多节点协作传输的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及多节点协作传输的方法和系统。其中，潜在的协作节点侦听发送节点和目的节点发送的RTS分组和CTS分组，确定是否适合参与协作传输以及竞争优先级；所有的协作节点将自身的相关信息附在HTS分组内按照优先级顺序在竞争阶段发送给发送节点；发送节点利用收到信息，根据使网络寿命最长的最优化原则分配自身及协作节点参与数据传输的传输功率；发送节点根据预先分配的功率发送数据给协作节点；协作节点根据预先分配的功率发送数据给目的节点。本发明专利技术提供的方法和系统能有效控制一次数据传输中能量的消耗，有效地延长了网络的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
多节点协作传输的方法和系统
本专利技术涉及无线网络通信技术，特别涉及多节点协作传输的方法和系统。
技术介绍
在无线网络中，节点通常具有功率受限，且电量有限且不易补充的特点，因此，如何在数据传输过程中节约能量，延长网络的使用寿命显得尤其重要。影响网络寿命的因素很多，诸如，网络结构，网络协议，数据传输方式，网络寿命的定义，信道特点等等。但是，如果单单就能量的损耗途径而言，又可以简单的分为两个方面，一是数据传输过程中由于信道衰落的存在而损耗的能量，二是当网络寿命到达时由于网络中仍存在未使用的能量。在无线通信中，由于信道衰落和路径损耗，接收到的信号质量会比有线信道中的有较大下降，这是造成能量损耗的主要原因之一。为此，目前已经提出了各种抗干扰、抗噪声的无线通信技术。多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output；简称MIMO)就是其中一种利用空间分集来极大地提高信号质量的方法。但是，由于受到空间大小的限制，很难在无线网络中的一个节点上集成多天线，协作通信技术运用了MIMO的思想，通过分布在不同节点上的天线形成虚拟天线阵列以达到MIMO分集的效果。与非协作系统相比，协作通信采取某种方式通过相互独立的衰落信道传送同一信号的多个副本，由于各路径的衰落相互独立，从而只要有一条路径的信号足够强就能保证可靠通信，能获得明显的性能增益。在无线网络中，媒质接入控制(MediumAccessControl；简称：MAC)方法或者接入传输方法解决了每个移动用户或节点如何公平、快速、安全地接入使用信道，高效地共享有限的无线带宽资源的问题。MAC方法的好坏直接影响到网络吞吐量、时延、能耗等性能指标的优劣。利用协作分集在物理层提供的优势，采用协作的MAC方法可以更加合理地安排用户共享信道，提高网络性能。目前，控制网络能量损耗，延长网络寿命的方法主要包括：通过综合考虑网络中节点间的信道质量和有数据要发送的节点的剩余电量来选择某一时刻接入信道的发送节点，从而达到提高能量效率延长网络寿命的方式，但是，这种方式没有顾虑到节点传输数据接入信道的公平性，而且，当某一个节点必须要传输数据时，也没有采用任何措施来提高能量有效性。或者是，通过协作传输的方式，以香农定理为理论基础，找到使得某一次传输能量消耗最小的发送功率分配方案，但是，这种方式，没有考虑到实际传输过程中编码、调制效率的有效性，也没有考虑到网络流量分配不均衡导致的网络耗竭时浪费的剩余能量过多。再或者，通过一个协作节点，考虑信道质量因素和网络中节点剩余电量因素，确定分配功率分配方案，但是，这种方法并没有有效利用可能存在的多个备选协作节点，让网络能量在尽可能多的协作节点间分配，进而最大程度弥补由于信道衰落的独立性和网络流量的不均衡性造成能量损耗的不均匀。综上所述，现有方法没有很好的利用网络中多协作节点的优势，综合考虑信道质量和网络剩余电量分布因素，同时没有与之相匹配的性能优良的MAC方法，从而，不能很好地提高网络的能量效率延长网络寿命。
技术实现思路
本专利技术提供一种多节点协作传输的方法和系统，特别地提供一种基于功率控制的多节点协作传输的方法和系统，用以解决上述现有技术中没有有效利用网络中存在的多协作节点，综合考虑信道质量和网络剩余电量分配因素，同时没有与之匹配的MAC方法而导致的不能有效提高网络能量效率进而延长网络寿命的技术问题。本专利技术提供的多节点协作传输的方法和系统主要是，潜在的协作节点侦听发送节点和目的节点发送的RTS分组和CTS分组，确定是否适合参与协作传输以及竞争优先级；所有的协作节点将自身的相关信息附在HTS分组内按照优先级顺序在竞争阶段发送给发送节点；发送节点利用收到信息，根据使网络寿命最长的最优化原则分配自身及协作节点参与数据传输的传输功率；发送节点根据预先分配的功率发送数据给协作节点；协作节点根据预先分配的功率发送数据给目的节点。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供一种多节点协作传输的方法，该多节点协作传输的方法为基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括:每个潜在的协作节点侦听发送节点发送的请求发送(ReadyToSend，以下简称RTS)分组和目的节点发送的清除发送(ClearToSend，以下简称CTS)分组，据此估计自身与发送节点间的信道增益hSR和自身与目的节点间的信道增益hRD。如果该潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR满足阈值条件，则该潜在的协作节点可以作为协作节点进行协作传输；否则该潜在的协作节点不参与协作传输；协作节点根据其与目的节点间的信道增益hRD计算在竞争阶段的发送帮助发送分组HTS(HelptoSend)分组前的退避时间，协作节点根据所计算出的退避时间向发送节点发送HTS分组；如果协作节点接收到协作请求发送分组CRTS(CooperativeReadyToSend)分组，则协作节点根据CRTS分组中包含的发送功率分配方案转发DATA分组；如果协作节点接收到发送确认分组ACK(Acknowledge)分组，完成协作传输。其中阈值条件为参与协作传输要的接收信噪比阈值条件。根据下述公式判断该潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR是否满足参与协作传输要的接收信噪比阈值条件：其中，Pmax为节点最大发送功率，γ为在指定速率下可以达到要求误码率的接收信噪比阈值，N0为噪声功率谱密度。按照下述公式计算协作节点根据其与目的节点间的信道增益hRD计算在竞争阶段的发送HTS分组前的退避时间ti：其中E0为网络中节点的初始电量，为所述第i个潜在协作节点当前剩余电量，Pmax为节点最大发送功率，T为DATA分组传输所用时间，为所述第i个潜在协作节点和所述目的节点间的信道增益，Ts为竞争阶段中预期的最大退避时间。协作节点在退避的同时侦听其他协作节点是否在发送HTS分组，如果侦听到，则暂停退避及时，并在侦听到的HTS分组发送完成后，继续退避计时，退避计时结束后发送该协作节点的HTS分组，即退避时间最短(优先级排在第一位)的协作节点在竞争阶段开始后开始退避时间计时，并在退避时间t1后发送HTS分组，退避时间第二短(优先级排在第二位)的协作节点在竞争阶段开始后开始退避时间计时，在侦听到优先级排在第一位的协作节点发送HTS分组时暂停计时，并在优先级排在第一位的协作节点完成HTS分组发送后，重新计时，在优先级排在第一位的协作节点完成HTS分组发送后的t2-t1，优先级排在第二位的协作节点发送HTS分组；以此类推。如果协作节点发送的HTS分组的数目与预期参与协作传输的最大的协作节点数相同，则竞争阶段结束；如果出现空闲退避等待时间TE，则竞争阶段结束；或者如果有两个协作节点之间发送的HTS分组发生冲突，则根据退避时间在发生冲突的两个协作节点之后发送HTS分组的协作节点在侦听到发送节点发送的NRTS分组后，不再进行退避计时，退出竞争阶段，发生冲突的两个协作节点在侦听到NRTS分组后，随机选择时间重新发送HTS分组，竞争阶段结束。其中，空闲后退时间超过TE计算公式为：其中M为预期参与协作传输的最大协作节点数目，i为上一个发送HTS分组的协作节点数，Ts为竞争阶段最长预期时间，ti为第i的协作节点发送HTS分组前的后退等待时间。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多节点协作传输的方法，其特征在于，所述方法是基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括以下步骤：?每个潜在的协作节点根据RTS分组和CTS分组，估计出该潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR以及该潜在的协作节点与目的节点间的信道增益hRD；?如果信道增益hSR满足阈值条件，则该潜在的协作节点可以作为协作节点参与协助传输，否则该潜在的协作节点不参与协作传输；?协作节点计算在竞争阶段中发送HTS分组前的退避时间，协作节点根据所计算出的退避时间在竞争阶段中向发送节点发送HTS分组；?如果协作节点接收到发送节点发送的CRTS分组，则协作节点根据CRTS分组中包含的发送功率分配方案转发DATA分组；?如果协作节点接收到发送确认分组ACK分组，则完成协作传输。

【技术特征摘要】
1.一种多节点协作传输的方法，其特征在于，所述方法是基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括以下步骤：每个潜在的协作节点根据请求发送RTS分组和清除发送CTS分组，估计出该潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR以及该潜在的协作节点与目的节点间的信道增益hRD；如果信道增益hSR满足阈值条件，则该潜在的协作节点可以作为协作节点参与协助传输，否则该潜在的协作节点不参与协作传输；协作节点计算在竞争阶段中发送帮助发送HTS分组前的退避时间，协作节点根据所计算出的退避时间在竞争阶段中向发送节点发送HTS分组；如果协作节点接收到发送节点发送的协作请求发送CRTS分组，则协作节点根据CRTS分组中包含的发送功率分配方案转发DATA分组；如果协作节点接收到发送确认分组ACK分组，则完成协作传输。2.如权利要求1所述的多节点协作传输的方法，其特征在于，协作节点在竞争阶段中退避的同时侦听其他协作节点是否发送HTS分组，如果侦听到，则暂停退避计时，并在侦听到的HTS分组发送完成后，继续退避计时，退避计时结束后发送该协作节点的HTS分组，如果协作节点发送的HTS分组的数目与预期参与协作传输的最大的协作节点数相同，则竞争阶段结束；如果出现时间长度为TE的空闲退避等待时间，则竞争阶段结束；或者如果有两个协作节点之间发送的HTS分组发生冲突，则根据退避时间在发生冲突的两个协作节点之后发送HTS分组的协作节点在侦听到发送节点发送的否认请求发送NRTS分组后，不再进行退避计时，退出竞争阶段，发生冲突的两个协作节点在侦听到NRTS分组后，随机选择时间重新发送HTS分组，竞争阶段结束。3.一种多节点协作传输的方法，其特征在于，所述方法是基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括以下步骤：如果发送节点有数据发送，则向目的节点发送RTS分组；如果发送节点收到目的节点回复的CTS分组，则开始竞争阶段计时；如果在竞争阶段收到了协作节点发送的HTS分组，则发送节点计算发送节点和协作节点发送DATA分组的发送功率分配方案；发送节点将包含有发送功率分配方案的CRTS分组发送给协作节点；发送节点按照发送功率分配方案向目的节点发送DATA分组；如果发送节点收到ACK分组，则完成传输；在接收协作节点发送HTS分组的竞争阶段，还包括发送节点判断其所接收到的HTS分组是否冲突，如果不冲突，继续接收协作节点发送的HTS分组，直至竞争阶段结束；如果冲突，则发送NRTS分组至协作节点，当发送节点接收到重传的HTS分组后竞争阶段结束。4.一种多节点协作传输的方法，其特征在于，所述方法是基于功率控制的多节点协作传输的方法，包括以下步骤：如果发送节点有数据发送，则向目的节点发送RTS分组；目的节点收到发送节点发送的RTS分组后，向发送节点回复CTS分组；发送节点在收到目的节点回复的CTS分组后，开始竞争阶段计时；每个潜在的协作节点根据RTS分组和CTS分组，估计出该潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR以及该潜在的协作节点与目的节点间的信道增益hRD；如果信道增益hSR满足阈值条件，则该潜在的协作节点可以作为协作节点参与协助传输，否则该潜在的协作节点不参与协作传输；协作节点计算在竞争阶段中发送HTS分组前的退避时间，协作节点根据所计算出的退避时间在竞争阶段中向发送节点发送HTS分组；发送节点在竞争阶段接收并解码协作节点发送的HTS分组，计算发送节点和协作节点发送DATA分组的发送功率分配方案，并将包含有计算出的发送功率分配方案的CRTS分组发送给协作节点；发送节点按照发送功率分配方案计算的发送节点数据发送功率，将DATA分组发送给协作节点和目的节点；协作节点接收发送节点发送的CRTS分组，获取相应的发送功率；协作节点接收发送节点发送的DATA数据，并根据获取的发送功率转发DATA分组给目的节点；目的节点将从发送节点接收的DATA分组和协作节点接收的DATA分组进行联合解码，如果成功则向发送节点和协作节点发送确认分组ACK，完成传输。5.一种多节点协作传输的系统，其特征在于，所述系统是基于功率控制的多节点协作传输的系统，其包括协作节点，协作节点包括判断模块、HTS分组发送模块、功率分配方案接收模块、数据分组接收模块、数据分组转发模块、以及数据分组重发模块，其中，判断模块用于侦听RTS分组和CTS分组，并根据侦听到的RTS分组和CTS分组，估计出潜在的协作节点与发送节点间的信道增益hSR以及与目的节点间的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，黄博，刘锋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
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