CN102123020A - 提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统。该方法包括：发送节点通过一信道向接收节点发送RTS分组；接收节点接收到RTS分组后，若判断获知信道空闲，则返回CCTS分组，发送节点接收到CCTS分组后，向接收节点发送数据分组；数个候选协作节点对信道上的RTS分组和CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对数据分组进行侦收；若满足协作条件的一候选协作节点在一设定的T_REPLY内未在信道上侦收到接收节点因成功接收数据分组而发送的确认ACK分组，则竞争作为协作节点，并在信道上发送RACK分组，并向接收节点转发数据分组；接收节点成功接收数据分组后，返回ACK分组。

Description

提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统。

背景技术

随着无线网络技术的广泛应用，用户对网络的功能和性能的要求也提出了越来越高的要求，而其中一个非常迫切的要求就是多媒体业务提供服务质量(Quality of Service，QoS)的支持。而上层各协议和机制所提供的QoS保证一般都建立在多址接入控制(Medium Access Control，MAC)协议能够在无线环境下分布式能提供可靠的单播通信和为实时业务提供资源预留。因此，MAC协议是QoS能否得到保证的一个关键因素。

现有的多数MAC协议，通过协作分集技术，充分利用无线通信的广播特性，使得多个节点协同工作从而达到网络资源的共享，有效地提高了整个网络的性能，降低了多径衰落带来的影响。不过，随着协作的引入，MAC协议也变得越来越复杂且面对许多问题的挑战。诸如，何时选用协作，如何选择协作，如何解决隐藏终端及暴露终端等问题。近年来涌现的典型的的分布式多址协作协议大都在一定程度上比较好的解决了该类问题。根据协作节点指定的时间，把协作方法分为两类：事先指定协作节点；按需指定协作节点。

事先指定协作节点方法，大都由发送节点维护一个协作表(Coop-table)，记录周围节点和信道使用信息。发送节点在握手时，根据历史信息，查询协作表，指定协作节点。现有的CoopMAC方法即属于该类。每个节点维护一张协作表，其中记录源节点到协作节点的速率，协作节点到目的节点速率，该表项更新的时间等。当发送节点发送数据信息时，首先查看该协同表来判断是否有可以利用的协同节点从而决定是否使用协同传输。当需要协作时，发送节点发送请求协作发送帧(CoopRTS)，Helper节点在正确收到CoopRTS后判断是否满足协作要求，如果满足则发送确认请求帧(HTS)，最后目的节点回复确认发送帧(CCTS)，成功预约信道使用权，完成握手过程。CoopMAC协议中，由于每个节点维护邻节点协作表，不仅增大了存储开销，而且由于节点移动以及信道的时变性，协作表不能跟瞬时网络状态很好的适应。

按需指定协作节点方法一般根据网络动态状况，由满足条件的协作节点竞争，从而得到某瞬时最合适的协作节点。该类方法解决了使用协作表的弊端，但是协作竞争又会带来一定开销。CRBAR(Cooperative Relay-Based AutoRate)MAC方法，使潜在的协作节点通过RTS/CTS握手信息获得源节点到本节点以及目的到本节点的信道信息，从而判断是否满足协作要求，决定是否接入。该方法由于采用协作节点发起协作确认的方法，存在相隔两跳的协作节点不能互相侦听到信息，从而产生碰撞的可能。有的协议中通过发送节点或接收节点在接收到协作节点的协作确认信息后广播给邻节点从而避免产生碰撞，但这样既带来了控制开销，又扩大了受干扰节点的范围。

另一方面，有些协议结合定向天线技术，通过定向传输数据，一定程度上减少了碰撞，解决了因协作带来的空间复用度下降的问题，但也增加了设备的复杂度和成本。

在提高QoS保证方面，现有大多数协议都是在IEEE802.11 DCF的基础上对退避算法、帧间隔、最大最小竞争窗口、最大帧长度等几个方面做了改进。如IEEE802.11e EDCF协议，通过设置与业务类型(Traffic Categories，TC)相关的给定帧间间隔AIFS(Arbitration Inter-Frame Space)、退避时间CW(Contention Window)、坚持因子PF(Persistant Factor)来区分业务优先级。在竞争接入的期间，不同的TC使用不同的AIFS。业务优先级为i的TC，AIFS[i]＝AIFSN[i]×aSlotTime+SIFS，其中SIFS(Short Inter-Frame Space)表示短帧间间隔，AIFS[i]表示节点开始启动退避过程前需要等待的时隙数节点，在竞争窗口[0，CW[i]]随机选择一个时隙进行后退等待，CW[i]在[CW_min，CW_max]之间选择，CW_min、CW_max与业务优先级有关。TC优先级越高，AIFSN[i]越小，越早启动退避过程，CW[i]越小，随机选择的退避时隙值比较小，这样高优先级业务更容易接入信道。不过，该方法给定的AIFS在中、低业务较多时会造成较大的接入时延，而且该方法在数据传输时没有采用协作通信，不能改善信道衰落带来的不利影响，造成数据传输速率偏低，时延较大，网络吞吐量偏低。

基于IEEE 802.11e，DC-MAC(differentiated cooperative MAC)中提出了一种新的传输队列模型，每个节点将尽力而为(Best-Effort)业务和实时(Real-Time)业务根据是否参与协作又各分为2个优先级。DC-MAC方法在直传失败后，选择合适的中继节点参与协作重传。该方法采用协作传输，在一定程度上可以提高网络容量。不过该方法由于没有考虑到在信道衰落的情况下，不同节点之间可以提供不同优先级的速率，故当最大允许速率小于传输速率时，接收端很可能不能正常解码；当最大允许传输速率大于传输速率时，数据分组存在较大传输时延，不能很好的满足QoS的要求。

综上，现有的MAC方法只是一定程度上提高了网络吞吐量，降低了时延，但是仍没有充分利用分布式协作网络中分集增益的优势，不能提供QoS保证。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，包括：

发送节点通过一信道向接收节点发送请求发送RTS分组；所述接收节点接收到所述RTS分组后，若判断获知所述信道空闲，则通过所述信道向所述发送节点返回允许协作发送CCTS分组，所述发送节点接收到所述CCTS分组后，通过所述信道向所述接收节点发送数据分组；

数个候选协作节点对所述信道上的所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对所述数据分组进行侦收；

若满足协作条件的一候选协作节点在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在所述信道上侦收到所述接收节点因成功接收所述数据分组而在所述信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作节点，并在所述信道上发送协作确认RACK分组，并通过所述信道向所述接收节点转发所述数据分组；

所述接收节点成功接收所述数据分组后，通过所述信道返回ACK分组。

根据本发明的另一方面，还提供一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入系统，包括：

发送装置，用于通过一信道向接收装置发送请求发送RTS分组；还用于在接收到接收装置发送的允许协作发送CCTS分组后，通过所述信道向所述接收装置发送数据分组；

接收装置，用于在接收到所述RTS分组后，若判断获知所述信道空闲，则通过所述信道向所述发送装置返回所述CCTS分组；

数个候选协作装置，用于对所述信道上的所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对所述数据分组进行侦收；还用于若在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在所述信道上侦收到所述接收装置因成功接收所述数据分组而在所述信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作装置，在所述信道上发送协作确认RACK分组，并通过所述信道向所述接收装置转发所述数据分组；

所述接收装置还用于在成功接收所述数据分组后，通过所述信道返回ACK分组。

本发明提供的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统，由于候选协作节点(候选协作装置)在判断自身符合协作条件后，侦收发送节点(发送装置)向接收节点(接收装置)发送的数据分组，而在成功接收该数据分组的步骤之后再竞争协作节点(协作装置)，即确保了作为协作节点(协作装置)的候选协作节点(候选协作装置)一定已正确接收了发送节点的数据分组，从而避免了事先确定了协作节点(协作装置)但该协作节点(协作装置)不能正确接收或解码数据分组的情况，此外，由于协作节点(协作装置)由数个候选协作节点(候选协作装置)进行竞争来确定，避免了因信道衰落而导致的不能有效协作的缺陷。上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法及系统充分利用了分布式协作网络中分集增益的优势，实现了可靠的协作传输，从而能够提供QoS保证。

附图说明

图1为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法的流程图。

图2为接收节点在T_REPLY时间内回复ACK分组的时序图。

图3是数个候选发送节点竞争发送节点一范例的时序图。

图4是数个候选发送节点竞争发送节点另一范例的时序图。

图5为候选协作节点竞争协作节点的时序图。

图6为多个候选协作节点在竞争协作节点时发生碰撞的时序图。

图7是接收节点请求发送节点重发数据分组的时序图。

图8是接收节点请求协作节点重发数据分组的时序图。

图9为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中发送节点操作流程图。

图10为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中候选协作节点操作流程图。

图11为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中接收节点操作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法的流程图。如图1所示，该提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法包括下述步骤：

步骤S100，发送节点通过一信道向接收节点发送请求发送RTS分组；接收节点接收到所述RTS分组后，若判断获知信道空闲，则通过信道向发送节点返回允许协作发送CCTS分组，发送节点接收到CCTS分组后，通过信道向接收节点发送数据分组；

步骤S200，数个候选协作节点对信道上的RTS分组和CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对数据分组进行侦收；

步骤S300，若满足协作条件的一候选协作节点在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在信道上侦收到接收节点因成功接收数据分组而在信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作节点，并在所述信道上发送协作确认RACK分组，并通过信道向接收节点转发数据分组；

步骤S400，接收节点成功接收数据分组后，通过信道返回ACK分组。

在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，T_REPLY为一个节点发送分组结束到侦听到回复的平均最短时间间隔，即当节点发送完某分组后，通常经过T_REPLY后接收到相应的回复分组。T_REPLY＝2×t_P+t_RP+t_rt，其中，t_P为信号传播时延，t_RP为分组的回应处理时间，t_rt为收发转换时间。该T_REPLY小于802.11中定义的短帧时间间隔SIFS。

图2为接收节点在T_REPLY时间内回复ACK分组的时序图。如图2所示，发送节点向接收节点发送数据分组后，若接收节点能在T_REPLY时间内正确接收到该数据分组，则可以在T_REPLY时刻回复ACK分组，而不必等到SIFS再回复。在此情况下，满足协作条件的候选协作节点在T_REPLY时间内能够在信道上侦收到该ACK分组，则候选协作节点清除自身保留的所述数据分组，不参与竞争协作节点，恢复对该信道的侦听。

根据上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，由于候选协作节点在判断自身符合协作条件后，侦收发送节点向接收节点发送的数据分组，而在成功接收该数据分组的步骤之后再竞争协作节点，即确保了作为协作节点的候选协作节点一定已正确接收了发送节点的数据分组，从而避免了事先确定了协作节点但该协作节点不能正确接收或解码数据分组的情况，此外，由于协作节点由数个候选协作节点进行竞争来确定，避免了因信道衰落而导致的不能有效协作的缺陷。上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法充分利用了分布式协作网络中分集增益的优势，实现了可靠的协作传输，从而能够提供QoS保证。

进一步地，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，发送节点通过一信道向接收节点发送请求发送RTS分组的步骤之前，还包括：数个候选发送节点对信道进行侦听并竞争成为发送节点。

图3是数个候选发送节点竞争发送节点一范例的时序图。如图3所示，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，数个候选发送节点对信道进行侦听并竞争成为发送节点的步骤具体包括：

数个候选发送节点侦听到信道空闲一分布式帧间隔时间(DIFS)后，对信道侦听n个微时隙时间；

若通过信道侦听获知在n个微时隙时间内信道处于空闲，则在信道上发送m个微时隙的忙音，并随机退避一竞争退避时间(Backspace time，BT)，并对信道进行侦听；

若通过信道侦听获知信道仍处于空闲，则候选发送节点作为发送节点；

其中，n和m为根据候选发送节点要发送的数据分组的优先级计算的自然数。

在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，将不同业务分为N_QoS个等级(1～N_QoS)，数值越小优先级越高。每个节点处维护一个业务队列，不同优先级业务按照优先级高低入队。

当发送节点有优先级为k(1≤k≤N_QoS)的业务要发送时，在信道空闲DIFS之后，发送节点先侦听信道n个微时隙时间。如果这段时间内信道被占用，则竞争失败，退出发送竞争，继续侦听信道。如果信道一直空闲，则发送m个微时隙时间的忙音。发送节点在发送完忙音之后随机退避BT时间，在这段时间内侦听信道占用情况。如果信道被占用，则竞争失败，退出发送竞争，继续侦听信道；如果信道一直空闲，则表示竞争成功，然后发送RTS分组。

其中k、n、m、N_QoS的关系如下所述：

当N_QoS满足(L-1)*(L-1)＜N_QoS≤L*(L-1)，这样把N_QoS个优先级分成了L个优先级不同的小分组，每个小分组中至多有(L-1)个不同优先级的业务。假设优先级为k的业务处在第a小分组第b个成员，则发送节点先侦听(a-1)个微时隙，然后发送(L-b)个微时隙的发送忙音。

当N_QoS满足L*(L-1)＜N_QoS≤L*L，这样把N_QoS个优先级分成了L个优先级不同的小分组，每个小分组中至多有L个不同优先级的业务。假设优先级为k的业务处在第a小分组第b个成员，则发送节点先侦听(a-1)个微时隙的时间，然后发送(L-b+1)个微时隙时间的忙音。这样，业务优先级越高，节点侦听的微时隙时间n就越小，发送忙音m越早且时间越长，从而越早可能接入信道。

例如，当4＜N_QoS≤6时，则分为3个小分组，第1分组中第1、2分组成员分别对应优先级为1、2的业务；第2分组中第1、2分组成员分别对应优先级为3、4的业务；第3分组中第1、2分组成员分别对应优先级为5、6的业务。不妨设N_QoS＝6，当发送节点有业务优先级为5的业务要发送时，先侦听n＝(3-1)＝2个微时隙的时间，然后发送m＝(3-1)＝2个微时隙时间的忙音。表1列出了各优先级的业务对应的n和m的一范例。

表1

再例如，当6＜N_QoS≤9时，则分为3个小分组，第1分组中第1、2、3分组成员分别对应优先级为1、2、3的业务；第2分组中第1、2、3分组成员分别对应优先级为4、5、6的业务；第3分组中第1、2、3分组成员分别对应优先级为7、8、9的业务。例如设N_QoS＝9，当发送节点有业务优先级为5的业务要发送时，先侦听1个微时隙的时间，然后发送2个微时隙时间的忙音。表2列出了各优先级的业务对应的n和m的另一范例。

表2

依此类推，当N_QoS处于9～12，12～16之间等等与此类似。对于优先级相同的业务仍然可能存在碰撞，故这里采用随机退避BT的方法进行碰撞分解避免。BT的计算方法为：

BT_new＝Rand(BT_min，2*BT_old)(如图2中所示)，其中BT_new指当前时刻的退避时间值，BT_old指上一次(失败时)退避时间值，BT_old的初始值为BT_min，Rand()函数是随机函数，此处指在上述两时刻对应的时间段内随机获得一时刻。RTS分组每碰撞(SIFS时间后接收不到CCTS分组)一次，BT值重新计算一次，再次退避BT时间，直至成功。对BT_min的长度要求是：在该段时间内能够判断信道是否被占用，若按照802.11标准则取值为9.6us。按照802.11标准，BT_max一般可取值为1023us。

图4是数个候选发送节点竞争发送节点另一范例的时序图。如图4所示，该第一候选发送节点S1与第二候选发送节点S2的优先级相同，两者的竞争发送节点过程通过随机退避BT而得以实现。

根据上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，由于数个候选发送节点根据优先级信息竞争发送节点，其通过发送节点先侦听n个微时隙的时间后发送m个微时隙的忙音，实现业务优先级的区分，同时又通过退避BT时间，由于随机退避的BT一般不相等，从而又对同一优先级的业务进行了区分，避免RTS碰撞。这样，在一定程度上保证了服务质量，使得业务优先级高的业务优先接入，从而提供了QoS保证。

进一步地，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，数个候选协作节点对信道上的RTS分组和CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对数据分组进行侦收的步骤具体包括：

候选协作节点对RTS分组和CCTS分组进行侦收，以根据RTS分组的信噪比SNR计算出发送节点与候选协作节点之间的传输速率R_SR、根据CCTS分组的SNR计算出接收节点与候选协作节点之间的传输速率R_RD，并从CCTS分组中获取发送节点与接收节点之间可支持的最高传输速率R_SD，若满足R_SR≥2R_SD且R_RD≥2R_SD，则候选协作节点获知自身满足协作条件、对数据分组进行侦收。

并且，在上述判断自身符合协作条件的候选协作节点侦收数据分组后，若在T_REPLY内未在信道上侦收到ACK分组，则竞争作为协作节点，该竞争作为协作节点的步骤具体包括：

满足协作条件的候选协作节点从CCTS分组中获取发送节点与接收节点之间可支持的最高传输速率R_SD，并根据CCTS分组的SNR计算出接收节点与候选协作节点之间的传输速率R_RD；

满足协作条件的候选协作节点根据R_SD和R_RD计算一侦听时间T_lms和一发送忙音时间T_sms；

若满足协作条件的候选协作节点对信道侦听T_lms内信道为空闲，则向信道发送忙音T_sms，并对信道继续侦听一时间间隔，若侦听获知信道仍为空闲，则候选协作节点作为协作节点。

在上述竞争阶段中，竞争过程分为两个阶段：侦听阶段和广播阶段。

侦听阶段中，候选协作节点先侦听T_lms时间，如果侦听到信道被占用则竞争失败，退出后侦听信道信息，丢弃该数据分组；如果信道一直空闲，则进入广播阶段。在广播阶段，胜出侦听阶段的候选协作节点发送T_sms时间，在发送完发送忙音之后侦听信道T_obs时间，如果侦听到信道仍然在被占用，则竞争失败，退出后继续侦听信道，丢弃该数据分组；如果侦听到信道空闲，则表示竞争成功，作为协作节点参与协作传输。

其中T_lms、T_sms分别由以下两式给出：

$T_{\mathrm{lms}}=\mathrm{rand}(\frac{\mathrm{\λ}}{\sqrt{\frac{R_{\mathrm{RD}}}{R_{\mathrm{SD}}}}}*0.9,\frac{\mathrm{\λ}}{\sqrt{\frac{R_{\mathrm{RD}}}{R_{\mathrm{SD}}}}}*1.1)$

T_sms＝rand(8*log₂(R_RD/R_SD)-2,8*log₂(R_RD/R_SD)+2)

式中，λ为常数，可以根据网络状况具体取值。例如λ取值为60us，则可以列出T_lms与R_RD、R_SD的取值，如表3所示。

表3

表中T_lms单位us，R_RD、R_SD单位为Mbps。T_lms一项只表明了中间值，经计算可知一般没有区间重叠。

T_sms与R_RD、R_SD的取值如表4所示：

表4

表中T_sms单位us，R_RD、R_SD单位为Mbps。T_sms一项只表明了中间值，经计算可知一般没有区间重叠。

由于发送节点与候选协作节点之间的传输速率为R_SR，由R_SD唯一确定。故为提高数据传输速率，只需从候选协作节点中选择出可以提供最高传输速率的节点即可，即筛选出R_RD的最大值。以上两式中，由表中数据可以具体体现，当R_RD较大时，侦听时间T_lms比较短，发送忙音时间T_sms比较长，按照上面所提到的竞争方法，更容易接入信道，从而可以提高数据传输速率。一般来说，在同一时刻协作节点侦听结束和发送结束的可能性很小，但为了避免因此造成的碰撞，式中采用了Rand()函数，在某一与R_RD相关的时间值左右邻区间内随机选择一时间值，这样避免了提供同优先级速率的候选协作节点发生碰撞。

另外，由表3和表4中的数据可以粗略得到，候选协作节点竞争协作节点所需要的时间平均为48us，最长等待时间T_waitmax为(42.4+9.6)＝52us。

图5为候选协作节点竞争协作节点的时序图。如图5所示，第一候选协作节点H1的侦听时间T_lms比第二候选协作节点H2和第三候选协作节点H3长，竞争失败；H3的发送忙音时间T_sms比H2短，竞争失败，H3竞争成功作为协作节点。

图6为多个候选协作节点在竞争协作节点时发生碰撞的时序图。如图6所示，当彼此相距两跳的第一候选协作节点H1和第二候选协作节点H2共同竞争协作节点时，由于两者相距两跳，不能听到对方所发送的忙音，所以在H1和H2都认为自己所发送的忙音最长、从而均发送RACK分组的情况下，会在接收节点D产生碰撞。对此，接收节点D在侦听到H1和H2发送的RACK之后，在听到碰撞的时刻发送一个时间长为“T_RACK+SIFS”的忙音，以通知H1和H2发生碰撞。上述忙音之后，H1和H2中侦听该忙音不超过SIFS的候选协作节点(此处为H1)重发RACK分组，其他节点退出竞争。

根据上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，由于候选协作节点通过先侦听T_lms再发送忙音T_sms，来实现竞争协作节点，一方面，能够竞争出R_RD最大的候选协作节点作为协作节点，能一方面极大地降低了多个候选协作节点发生碰撞的情形。进一步地，由于接收节点侦听到RACK分组发生碰撞后发送忙音，由侦听该忙音不超过SIFS的候选协作节点重发RACK分组，从而区分出最优的候选协作节点作为协作节点。相比于现有技术中的在协作节点确定之后再由发送节点和接收节点进行广播的方法，减小了控制开销，提高了传输效率。

进一步地，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，发送节点接收到CCTS分组后，通过信道向接收节点发送数据分组的步骤具体包括：

发送节点接收到CCTS分组后，从CCTS分组中获取R_SD；

发送节点查询本地存储的传输速率表，从传输速率表选择一恰好满足速率值大于2倍R_SD的速率；

发送节点以该速率通过信道向接收节点发送数据分组。

具体地，根据传输速率大小将传输速率分为N_GRADE级。第一级传输速率最大为N1，第二级次之为N2，依此类推，直到N_GRADE级。

发送节点正确接收到接收节点回复的CCTS分组后，解码出R_SD，然后以本地存储的传输速率表中对应的恰好满足速率大于2倍的R_SD的速率进行传输，即R＝{R_i|R_i＞＝2R_SD，R_i+1＜2R_SD}。

以IEEE802.11b协议为例，传输速率表中的传输速率例如有11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps这4个等级，这里假设R_SD＝2Mbps，则应选择R＝5.5Mbps。

进一步地，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，接收节点接收到RTS分组后，若判断获知信道空闲，则通过信道向发送节点返回允许协作发送CCTS分组的步骤之后，还包括：

若接收节点在发送CCTS分组的T_REPLY内，在信道上未成功接收数据分组，则通过信道返回一否定确认NACK分组，NACK分组中包含发送节点或所述协作节点的地址；

发送节点或协作节点通过对信道的侦听获知NACK分组中包含自身的地址，则通过信道重新发送数据分组。

图7是接收节点请求发送节点重发数据分组的时序图。如图7所示，若接收节点D在发送CCTS分组的T_REPLY内，在信道上未成功接收数据分组DATA，且在等待了“SIFS+协作节点的最长等待时间T_waitmax(例如当λ＝60us时，该最长等待时间T_waitmax为52us)”后仍未听到候选协作节点发送的忙音，则认为没有符合条件的协作节点。此时，直接向发送节点S回复NACK分组，该NACK分组中包含发送节点的地址，以请求发送节点重发数据分组。优选地，发送节点通过信道重新发送数据分组为降速重传，进一步优选以速度R_SD作为最大传输速率。

图8是接收节点请求协作节点重发数据分组的时序图。如图8所示，若接收节点D在发送CCTS分组的T_REPLY内，在信道上未成功接收数据分组DATA，但侦听到候选协作节点发送的忙音，却未正确接收由协作节点转发的数据分组，则向协作节点回复NACK分组，该NACK分组中包含协作节点的地址，以请求协作节点重发数据分组。优选地，协作节点通过信道重新发送数据分组为降速重传，进一步优选以R_SD的下一档速率作为传输速率。

进一步地，在上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中，还包括：候选协作节点或协作节点在信道上侦收到ACK分组后，丢弃数据分组。

图9为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中发送节点操作流程图。图10为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中候选协作节点操作流程图。图11为本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法中接收节点操作流程图。以下结合图9至图11分别对本发明提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法的发送节点、候选协作节点及接收节点的操作进行说明。

如图9所示，当候选发送节点有数据要发送时，开始侦听信道。若侦听到信道空闲DIFS，则进入竞争发送节点阶段，否则继续侦听信道。具体为：候选发送节点先对信道侦听n个微时隙时间，判断信道是否没被占用。若信道被占用，则退出竞争发送节点阶段、继续侦听信道；若信道没被占用，则发送m个微时隙时间的忙音。之后，随机退避BT时间，判断此过程中信道是否被占用。若信道没被占用，则发送RTS分组；若信道被占用，则竞争失败，退出竞争发送节点阶段、继续侦听信道。

如果发送节点正确接收到CCTS分组，则开始发送数据分组DATA。若没侦听到CCTS分组，则认为RTS分组发生碰撞，该发送节点接入信道失败。重新侦听信道、并再次竞争发送节点。

竞争成功的发送节点在发送数据分组DATA后，侦听ACK/NACK分组。判断是否侦听到ACK分组，则传输成功，结束此次数据分组的传输。如果没有侦听到ACK分组，则判断是否侦听到RACK分组及是否侦听到NACK分组，若侦听到RACK分组或侦听到RACK分组但未侦听到NACK分组，均结束流程；若侦听到RACK分组且侦听到NACK分组，则重传数据分组DATA，直到传输成功。

如图11所示，接收节点侦听信道，判断是否侦到RTS分组，若未侦听到RTS分组则持续侦听；若侦听到RTS分组，则回复CCTS分组。发送CCTS分组后，判断是否在T_REPLY时间正确收到数据分组，若收到，回复ACK分组，流程结束；或未收到，判断在T_waitmax时间内是否信道一直空闲，若是则回复NACK分组，并再次接收数据分组DATA。需判断重传次数是否N_d次，若超过，则丢弃该数据DATA，结束流程。

如图10所示，候选协作节点侦听信道，在侦听到信道中的RTS/CCTS分组后，判断是否满足协作条件。若不满足，继续侦听信道；若满足，判断是否正确接收数据分组。若未正确接收，返回侦听信道；若正确接收，判断是否侦听到ACK分组，若否，返回侦听信道；若是，竞争协作节点。若竞争成功，转发数据分组，判断是否正确收到ACK分组，若收到，则结束流程，否则重发数据分组，直至正确收到ACK分组。

根据本发明的另一方面，还提供一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入系统，包括：

发送装置，用于通过一信道向接收装置发送RTS分组；还用于在接收到接收装置发送的CCTS分组后，通过信道向接收装置发送数据分组；

接收装置，用于在接收到RTS分组后，若判断获知信道空闲，则通过信道向发送装置返回CCTS分组；

数个候选协作装置，用于对信道上的RTS分组和CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对数据分组进行侦收；还用于若在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在信道上侦收到接收装置因成功接收数据分组而在信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作装置，在信道上发送RACK分组，并通过信道向接收装置转发数据分组；

接收装置还用于在成功接收数据分组后，通过信道返回ACK分组。

根据上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入系统，由于候选协作装置在判断自身符合协作条件后，侦收发送装置向接收装置发送的数据分组，而在成功接收该数据分组的步骤之后再竞争协作装置，即确保了作为协作装置的候选协作装置一定已正确接收了发送节点的数据分组，从而避免了事先确定了协作装置但该协作装置不能正确接收或解码数据分组的情况，此外，由于协作装置由数个候选协作装置进行竞争来确定，避免了因信道衰落而导致的不能有效协作的缺陷。上述实施例的提供服务质量保证的分布式协作多址接入系统充分利用了分布式协作网络中分集增益的优势，实现了可靠的协作传输，从而能够提供QoS保证。

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 (11)

1.一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，包括：

发送节点通过一信道向接收节点发送请求发送RTS分组；所述接收节点接收到所述RTS分组后，若判断获知所述信道空闲，则通过所述信道向所述发送节点返回允许协作发送CCTS分组，所述发送节点接收到所述CCTS分组后，通过所述信道向所述接收节点发送数据分组；

数个候选协作节点对所述信道上的所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对所述数据分组进行侦收；

若满足协作条件的一候选协作节点在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在所述信道上侦收到所述接收节点因成功接收所述数据分组而在所述信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作节点，并在所述信道上发送协作确认RACK分组，并通过所述信道向所述接收节点转发所述数据分组；

所述接收节点成功接收所述数据分组后，通过所述信道返回ACK分组。

2.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述发送节点通过一信道向接收节点发送请求发送RTS分组的步骤之前，还包括：

数个候选发送节点对所述信道进行侦听并竞争成为所述发送节点。

3.根据权利要求2所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述数个候选发送节点对所述信道进行侦听并竞争成为所述发送节点的步骤具体包括：

所述数个候选发送节点侦听到所述信道空闲一分布式帧间隔时间DIFS后，对所述信道侦听n个微时隙时间；

若通过所述信道侦听获知在所述n个微时隙时间内所述信道处于空闲，则在所述信道上发送m个微时隙的忙音，并随机退避一竞争退避时间BT，并对所述信道进行侦听；

若通过所述信道侦听获知所述信道仍处于空闲，则所述候选发送节点作为所述发送节点；

其中，所述n和所述m为根据所述候选发送节点要发送的数据分组的优先级计算的自然数。

4.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述数个候选协作节点对所述信道上的所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对所述数据分组进行侦收的步骤具体包括：

所述候选协作节点对所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，以根据所述RTS分组的信噪比SNR计算出所述发送节点与所述候选协作节点之间的传输速率R_SR、根据所述CCTS分组的SNR计算出所述接收节点与所述候选协作节点之间的传输速率R_RD，并从所述CCTS分组中获取所述发送节点与所述接收节点之间可支持的最高传输速率R_SD，若满足R_SR≥2R_SD且R_RD≥2R_SD，则所述候选协作节点获知自身满足协作条件、对所述数据分组进行侦收。

5.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述发送节点接收到所述CCTS分组后，通过所述信道向所述接收节点发送数据分组的步骤具体包括：

所述发送节点接收到所述CCTS分组后，从所述CCTS分组中获取所述R_SD；

所述发送节点查询本地存储的传输速率表，从所述传输速率表选择一恰好满足速率值大于2倍R_SD的速率；

所述发送节点以所述速率通过所述信道向所述接收节点发送数据分组。

6.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述竞争作为协作节点的步骤具体包括：

所述满足协作条件的候选协作节点从所述CCTS分组中获取所述发送节点与所述接收节点之间可支持的最高传输速率R_SD，并根据所述CCTS分组的SNR计算出所述接收节点与所述候选协作节点之间的传输速率R_RD；

所述满足协作条件的候选协作节点根据所述R_SD和所述R_RD计算一侦听时间T_lms和一发送忙音时间T_sms；

若所述满足协作条件的候选协作节点对所述信道侦听所述T_lms内所述信道为空闲，则向所述信道发送忙音T_sms，并对所述信道继续侦听一时间间隔T_obs，若侦听获知所述信道仍为空闲，则所述候选协作节点作为协作节点。

7.根据权利要求3所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述接收节点接收到所述RTS分组后，若判断获知所述信道空闲，则通过所述信道向所述发送节点返回允许协作发送CCTS分组的步骤之后，还包括：

若所述接收节点在发送所述CCTS分组的所述T_REPLY内，在所述信道上未成功接收所述数据分组，则通过所述信道返回一否定确认NACK分组，所述NACK分组中包含所述发送节点或所述协作节点的地址；

所述发送节点或所述协作节点通过对所述信道的侦听获知所述NACK分组中包含自身的地址，则通过所述信道重新发送所述数据分组。

8.根据权利要求7所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述通过所述信道重新发送所述数据分组为降速重传。

9.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，还包括：

所述候选协作节点或所述协作节点在所述信道上侦收到所述ACK分组后，丢弃所述数据分组。

10.根据权利要求1所述的提供服务质量保证的分布式协作多址接入方法，其特征在于，所述在所述信道上发送协作确认RACK分组的步骤之后，还包括：

若所述接收节点侦听到数个候选协作节点发送的RACK分组，则在侦听到数个所述RACK分组发生碰撞时发送一忙音，所述忙音的时长为所述RACK分组的时长与一短帧间间隔SIFS之和；

发送所述RACK分组的数个候选协作节点中侦听所述忙音不超过SIFS的候选协作节点重发所述RACK分组。

11.一种提供服务质量保证的分布式协作多址接入系统，其特征在于，包括：

发送装置，用于通过一信道向接收装置发送请求发送RTS分组；还用于在接收到接收装置发送的允许协作发送CCTS分组后，通过所述信道向所述接收装置发送数据分组；

接收装置，用于在接收到所述RTS分组后，若判断获知所述信道空闲，则通过所述信道向所述发送装置返回所述CCTS分组；

数个候选协作装置，用于对所述信道上的所述RTS分组和所述CCTS分组进行侦收，若判断获知自身满足协作条件，则对所述数据分组进行侦收；还用于若在一设定的回复时间间隔T_REPLY内未在所述信道上侦收到所述接收装置因成功接收所述数据分组而在所述信道上发送的确认ACK分组，则竞争作为协作装置，在所述信道上发送协作确认RACK分组，并通过所述信道向所述接收装置转发所述数据分组；

所述接收装置还用于在成功接收所述数据分组后，通过所述信道返回ACK分组。

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