基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法技术

本发明专利技术公开了基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法，通过RTS/CTS获得信道状态信息，以完成自适应速率选择和功率控制，并基于更新网络分配向量的回避算法维护多对节点间的同时同频通信链路；通过设计与其相配适的媒体接入控制层协议，在一跳范围内允许多个节点同时传输，充分发挥出MIMO技术同时建立多条链路的能力，实现多用户同时传输的功能，以提升移动自组织网络的吞吐量等性能。

【技术实现步骤摘要】
基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法
本专利技术涉及一种基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法，属于移动自组织网络

技术介绍
移动自组织网络(MobileAdHocNetwork,MANET)是一种分布式的无线网络，又被称为无线自组织网络(WirelessAdHocNetwork,WANET)，具备去中心化、点对点、自组织、自愈等特征。它不需要预先建设基站或无线接入点等基础设施，而是由网络中每个节点自发地组织起来，其路由算法会根据链路状况动态确定由哪些节点中转数据。这种方式避免了复杂的基础设施建设和管理，使移动设备可以随时随地创建和加入网络。多天线MIMO技术不但能够提高点对点通信的传输效率，而且能在无线网络通信场景中实现空分多址，并发传输多路数据流，提高网络吞吐效率。将MIMO技术应用于移动自组织网络中，可以获得通信性能的显著提升。但MIMO作为一种物理层技术，当它被整合到移动自组织网络中时，影响到的不仅是物理层，还包括媒体接入控制层(MAC)。MAC层常用的分布式接入方法为载波侦听多路访问及冲突避免协议，即CSMA/CA，通过发送数据包前的随机回退降低冲突概率，并通过二进制指数退避算法保证了协议在复杂情况下的鲁棒性。为解决隐藏终端问题所引入的RTS/CTS机制，通过发送节点广播RTS控制帧，接收节点广播CTS控制帧，告知无关节点即将进行的数据传输，协调无关节点进入虚拟载波监听状态主动静默以降低干扰。考虑到多天线MIMO系统通过波束赋形编码技术可实现并发传输多路数据流，且仅允许单一用户发送信号，回退时间和RTS/CTS等控制信息的开销很大。而RTS/CTS机制具备的良好的可扩展性，能够在保证向后兼容性的同时，通过使用预留字段、扩充功能等方式，使用户具备知晓复杂网络情况的潜力，实现联合物理层和MAC层的自适应速率选择和功率控制，并有效发挥出MIMO技术具备的同时建立多条链路的能力，实现多用户同时传输的功能。
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基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法，充分发挥出MIMO技术同时建立多条链路的能力，实现多用户同时传输的功能，以提升移动自组织网络的吞吐量等性能。为解决上述技术问题，本专利技术基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法：第一部分：本专利技术的第一部分，支持多用户同时传输的MAC层接入算法，通过对NAV机制和CSMA/CA回避算法的改进得来。传统CSMA/CA协议，节点i记录通过RTS/CTS获知的网络中其它节点请求的会话时间，将其设置为虚拟载波侦听状态的结束时间。为了保留更多信息，本专利技术记录即将或正在进行会话的节点对数量NAV，以及所有预计其它节点成功收到ACK后结束会话的时间tend。具体步骤如下：第一步，在有RTS/CTS机制的CSMA/CA协议基础上，发送节点先发送RTS,告知其他节点它自己需要发送的数据比特数，即其包含请求传输的比特数信息Brequest。接收节点收到RTS后，回复CTS时，为了进一步优化多对用户同时通信时的系统性能，正在通信的节点可依照周边信道环境告知发送节点做出适当的速率选择和功率控制，按照本专利技术的第二部分，进行物理层和MAC层的联合自适应速率选择和功率控制，即按照第二部分进行物理层和MAC层的联合自适应速率选择和功率控制，并由速率选择和RTS中请求的数据比特数得到数据包的时间长度Tdata。当发送速率需要依据接收节点信道状态调整时，传输RTS中请求的待传输数据所需时长需相应调整；可采取如下方案适应速率调整：令需要静默的无关节点在收到RTS后先记录会话结束时间tend＝tcurrent+Tcts；在此期间若收到回复此RTS的CTS帧，再根据CTS包中指示的数据包时长Tdata更新记录tend＝tcurrent+SIFS+Tdata+SIFS+Tack。第二步，每个节点都记录并维护一个计数器NAV，当网络中的某个节点收到发给其他节点的RTS，将修改计数器NAV＝NAV+1并相应地记录会话结束时间tend＝tcurrent+Tcts，直至经过时刻tend后计数器NAV减去1并删除对应记录tend；tcurrent为当前时刻，Tcts为CTS包的时间长度。第三步，其他节点(第三方节点)侦听节点B(即接收节点)在反馈给节点A(即发送节点)的CTS包中指示数据包时长为Tdata，将预计的会话结束时间记录为tend＝tcurrent+SIFS+Tdata+SIFS+Tack；这里SIFS为短帧间间隔，Tack代表传输完一个ACK或NACK包所需的时长。若此节点(即第三方节点)在第二步中已侦听过对应该CTS的RTS包，并记录过tend，则此过时的tend应被新的tend所替换。第四步，采用波束赋形技术的MIMO系统允许一跳范围内的M对用户同时传输，任何节点当其计数器NAV≥M时，认为信道繁忙，节点进入虚拟载波侦听状态，停止检测物理信道并暂停回退进程，不会发起数据传输，直至计数器满足条件NAV<M后继续通信或恢复回退进程；M为可设置参数，是一跳范围内同时传输的链路数的上限，为实现多用户同时传输的能力，M可设为大于等于2的整数。第二部分：第二部分是联合物理层和MAC层的自适应速率选择和功率控制算法。在以往的MAC层自适应速率控制中，MAC层依据每次发送数据帧后是否接收到确认帧来估计链路状况，滞后地调整发送速率。本专利技术通过节点的物理层对RTS/CTS的信道估计并反馈给MAC层，将信道状态信息加入控制帧发送给目的节点，使MAC层具备实时获知信道信息并做出发射速率和功率调整的能力。在多对用户同时通信时的复杂信道情况下，发送节点可以依照接收节点所处的信道情况调整发送参数。具体步骤如下：第一步，发送节点以信噪比要求最低的调制编码方案和最大发射功率PMAX广播RTS，以此尽最大能力通知信道占用，保证建立起信噪比要求最低的连接；第二步，接收节点收到RTS帧后，接收节点依据收到RTS帧的信干噪比SINRrts，可依据各调制编码方案(MCS)的信噪比要求，寻找该信干噪比能够支持的最高速率所对应的调制编码方案MCSOPT，以及为匹配该调制编码方案可从最大发射功率PMAX下调的功率ΔdB。第三步，将第二步所选择的MCSOPT和ΔdB写入CTS反馈给发送节点，使得发送节点能够选择优化的MCS方案和发送功率进行数据帧的发送。接收节点根据调制编码方案MCSOPT和所需传输比特数Brequest计算发送数据包实际所需的时间长度Tdata。移动自组织网络需要保证与以太网及IEEE802.11等经典无线接入网络的兼容，一种移动自组织网络结构如图1所示。因此本专利技术通过在IEEE802.11规定的无线接入协议基础上，增加RTS/CTS的信道估计、控制信息广播等功能，使节点获得信道状态、其它节点发送状态等信息，实现联合物理层和MAC层的自适应速率选择和功率控制方案，重新设计退避算法，节点根据信道状态判断进入虚拟载波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法，其特征在于：/n第一部分：/n第一步，在有RTS/CTS机制的CSMA/CA协议基础上，发送节点先发送RTS给接收节点,其包含请求传输的比特数信息B

【技术特征摘要】
1.基于网络分配向量的移动自组织网络多用户协同发送方法，其特征在于：
第一部分：
第一步，在有RTS/CTS机制的CSMA/CA协议基础上，发送节点先发送RTS给接收节点,其包含请求传输的比特数信息Brequest；接收节点收到RTS后，回复CTS时，按照第二部分进行物理层和MAC层的联合自适应速率选择和功率控制，并由速率选择和RTS中请求的数据比特数得到数据包的时间长度Tdata；
第二步，每个节点都记录并维护一个计数器NAV，当网络中的某个节点收到发给其他节点的RTS，将修改计数器NAV＝NAV+1并相应地记录会话结束时间tend＝tcurrent+Tcts，直至经过时刻tend后计数器NAV减去1并删除对应记录tend；tcurrent为当前时刻，Tcts为CTS包的时间长度；
第三步，第三方节点侦听接收节点在反馈给发送节点的CTS包中指示数据包时长为Tdata，将预计的会话结束时间tend记录为tend＝tcurrent+SIFS+Tdata+SIFS+Tack；SIFS为短帧间间隔，Tack代表传输完一个ACK或NACK包所需的时长；若第三方节点在第二步中已侦听过对应该CTS的RTS包，并记录过tend，则此过时的tend应被新的tend所替换；
第四步，采用波束赋形技术的MIMO系统允许一跳范围内的M对用户同时传输，任何节点当其计数器NAV≥M时，认为信道繁忙，节点进入虚拟载波侦听状态，停止检测物理信道并暂停回退...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴德江，蒋轶，孙建宇，庞井明，
申请(专利权)人：江苏中利电子信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32