无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法技术

本发明专利技术公开了一种无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，包括以下步骤：发起节点发送第一数据帧给第一接收节点，当第一接收节点需要发送第二数据帧给发起节点时，立刻根据第一数据帧的源地址开始发送第二数据帧给发起节点，如果第二数据帧的结束时间早于第一数据帧的结束时间，则第一接收节点在发送完第二数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧；如果第一数据帧的结束时间早于第二数据帧的结束时间，则发起节点在发送完第一数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完第二数据帧；之后同时向对方发送确认帧。由此，本发明专利技术实现了一种随机接入的全双工MAC协议，从而提高信道的空间复用率及频谱利用率。

Communication Method Based on Full Duplex MAC Protocol in Wireless Networks

【技术实现步骤摘要】
无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种无线网络中基于IEEE802.11随机接入的全双工MAC（MediaAccessControl，媒体访问控制）协议的通信方法。
技术介绍
当前使用的无线通信系统一般采用半双工的通信方法，即无线设备之间通过不同的频带或不同的时隙实现双向通信，而不能在同频带内同时收发信号。全双工无线通信是近年来新兴的通信技术，即全双工节点可以在同一频带内同时发送和接收无线信号，而要实现同时同频全双工的最大阻碍是接收端会遭受到自身发送信号的干扰（简称自干扰），所以如何消除自干扰一直是全双工领域最重要的难题。随着技术的进步，通过结合天线消除、模拟域消除和数字域消除三种手段，可以将自干扰消除到噪声水平。与当前的半双工无线通信系统相比，理想情况下，同时同频全双工技术可以将频谱利用率和网络容量提高一倍，该技术得到了工业界和学术界的广泛关注。因此，同时同频全双工技术作为5G的关键技术之一，为了充分发挥其技术优势，一方面需要尽可能地消除发射端引入的自干扰，另一方面需要精心设计全双工MAC协议以增加全双工传输机会，提高网络的吞吐量。然而，现有的全双工MAC协议都是基于RTS/CTS（RequestToSend/ClearToSend，请求发送/清除发送）握手机制实现的，虽然其中大多数都兼容半双工传输，但是这些协议都需要对数据帧结构进行修改，而且不支持当前无线网络中的随机接入模式，需要频繁地传输用于握手的控制帧，从而会造成一定的频谱浪费，降低网络的吞吐量。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，无需更改数据帧结构，也无需RTS/CTS握手机制，就可以支持各种全双工传输模式的随机接入，并兼容半双工传输模式，能够有效提高频谱利用率。为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，该方法包括以下步骤：发起节点需要发送第一数据帧给第一接收节点时，等待DIFS时间，并在等待DIFS时间内侦听到信道空闲且随机退避计数为零时，开始发送所述第一数据帧给所述第一接收节点；所述第一接收节点在接收所述第一数据帧时对所述第一数据帧的MAC头部信息进行解码以获得所述第一数据帧的源地址，并在需要发送第二数据帧给所述发起节点时，立刻根据所述第一数据帧的源地址开始发送所述第二数据帧给所述发起节点，并根据所述第一数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；所述发起节点在接收到所述第二数据帧的MAC头部信息后根据所述第二数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；如果所述第二数据帧的结束时间早于所述第一数据帧的结束时间，则所述第一接收节点在发送完所述第二数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧；如果所述第一数据帧的结束时间早于所述第二数据帧的结束时间，则所述发起节点在发送完所述第一数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第二数据帧；所述发起节点和所述第一接收节点分别在等待SIFS时间后，同时向对方发送确认帧。根据本专利技术实施例的无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，发起节点需要发送第一数据帧给第一接收节点时，等待DIFS时间，并在等待DIFS时间内侦听到信道空闲且随机退避计数为零时，开始发送第一数据帧给第一接收节点，第一接收节点在接收第一数据帧时对第一数据帧的MAC头部信息进行解码以获得第一数据帧的源地址，并在需要发送第二数据帧给发起节点时，立刻基于第一数据帧的源地址开始发送第二数据帧给发起节点，并根据第一数据帧的MAC头部信息比较第一数据帧与第二数据帧的结束时间，而发起节点在接收到第二数据帧的MAC头部信息后根据第二数据帧的MAC头部信息比较第一数据帧与第二数据帧的结束时间，从而，如果第二数据帧的结束时间早于第一数据帧的结束时间，则第一接收节点在发送完第二数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧；如果第一数据帧的结束时间早于第二数据帧的结束时间，则发起节点在发送完第一数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完第二数据帧；最后发起节点和第一接收节点分别在等待SIFS时间后，同时向对方发送确认帧。由此，本专利技术实施例的无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，实现了一种随机接入的全双工MAC协议，不需要通过基于RTS/CTS机制进行握手，可以有效提高频谱利用率，不需要修改现有的数据帧结构，可以更好地兼容传统的半双工无线通信协议。另外，根据本专利技术上述实施例提出的无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法还可以具有如下附加的技术特征：可选地，所述第一接收节点在获得所述第一数据帧的源地址时，如果需要发送第三数据帧给第二接收节点，则通过查看节点间干扰表以判断所述发起节点发送的信号是否会干扰所述第二接收节点接收所述第一接收节点发送的第三数据帧，并在所述发起节点发送的信号不会干扰所述第二接收节点接收所述第一接收节点发送的第三数据帧时，所述第一接收节点开始发送所述第三数据帧给所述第二接收节点，并根据所述第一数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第三数据帧的结束时间，其中，如果所述第三数据帧的结束时间早于所述第一数据帧的结束时间，则所述第一接收节点在发送完所述第三数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧，并等待SIFS时间后，向所述发起节点发送确认帧。可选地，在所述第一接收节点发送所述第三数据帧给所述第二接收节点时，所述发起节点接收所述第三数据帧，并对所述第三数据帧的MAC头部信息进行解码以根据所述第三数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第三数据帧的结束时间，其中，如果所述第一数据帧的结束时间早于所述第三数据帧的结束时间，则所述发起节点在发送完所述第一数据帧后继续发送忙音信号，直至所述第三数据帧发送结束。可选地，所述第二接收节点接收完所述第三数据帧，并等待SIFS时间后，向所述第一接收节点发送确认帧。可选地，当所述第一接收节点需要发送所述第三数据帧给所述第二接收节点时，通过查询节点间干扰表以判断所述第二接收节点是否会被所述发起节点干扰，并在所述第二接收节点不会被所述发起节点干扰时，所述第一接收节点在接收完所述第一数据帧的MAC头部信息后等待SIFS时间，通过全双工载波侦听机制判断当前信道状态，以便根据所述当前信道状态判断是否开始发送所述第三数据帧给所述第二接收节点。可选地，当所述第一接收节点需要发送所述第二数据帧给所述发起节点时，如果所述第二数据帧的结束时间与所述第一数据帧的结束时间之间的时间差小于第一时间阈值，所述第一接收节点则开始发送所述第二数据帧给所述发起节点，否则放弃发送所述第二数据帧；当所述第一接收节点需要发送所述第三数据帧给所述第二接收节点时，如果所述第三数据帧的结束时间与所述第一数据帧的结束时间之间的时间差小于第二时间阈值，所述第一接收节点则开始发送所述第三数据帧给所述第二接收节点，否则放弃发送所述第三数据帧。可选地，所述第一接收节点在接收到所述第一数据帧的同时，根据侦听到的功率与预设功率集中存储的接收功率之差判断是否存在其他节点在发送信号。可选地，构建所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线网络基于全双工MAC协议的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：发起节点需要发送第一数据帧给第一接收节点时，等待DIFS时间，并在等待DIFS时间内侦听到信道空闲且随机退避计数为零时，开始发送所述第一数据帧给所述第一接收节点；所述第一接收节点在接收所述第一数据帧时对所述第一数据帧的MAC头部信息进行解码以获得所述第一数据帧的源地址，并在需要发送第二数据帧给所述发起节点时，立刻根据所述第一数据帧的源地址开始发送所述第二数据帧给所述发起节点，并根据所述第一数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；所述发起节点在接收到所述第二数据帧的MAC头部信息后根据所述第二数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；如果所述第二数据帧的结束时间早于所述第一数据帧的结束时间，则所述第一接收节点在发送完所述第二数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧；如果所述第一数据帧的结束时间早于所述第二数据帧的结束时间，则所述发起节点在发送完所述第一数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第二数据帧；所述发起节点和所述第一接收节点分别在等待SIFS时间后，同时向对方发送确认帧。...

【技术特征摘要】
1.一种无线网络基于全双工MAC协议的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：发起节点需要发送第一数据帧给第一接收节点时，等待DIFS时间，并在等待DIFS时间内侦听到信道空闲且随机退避计数为零时，开始发送所述第一数据帧给所述第一接收节点；所述第一接收节点在接收所述第一数据帧时对所述第一数据帧的MAC头部信息进行解码以获得所述第一数据帧的源地址，并在需要发送第二数据帧给所述发起节点时，立刻根据所述第一数据帧的源地址开始发送所述第二数据帧给所述发起节点，并根据所述第一数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；所述发起节点在接收到所述第二数据帧的MAC头部信息后根据所述第二数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第二数据帧的结束时间；如果所述第二数据帧的结束时间早于所述第一数据帧的结束时间，则所述第一接收节点在发送完所述第二数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧；如果所述第一数据帧的结束时间早于所述第二数据帧的结束时间，则所述发起节点在发送完所述第一数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第二数据帧；所述发起节点和所述第一接收节点分别在等待SIFS时间后，同时向对方发送确认帧。2.如权利要求1所述的无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，其特征在于，所述第一接收节点在获得所述第一数据帧的源地址时，如果需要发送第三数据帧给第二接收节点，则通过查看节点间干扰表以判断所述发起节点发送的信号是否会干扰所述第二接收节点接收所述第一接收节点发送的第三数据帧，并在所述发起节点发送的信号不会干扰所述第二接收节点接收所述第一接收节点发送的第三数据帧时，所述第一接收节点开始发送所述第三数据帧给所述第二接收节点，并根据所述第一数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第三数据帧的结束时间，其中，如果所述第三数据帧的结束时间早于所述第一数据帧的结束时间，则所述第一接收节点在发送完所述第三数据帧后继续发送忙音信号，直至接收完所述第一数据帧，并等待SIFS时间后，向所述发起节点发送确认帧。3.如权利要求2所述的无线网络中基于全双工MAC协议的通信方法，其特征在于，在所述第一接收节点发送所述第三数据帧给所述第二接收节点时，所述发起节点接收所述第三数据帧，并对所述第三数据帧的MAC头部信息进行解码以根据所述第三数据帧的MAC头部信息比较所述第一数据帧与所述第三数据帧的结束时间，其中，如果所述第一数据帧的结束时间早于所述第三数据帧的结束时间，则所述发起节点在发送完所述第一数据帧后继续发送忙音信号，直至所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：付立群，刘圣波，岳蕾，谢伟，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35