一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法技术

本发明专利技术提出一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法，在运行时包括“网络编码协作传输以及处理”、“网络编码解码方式”两个部分。采用了“编码补偿”、“基于包数量发送忙音的协作节点选择”、“自适应多重解码”三种新机制。第一、二种新机制都工作在“网络编码协作传输以及处理”部分，第三种新机制工作在“网络编码解码方式”部分。通过使用上述三种新机制，本发明专利技术提出的新接入方法能够使选择的协作节点将自己的数据与接收的数据进行编码操作，从而提高编码机会，避免候选协作节点由于隐藏终端导致碰撞的问题以及能够提高目的节点的解码成功率。从而在整体上充分利用网络编码技术从而实现减小数据帧端到端平均时延，增加网络的吞吐量的目的。

A bidirectional cooperative access method based on adaptive multiple decoding

The invention proposes a two-way cooperative access method based on adaptive multiple decoding, which includes two parts: \network coding cooperative transmission and processing\ and \network coding and decoding\. There are three new mechanisms: encoding compensation, cooperative node selection based on packet number, and adaptive multi decoding. The first, second new mechanisms work in the \network coding cooperative transmission and processing\ section, and the third new mechanisms work in the \network coding and decoding mode\ part. By using these three new mechanisms, the new access method proposed by this invention can make the selected cooperative nodes coding their own data and received data, thus improving the coding opportunity, avoiding the problem of collision and improving the decoding success rate of the destination node. So as to make full use of network coding technology, we can reduce the average delay of the end to end of data frames and increase the throughput of the network.

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及无线网络中源与目的节点之间存在数据交换需要协作节点协作时的场景，更具体地，涉及一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法。
技术介绍
随着无线通信用户数量的不断增加，其通信业务也不断丰富。为满足人们对通信业务的需求，无线通信网络需要提供更好的业务服务质量才能保证更好的传输性能。而无线通信的带宽资源有限，且无线信道的衰落会导致接收端接收到损坏的数据包，在这种背景下，协作分集能够有效的解决上述问题，故协作通信技术已经广泛受到关注。协作通信是在某个区域内，使具有单天线的多用户通信节点彼此相互协作，进行分布式数据处理和传输，从而能形成一个虚拟的(multipleinputmultipleoutput,MIMO)系统，得到空间分集增益的无线通信系统。但是目前针对协作通信的研究主要大都集中在物理层，只是单纯的在物理层对数据进行协作处理，如果上层协议设计不合理则无法充分利用下层带来的性能优势，故协作介质访问控制(MediumAccessControl,MAC)协议的设计显得尤为重要。因此协作通信以及协作MAC协议的研究在新一代的无线网络中具有广泛的应用前景。Alshwede等人在2000年首次提出了网络编码的重要概念并从理论上证明了其明显优势。其主要思想是在网络中的各个中间节点对接收到的信息先进行编码操作，然后再将编码后的信息转发给下一跳或者目的节点，从而提高网络的整体性能。协作通信与网络编码有着天然的联系，这是因为两种技术都是利用无线链路的广播与空间分集特性，网络编码技术和协作通信技术有效结合能够改善通信系统的整体性能，而协作传输过程本身又为网络编码的应用提供了有利的条件，将网络编码技术应用在协作通信中，能够进一步提高数据在传输过程中的可靠性和有效性，此种传输方式称为协作网络编码(cooperativenetworkcoding,CNC)。同时将协作网络编码由物理层上升到MAC层，在MAC层中对数据先进行编码处理再在各个节点之间进行协作通信，就可以使网络的性能得到大幅度提升。接入方法工作在网络中的MAC层，主要承担着信道的接入控制，在通信体系架构中具有重要的作用。目前在现有国内外研究现状中，针对源节点与目的节点彼此之间有数据交换的情况，文献[1]较早提出了一种基于多中继多速率协作MAC协议，称为CODE协议。该协议中源节点首先查找协作表，选择两个节点作为其协作中继节点，然后源节点、协作中继节点和目的节点之间通过CCTS/CRTS握手机制来选择其传输数据的最佳速率。且当目的节点同时有数据发送给源节点时，其会用CRTS通告给协作中继节点，协作中继节点则会等待目的节点的数据包。当协作中继节点收到源节点和目的节点的数据时，协作中继节点会将其数据包进行异或编码，然后以更高的速率将编码包发送给源节点和目的节点，源节点和目的节点收到数据包后分别回复ACK确认消息，仿真表明，该协议能够有效降低网络时延并且提高网络吞吐量。参见文献[1]TanK,WanZ,ZhuH,etal.CODE:CooperativeMediumAccessforMultir-ateWirelessAdHocNetwork[C]//Sensor,MeshandAdHocCommunicationsandNetworks,IEEECommunicationsSocietyConferenceon.IEEE,2007:1-10.文献[2]就文献[1]中网络编码的利用效率太低、选择的协作中继节点不是最佳、数据的发送速率是对称以及整个网络需要周期性广播服务消息来维持协作表等问题，提出了一种增强型协作MAC机制。该MAC协议主要由三个机制构成：首先，在选择协作中继节点时，根据直传与协作传输数据所需要时间来作为度量，且每个候选节点根据其发送速率设定一个优先级；其次，该协议提出了一种新的控制帧(forwardtosend,FTS)，从而大大提高了使用网络编码的概率；最后，通过引入适配器解决了节点彼此之间速率不对称的问题。最后仿真表明，该协议相比CODE协议，大大提高了网络吞吐量、时延等性能。参见文献[2]AnD,WooH,YoonH,etal.EnhancedcooperativecommunicationMACformobilewirelessnetworks[J].ComputerNetworks,2013,57(1):99-116.文献[3]就文献[1][2]只针对双向流的应用场景，跨层设计出了一种协作MAC协议，该协议不仅能对单向流实现协作转发而且能够对双向流使用网络编码技术来提高网络性能。其在选择协作中继节点时，采用了基于组间竞争的思想，根据协作中继节点的速率作为退避时间的度量，从而选出了最佳的协作中继节点。在该协议中，当目的节点与源节点彼此之间有数据交换时，其采用物理层网络编码技术进行传输；当目的节点无数据发送给源节点时，其采用协作转发的机制。文献[33]中提出了一种多方数据交换的编码感知MAC协议。该协议中，当存在四个节点之间彼此需要交换数据时，其允许协作中继节点不用竞争信道，直接将收到的数据包进行编码发送，从而大大提高了网络性能。参见文献[3]HoangQT,NamTX,NguyenLT.Cross-layerdesignofbidirectional-trafficsupportedcooperativeMACprotocol[C]//InternationalConferenceonAdvancedTechnologiesforCommunications.IEEE,2015:586-593文献[4]就双向流提出了一种能量高效的基于网络编码的协作重传MAC协议。该协议中，源节点首先发送数据给目的节点，其邻居节点会侦听该数据，而当目的没有正确接收时，并且其有数据发送给源节点时，目的节点直接将其数据添加在(Requestforcooperation,RFC)控制消息后面广播发送，从而触发协作中继节点的协作。协作中继节点收到该数据后则将源节点和目的节点的数据包编码发送。参见文献[4]AntonopoulosA,VerikoukisC,SkianisC,etal.Energyefficientnetworkcoding-basedMACforcooperativeARQwirelessnetworks[J].AdHocNetworks,2013,11(1):190-200.文献[5]针对文献[4]中随机选择协作节点导致性能并非最优问题，提出了多中继协作MAC协议(Multi-RelayCooperativeMAC,My-CMAC)。该协议在多个候选协作节点通过自适应协作节点选择机制选出了最佳的一个协作节点。其主要根据接收包数量的不同采取不同的退避策略，其能够有效解决其竞争导致的碰撞的问题，但是当存在不在彼此通信的节点时该方案仍不能有效地解决上述问题。参见文献[5]HUS,LIF,LIUX.Multi-relaywirelesscooperativeMACprotocolbasedonconvergednetworkcoding[C]//IEEE,AdvancedInf本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法，其特征是：包括“网络编码协作传输以及处理”、“网络编码解码方式”两个部分，“网络编码协作传输以及处理”部分根据终端节点之间是否存在数据交换，候选协作节点根据不同的请求协作方式，使用不同的忙音发送方式选择最佳协作节点，该协作节点对接收源和目的节点的数据采取随机线性网络编码策略，或者将自己的数据与侦听的数据进行随机线性网络编码操作，然后再发送编码帧给目的节点以及协作节点的目的节点，“网络编码解码方式”阶段根据目的终端是否接收损坏的数据帧及其信干噪比SINR是否大于阈值采取不同的解码策略，本专利技术提出的基于自适应多重解码双向协作接入方法包含(1)“编码补偿”新机制；(2)“基于包数量发送忙音的协作节点选择”新机制，(3)“自适应多重解码”新机制，第一、二种新机制都工作在“网络编码协作传输以及处理”两个部分，第三种新机制工作在“网络编码解码方式”部分，通过使用上述三种新机制，本专利技术提出的新接入方法能够使选择的协作节点将自己的数据与接收的数据进行编码操作，从而提高编码机会，避免候选协作节点由于隐藏终端导致碰撞的问题以及能够提高目的节点的解码成功率，从而在整体上充分利用网络编码技术从而实现减小数据帧平均时延，增加网络的吞吐量的目的。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法，其特征是：包括“网络编码协作传输以及处理”、“网络编码解码方式”两个部分，“网络编码协作传输以及处理”部分根据终端节点之间是否存在数据交换，候选协作节点根据不同的请求协作方式，使用不同的忙音发送方式选择最佳协作节点，该协作节点对接收源和目的节点的数据采取随机线性网络编码策略，或者将自己的数据与侦听的数据进行随机线性网络编码操作，然后再发送编码帧给目的节点以及协作节点的目的节点，“网络编码解码方式”阶段根据目的终端是否接收损坏的数据帧及其信干噪比SINR是否大于阈值采取不同的解码策略，本发明提出的基于自适应多重解码双向协作接入方法包含(1)“编码补偿”新机制；(2)“基于包数量发送忙音的协作节点选择”新机制，(3)“自适应多重解码”新机制，第一、二种新机制都工作在“网络编码协作传输以及处理”两个部分，第三种新机制工作在“网络编码解码方式”部分，通过使用上述三种新机制，本发明提出的新接入方法能够使选择的协作节点将自己的数据与接收的数据进行编码操作，从而提高编码机会，避免候选协作节点由于隐藏终端导致碰撞的问题以及能够提高目的节点的解码成功率，从而在整体上充分利用网络编码技术从而实现减小数据帧平均时延，增加网络的吞吐量的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应多重解码的双向协作接入方法，其特征是：所述工作在“网络编码协作传输以及处理”部分的“编码补偿”新机制的基本思路是：从RFC控制帧帧格式保留字段中取1bit设置为信干噪比标志位SINR_FLAG，其用来标志目的节点接收数据的情况，当该标志位值为1时表示目的节点不能正确得到数据，但其SINR大于设定的阈值，表示使用网络编码MIMO_NC可以进行有效解码；反之当该标志位值为0时，表示接收的SINR小于设定的阈值，此时只能重传该数据，当目的节点与源节点之间存在数据交换时，选择的协作节点直接将原和目的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉坤，李小勇，刘江兵，张云霞，吕昱辉，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50