一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入方法技术

本发明专利技术提供了一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入方法，涉及通信技术领域，主要包括发送端主导的随机接入过程、收发端主导互换过程和接收端主导的随机接入过程，本发明专利技术由于采用了发送端退避是根据预测接收端信道干扰状况而进行退避的方案，所以其退避过程高度反映了接收端的信道干扰状况，从而使得随机接入更加精细；由于采用了将发送端主导的随机接入过程与接收端主导的随机接入过程相结合的方案，所以提升了退避效率，进而大幅度提高了网络吞吐率及提升了系统性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其是涉及无线局域网和随机接入机制。
技术介绍
近年来随着智能终端的日益繁荣、设备能力的持续增强、移动服务和应用的不断丰富多样，人们对移动数据的需求呈现爆炸式增长的趋势。为此，学术界和产业界均在紧锣密鼓地展开下一代WLAN的研究。值得一提的是，IEEE802.11工作组在2014年正式成立下一代WLAN标准802.11ax工作组。与此同时，需求的急剧增加使得高密集特性将成为未来无线网络的趋势，目前已受到学者的重视。高密集特性为下一代WLAN带来了极大的挑战：干扰将更为复杂多变，因此，对干扰状况认知的准确性将直接影响到随机接入方法的性能。目前，传统802.11的随机接入过程，是由发送端感知自身的信道状况来执行退避。其退避过程是：站点有数据发送，则在[0～CW]中随机选取一个整数作为退避计时器的值，CW为竞争窗。站点进行物理载波侦听，在每个时隙侦听信道判断信道忙闲状态，若信道“空闲”，则在该时隙退避计数器减1；若信道“忙”，则在该时隙保持该退避计数器的值。直至退避计数器值减为0，则可以发送。站点是通过能量检测来判断信道“忙/闲”状态的。具体而言，站点在每个时隙获取信道上的能量，当检测信道上的能量<-82dBm，则认为信道“空闲”；否则，即检测信道上的能量>＝-82dBm，则认为信道“忙”。然而，由于发送端和接收端受到的干扰程度往往并不一致，这使得载波侦听的结果也往往并不一致，导致发送端自身感知的干扰状况并不能客观真实反映接收端的实际干扰状况，因此由发送端主导的退避过程将可能导致接入和传输性能的下降。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入方法，该方法使得发送端能够更加准确地感知和反映接收端的信道状况，从而有利于更精细地接入。同时，该方法引入发送端主导的随机接入过程与接收端主导的随机接入过程有机结合，可有效提升网络吞吐量，降低链路间相互冲突的概率。本专利技术包括三个过程：发送端主导的随机接入过程、收发端主导互换过程和接收端主导的随机接入过程。本专利技术认为每一个节点包括热点AP(accesspoint)和站点STA(station)，均不断更新自身在[t-Twin,t]内的平均干扰状况I，Twin为时间窗，可以固定，由协议规定。技术方案的详细实施步骤如下，其中步骤1—步骤5为发送端主导的随机接入过程，步骤6—步骤7为收发双方主导互换过程，步骤8为接收端主导的随机接入过程：步骤1：发送节点S有数据发送时，首先执行如下的退避过程：在整个信道上，每一个时隙slot9微秒执行一次能量检测，即节点通过物理载波侦听，检测整个信道上的信号功率，检测在该时隙的信道能量瞬时值Isi，然后根据存储器保存的接收端平均干扰值，获知接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，即可计算出发送端和接收端平均干扰差值ΔIS-D＝IS-ID，预估出此时接收节点D在该时隙的干扰状况干扰状况根据预估接收节点干扰状况的方法获得，若预估接收节点的干扰状况门限，CCA门限取-82dbm，则退避计数器的值减1；否则，退避挂起，直至退避计数器值减为0，即退避完成，转入步骤2；否则停留在步骤1中继续退避；步骤2：当发送节点S退避完成后，发送请求帧RTS(RequesttoSend)，并在RTS中携带发送节点S的平均干扰值IS，平均干扰值IS根据平均干扰统计方法获得，之后转入步骤3；步骤3：当接收节点D接收到RTS后，回复清除发送帧CTS(ClearToSend)，其中CTS中携带接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，同时更新接收端与发送端的干扰差ΔID-S＝ID-IS，用于后续D→S传输，并设置接收端更新干扰差值的定时器TD，之后转入步骤4；步骤4：当S接收到CTS后，更新发送端与接收端的干扰差值ΔIS-D＝IS-ID，并设置发送端更新干扰差值的定时器Ts，用于后续S→D传输，之后转入步骤5；步骤5：在传输机会TXOP(TransmissionOpportunity)内，S发送数据DATA，D回复确认帧ACK(Acknowledgement)，并在整个TXOP时长之内重复该过程，在后续时间t内，其中t>TXOP，收发双方不断更新各自的平均干扰差值，即更新发送端至接收端的平均干扰差ΔIS-D和接收端至发送端的平均干扰差ΔID-S，其具体过程详见步骤5.1，之后转入步骤6；步骤5.1：在后续T时间内，但凡S→D，且采用发送端主导的随机接入，则S使用ΔIS-D预估D的信道干扰状况，其预估过程同步骤1所述，进行退避；但凡D→S，且采用接收端主导的随机接入，则使用ΔID-S预估S的信道干扰状况，信道干扰状况根据预估发送节点干扰状况的方法获得，进行退避，发送端根据自己的数据量确认采用何种传输模式，若发送端数据量<＝RTS帧的数据长度，则采用DATA/ACK传输模式，否则，采用RTS/CTS模式，即若在TD和Ts时间内有RTS/CTS交互，其更新ΔIS-D和ΔID-S过程详见步骤5.1.1，若在TD和Ts时间内采用DATA/ACK(Acknowledgement)传输模式，即发送端发送数据，接收端正确接收到数据后，回复确认正确接收的传输模式，其更新ΔIS-D和ΔID-S过程详见步骤5.1.2；步骤5.1.1：如果T时间内仍有RTS/CTS交互，则接收端D更新ΔID-S＝ID-IS并重置TD为初始值，其更新过程同步骤3所述；发送端S更新ΔIS-D＝IS-ID并重置Ts为初始值，其更新过程同步骤4所述；若Ts和TD只要超时，则重置ΔIS-D＝ΔID-S＝0，之后转入步骤6；步骤5.1.2：如果T时间内采用DATA/ACK传输模式下，则发送端S在DATA中携带发送端的平均干扰值IS，接收端D收到DATA后，更新接收端与发送端平均干扰差值ΔID-S＝ID-IS并重置TD为初始值；并且在回复至S的ACK中携带接收端的平均干扰值ID，用于发送端S更新发送端与接收端平均干扰差值ΔIS-D＝IS-ID并重置Ts为初始值；若T超时，则重置ΔIS-D＝ΔID-S＝0，之后转入步骤6；步骤6：在当前TXOP时长内，发送端S将要发出的最后一个数据包之前，若发送端S根据待传至D的剩余数据量，判断还需竞争后续TXOP，以完成对接收端D剩余数据的传输，即发送端S待传至接收端D的剩余数据的数据量大于等于Ls，则S在当前TXOP所发出的最后一个数据包的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，其中Ls为判断发送端S待传至接收端D剩余数据多少的门限值，设置标志位Rq＝1，表示向D请求将接下来的退避模式切换至接收端主导的退避模式，之后转入步骤7；否则，即发送端S根据待传至D的剩余数据量，判断不需要竞争后续TXOP，转入步骤9；步骤7：接收端D收到S的Rq＝1数据包后，如果接收端D中的待传至S的剩余数据量小于等于Lr，Lr为判断接收端D中的待传至S剩余数据多少的门限值，则D在其回复的ACK帧的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，设置标志位Rs＝1，表示确认接下来的退避模式将切换至接收端发起的退避模式，之后转入步骤8；否则，设置Rs＝0，表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：发送节点S有数据发送时，首先执行如下的退避过程：在整个信道上，每一个时隙slot 9微秒执行一次能量检测，即节点通过物理载波侦听，检测整个信道上的信号功率，检测在该时隙的信道能量瞬时值Isi，然后根据存储器保存的接收端平均干扰值，获知接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，即可计算出发送端和接收端平均干扰差值ΔIS‑D＝IS‑ID，预估出此时接收节点D在该时隙的干扰状况干扰状况根据预估接收节点干扰状况的方法获得，若预估接收节点的干扰状况门限，CCA门限取‑82dbm，则退避计数器的值减1；否则，退避挂起，直至退避计数器值减为0，即退避完成，转入步骤2；否则停留在步骤1中继续退避；步骤2：当发送节点S退避完成后，发送请求帧RTS(Request to Send)，并在RTS中携带发送节点S的平均干扰值IS，平均干扰值IS根据平均干扰统计方法获得，之后转入步骤3；步骤3：当接收节点D接收到RTS后，回复清除发送帧CTS(Clear To Send)，其中CTS中携带接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，同时更新接收端与发送端的干扰差ΔID‑S＝ID‑IS，用于后续D→S传输，并设置接收端更新干扰差值的定时器TD，之后转入步骤4；步骤4：当S接收到CTS后，更新发送端与接收端的干扰差值ΔIS‑D＝IS‑ID，并设置发送端更新干扰差值的定时器Ts，用于后续S→D传输，之后转入步骤5；步骤5：在传输机会TXOP(Transmission Opportunity)内，S发送数据DATA，D回复确认帧ACK(Acknowledgement)，并在整个TXOP时长之内重复该过程，在后续时间t内，其中t>TXOP，收发双方不断更新各自的平均干扰差值，即更新发送端至接收端的平均干扰差ΔIS‑D和接收端至发送端的平均干扰差ΔID‑S，其具体过程详见步骤5.1，之后转入步骤6；步骤5.1：在后续T时间内，但凡S→D，且采用发送端主导的随机接入，则S使用ΔIS‑D预估D的信道干扰状况，其预估过程同步骤1所述，进行退避；但凡D→S，且采用接收端主导的随机接入，则使用ΔID‑S预估S的信道干扰状况，信道干扰状况根据预估发送节点干扰状况的方法获得，进行退避，发送端根据自己的数据量确认采用何种传输模式，若发送端数据量<＝RTS帧的数据长度，则采用DATA/ACK传输模式，否则，采用RTS/CTS模式，即若在TD和Ts时间内有RTS/CTS交互，其更新ΔIS‑D和ΔID‑S过程详见步骤5.1.1，若在TD和Ts时间内采用DATA/ACK(Acknowledgement)传输模式，即发送端发送数据，接收端正确接收到数据后，回复确认正确接收的传输模式，其更新ΔIS‑D和ΔID‑S过程详见步骤5.1.2；步骤5.1.1：如果T时间内仍有RTS/CTS交互，则接收端D更新ΔID‑S＝ID‑IS并重置TD为初始值，其更新过程同步骤3所述；发送端S更新ΔIS‑D＝IS‑ID并重置Ts为初始值，其更新过程同步骤4所述；若Ts和TD只要超时，则重置ΔIS‑D＝ΔID‑S＝0，之后转入步骤6；步骤5.1.2：如果T时间内采用DATA/ACK传输模式下，则发送端S在DATA中携带发送端的平均干扰值IS，接收端D收到DATA后，更新接收端与发送端平均干扰差值ΔID‑S＝ID‑IS并重置TD为初始值；并且在回复至S的ACK中携带接收端的平均干扰值ID，用于发送端S更新发送端与接收端平均干扰差值ΔIS‑D＝IS‑ID并重置Ts为初始值；若T超时，则重置ΔIS‑D＝ΔID‑S＝0，之后转入步骤6；步骤6：在当前TXOP时长内，发送端S将要发出的最后一个数据包之前，若发送端S根据待传至D的剩余数据量，判断还需竞争后续TXOP，以完成对接收端D剩余数据的传输，即发送端S待传至接收端D的剩余数据的数据量大于等于Ls，则S在当前TXOP所发出的最后一个数据包的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，其中Ls为判断发送端S待传至接收端D剩余数据多少的门限值，设置标志位Rq＝1，表示向D请求将接下来的退避模式切换至接收端主导的退避模式，之后转入步骤7；否则，即发送端S根据待传至D的剩余数据量，判断不需要竞争后续TXOP，转入步骤9；步骤7：接收端D收到S的Rq＝1数据包后，如果接收端D中的待传至S的剩余数据量小于等于Lr，Lr为判断接收端D中的待传至S剩余数据多少的门限值，则D在其回复的ACK帧的帧控制域中，使用预留位1bit作为标志位，设置标志位Rs＝1，表示确认接下来的退避模式将切换至接收端发起的退避模式，之后转入步骤8；否则，设置Rs＝0，表示拒绝S...

【技术特征摘要】
1.一种基于信道状况感知的主导权可切换的随机接入的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：发送节点S有数据发送时，首先执行如下的退避过程：在整个信道上，每一个时隙slot9微秒执行一次能量检测，即节点通过物理载波侦听，检测整个信道上的信号功率，检测在该时隙的信道能量瞬时值Isi，然后根据存储器保存的接收端平均干扰值，获知接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，即可计算出发送端和接收端平均干扰差值ΔIS-D＝IS-ID，预估出此时接收节点D在该时隙的干扰状况干扰状况根据预估接收节点干扰状况的方法获得，若预估接收节点的干扰状况门限，CCA门限取-82dbm，则退避计数器的值减1；否则，退避挂起，直至退避计数器值减为0，即退避完成，转入步骤2；否则停留在步骤1中继续退避；步骤2：当发送节点S退避完成后，发送请求帧RTS(RequesttoSend)，并在RTS中携带发送节点S的平均干扰值IS，平均干扰值IS根据平均干扰统计方法获得，之后转入步骤3；步骤3：当接收节点D接收到RTS后，回复清除发送帧CTS(ClearToSend)，其中CTS中携带接收端的平均干扰值ID，平均干扰值ID根据平均干扰统计方法获得，同时更新接收端与发送端的干扰差ΔID-S＝ID-IS，用于后续D→S传输，并设置接收端更新干扰差值的定时器TD，之后转入步骤4；步骤4：当S接收到CTS后，更新发送端与接收端的干扰差值ΔIS-D＝IS-ID，并设置发送端更新干扰差值的定时器Ts，用于后续S→D传输，之后转入步骤5；步骤5：在传输机会TXOP(TransmissionOpportunity)内，S发送数据DATA，D回复确认帧ACK(Acknowledgement)，并在整个TXOP时长之内重复该过程，在后续时间t内，其中t>TXOP，收发双方不断更新各自的平均干扰差值，即更新发送端至接收端的平均干扰差ΔIS-D和接收端至发送端的平均干扰差ΔID-S，其具体过程详见步骤5.1，之后转入步骤6；步骤5.1：在后续T时间内，但凡S→D，且采用发送端主导的随机接入，则S使用ΔIS-D预估D的信道干扰状况，其预估过程同步骤1所述，进行退避；但凡D→S，且采用接收端主导的随机接入，则使用ΔID-S预估S的信道干扰状况，信道干扰状况根据预估发送节点干扰状况的方法获得，进行退避，发送端根据自己的数据量确认采用何种传输模式，若发送端数据量<＝RTS帧的数据长度，则采用DATA/ACK传输模式，否则，采用RTS/CTS模式，即若在TD和Ts时间内有RTS/CTS交互，其更新ΔIS-D和ΔID-S过程详见步骤5.1.1，若在TD和Ts时间内采用DATA/ACK(Acknowledgement)传输模式，即发送端发送数据，接收端正确接收到数据后，回复确认正确接收的传输模式，其更新ΔIS-D和ΔID-S过程详见步骤5.1.2；步骤5.1.1：如果T时间内仍有RTS/CTS交互，则接收端D更新ΔID-S＝ID-IS并重置TD为初始值，其更新过程同步骤3所述；发送端S更新ΔIS-D＝IS-ID并重置Ts为初始值，其更新过程同步骤4所述；若Ts和TD只要超时，则重置ΔIS-D＝ΔID-S＝0，之后转入步骤6；步骤5.1.2：如果T时间内采用DATA/ACK传输模式下，则发送端S在DATA中携带发送端的平均干扰值IS，接收端D收到DATA后，更新接收端与发送端平均干扰差值ΔID-S＝ID-IS并重置TD为初始值；并且在回复至S的ACK中携带接收端的平均干扰值ID，用于发送端S更新发送端与接收端平均干扰差值ΔIS-D＝IS-ID并重置Ts为初始值；若T超时，则重置ΔIS-D＝ΔID-S＝0，之后转入步骤6；步骤6：在当前TXOP时长内，发送端S将要发出的最后一个数据包之前，若发送端S根据待传至D的剩余数据量，判断还需竞争后续TXOP，以完成对接收端D剩余数据的传输，即发送端S待传至接收端D的剩余数据的数据量大于等于Ls，则S在当前TXOP所发出的最后一个数据包的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，杨懋，周润，闫中江，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61