高优先级BSS中处于重叠区域的节点为边缘节点，其余节点为非边缘节点；低优先级BSS(简称L-BSS)的内部节点划分为不冲突节点(简称NC-Node)及冲突节点(简称C-Node)。将处于边缘节点通信范围内的节点标记为冲突节点，其余节点标记为不冲突节点。每一个BSS在网络运行过程中，根据BSS优先级及节点类型设计轮询列表，将同类型的节点放置在列表中相邻的位置；第三步：根据网络拓扑结构图建立轮询列表并标记轮询列表中的各节点，高优先级BSS根据轮询列表进行常规轮询；在明确各BSS内的节点类型后，高优先级BSS的轮询过程与传统的PCF机制一致，不需要进行调整。第四步：低优先级BSS(L-BSS)根据高优先级BSS(H-BSS)的轮询过程调整自己的轮询过程；具体为：当高优先级BSS轮询边缘节点时，低优先级BSS将引入不冲突节点NC-Node的仅有上行的CP阶段；当高优先级BSS轮询非边缘节点时，低优先级BSS将轮询冲突节点；当网络中没有与边缘节点B-Node进行时间复用的不冲突节点NC-Node时，低优先级BSS(L-BSS)将进行常规的轮询。采用本专利技术的有益效果：本专利技术方法从MAC协议设计的角度为CFP阶段分布式天线系统中RAU间的冲突问题提供了新的思路。该方法打破了现有MAC协议中所有节点统一采用CFP阶段与CP阶段交替执行的规则，在CFP阶段引入NC-Node的无中心处理单元参与的CP阶段。该方法在避免BSS间冲突的同时复用了尽可能多的时隙，即在提升边缘节点吞吐量的同时保证了整个系统的性能，无法进行时隙复用的条件下使用该方法的效果将与直接使用PCF协议一致，本专利技术在以较低程度的时延性能代价下有效提升边缘节点吞吐量并降低网络重传性能。附图说明图1是本专利技术的流程示意图；图2是本专利技术提供MAC协议的优先级及节点类型划分结果图；图3是本专利技术提供MAC协议的各用户与中心处理单元的交互过程示意图；图4是本专利技术方法与传统方法的性能测试结果图，其中图(a)表示本专利技术(改进PCF协议)与传统方法(传统PCF协议)的网络重传性能对比图，图(b)本专利技术与传统方法的边缘节点吞吐量对比图，图(c)本专利技术与传统方法的时延性能对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示为本专利技术的流程示意图，基于IEEE802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法，包括以下步骤：第一步：建立网络拓扑结构图；第二步：划分基本服务集(基本服务集，简称BSS)的优先级和节点类型；BSS的优先级分为高低两种，根据连接到同一中心处理单元的各RAU(远程天线单元，简称RAU)的相对位置进行确定；首先设置某一RAU所覆盖的BSS优先级为高，记为高优先级BSS，则与其地理位置相邻的RAU覆盖的BSS优先级为低，记为低优先级BSS；所有BSS将以高、低组成一对为单位进行处理，如果BSS总数为单数，则单独剩余的一个BSS不进行处理。BSS内的节点类型根据网络拓扑结构进行确定，始终遵循处于一对相邻的BSS重叠区域的边缘节点全部加入高优先级BSS(以下简称H-BSS)的原则。具体为：高优先级BSS(H-BSS)的内部节点划分为边缘节点及非边缘节点；高优先级BSS中处于与低优先级BSS重叠区域的节点为边缘节点，其余节点为非边缘节点；低优先级BSS(L-BSS)的内部节点划分为不冲突节点及冲突节点；将处于边缘节点通信范围内的节点标记为冲突节点，其余节点标记为不冲突节点。第三步：根据网络拓扑结构图建立轮询列表并标记轮询列表中的各节点，高优先级BSS根据轮询列表进行常规轮询；第四步：低优先级BSS(L-BSS)根据高优先级BSS(H-BSS)的轮询过程调整自己的轮询过程；L-BSS的轮询过程将受到H-BSS中轮询过程的影响。具体为：当高优先级BSS轮询边缘节点时，低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于IEEE 802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法，在点协调功能PCF机制下，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立网络拓扑结构图；第二步：划分基本服务集(基本服务集，简称BSS)的优先级和节点类型，具体过程为：BSS的优先级分为高低两种，根据连接到同一中心处理单元的各RAU的相对位置进行确定；首先设置某一RAU所覆盖的BSS优先级为高，记为高优先级BSS，则与其地理位置相邻的RAU覆盖的BSS优先级为低，记为低优先级BSS；所有BSS将以高、低一对为单位进行处理，如果BSS总数为单数，则单独剩余的一个BSS不进行优化；BSS内的节点类型根据网络拓扑结构进行确定，具体为：高优先级BSS的内部节点划分为边缘节点及非边缘节点；高优先级BSS中处于重叠区域的节点为边缘节点，其余节点为非边缘节点；低优先级BSS的内部节点划分为不冲突节点及冲突节点；将处于边缘节点通信范围内的节点标记为冲突节点，其余节点标记为不冲突节点；第三步：根据网络拓扑结构图建立轮询列表，并标记轮询列表中的各节点，高优先级BSS根据轮询列表进行常规轮询；第四步：低优先级BSS根据高优先级BSS的轮询过程调整自己的轮询过程；具体为：当高优先级BSS轮询边缘节点时，低优先级BSS将引入不冲突节点NC‑Node的仅有上行的CP阶段；当高优先级BSS轮询非边缘节点时，低优先级BSS将轮询冲突节点；当网络中没有与边缘节点B‑Node进行时间复用的不冲突节点NC‑Node时，低优先级BSS将进行常规的轮询。...

【技术特征摘要】
1.一种基于IEEE802.11的分布式天线系统MAC协议改进方法，在点协调功能PCF机制下，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立网络拓扑结构图；第二步：划分基本服务集(基本服务集，简称BSS)的优先级和节点类型，具体过程为：BSS的优先级分为高低两种，根据连接到同一中心处理单元的各RAU的相对位置进行确定；首先设置某一RAU所覆盖的BSS优先级为高，记为高优先级BSS，则与其地理位置相邻的RAU覆盖的BSS优先级为低，记为低优先级BSS；所有BSS将以高、低一对为单位进行处理，如果BSS总数为单数，则单独剩余的一个BSS不进行优化；BSS内的节点类型根据网络拓扑结构进行确定，具体为：高优先级BSS的内部节点划分为边缘节点及非边缘节点；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圣春，陈玓玏，赵海涛，魏急波，周力，马东堂，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43