CN101742559B - ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法，保留了PRP-MAC的时间结构，其控制分组CTS的两种类型为无冲突CTS-N和有冲突CTS-C，无需任何算法计算最大可容许传输数据流个数，可在网络中同时传输数据流个数超过2个时，在等待RTS分组期间，利用载波侦听结果判断出不发生冲突的前提下最大可传输数据流的个数。实际应用中，本发明比PRP-MAC协议更简单易行。解决了当网络中的发送节点数目增加，同时传输数据流个数超过2个时，节点会由于CTS分组和DATA分组碰撞而不能正常接收数据流导致网络的通过量下降延及系统性能降低的技术问题。本发明可很好地工作于各种情况下的网络。随着网络规模增大，本发明IPRP-MAC协议的传输效率将会进一步提高。
Description
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，主要涉及多输入多输出(MIMO)技术和无线多跳自组织网络多址接入领域，具体是一种新的ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，移动ad hoc网络(Mobile Ad hoc NETwork，MANET)被认为是最关键的技术之一。由于其基于节点的分布式控制，并且不需要任何基础设施，所以MANET得到了很大的关注和应用。另外，为了达到MANET网络高速通信的目的，MIMO技术也得到了越来越多的关注和应用，同时也出现了很多适用于MIMO的多址接入协议，参见IEEE Globecom 2004，vol.5，pp.2765-2769，Nov.-Dec.2004.中J.C.Mundarath，P.Ramanathan and B.D.Van Veen，“NULLHOC：A MACProtocol for Adaptive Antenna Array Based Wireless Ad Hoc Networks inMultipath Environments，”、IEEE ICC 2005，vol.5，pp.3642-3646，May 2005.中J.S.Park，A.Nandan，M.Gerla and H.Lee，“SPACE-MAC：Enabling SpatialReuse Using MIMO Channel-Aware MAC，”、Proceeding of IEEE Globecom 2005，vol.5，pp.2870-2874，Nov.-Dec.2005.中M.Park，S.-H.Choi and S.M.Nettles，“Cross-layer MAC Design for Wireless Networks Using MIMO，”以及IEEE ICC2007：pp.3295-3300.中Shirasu.M.，Sasase.I的文章“A MAC Protocol forMaximum Stream Allocation Depending on the Number of Antennas and ReceivedRTS Packets in MIMO Ad Hoc Networks，”所提及。
现有技术Parallel RTS Processing(PRP)-MAC，是一种适合多跳ad hoc网络的支持MIMO的多址接入协议。在该协议中，一个节点接收到一个RTS分组后将要等待另一个RTS分组从而可以在接收到2个RTS分组后决定出可以传输的最大数据流，在通信过程中可以实现最大数目的数据流传输。PRP-MAC协议可以使得传输数据流的数目最大并且不用考虑RTS分组包的冲突，通过算法，也可以实现最大数目数据流的传输可以不考虑每个节点的天线数目和邻节点的传输需求。虽然该技术是一种在ad hoc网络中支持MIMIO的很有吸引力的协议，但是其也存在一些缺点，当网络中的发送节点数目增加，同时传输数据流的个数超过2个时，节点会由于CTS分组和DATA分组的碰撞而不能正常接收数据流从而导致网络的通过量下降，系统性能降低。
本发明项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关或一样的报道和文献。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术或方法存在的缺点，提供一种CTS分组和DATA分组不会发生冲突，有效提高网络在多个数据流同时传输的情况下的吞吐量，提高网络性能，降低单位数据包的控制字节，同时实现网络的性能不受RTS分组碰撞和邻节点的传输需求影响的ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法。
下面对本发明进行详细说明。
本发明要解决的技术问题是，针对技术“PRP-MAC”在网络规模和同时发送的节点数目增加的条件下，即同时传输数据流个数增加的条件下，网络中CTS分组和DATA分组可能发生冲突，不能有效工作，提出一种改进的并行RTS处理多址接入协议，定义为Improved Parallel RTS Processing-MAC，即IPRP-MAC。
本发明是一种ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法，保留了PRP-MAC的时间结构，具有RTS分组、两种类型的CTS分组及ACK分组，定义一个控制分组时隙为一个基本的时间单元，每个控制分组都在最小退让时隙中，在CSMA/CA的基础上随机接入信道，其特征在于：所述控制分组CTS的两种类型为以下两种类型：一种是无冲突CTS-N即“CTS-Non collision”，另一种是有冲突CTS-C即“CTS-Collision”，如果该节点接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙的开始时刻开始发送数据，如果该节点收到CTS-C分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻开始发送数据，能够在网络同时传输数据流个数超过2个的情况下，在等待RTS分组的期间，利用载波侦听结果，判断出不发生冲突的最大可传输数据流的个数，并分配使用天线以避免冲突，进而提高网络通过量，无需经算法计算。
本发明在Parallel RTS Processing(PRP)-MAC(并行RTS处理)多址接入协议基础上，修改了控制分组CTS和信号流程，使其能够在等待RTS分组的期间，利用载波侦听的结果，判断出在不发生冲突的前提下最大可传输数据流的个数。前提是在当前网络中，所有的1跳邻节点均在通信范围之内并且2跳邻节点都在载波侦听的范围内。因为本发明保留了PRP-MAC的时间结构，具有RTS分组、两种类型的CTS分组及ACK分组，定义一个控制分组时隙为一个基本的时间单元，因此本发明在实现最大数据流传输时，同样不必考虑RTS分组包的冲突。又因为本发明修改了控制分组CTS和信号流程，可实现无冲突的最大数目数据流成功传输，无需经过算法计算，就可以不考虑每个节点的天线数目和邻节点的传输需求，相对于现有技术更加简单，易行。
现有技术“PRP-MAC”虽然可以根据收到的两个RTS分组以及相关算法协同来决定发送节点可以使用数据流数，但是其仅能较有效地适用于网络中数据流的个数不超过2个的情况下。当网络中同时传输数据流的个数超过2个时，网络中因CTS分组和DATA分组可能发生碰撞从而导致有些节点无法正常接收数据流。
本发明中有RTS分组、两种类型的CTS分组以及ACK分组。在本发明中，RTS分组同样用于通知发送需求和发送端可以容许发送的最大数据流的个数，为了使得系统的通过量最大，即容许发送的最大数据流的个数等于节点处的天线数目。
本发明中控制分组CTS仍分成两种类型，但为了使得其能够克服PRP-MAC只能适用于节点规模较小，网络中数据流的个数不超过2个的缺点，将PRP-MAC协议中的CTS-D和CTS-S修改为CTS-N和CTS-C。由于接收节点根据收到的两个RTS分组及载波侦听的结果可以提前预知到将来可能发生的冲突，并将以上结果作为确定回复CTS分组类型的依据，发送节点可以根据收到的CTS分组类型，判断出可以发送的最大的数据流数，合理的分配用于传输数据流的天线，避免了CTS分组和DATA分组的碰撞，提高了网络的通过量。
ACK分组是接收节点在成功接收到发送节点向该节点发送的数据分组之后向发送节点回复的确认控制分组。
本发明的实现还在于：本发明的CTS-N分组用于如下情况：一个节点只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，CTS-N分组向发送节点表明此时可以使用全部数目的天线进行数据传输；CTS-C分组用于如下情况：如果一个节点不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在以上这两种情况下，为了避免冲突，CTS-C分组向发送节点表明此时应该用一半的天线数目进行发送。这里的目的节点是发送节点期望最终接收其发送数据的接收节点。
本发明在同时传输的数据流超过2个时，能够预先判断潜在的冲突可能，分配传输天线，避免冲突，这两种类型的CTS控制分组用于决定发送节点可以使用天线数目，从而可以使得在网络中同时传输数据流的个数超过2个时节点发送数据流数最大化。
本发明的实现还在于：其具体的信号流程包括：
(1)发送节点U如果有业务需要发送，它首先载波侦听信道，向接收节点V发送RTS分组进行信道预约，等待接收节点V的反馈；
(2)若接收节点V只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-N分组，表明此时发送节点U可以使用全部数目的天线进行数据传输；
(3)若接收节点V不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在这两种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-C分组，表明此时为了不发生冲突，发送节点U应该使用一半数目的天线进行数据传输；
(4)如果发送节点U接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部数目的天线发送数据；
(5)如果发送节点U接收到的CTS-C分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻用一半数目的天线发送数据；
(6)若接收节点V成功接收数据分组，则该接收节点V将在下一个控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功；
(7)若接收节点V成功接收数据分组，为了避免与其他接收节点发送的ACK分组冲突，该接收节点V将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功。
本发明在不增加设备，不增加处理和计算的情况下，提高了网络容许通过量，而且在信号流程中还省略了算法计算过程。
通过以上信号流程，本发明不仅能够在同时传输的数据流的个数不超过2个的情况下很好的工作，还可以很好的工作在同时传输的数据流的个数较多的情况下。
由于本发明对PRP-MAC进行修改，保留了PRP-MAC的时间结构，修改了控制分组CTS，使其能够在等待RTS分组的期间，利用载波侦听的结果，判断出在不发生冲突的前提下最大可传输数据流的个数。本发明的IPRP-MAC协议不需要利用任何算法计算最大可容许传输数据流的个数，实际应用中，IPRP-MAC协议与PRP-MAC协议相比，更加简单易行。在同时传输的数据流的个数不超过2个的情况下，本发明IPRP-MAC的工作效率与PRP-MAC接近；当网络节点规模增大，同时传输的数据流的个数较多的情况下，本发明IPRP-MAC的工作效率要高于PRP-MAC。随着网络规模增大，本发明IPRP-MAC协议的传输效率将会进一步提高。本发明IPRP-MAC可以很好的工作于各种不同网络拓扑结构的网络中，且不需增加新的设备和设施。
附图说明：
图1是本发明IPRP-MAC的时隙结构示意图；
图2是现有技术PRP-MAC在同时传输2个数据流的情况下的工作流程示意图，也是实施例2中叙述的现有技术的工作流程示意图；
图3是现有技术PRP-MAC在同时传输数据流个数超过2个的情况下，发生冲突示意图；
图4是本发明IPRP-MAC在同时传输数据流个数超过2个的情况下，解决冲突工作流程示意图；
图5a是现有技术PRP-MAC在2个同时传输数据流目的节点相同情况下的工作流程示意图；
图5b是本发明IPRP-MAC在2个同时传输数据流目的节点相同情况下的工作流程示意图；
图6a是现有技术PRP-MAC在1个传输数据流情况下的工作流程示意图；
图6b是本发明IPRP-MAC在1个传输数据流情况下的工作流程示意图；
图7a是现有技术PRP-MAC在2个同时传输数据流目的节点不同情况下的工作流程示意图；
图7b是本发明IPRP-MAC在2个同时传输数据流目的节点不同情况下的工作流程示意图；
图8是现有技术PRP-MAC计算最大同时传输数据流个数的算法；
图9a是现有技术PRP-MAC在同时传输5个数据流个数的情况下的工作流程示意图；
图9b是本发明IPRP-MAC在同时传输5个数据流个数的情况下的工作流程示意图；
图10是本发明IPRP-MAC的信号流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
实施例1：
参见图1，本发明是一种ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法，保留了PRP-MAC的时间结构，控制分组RTS分组和ACK分组，定义一个控制分组时隙为一个基本的时间单元，每个控制分组都在最小退让时隙中，最小退让时隙也称作最小退避时隙，在CSMA/CA的基础上随机接入信道。本发明的控制分组CTS亦为两种类型，具体是以下两种类型：一种是无冲突CTS-N即“CTS-Non collision”，另一种是有冲突CTS-C即“CTS-Collision”本发明对CTS分组的修改后，可以有效利用载波侦听结果，判断出不发生冲突的最大可传输数据流的个数，无需经算法计算，就能够在网络同时传输数据流的个数超过2个的情况下，在等待RTS分组的期间，避免CTS分组和DATA分组可能发生的碰撞，解决了当网络节点规模增大，多个数据流同时传输，分组碰撞，网络吞吐量降低的技术难题。
在图1中给出本发明IPRP-MAC协议的时间结构。本发明仍然采用PRP-MAC的时间结构，仍然定义一个控制分组时隙为一个基本的时间单元。控制分组时隙比任何一种控制分组的传输时间都要长。因为传输数据分组的持续时间要远远长于一个控制分组时隙，数据分组将通过多个控制分组时隙来传输。每个控制分组都在最小退让时隙中，在CSMA/CA的基础上随机接入信道。为了避免RTS和其他分组的冲突，CTS分组，数据DATA分组和ACK分组在第一个最小退让时隙中，在CSMA/CA的基础上随机接入信道。RTS分组在其他的最小退让时隙中，在CSMA/CA的基础上随机接入信道。
实施例2：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例1，网络中所有的1跳邻节点均在通信范围之内并且2跳邻节点都在载波侦听的范围内，参见图4。本发明中CTS-N分组用于如下情况：一个节点只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，CTS-N分组向发送节点表明此时可以使用所有数目的天线进行数据传输；CTS-C分组用于如下情况：如果一个节点不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在以上两种情况下，为了避免冲突，CTS-C分组向发送节点表明此时应该用一半数目的天线进行发送，如果发送节点接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙的开始时刻开始发送数据，如果该节点收到CTS-C分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻开始发送数据，也就是间隔了一个控制分组时隙，见图4。
参见图2和图3，利用拓扑结构如图2、3所示的网络来分别说明现有技术PRP-MAC工作的具体过程及缺点，假设在图2、3所示的网络中，所有的1跳邻节点均在通信范围之内并且2跳邻节点都在载波侦听的范围内；本例中，每个节点均有4个天线；每个图表的左边的箭头表示了数据分组的流向；将两个刚刚发送完RTS分组的控制分组时隙分别定义为第一CTS时隙和第二CTS时隙，参见图2。
在图2中，节点A、C分别想要向节点B、D发送数据，根据PRP-MAC协议，发送节点A、C在CSMA/CA机制下，分别在最小退让时隙中发送RTS分组。节点A先发送一个RTS分组，节点C此时载波侦听到了节点A在第一个控制分组时隙发送的RTS分组，所以节点C此时不能发送，只能等到第二个控制分组时隙发送一个RTS分组。在PRP-MAC中，控制分组CTS分为两种类型，具体是CTS-S分组和CTS-D分组。根据PRP-MAC，因为接收节点可能在第一个CTS时隙也可能在第二个CTS时隙内接收到RTS分组，所以节点B在等待回复CTS分组的时候，必须要等到节点A的第二个CTS时隙结束。节点B在节点A的第二个CTS时隙收到了一个目的节点为D的RTS分组，根据PRP-MAC协议，节点B将向节点A回复一个CTS-D分组。节点A收到了一个目的节点为其本身的CTS-D分组，则节点A将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻开始发送数据。与此类似可得出，当节点D在等待了两个CTS时隙时只收到了一个目的节点是其本身的一个RTS分组，则节点D将向节点C回复一个CTS-S分组。节点C接收到的CTS-S分组的目的节点为其本身，则节点C将在下一个控制分组时隙的开始时刻发送数据。节点A、C分别容许传输的最大数据流数目需通过PRP-MAC协议中的算法计算出来，具体算法参见图8，在此为了避免冲突，算法是必不可少的。接收节点成功接收数据分组后，向节点C回复CTS-S分组的节点D将在下一个控制分组时隙开始时发送一个ACK分组；向节点A回复CTS-D分组的节点B将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙开始时发送一个ACK分组。至此，两个同时传输的数据流成功传输。
但是当同时传输的数据流个数超过了2个时，根据PRP-MAC协议，有些节点由于CTS分组和DATA分组可能发生碰撞并不能正常接收数据流，如图3所示，节点A、D、E分别向节点B、C、F发送数据流，也就是说此时网络同时传输的数据流是3个。图3所示，天线数为4，则同时传输的最大数据流为4，节点可以同时正确接收的最大数据流数为4，此时，节点C发送的CTS-S控制分组与节点A发送的DATA数据分组将会在节点B处发生碰撞，碰撞分组如图3中的阴影部分所示。最终，节点A向节点B发送的DATA数据分组不能成功被节点B接收，节点D向节点C发送的DATA数据分组由于节点D没有成功接收到控制分组CTS而不能向节点C发送，只有节点E向节点F发送的数据能够被节点F成功接收。
经过对PRP-MAC协议进行改进，本发明IPRP-MAC可以克服PRP-MAC协议的缺点，正常工作在同时传输的数据流个数大于2个的情况下。如图4所示，节点A、D、E分别向节点B、C、F发送数据流。在第一个控制分组时隙中，节点A、E先发送一个RTS分组，节点D此时载波侦听到了节点E在第一个控制分组时隙发送的RTS分组，所以节点D此时不能发送，只能等到第二个控制分组时隙开始时发送一个RTS分组。节点B、F在等待了两个CTS时隙时只收到了一个目的节点是它们各自本身的一个RTS分组并且同时载波侦听到了节点D传输的RTS分组，此时节点B、F将各自发送CTS-C分组，向发送节点表明下个时刻可能会发生冲突，为了避免冲突节点A、E应该在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻使用一半数目的天线进行数据传输。同理，节点C在等待了两个CTS时隙时只收到了目的节点是其本身的RTS分组，并且同时载波侦听到了节点B传输的CTS-C，所以节点C也将发送一个CTS-C分组，通知节点D将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻使用一半数目的天线开始发送数据。所以，节点A、E在第五个控制分组时隙的开始时刻分别发送2个数据流，节点D在第六个控制分组时隙的开始时刻发送2个数据流。在本例中，天线数为4，则一半的天线数目为2，最终，三个同时传输的数据流均可以成功发送与接收。以上分析可得，与PRP-MAC相比，IPRP-MAC可以有效地避免了冲突，有效提高网络在多个数据流同时传输的情况下的吞吐量。
实施例3：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例2，参见图10，
本发明具体的信号流程如下：
(1)发送节点U如果有业务需要发送，它首先载波侦听信道，向接收节点V发送RTS分组进行信道预约，等待接收节点V的反馈；
(2)若接收节点V只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-N分组，表明此时发送节点U可以使用全部数目的天线进行数据传输；
(3)若接收节点V不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在这两种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-C分组，表明此时为了不发生冲突，发送节点U应该使用一半数目的天线进行数据传输；
(4)如果发送节点U接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部数目的天线发送数据；
(5)如果发送节点U接收到的CTS-C分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻用一半数目的天线发送数据；
(6)若接收节点V成功接收数据分组，则该接收节点V将在下一个控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功；
(7)若接收节点V成功接收数据分组，为了避免与其他接收节点发送的ACK分组冲突，该接收节点V将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功。
上述流程可见，本发明不需统一时钟，且省略了算法计算的过程，简化而有效，随着网络业务的增加，本发明将冲突减到最小的优越性会更加显现。
实施例4：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例3，参见图9，
图9给出了IPRP-MAC协议及PRP-MAC协议工作在10个节点的网络环境下的工作流程示意，此时有5个节点同时有数据业务需要发送。图9a所示是网络利用PRP-MAC协议工作，由于PRP-MAC协议在向发送节点回复CTS分组的时候没有载波侦听，所以不能避免可能发生的CTS分组与DATA数据分组碰撞，使得网络中只有一个节点的数据业务能够成功发送，也即此时网络的通过数据流量为4。而在图9b中，由于对CTS分组进行了改进，使得5个节点同时发送的5个并行数据流均能同时成功的发送，此时网络的通过量大大的提高，也即此时网络的通过量为10。与PRP-MAC协议相比，在相同的网络情况下，IPRP-MAC协议使得网络的通过量提高了150％，依此可推，当网络规模增大时，使用本发明的IPRP-MAC协议优势就越明显，也即IPRP-MAC协议的效率会随着网络的规模增大而增大。
实施例5：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例3，参见图5。
在同时传输的数据流的个数不超过2个的情况下，IPRP-MAC也有很好的效率。我们首先给出现有技术PRP-MAC在2个同时传输的数据流向同一个目的节点发送的情况下的工作流程示意图，如图5a所示。然后再给出在相同场景情况下IPRP-MAC的工作过程及结果，如图5b所示。从以上两图对比可以得出，IPRP-MAC可以获得与PRP-MAC的同样的工作结果。
实施例6：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例3，参见图6。
在同时传输的数据流的个数为1个的情况下，本发明IPRP-MAC也有很好的效率。图6a所示是现有技术PRP-MAC在1个传输数据流情况下的工作流程示意图；图6b是相同场景情况下IPRP-MAC的工作过程及结果。从以上两图对比可以得出，IPRP-MAC可以获得与PRP-MAC的同样的工作结果。
实施例7：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例3，参见图7。
在同时传输的数据流的个数不超过2个的情况下，IPRP-MAC同样也有很好的效率。图7a是现有技术PRP-MAC在2个同时传输的数据流向不同目的节点发送的情况下的工作流程示意图，图7b是相同场景情况下IPRP-MAC的工作过程及结果。从以上两图对比可以得出，IPRP-MAC可以获得与PRP-MAC的同样的工作结果。
实施例8：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例3，参见图8。
PRP-MAC协议中，所有接收节点需按照其收到的CTS分组的类型和数目来最终确定其各自用于传输数据的天线数目从而来选择相应的天线数目进行传输。具体的最大可容许传输数据流需通过如图8所示的算法计算确定。而在本发明IPRP-MAC协议中，由于对CTS分组进行了改进，在发送节点处不会发生收到两种不同类型的CTS分组的情况，从而不需要利用任何算法计算最大可容许传输数据流的个数，如果发送节点U接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部数目的天线发送数据；如果发送节点U接收到的CTS-C分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻用一半数目的天线发送数据。使得在实际应用中，IPRP-MAC协议与PRP-MAC协议相比，不仅避免了传输冲突，还更加简单易行。
实施例9：
ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法同实施例1和2，参见图10、图6b及图9b。
本发明具体的信号流程如下：
(1)发送节点U如果有业务需要发送，它首先载波侦听信道，向接收节点V发送RTS分组进行信道预约，等待接收节点V的反馈；
在图9b中，节点A、D、E、G、J分别向节点B、C、F、H、I发送数据流。在第一个控制分组时隙中，节点A、E、J先发送一个RTS分组，节点D、G此时载波侦听到了节点E在第一个控制分组时隙发送的RTS分组，所以节点D、G此时不能发送，只能等到第二个控制分组时隙发送一个RT分组。在以上过程中，发送节点A、D、E、G、J在载波侦听的基础上，向接收节点B、C、F、H、I发送RTS分组进行信道预约，并等待接收节点B、C、F、H、I的反馈。
(2)若接收节点V只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-N分组，表明此时发送节点U可以使用全部数目的天线进行数据传输；
在图9b中，接收节点B、C、F、H、I均不符合以上条件，所以均不会向发送节点A、D、E、G、J回复一个CTS-N分组。而在图6b中，接收节点B只接收到1个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，该接收节点B向发送节点A回复一个CTS-N分组，表明此时发送节点A就可以使用全部数目的天线进行数据成功传输。
(3)若接收节点V不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在这两种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-C分组，表明此时为了不发生冲突，发送节点U应该使用一半数目的天线进行数据传输；
在图9b中，接收节点B、C、F、H、I均符合以上条件，所以此时接收节点B、C、F、H、I将各自向发送节点A、D、E、G、J回复一个CTS-C分组，向发送节点表明下个时刻可能会发生冲突，为了避免冲突发送节点A、D、E、G、J应该使用一半数目的天线在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻进行数据传输。
(4)如果发送节点U接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部数目的天线发送数据；
在图9b中，所有发送节点均不符合以上条件，所以均不会在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部的天线发送数据。而在图6b中，发送节点A接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该发送节点A将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部的天线发送数据；
(5)如果发送节点U接收到的CTS-C分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻用一半数目的天线发送数据；
在图9b中，节点A、E、J在第五个控制分组时隙分别开始发送2个数据流，节点D、G在第六个控制分组时隙开始发送2个数据流。在本例中，天线数为4，则一半的天线数目为2，最终，三个同时传输的数据流均可以成功传输。
(6)若接收节点V成功接收数据分组，则该接收节点V将在下一个控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功；
在图9b中，所有接收节点均不符合以上条件，所以均不会在下一个控制分组时隙开始时向发送节点回复一个ACK分组，表明此次发送成功。而在图6b中，接收节点B成功接收数据分组后，将在下一个控制分组时隙开始时向发送节点A回复一个ACK分组，表明此次发送成功。
(7)若接收节点V成功接收数据分组，为了避免与其他接收节点发送的ACK分组冲突，该接收节点V将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功。
在图9b中，接收节点B、C、F、H、I均符合以上条件，所以此时接收节点B、F、I将在第七个控制分组时隙向发送节点A、E、J回复一个ACK分组，其他节点发送的ACK分组冲突接收节点C、H将在第八个控制分组时隙向发送节点D、G回复一个ACK分组。
至此，图9b中的所有发送节点的数据均成功发送。与图9a所示的PRP-MAC协议的工作实例结果相比，图9b所示的IPRP-MAC有效避免冲突，省略了传输数据流数的计算过程，提高网络在多个数据流同时传输情况下的吞吐量。
实施例10：
由于在ad hoc网络中，节点是移动的，所以网络拓扑结构也是变化的，但是只要节点能够在等待RTS分组的期间，利用载波侦听的结果，就可以判断出在不发生冲突的前提下最大可传输数据流的个数，从而正确的选择发送数据的天线的数目，与网络的拓扑结构无关，即本发明IPRP-MAC协议可以非常有效的工作于ad hoc网络中，其具体的工作流程与图10相同。
Claims (2)
1.一种ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法，保留了PRP-MAC协议的时间结构，具有RTS分组、两种类型的CTS分组及ACK分组，定义一个控制分组时隙为一个基本的时间单元，每个控制分组都在最小退让时隙中，在CSMA/CA的基础上随机接入信道，其特征在于：所述控制分组CTS的两种类型为以下两种类型：一种是无冲突CTS-N即“CTS-Non collision”，另一种是有冲突CTS-C即“CTS-Collision”，能够在网络同时传输数据流的个数超过2个的情况下，在等待RTS分组的期间，利用载波侦听结果，判断出不发生冲突的最大可传输数据流的个数，并分配使用天线数量以避免冲突，无需经算法计算，具体的信号流程包括：
(1)发送节点U如果有业务需要发送，它首先载波侦听信道，向接收节点V发送RTS分组进行信道预约，等待接收节点V的反馈；
(2)若接收节点V只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-N分组，表明此时发送节点U可以使用全部数目的天线进行数据传输；
(3)若接收节点V不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在这两种情况下，接收节点V向发送节点U回复一个CTS-C分组，表明此时为了不发生冲突，发送节点U应该使用一半数目的天线进行数据传输；
(4)如果发送节点U接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙的开始时刻用全部数目的天线发送数据；
(5)如果发送节点U接收到的CTS-C分组的目的节点是其本身，则该发送节点U将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻用一半数目的天线发送数据；
(6)若向发送节点U回复CTS-N分组的接收节点V成功接收数据分组，则该接收节点V将在下一个控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功；
(7)若向发送节点U回复CTS-C分组的接收节点V成功接收数据分组，为了避免与其他接收节点发送的ACK分组冲突，该接收节点V将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻向发送节点U回复一个ACK分组，表明此次发送成功。
2.根据权利要求1所述的ad hoc网络中支持MIMO的并行RTS处理多址接入方法，其特征在于：所述CTS-N分组用于如下情况：一个节点只接收到1个或者2个向该节点发送的RTS分组，同时并没有载波侦听到其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，CTS-N分组向发送节点表明此时可以使用所有的天线进行数据传输；CTS-C分组用于如下情况：如果一个节点不仅接收到了目的节点是其本身的RTS分组，也接收到了向其他目的节点发送的RTS分组，或者只接收到目的节点是其本身的RTS分组但是同时载波侦听到了其他节点之间传输的RTS分组，在这种情况下，为避免冲突，CTS-C分组向发送节点表明此时应该用一半的天线数目进行发送；如果发送节点接收到的CTS-N分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙的开始时刻开始发送数据，如果该节点收到CTS-C分组的目的节点是其本身，则该节点将在下一个控制分组时隙之后的控制分组时隙的开始时刻开始发送数据。
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