CN102123011A - 多速率协作媒质接入控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多速率协作媒质接入控制方法和装置，发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组，判断接收节点是否成功接收数据分组，如果是，结束流程，否则，接收节点设定当前竞争速率，每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，判断自身到接收节点的速率是否为当前竞争速率，如果是，向接收节点竞争发送准备帮助RH分组以确定协作节点，接收节点判断是否成功确定协作节点，如果是，协作节点向接收节点发送数据分组，否则，返回接收节点设定当前竞争速率的步骤。采用本发明的多速率协作媒质接入控制方法和装置，能够保证数据传输的有效性并且缩短了传输时延。

Description

多速率协作媒质接入控制方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种多速率协作媒质接入控制(Medium Access Control，简称MAC)方法和装置。

背景技术

MAC方法用于多个节点或用户快速、高效、公平、可靠地共享信道资源，因此对网络吞吐量和时延等性能指标具有重要影响。在无线通信中，为了减小多径衰落的不利影响，采用分集传输，发送节点通过衰落相互独立的信道传送同一信号的多个副本，接收节点合并各信道的信号，以此保证可靠通信。在上述分集传输中，需要采用协作MAC方法控制用户共享信道，从发送节点与接收节点之间的中间节点中选择协作节点，发送节点通过协作节点将信号发送给接收节点。

目前，协作MAC方法按照协作的发起方式分为以下三类：第一类协作MAC方法由发送节点发起；第二类协作MAC方法由协作节点发起；第三类协作MAC方法由接收节点发起。

在由发送节点发起的协作MAC方法中，发送节点通过发送经过修改的发送请求(Request to Send，简称RTS)分组发起协作中继过程。经过修改的RTS分组通常称为协作RTS(Cooperative RTS，简称CRTS)分组，CRTS分组中包括一个被选定的协作节点的地址。被选定的协作节点根据相邻节点的通信状态以及自身的信道条件判断是否可以通过提供协作中继来提高传输性能，如果可以，则发送协作发送确认(CooperativeClear to Send，简称CCTS)分组以确认协作；如果不可以，则发送节点将数据分组直接发送给接收节点。现有的合作式MAC(Cooperative MAC，简称CoopMAC)方法即为一种发送节点发起的协作MAC方法。在该方法中，每个节点各自维护一个协作表，记录有可能作为协作节点的中间节点。协作表的建立与更新通过侦听信道中所有的分组发送来实现。满足的中间节点将被记录在发送节点的协作表中，其中，R_sh是发送节点与中间节点之间的发送速率，R_hd是中间节点与接收节点之间的发送速率，R_sd是发送节点与接收节点之间的发送速率。发送节点在发送数据分组之前，先检查自己的协作表，然后从中选择出一个可以使数据传输时间最短的中间节点作为协作节点，当存在多个可以使数据传输时间最短的中间节点时，选择最新更新的中间节点作为协作节点，并向其发送CRTS分组，被选定的协作节点再判断是否可以通过协作中继来提升传输性能，如果可以则发送协作中继(Helper-to-Send，简称HTS)分组确认协作。CoopMAC方法由发送节点在所储存的协作表中事先选定了一个协作节点，其中，由于有关协作节点的信息为发送节点侦听以前的数据传输过程所获得的，因此有关协作节点的信息为历史记录，一旦所选的协作节点的状态发生变化，则不能够缩短数据传输时间，所以，这一方法无法适应无线网络中信道状态和拓扑结构的动态变化，当信道状态和拓扑结构发生变化时，无法保证有效的数据传输。

在由协作节点发起的协作MAC方法中，所有中间节点根据发送节点与接收节点交互的控制信息，获得自身到发送节点与接收节点的数据传输速率的即时信息，判断是否可以帮助缩短数据分组传输的时间，参与协作中继。由协作节点发起的协作MAC方法相对于由发送节点发起的协作MAC方法，在应对信道变化方面有了一定的改善。基于协作中继的自动速率调整(Cooperative Relay-Based Auto Rate，简称CRBAR)MAC方法即为一种协作节点发起的方法。在此方法中，所有中间节点从侦听到的修改过的RTS或CTS分组中获取它到发送节点与接收节点的实时信道状态情况，进而计算它与发送节点与接收节点之间的速率，在满足

的条件下，中间节点通过竞争确定协作节点。在此方法中，所有中间节点在每个微时隙开始时都参与竞争，在中间节点数目较多的情况下，由冲突导致协作失败的可能性很大，因此无法保证有效的数据传输。

在由接收节点发起的协作MAC方法中，发送节点向接收节点发送数据分组后，由接收节点反馈接收结果。如果接收节点反馈的结果表示接收失败，则发起协作中继。坚持型中继的载波侦听多址接入(PersistentRelay Carrier Sensing Multiple Access，简称PRCSMA)方法即为一种由接收节点发起的采用自动请求重传(Automatic Repeat reQuest，简称ARQ)机制的协作MAC方法。发送节点首先向接收节点发送数据分组，接收节点接收数据分组失败后，发送请求协作(Claim for Cooperation，简称CFC)分组向周围节点反馈接收数据分组失败信息，所有满足

条件的中间节点开始以坚持型接入策略向接收节点发送数据分组，直至接收节点可以正确解码该分组。该过程中，所有节点侦听传输过程并保留它所能解码的数据分组。这一方法虽然有效地保证了接收节点接收到数据分组的有效性，但是，由于所有满足条件的中间节点都参与协作直至接收节点发送确认(ACK)分组，与由发送节点发起的协作MAC方法和由协作节点发起的协作MAC方法相比，会占用更多的信道资源，产生更大的传输时延。

总之，采用现有的协作MAC方法，不能很好地保证数据传输的有效性和减小数据传输时延。

发明内容

本发明提供一种多速率协作MAC方法，用以解决现有技术中的缺陷，保证有效的数据传输并缩短传输时延。

本发明提供一种多速率协作MAC装置，用以解决现有技术中的缺陷，保证有效的数据传输并缩短传输时延。

本发明提供一种多速率协作MAC方法，包括：

A.发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组，判断所述接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤B；

B.所述接收节点设定当前竞争速率；

C.每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，执行步骤D，否则，该中间节点退出流程；

D.中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，如果是，中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助(RH)分组，以确定协作节点，否则，该中间节点退出流程；

E.所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点，如果是，执行步骤F，否则，返回执行步骤B；

F.所述协作节点向所述接收节点发送所述数据分组。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述步骤A之前还包括：

所述发送节点向所述接收节点发送协作发送请求(CRTS)分组；

所述接收节点判断是否正确接收所述CRTS分组，如果是，向所述发送节点回复协作发送确认(CCTS)分组，否则，不发送CCTS分组；

所述发送节点判断是否收到CCTS分组，如果是，执行所述步骤A，否则，不发送数据分组。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述发送节点向所述接收节

点发送协作发送请求(CRTS)分组包括：

所述发送节点从自身的协作表中选择初始速率；

所述发送节点在所述CRTS分组中携带所述初始速率发送给所述接收节点；

所述发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组包括：所述发送节点以所述初始速率向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述发送节点从自身的协作表中选择初始速率包括：

所述发送节点首次传输数据分组时，所述初始速率为所在标准下的最高数据传输速率；

所述发送节点非首次传输数据分组时，所述发送节点根据所述协作表自适应地确定所述初始速率。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述步骤A包括：

所述发送节点向所述中间节点和所述接收节点传送数据分组；

所述接收节点判断是否成功解码所述数据分组，如果是，向所述发送节点和所述中间节点回复肯定确认(ACK)分组，否则，向所述发送节点和所述中间节点回复否定确认(NACK)分组；

所述发送节点和所述中间节点判断接收到ACK分组或NACK分组，如果接收到ACK分组，结束流程，如果接收到NACK分组，执行所述步骤B。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述步骤D包括：

D1.所述中间节点从所指定个数的微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙；

D2.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙之前是否收到中继确认(RACK)分组，如果是，结束流程，否则，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙之前的一个RH微时隙上是否有其它中间节点发送RH分组，如果是，执行步骤D3，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙发送RH分组；

D3.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙的下一个时隙发送RH分组。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，步骤D1所述中间节点从所指定个数的微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙包括：

所述发送节点在发送数据分组之前，通过CRTS分组向所述接收节点发送协作表中非空的具有最高两级发送速率的协作节点个数；

所述接收节点在发送NACK分组、RNACK分组或重试指示(RI)分组时根据当前竞争速率级别的协作节点的个数确定所述竞争微时隙个数。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，所述步骤D包括：

D1.所述中间节点从指定个数微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙；

D2.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断截止到自身所需发送RH分组的竞争微时隙的前一个微时隙，是否收到中继确认(RACK)分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤D3；

D3.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙的前一个微时隙延后指定时间内是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙发送RH分组。

如上所述的多速率协作MAC方法，其中，步骤E所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点包括：所述接收节点判断指定个数微时隙内是否接收到RH分组，如果是，确定接收到的首个RH分组对应的中间节点为协作节点，向所述发送节点回复包括所述协作节点信息的RACK分组，并执行步骤F；

步骤B包括：所述接收节点在首次设定当前竞争速率时，设定当前竞争速率为第一级数据传输速率；

所述接收节点在非首次设定当前竞争速率时，根据侦听获得的信道信息，判断中间节点的指定个数微时隙是否都为空，如果是，则所述接收节点判断当前竞争速率降低一个速率级别后是否满足缩短数据传输时间的要求，如果是，所述接收节点将当前竞争速率降低一个速率级别，向所述中间节点回复携带当前竞争速率的中继接收失败(RNACK)分组，否则，接收节点向所述中间节点回复请求直传(RDT)分组，以使发送节点以自身与接收节点之间可支持的最高数据传输速率重发数据分组；如果中间节点的指定个数微时隙不是都为空，则接收节点向所述中间节点回复重试指示(RI)分组，将指定个数微时隙增大一倍。

本发明还提供一种多速率协作MAC装置，包括：

发送节点控制单元，用于控制发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组；

第一级数据传输速率中间节点控制单元，用于接收未成功接收通知，控制每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，控制中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，否则，控制该中间节点退出流程，如果中间节点与所述接收节点之间的速率是当前竞争速率，控制中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助(RH)分组，以确定协作节点，否则，控制该中间节点退出流程；并且，用于根据来自接收节点控制单元的竞争通知，选出满足预设条件的中间节点，控制满足预设条件和当前竞争速率的中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助(RH)分组，以确定协作节点；并且，用于根据来自接收节点控制单元的协作节点确定通知，控制所述协作节点向所述接收节点发送数据分组；

接收节点控制单元，用于判断所述接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，向所述发送节点控制单元和所述中间节点控制单元发送成功接收通知，否则，向所述发送节点控制单元和所述中间节点控制单元发送未成功接收通知，设定当前竞争速率，控制所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点，如果是，向所述中间节点控制单元发送协作节点确定通知，否则，重新设定当前竞争速率并向中间节点控制单元发送竞争通知。

由上述技术方案可知，根据速率级别从中间节点中选择协作节点，由于从速率最高的中间节点中开始选择，因此缩短了数据分组传输的传输时延。并且，当未能成功确定协作节点时，经过竞争预处理过程后让中间节点重新进行竞争，直到成功确定协作节点为止，因此能够保证了数据传输的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一多速率协作MAC方法的流程图；

图2为本发明实施例二多速率协作MAC方法的流程图；

图3为本发明实施例三多速率协作MAC方法的时序示意图；

图4为本发明实施例四多速率协作MAC方法的时序示意图；

图5为本发明实施例五多速率协作MAC方法的时序示意图；

图6为本发明实施例六多速率协作MAC方法的时序示意图；

图7为本发明实施例七多速率协作MAC方法的时序示意图；

图8为本发明实施例八多速率协作MAC方法的时序示意图；

图9为本发明实施例九多速率协作MAC方法的时序示意图；

图10为本发明实施例十多速率协作MAC装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一多速率协作MAC发法的流程图。如图1所示，该方法至少包括如下过程。

步骤101：发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组，判断接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤102。

步骤102：接收节点设定当前竞争速率。

步骤103：每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，执行步骤104，否则，该中间节点退出流程。

步骤104：中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，如果是，向接收节点竞争发送准备帮助(ready help，简称RH)分组，以确定协作节点，否则，该中间节点退出流程。

步骤105：接收节点判断是否成功确定协作节点，如果是，执行步骤106，否则，返回步骤102。

步骤106.协作节点向接收节点发送上述数据分组。

在本发明实施例一中，根据速率级别从中间节点中选择协作节点，由于从速率最高的中间节点中开始选择，因此缩短了数据传输的传输时延。并且，当未能成功确定协作节点时，重新设定当前竞争速率之后让中间节点重新进行竞争，直到成功确定协作节点为止，因此能够保证数据传输的有效性。

图2为本发明实施例二多速率协作MAC方法的流程图。如图2所示，该方法包括如下过程。在如下过程进行的同时，各个节点实时进行信道侦听，以侦听周围其它节点的收发情况。

步骤201：发送节点向接收节点发送协作发送请求(Cooperative Requestto Send，简称CRTS)分组。

在此步骤中，发送节点首先从自身的协作表中选择初始数据分组的发送速率，然后放入CRTS分组中。通过发送CRTS分组，通知选定的数据传输速率R_sd，并将协作表中非空的具有最高一级发送速率的协作节点个数传递给接收节点。

其中，关于数据传输速率的级别和协作表的具体说明如下。当两个节点之间可支持的数据传输速率最大时，该速率的级别为第一级，记作R_G1。随着可支持的数据传输速率的减小，速率的级别依次为第二级R_G2、第三级R_G3、...、第n级R_Gn。表1为节点协作表。每个节点为每个相邻的节点维护表1所示的一个协作表，根据之前侦听各类分组所掌握的信道状态信息，获得它周围有可能作为协作节点的中间节点的地址以及它的R_sh和R_hd的速率等级。将R_sh＝R_Gi、R_hd＝R_Gj的中间节点归为一个集合

其中，

满足

每一次数据传输过程中，发方都通过收方发送的RACK分组中获得所使用的协作节点的地址，以及R_sh、R_hd的等级等信息，并将该协作节点添加到协作表内的相应位置的集合内，每收到一次RACK分组，协作表中的信息都进行相应的更新。

发送节点从自身的协作表中选择初始速率的方法为：当发送节点第一次向目的节点传输数据分组时，以所在标准下的最高数据传输速率R_G1发送DATA分组。并且，对于非首次发送数据分组的情况，发送节点从自身的协作表中选择的速率的方法为：在以后再向相应收方发送DATA分组时，发送节点根据协作表中的信息自适应地调整发送DATA分组的速率。比如，目前，

即，空集，无任何满足条件的协作节点，

而

则考虑将下次数据传输速率定为第二级，因为，

中的协作节点提高性能的效果与

中的一样，都优于

中的。总之，发送节点始终本着能最大缩短数据分组传输时间的原则来确定数据分组传输速率的大小。

表1.节点协作表

以美国电气和电子工程师协会(IEEE)802.11a和g标准为例进行列表说明。IEEE 802.11a和g标准的最高数据传输数率能达到54Mbps。表2为IEEE 802.11a和g标准中数据传输速率大小及数据传输速率级别对照表。如果发送节点和接收节点双方之间可支持的最高数据传输速率为1Mbps，发方在前一次传输过程中先以54Mbps进行数据传输，则此过程中R_sh大小为54Mbps，若R_hd大小只为5.5Mbps，发方根据RACK分组反馈的记录在表内的信息可以得知R_sh和R_hd的大小相差很大，这样选择的协作节点可能不是最优的，因此，下一次可以将发送DATA分组的速率降级，调整为22Mbps，如果这种情况下对应的R_hd为54Mbps或22Mbps或11Mbps，则均比原来有所提高。可以计算证明如下：

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{54}=0.063973,$ 满足 $\frac{1}{R_{\mathrm{sh}}}+\frac{1}{R_{\mathrm{hd}}}<\frac{1}{R_{\mathrm{sd}}};$

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{22}=0.090909,$ 满足 $\frac{1}{R_{\mathrm{sh}}}+\frac{1}{R_{\mathrm{hd}}}<\frac{1}{R_{\mathrm{sd}}};$

$\frac{1}{54}+\frac{1}{5.5}=0.200337>\frac{1}{22}+\frac{1}{11}=0.136364,$ 满足 $\frac{1}{R_{\mathrm{sh}}}+\frac{1}{R_{\mathrm{hd}}}<\frac{1}{R_{\mathrm{sd}}};$

所以，这种情况下，把发送节点发送数据分组的速率调整为22Mbps，能够比原来缩短更多的数据传输时间。总之，发送节点根据以往的信息自适应地调整发送DATA的速率，以使所选择的协作节点达到最优。

表2.IEEE 802.11a和g标准中数据分组传输速率大小及数据分组传输速率级别对照表

数据传输速率大小/Mbps	数据传输速率级别
		54	RG1
22	RG2

11	RG3
		5.5	RG4
2	RG5
		1	RG6

步骤202：接收节点判断是否正确接收CRTS分组，如果是，向发送节点回复协作发送确认(Cooperative Clear-to-Send，简称CCTS)分组，否则，返回步骤201。

其中，CCTS分组中携带发送节点与接收节点之间可支持的最高数据传输速率的信息R_sd，用于为后续步骤的中间节点判断能否帮助缩短数据传输时间提供依据。并且，在此过程中，中间节点通过侦听各类分组，掌握信道状态信息，从而计算出自身到发送节点和接收节点双方的数据传输速率大小。

步骤203：发送节点判断是否收到CCTS分组，如果是，执行步骤204，否则，返回步骤201。

步骤204：发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组，判断接收节点是否成功接收数据分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤205。

在本步骤中，首先，发送节点向中间节点和接收节点直接传送数据分组；然后，接收节点判断是否成功解码数据分组，如果是，向发送节点和中间节点回复肯定确认(Acknowledgment，简称ACK)分组，否则，向发送节点和中间节点回复否定确认(Negative Acknowledgment，简称NACK)分组。然后，发送节点和中间节点判断接收到ACK分组或NACK分组，如果接收到ACK分组，说明直传成功，则结束流程，如果接收到NACK分组，说明直传失败，则需要采取协作传输，继续执行步骤205。

并且，发送节点向接收节点直接传送数据分组时，发送节点首先从自身的协作表中选择速率，然后采用该速率向接收节点直接传送数据分组。发送节点从自身的协作表中选择速率的具体方法，与步骤201中所述的发送节点从自身的协作表中选择初始速率的方法相同，在此不再赘述。

步骤205：所述接收节点设定当前竞争速率。

在此步骤中，接收节点在首次设定当前竞争速率时，设定当前竞争速率为第一级数据传输速率。接收节点在非首次设定当前竞争速率时，根据侦听获得的信道信息，判断中间节点的指定个数微时隙是否都为空，如果是，则所述接收节点判断当前竞争速率降低一个速率级别后是否满足缩短数据传输时间的要求，如果是，所述接收节点将当前竞争速率降低一个速率级别，向所述中间节点回复携带当前竞争速率的中继接收失败RNACK分组，否则，接收节点向所述中间节点回复请求直传RDT分组，以使发送节点以自身与接收节点之间可支持的最高数据传输速率重发数据分组；如果中间节点的指定个数微时隙不是都为空，则接收节点向所述中间节点回复重试指示RI分组，将指定个数微时隙增大一倍。

步骤206：每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，执行步骤207，否则，该中间节点退出流程。

在此步骤中，中间节点成为可能的协作节点需要满足预设条件，该预设条件为同时满足如下条件：

a.在发送节点和接收节点的通信范围内；

b.能正确解码发送节点发送的数据分组；

c.满足其中，R_sh和R_hd分别为发送节点到中间节点的数据传输速率和中间节点到接收节点的数据传输速率，R_sd为发送节点与接收节点之间可支持的最高数据传输速率。

步骤207：中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，如果是，中间节点向接收节点竞争发送RH分组，以确定协作节点；否则，该中间节点退出流程。在此步骤中，速率级别的定义与步骤201中相同，在此不再赘述。

中间节点进行竞争具体可以采用两种方法。

第一种竞争方法具体包括：

首先，中间节点从所指定个数的微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙。在本发明实施例中，以中间节点自身的竞争微时隙为第i个微时隙为例，并且中间节点可以采用随机选择的方法从指定个数微时隙中确定自身的竞争微时隙。并且，用n_MS表示微时隙个数，则n_MS的确定方法具体包括如下过程。每次发送数据分组之前，发送节点都将协作表中非空的具有最高两级发送速率的协作节点个数通过CRTS分组广播给接收节点；接收节点在发送NACK分组、中继否定确认(RNACK)分组或重试指示(retry indicator，简称RI)分组时根据将要选择的那一速率级别的可能的协作节点的个数确定每一轮的n_MS的值。当满足R_sh＝R_Gi，R_hd＝R_Gj的速率级别的可能的协作节点个数

时，将n_MS设为1，当

时，将n_MS设为4；当

较大时，设

其中，

表示大于

的最小整数。并且，对于非首次确定n_MS的情况，如果第一轮该级数据传输速率的所有可能的协作节点在发送RH分组时均发生碰撞即没有一个协作节点成功发送RH分组，则可通过RI分组将下一轮的n_MS在已设定的基础上加倍，从而减小了RH分组的碰撞，增大了RH分组成功发送的概率。

然后，中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙之前，即在前i-1个微时隙内，是否收到中继确认(Relay ACK，简称RACK)分组，如果是，结束流程，否则，判断在自身的竞争微时隙之前，即在第i个微时隙之前，是否有其它中间节点发送RH分组，如果否，在自身的竞争微时隙，即在第i个微时隙，发送RH分组，如果是，中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙，即在第i个微时隙，是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身的竞争微时隙的下一个时隙，即在第i+1个微时隙，发送RH分组。

第二种竞争方法与第一种竞争方法的不同之处在于，n_MS个微时隙中每两个相邻的微时隙之间都间隔一段指定时间。用δ表示指定时间，δ略大于t_IP+t_p，即δ≥t_IPmax+t_pmax。t_IP为分组间隔时间，为两个分组之间的通常回应时间间隔，即当发方发送某个分组给收方后，通常经过t_IP后收方会发回相应回应分组，t_IP＝t_p+t_RP+t_rt+t_o，其中，t_p为信号传播的时延，t_RP为分组的回应处理时间，t为收发转换时间，t_o为其他可能的时间。t_IP略小于802.11标准中定义的短帧间隔(SIFS)。由于每两个相邻的微时隙之间都间隔一段指定时间，如果在某一个微时隙内RH分组发送成功，则准备在这个微时隙紧邻的下一个微时隙内发送RH分组的中间节点在这个微时隙后的δ时间内就可以侦听到接收节点发送的RACK分组，因此在剩余的微时隙内将不再发送RH分组，更好地避免了碰撞。

第二种竞争方法具体包括：

首先，中间节点从指定个数微时隙中确定自身的竞争微时隙。仍以中间节点自身的竞争微时隙为第i个微时隙为例，并且中间节点可以采用随机选择的方法从指定个数微时隙中确定自身的竞争微时隙。

然后，中间节点根据侦听获得的信道信息，判断自身的竞争微时隙之前是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身的竞争微时隙发送RH分组。具体过程如下：中间节点根据侦听获得的信道信息，判断截止到自身的竞争微时隙的前一个微时隙，即截止到第i-1个微时隙，是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙的前一个微时隙延后指定时间，即第i-1个微时隙延后δ时间长度，是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身的竞争微时隙，即第i个微时隙，发送RH分组。也就是说，每个节点在发送RH分组之前都侦听是否有接收节点回复RACK分组，如果有，则停止预定的RH分组的发送。然后，成功发送RH分组的中间节点作为协作节点发送DATA分组，收方成功接收到DATA分组后，发送ACK分组确认。

步骤208：接收节点判断是否成功确定协作节点，如果是，执行步骤209，否则，返回步骤205。

在本步骤中，如果在n_MS个微时隙完全结束时，接收节点未能正确接收或没有收到任何RH分组，则接收节点判断未能成功确定协作节点，其失败的原因具体可以包括如下两种情况。

失败原因一：存在当前竞争速率级别的中间节点，但是所有发送的RH分组都发生了碰撞。如果是由该原因导致的失败，则接收节点能够侦听到中间节点的n_MS个微时隙内有分组发送，n_MS个微时隙不都为空。

失败原因二：不存在当前竞争速率级别的中间节点。如果是由该原因导致的失败，则接收节点能够侦听到中间节点的这n_MS个微时隙中，每个微时隙都为空。

根据以上两种失败原因，在步骤208中，接收节点判断指定个数微时隙内是否接收到RH分组，如果是，确定接收到的首个RH分组对应的中间节点为协作节点，向发送节点回复包括该协作节点信息的RACK分组，然后执行步骤209，否则，返回执行步骤205，此时，步骤205的具体过程包括：接收节点根据侦听获得的信道信息，判断中间节点的指定个数微时隙是否都为空，如果是，将当前竞争速率降低一个速率级别，否则，将指定个数微时隙增大一倍。并且，在步骤205中，当中间节点的指定个数微时隙都为空时，接收节点还可以首先判断数据传输速率为下一速率级别的中间节点是否可以帮助缩短数据传输时间。如果可以，则接收节点发送RNACK分组，收到RNACK分组的速率为下一速率级别的所有可能的协作节点重复以上过程，在接下来的n_MS下一级个微时隙中随机选择一个，发送RH分组。并采用第一种竞争方法或第二种竞争方法，在侦听到收方所发送的RACK分组后提前结束本轮n_MS下一级个微时隙。如果下一级速率的可能的协作节点不可以帮助缩短传输时间，则接收节点回复请求直传(Request for Direct Transmission，简称RDT)分组，发送节点收到RDT分组后以发送节点与接收节点之间可支持的最高数据传输速率重传数据分组。

步骤209：协作节点向接收节点发送数据分组。

在上述的步骤204中，中间节点已经接收到来自发送节点的数据分组，如果该中间节点在上述的步骤207中通过竞争被确定为协作节点，则在步骤209中，该协作节点向接收节点发送步骤204中收到的数据分组；如果该中间节点没有被确定为协作节点，则将步骤204中收到的数据分组丢弃。

在步骤209之后，还可以进一步包括：

步骤210：接收节点判断是否成功接收数据分组，如果是，接收节点向发送节点发送ACK分组，否则，判断未成功接收次数是否达到预设门限，如果是，执行步骤211，否则，执行步骤212。

步骤211：接收节点向发送节点发送直传请求(Request for DirectTransmission，简称RDT)分组，以使发送节点以自身到接收节点的可支持的最高数据传输速率发送数据分组。

步骤212：接收节点向协作节点发送中继重传(Retry Relay NACK，简称RRNACK)分组，指示协作节点以当前竞争速率重新传输数据分组。在步骤212之后，返回执行步骤209。

在步骤210中，设置未成功接收次数的预设门限。当接收节点接收数据分组失败时，首先对失败的次数进行计数，并且判断失败次数是否达到该门限。当接收节点接收数据分组失败的次数未到达该预设门限时，执行步骤212，接收节点发送RRNACK分组；当接收节点接收数据分组失败的次数达到该预设门限时，接收节点不再发送RRNACK分组，而是发送RDT分组。

以下通过时序示意图，对采用上述多速率协作MAC方法的多个具体实施例进行说明。

图3为本发明实施例三多速率协作MAC方法的时序示意图。如图3所示，以采用第一种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，数据传输速率为第一级的协作节点在第一轮n_MS个微时隙里发送RH分组，在n_MS个微时隙结束之前被接收节点成功接收。

图4为本发明实施例四多速率协作MAC方法的时序示意图。如图4所示，以采用第二种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，数据传输速率为第一级的协作节点在第一轮n_MS个微时隙里，在自身的选择的发送时隙发送RH分组。在自身的选择的发送时隙之前进行侦听，由于自身的选择的发送时隙与其前一时隙之间相隔指定时间，因此如果其它协作节点在前一时隙成功发送了的RH分组，则通过该指定时间即可侦听到来自接收节点的RACK分组，从而避免了碰撞。

图5为本发明实施例五多速率协作MAC方法的时序示意图。如图5所示，以采用第一种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，数据传输速率为第一级的协作节点在第一轮n_MS个微时隙里发送RH分组，在n_MS个微时隙结束时，收方成功接收RH分组。

图6为本发明实施例六多速率协作MAC方法的时序示意图。如图6所示，以采用第一种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，存在数据传输速率为第一级的协作节点，但是这些节点在第一轮n_MS个微时隙内发送RH分组发生碰撞，它们收到接收节点所发的RI分组后，在下一轮n_MS2个微时隙中选择一个时隙发送RH分组，被收方成功接收。

图7为本发明实施例七多速率协作MAC方法的时序示意图。如图7所示，以采用第一种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，不存在数据传输速率为第一级的中间节点，在图7中以在第一轮n_MS1个微时隙中每个时隙都为空表示，数据传输速率为紧邻的下一级的协作节点在收到收方所发送的RNACK分组后，根据RNACK分组中指定的下一阶段微时隙个数n_MS2的值，选择时隙发送RH分组，被收方成功接收。

图8为本发明实施例八多速率协作MAC方法的时序示意图。如图8所示，以采用第一种竞争方法为例，发送节点以初始速率对数据分组进行直传失败，采用协作传输时，不存在速率为第一级的协作节点，在图8中以在第一轮n_MS个微时隙中每个时隙都为空表示，并且速率为下一级的协作节点不满足缩短数据传输时间的条件，接收节点发送RDT分组后，由发送节点以接收节点与发送节点之间可支持的最高数据传输速率重发数据分组，被收方成功接收。

图9为本发明实施例九多速率协作MAC方法的时序示意图。如图9所示，发送节点以初始速率对数据分组进行直传，被接收节点成功接收。

需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

图10为本发明实施例十多速率协作MAC装置的结构示意图。本发明实施例十提供了一种采用上述多速率协作MAC方法的多速率协作MAC装置。如图10所示，多速率协作MAC装置包括：发送节点控制单元1001、中间节点控制单元1002和接收节点控制单元1003。

其中，发送节点控制单元1001控制发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组。

中间节点控制单元1002接收未成功接收通知和/或竞争通知，控制每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，控制中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，否则，控制该中间节点退出流程，如果中间节点与所述接收节点之间的速率是当前竞争速率，控制中间节点向接收节点竞争发送RH分组，以确定协作节点，否则，控制该中间节点退出流程并且，中间节点控制单元1002根据来自接收节点控制单元1003的协作节点确定通知，控制协作节点向接收节点发送数据分组。

具体地，中间节点控制单元1002控制中间节点从指定个数微时隙中确定自身的竞争微时隙；控制中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙之前是否收到中继确认RACK分组，如果是，控制中间节点结束流程，否则，控制中间节点判断在自身的竞争微时隙之前是否有其它中间节点发送RH分组，如果否，控制中间节点在自身的竞争微时隙发送RH分组，如果是，控制中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙是否收到RACK分组，如果是，控制中间节点结束流程，否则，控制中间节点在自身的竞争微时隙的下一个时隙发送RH分组。

或者，具体地，中间节点控制单元1002控制中间节点从指定个数微时隙中确定自身的竞争微时隙；控制中间节点根据侦听获得的信道信息，判断截止到自身的竞争微时隙的前一个微时隙，是否收到中继确认RACK分组，如果是，控制中间节点结束流程，否则，控制中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身的竞争微时隙的前一个微时隙延后指定时间内是否收到RACK分组，如果是，控制中间节点结束流程，否则，控制中间节点在自身的竞争微时隙发送RH分组。

接收节点控制单元1003判断所述接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，向所述发送节点控制单元1001和所述中间节点控制单元1002发送成功接收通知，否则，向所述发送节点控制单元1001和所述中间节点控制单元1002发送未成功接收通知，设定当前竞争速率，控制接收节点判断是否成功确定协作节点，如果是，向中间节点控制单元1002发送协作节点确定通知，否则，重新设定当前竞争速率并向中间节点控制单元1002发送竞争通知。

具体地，在设定当前竞争速率时，对于首次设定当前竞争速率的情况，接收节点控制单元1003控制接收节点设定当前竞争速率为第一级数据传输速率；对于非首次设定当前竞争速率的情况，接收节点控制单元1003控制接收节点根据侦听获得的信道信息，判断中间节点的指定个数微时隙是否都为空，如果是，接收节点控制单元1003将当前竞争速率降低一个速率级别，否则，接收节点控制单元1003通知中间节点控制单元1002将指定个数微时隙增大一倍。

由以上具体实施方式可见，根据速率级别从中间节点中选择协作节点，由于从速率最高的中间节点中开始选择，因此缩短了数据传输的传输时延。并且，当未能成功确定协作节点时，经过竞争预处理过程后令中间节点重新进行竞争，直到成功确定协作节点为止，因此能够保证数据传输的有效性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多速率协作媒质接入控制MAC方法，其特征在于，包括：

A.发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组，判断所述接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤B；

B.所述接收节点设定当前竞争速率；

C.每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，执行步骤D，否则，该中间节点退出流程；

D.中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，如果是，中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助RH分组，以确定协作节点，否则，该中间节点退出流程；

E.所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点，如果是，执行步骤F，否则，返回执行步骤B；

F.所述协作节点向所述接收节点发送所述数据分组。

2.如权利要求1所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：

所述发送节点向所述接收节点发送协作发送请求CRTS分组；

所述接收节点判断是否正确接收所述CRTS分组，如果是，向所述发送节点回复协作发送确认CCTS分组，否则，不发送CCTS分组；

所述发送节点判断是否收到CCTS分组，如果是，执行所述步骤A，否则，不发送数据分组。

3.如权利要求2所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，

所述发送节点向所述接收节点发送协作发送请求CRTS分组包括：所述发送节点从自身的协作表中选择初始速率；所述发送节点在所述CRTS分组中携带所述初始速率发送给所述接收节点；

所述发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组包括：所述发送节点以所述初始速率向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组。

4.如权利要求3所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，所述发送节点从自身的协作表中选择初始速率包括：

所述发送节点首次传输数据分组时，所述初始速率为所在标准下的最高数据传输速率；

所述发送节点非首次传输数据分组时，所述发送节点根据所述协作表自适应地确定所述初始速率。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，所述步骤A包括：

所述发送节点向所述中间节点和所述接收节点传送数据分组；

所述接收节点判断是否成功解码所述数据分组，如果是，向所述发送节点和所述中间节点回复肯定确认ACK分组，否则，向所述发送节点和所述中间节点回复否定确认NACK分组；

所述发送节点和所述中间节点判断接收到ACK分组或NACK分组，如果接收到ACK分组，结束流程，如果接收到NACK分组，执行所述步骤B。

6.如权利要求1所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，所述步骤D包括：

D1.所述中间节点从所指定个数的微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙；

D2.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙之前是否收到中继确认RACK分组，如果是，结束流程，否则，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙之前的一个RH微时隙上是否有其它中间节点发送RH分组，如果是，执行步骤D3，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙发送RH分组；

D3.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙的下一个时隙发送RH分组。

7.如权利要求6所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，步骤D1所述中间节点从所指定个数的微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙包括：

所述发送节点在发送数据分组之前，通过CRTS分组向所述接收节点发送协作表中非空的具有最高两级发送速率的协作节点个数；

所述接收节点在发送NACK分组、RNACK分组或重试指示RI分组时根据当前竞争速率级别的协作节点的个数确定所述竞争微时隙个数。

8.如权利要求1所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，所述步骤D包括：

D1.所述中间节点从指定个数微时隙中确定自身所需发送RH分组的竞争微时隙；

D2.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断截止到自身所需发送RH分组的竞争微时隙的前一个微时隙，是否收到中继确认RACK分组，如果是，结束流程，否则，执行步骤D3；

D3.所述中间节点根据侦听获得的信道信息，判断在自身所需发送RH分组的竞争微时隙的前一个微时隙延后指定时间内是否收到RACK分组，如果是，结束流程，否则，在自身所需发送RH分组的竞争微时隙发送RH分组。

9.如权利要求1所述的多速率协作MAC方法，其特征在于，

步骤E所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点包括：所述接收节点判断指定个数微时隙内是否接收到RH分组，如果是，确定接收到的首个RH分组对应的中间节点为协作节点，向所述发送节点回复包括所述协作节点信息的RACK分组，并执行步骤F；

步骤B包括：所述接收节点在首次设定当前竞争速率时，设定当前竞争速率为第一级数据传输速率；所述接收节点在非首次设定当前竞争速率时，根据侦听获得的信道信息，判断中间节点的指定个数微时隙是否都为空，如果是，则所述接收节点判断当前竞争速率降低一个速率级别后是否满足缩短数据传输时间的要求，如果是，所述接收节点将当前竞争速率降低一个速率级别，向所述中间节点回复携带当前竞争速率的中继接收失败RNACK分组，否则，接收节点向所述中间节点回复请求直传RDT分组，以使发送节点以自身与接收节点之间可支持的最高数据传输速率重发数据分组；如果中间节点的指定个数微时隙不是都为空，则接收节点向所述中间节点回复重试指示RI分组，将指定个数微时隙增大一倍。

10.一种多速率协作媒质接入控制MAC装置，其特征在于，包括：

发送节点控制单元，用于控制发送节点向接收节点和一个以上中间节点传送数据分组；

中间节点控制单元，用于接收未成功接收通知，控制每个中间节点分别判断自身是否满足预设条件，如果是，控制中间节点判断自身与所述接收节点之间的速率是否为当前竞争速率，否则，控制该中间节点退出流程，如果中间节点与所述接收节点之间的速率是当前竞争速率，控制中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助RH分组，以确定协作节点，否则，控制该中间节点退出流程；并且，用于根据来自接收节点控制单元的竞争通知，选出满足预设条件的中间节点，控制满足预设条件和当前竞争速率的中间节点向所述接收节点竞争发送准备帮助RH分组，以确定协作节点；并且，用于根据来自接收节点控制单元的协作节点确定通知，控制所述协作节点向所述接收节点发送数据分组；

接收节点控制单元，用于判断所述接收节点是否成功接收所述数据分组，如果是，向所述发送节点控制单元和所述中间节点控制单元发送成功接收通知，否则，向所述发送节点控制单元和所述中间节点控制单元发送未成功接收通知，设定当前竞争速率，控制所述接收节点判断是否成功确定所述协作节点，如果是，向所述中间节点控制单元发送协作节点确定通知，否则，重新设定当前竞争速率并向中间节点控制单元发送竞争通知。

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