CN102387550A - 分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统。该方法包括：协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。本发明技术方案可有效提高协作节点选择的准确性和快速性，提高数据传输速率。

Description

分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统。

背景技术

接入方法或媒质接入控制(Medium Access Control，MAC)方法是用于解决多个节点或多个用户共享信道资源的技术，接入方法的好坏直接影响网络的吞吐量、时延等性能。

在无线网络中，多径衰落是影响通信质量的重要因素，传统的无线通信通常广泛采用分集技术来减小多径衰落的影响。其中，所谓的分集技术是指为保证数据传输质量，数据发送端采取特定方式，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，从而只要合理合并各路径的信号就能保证可靠通信。协作接入方法就是利用协作分集在物理层实现用户共享信道，以提高网络性能，并且，按照协作的发起方式，协作接入方法可以分为发方发起后由多个协作节点竞争，或者，发方指定协作节点、收方发起后由多个协作节点竞争，或者，收方指定协作节点、发方发完数据分组后由多个协作节点竞争三种方法。

其中，发方发起后由多个协作节点竞争，或者，发方指定协作节点的方法一般是由发方发送一个经过修改的请求发送(Request-to-Send，RTS)分组来发起协作中继，例如协作请求发送(Cooperative RTS，CRTS)分组；对于多个协作节点竞争的方式，CRTS分组中不用指定协作节点的地址，若有发方指定协作节点的方式，则要在CRTS分组中包含有一个被选定的协作节点的地址。发方指定协作节点的方式中CRTS分组中选定的协作节点，或者，多个协作节点竞争方式中成功接收并解码CRTS分组的节点，根据周边邻节点的通信状态以及自身信道条件来判断是否可以通过提供协作中继来提高传输性能，若可以，则发送相应分组来确认协作，例如协作清除发送(Cooperative Clear-to-Send，CCTS)分组；若不可以，则让发方将数据分组直接发送给收方。

现有的协作MAC(Cooperative MAC，CoopMAC)方法是一种数据发送方发起后指定协作节点的方法，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数据分组，即DATA分组的发送来实现，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是源节点与协作节点之间的发送速率；R_hd是协作节点与目的节点之间的发送速率；R_sd是源节点与目的节点之间的发送速率。发方节点在发送DATA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协作节点，并向选择的协作节点发送协作请求发送(Cooperative RTS，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，若可以则发送协作中继(Helper-to-Send，HTS)分组确认协作，发送节点发送的数据就可以通过协作节点将DATA分组传输至收方节点。

多速率无线自组织网络的协作MAC方法，也称作CODE方法，其是采用数据发送方发起后多个协作节点竞争的方式来确定最终协作节点，实现数据的中继发送。该方法中，若有两个以上协作节点可用，发方节点首先会选择两个最好的协作节点R1、R2，然后发送第一CRTS分组，R1、R2收到第一CRTS分组后，各自产生新的CRTS分组；根据在协作表的优先级，假设R1质量更好，则R1产生第二CRTS分组，R2产生第三CRTS分组，第二CRTS分组先于第三CRTS分组发送，则R1就会胜出成为最终的协作节点。CODE方法由源节点在所储存的协作表中事先选定协作节点，其中，由于有关协作节点的信息为源节点侦听以前的数据传输过程所获得的，因此为历史记录，一旦所选的协作节点不再满足能够缩短数据传输时间的条件，则放弃协作传输，由发方直接把数据分组传输给收方，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。

基于IEEE 802.11分布式协调功能(Distributed CoordinationFunction，DCF)的协作MAC方法，是收方发起后，由多个协作节点竞争作为最终协作节点的方式。该种方法中，在收方回复清除发送(Clear-to-Send，CTS)分组后，协作节点可以根据收到的RTS分组和CTS分组估计出自己到发方和收方的数据传输速率，以及自身在未来一段时间内的忙闲状况，从而判断出自身能否提供协作；对于能够提供协作的节点，则会发送一个协作指示(Helper-Indication，HI)分组，通知发方和收方自己的协作意愿；所有满足条件的协作节点根据自己协作性能好坏，即协作的传输速率情况，设置一个固定的退避时间，退避时间到后发送一个准备帮助(Ready-to-Help，RTH)分组；成功收到RTH分组后，收方会回复一个清除接收分组(Clear-to-Receive，CTR)分组，告知发方和协作节点开始进行数据传输；最后发方发送DATA分组，协作节点转发DATA分组。该方法虽然可以根据信道的实时状况选择出比较好的协作节点，但是当协作节点较多时，可能出现多个最佳的协作节点，因而RTH分组会发生碰撞，此时需要进行再次的最佳协作节点选择，如果再次发生碰撞，收方就会告知协作节点和发方不进行协作传输而是直接发送数据到收方。可以看出，该方法协作方法无法有效克服协作节点冲突的问题，导致协作效率较低；同时，不管采用哪个固定值退避的方法也会使得协作接入不够快速。

坚持型中继载波侦听多址接入(Persistent Relay Carrier SensingMultiple Access，PRCSMA)方法，是一种采用自动重复请求(AutomaticRepeat reQuest，ARQ)机制的协作MAC方法。该种方法中，发方首先向收方发送DATA分组，收方接收DATA分组失败后，会发送请求协作(Claimfor Coopera tion，CFC)分组向周围节点反馈这一信息；接收到该CFC分组的节点，开始充当中继节点向收方发送DATA分组，直至收方可以正确解码该分组，该过程中，所有节点会侦听传输过程并保留它所能解码的DATA分组。这一方法有效地保证了目的节点接收到DATA分组的正确率，但是，由于所有可能的节点都参与协作，而没有考虑数据传输速率的选择问题，从而导致数据传输延迟。

综上所述，现有的协作接入方法在协作节点的选择上考虑不完全，特别是在协作节点的有效选择和接入转发数据上，协作节点选择时间较长，或者协作节点的选择不准确，导致协作传输数据的效率较低，传输延迟较长，从而影响整个网络的数据传输的吞吐量。

发明内容

本发明提供一种分级协作接入方法、协作节点及协作接入系统，可有效提高协作节点选择的准确性和快速性，提高协作节点协作传输数据的效率。

本发明提供一种分级协作接入方法，包括：

协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；

所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。

其中，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组包括：

判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级，是则直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组；否则，在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

上述的分级协作接入方法还可包括：

所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组，否则，所述协作节点结束协作接入。

在所述第二预设个数的微时隙结束后，所述协作节点未收到所述发方节点或收方节点发送的协作确认分组后，增加所述第二预设个数的个数，重新向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入。

本发明提供一种协作节点，包括：

速率等级模块，用于协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

准备协作模块，用于在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；

数据转发模块，用于所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。

其中，所述准备协作模块包括：

判断单元，用于判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级；

发送单元，用于在所述协作节点的速率等级为所述预设速率等级中的最高等级时，直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组，或者，用于在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

上述的协作节点还可包括：

同级竞争模块，用于所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组。以及协作接入结束模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入；或者，用于接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，且所述协作节点不是所述重试指示分组中指定的速率等级的协作节点时，结束协作接入。

本发明提供一种协作接入系统，包括：发方节点、收方节点以及至少一个协作节点，其中，所述协作节点为采用上述本发明提供的协作节点。

本发明提供的分级协作接入方法、协作节点和协作接入系统，通过设定自身的速率等级，并在预设个数的微时隙时序中，在与其速率等级对应的微时隙内向发方节点或收发节点发送准备协作分组，以请求作为协作传输的协作节点，从而可快速选择出最佳的协作节点，协作节点的选择效率高，且选择的协作节点具有较高的数据传输速率，可有效保证数据传输效率，提高网络吞吐量；同时，本发明技术方案中，协作节点的速率等级均是在发方节点无法通过直传传输时才启动协作，协作节点的速率等级是实时获得，协作节点的速率等级信息是实时信息，可以有效满足信道状态和拓扑结构的动态变化的网络中数据的传输。

附图说明

图1为本发明分级协作接入方法实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例中发方节点以最高数据传输速率发送DATA分组直传成功情况的时序图；

图3为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内收到RH分组发生碰撞时的时序图；

图4为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内仅收到一个RH分组时的时序图；

图5为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内仅接收一个RH分组时的时序图；

图6为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内收到多个RH分组时的时序图；

图7为本发明实施例中在第一预设个数的微时隙时序中发方节点或收方节点均没有收到RH分组时的时序图；

图8为本发明实施例中发方节点降低数据传输速率等级重新发送DATA分组后，收方节点仍无法成功接收DATA分组时的时序图；

图9为本发明实施例中发方节点的工作流程示意图；

图10为本发明实施例中协作节点的工作流程图；

图11为发明实施例中发方节点的工作流程图；

图12为本发明协作节点实施例的结构示意图；

图13为本发明实施例中准备协作模块的结构示意图；

图14为本发明协作接入系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明分级协作接入方法实施例的流程示意图。具体地，如图1所示，本实施例分级协作接入方法包括如下步骤：

步骤100、协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认(Acknowledgement，ACK)分组后，确定该协作节点的速率等级，其中，协作节点的速率等级为协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

步骤200、在第一预设个数的微时隙时序中，与协作节点的速率等级对应的微时隙内，协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作(Ready-Help，RH)分组；

步骤300、协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认(Relay ACK，RACK)分组后，协作节点向收方节点转发发方节点发送的DATA分组。

本实施例中，通信网络中的各节点，包括发方节点、收方节点和协作节点，均具有唯一的身份号(Identification，ID)，且均配置有一部半双工无线电台；各节点之间的数据传输信道为对称信道，即网络中的两个节点之间的通信链路是双向，且信道质量相同；同时，各节点可通过侦听到的其它节点发送的分组信息，例如信噪比等，计算出与其它节点之间在满足一定误码率要求可支持的最高数据传输速率。

本实施例中，发方节点在向收方节点发送DATA分组过程中，处于通信范围内的节点，除了收方节点外也会实时侦听信道信息，并获取发方节点与收方节点之间的通信过程，协作节点侦听到发方节点向收方节点发送DATA分组，并在预设时间内侦听收方节点是否返回ACK分组给收方节点，以确定收方节点是否成功收到发方节点发送的DATA分组，从而在收方节点未收到DATA分组时，通过发送RH分组，向发方节点或收方节点请求协作接入，以作为协作节点，将其侦听到的发方节点发送的DATA分组，转发给收方节点。

本实施例中，根据节点之间可支持的数据传输速率，预先设定有速率等级，其中，速率等级最高的为第一级，可记作RG1，速率等级最低的为第n级，记作RGn，其中，n为大于等于1的自然数，当协作节点根据侦听到的信息，确定到收方节点可支持的最高数据传输速率后，即可确认其处于预设速率等级中的级别。本领域技术人员可以理解的是，所述的预设速率等级中的各等级可对应于一个特定的数据传输速率，或者一个范围值，协作节点可支持的最高数据传输速率等于某一等级对应的数据传输速率，或者落在其对应的范围值内时，就可确定其处于哪一等级。

表1为IEEE 802.11a(g)标准中所用数据传输速率大小，及相应的速率等级，本实施例中，可按照表1中的数据传输速率确定其所在的等级。数据传输速率与数据传输速率等级之间的对应关系可参见表1。

表1：

本实施例中，由于位于发方节点和收方节点之间通信范围内的节点数量可能会很多，因此，处于发方节点和收方节点通信范围的节点，应满足以下条件，才可能成为协作节点：

(1)能正确解码发方节点发送到收方节点的DATA分组，只有这样，协作节点才可能作为协作节点将DATA分组转发给收方节点；

(2)满足

其中，R_sh是发方节点与协作节点之间的数据传输速率；R_hd是协作节点与收方节点之间的数据传输速率；R_sd是发方节点与收方节点之间的数据传输速率。

处于发方节点和收方节点通信范围内的节点只有满足以上条件，才有可能成为发方节点和收方节点之间进行数据传输的协作节点。

本实施例中，协作节点在预设时间内未收到ACK分组，并计算出协作节点的速率等级后，可在接下来的第一预设个数为nMS1个微时隙时序中，与协作节点的速率等级对应的微时隙内，向发方节点或收方节点发送RH分组，请求协作接入，以将DATA分组转发给收方节点。具体地，该nMS1是与预设速率等级的等级个数相同的数值，这样，每个速率等级均对应于一个微时隙，且最高级别的速率等级RG1对应于第一个微时隙，最低级别的速率等级RGn对应于第nMS 1个微时隙，因此，协作节点的速率等级确认后，在相应的微时隙内，向发方节点或收方节点发送RH分组过程中，具有最高速率等级的协作节点就会先发送RH分组，也就是说，只有满足条件的且具有最高数据传输速率的协作节点才会被选择作为进行协作传输的最佳的协作节点，进行DATA分组的转发。可以看出，本实施例通过在预设个数的微时隙时序中，是首先将速率等级最高的协作节点发送RH分组，因此，作为最终的协作节点一定是目前网络中具有最高数据传输速率的节点，从而可有效提高网络的数据传输速率；同时，由于最高速率等级的协作节点首先发送RH分组，使得协作节点的选择会非常快速、准确，提高协作节点选择效率。本实施例中，预设速率等级个数设置为4个，相应的nMS1的数值也为4，实际应用中可根据需要设置合适数量的速率等级。

本实施例中，发方节点在向收方节点发送数据时，主要存在两种传输情况，分别为：直传传输和协作传输。发方节点在传输数据中，首先采用直传传输，在直传传输不成功时，才采用协作传输，本发明实施例中的协作节点就是在直传传输不成功时，才竞争选择作为最终的协作节点，以进行协作传输。本实施例中，协作节点向发方节点或收方节点发送RH分组后，只有在接收到收方节点或发方节点发送RACK分组，且RACK分组中指定自己为最佳的协作节点时，才可进行DATA分组的转发。

本实施例中，为保证具有最高级别速率等级的协作节点被选择作为最佳的协作节点，以协作转发数据，上述步骤200中，向发方节点或收方节点发送RH分组具体可包括如下步骤：判断协作节点的速率等级是否为预设速率等级中的最高级别，是则直接向发方节点或收方节点发送RH分组；否则，在接收到发方节点或收方节点发送的下一级指示(Next GradeIndicator，NGI)分组后，向发方节点或收方节点发送RH分组。具体地，在nMS1个微时隙时序中，第一个微时隙内，仅让与该第一个微时隙对应的具有最高速率等级的协作节点，发送RH分组，这样，才可能保证具有最高数据传输速率的协作节点被选择进行协作传输；同时，在第一个微时隙内没有满足条件的速率等级的协作节点时，发方节点或收方节点会向协作节点发送NGI分组，以指示各协作节点在nMS1个微时隙时序中下一个微时隙内发送RH分组，从而确保只有满足条件的最高速率等级的协作节点才会被选中作为协作传输的最佳的协作节点，通过采用这种方式，不但可保证进行协作传输的协作节点为最佳的协作节点，提高协作节点选择的准确性，也可有效提高协作节点选择的快捷性。

本实施例中，可能存在多个具有相同速率等级的协作节点，该些相同速率等级的协作节点可能会在同一微时隙内均发送RH分组，因此，发方节点或收方节点在接收到该些协作节点发送的RH分组后，就会出现RH分组碰撞的情况，此时，发方节点或收方节点可发送重试指示(RetryIndicator，RI)分组，指示该些协作节点重新进行竞争，以选择出最佳的协作节点，具体地，上述步骤300之前，还可包括如下步骤：协作节点接收到发方节点或收方节点发送的RI分组后，判断协作节点是否是RI分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数为nMS2的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送RH分组，否则，协作节点结束协作接入。

本实施例中，当存在多个具有相同速率等级的协作节点均发送RH分组，请求作为协作传输的协作节点时，发方节点或收方节点可通过发送的RI分组，使该些协作节点分别在nMS2个微时隙时序中任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送RH分组，这样，发方节点或收方节点在最先到达的微时隙内收到RH分组，且不会发生RH分组碰撞时，可将该最先到达的微时隙内发送RH分组的唯一的协作节点作为最佳的协作节点，并向其发送RACK分组，指定其作为协作传输的协作节点，该协作节点可在收到该RACK分组后，向收方节点转发DATA分组。其中，本实施例中的RI分组可携带有允许重新发送RH分组的协作节点具有的速率等级，以便协作节点接收到该RI分组后，确定是否需要在nMS 2个微时隙时序中重新发送RH分组；RACK分组中可包含指定的协作节点的ID，这样协作节点收到RACK后，就会确认该协作节点是否为指定的最佳协作节点，进行DATA分组的转发。

本实施例中，若在第二预设个数为nMS2的微时隙时序中的各微时隙内，发方节点或收方节点均收到多个协作节点发送的RH分组，即各微时隙内RH分组均发生碰撞时，可通过增加第二预设个数的个数，并指示协作节点重新发送RH分组。具体地，在第二预设个数的微时隙结束后，协作节点未收到发方节点或收方节点发送的RACK分组后，将第二预设个数的增倍，并指示各协作节点重新向发方节点或收方节点发送RH分组。

本领域技术人员可以理解的是，第二预设个数的数值可以在发方节点或收方节点发送的RI分组中设定，或者由协作节点之间事先协商一致确定；同时，上述的第二预设个数的微时隙时序中各微时隙之间的时间间隔也可由发方节点或收方节点在发送的RI分组中设定，也可由协作节点之间事先协商一致确定。

本实施例中，只有在发方节点以直传传输方式无法将DATA分组成功发送到收方节点时，才会采用协作传输，因此，发方节点发送DATA分组到收方节点的过程可包括两种情况，即直传成功情况和协作传输情况。下面分别对两种情况进行说明，并在协作传输情况中对本发明实施例的方案进行说明。

1、直传成功情况

当发方节点有数据需要发送给收方节点时，首先监听信道，若信道空闲，且随机退避监听一段时间后仍空闲时，以基本速率向收方节点发送CRTS分组。

若收方节点可以正确接收CRTS分组，并且侦听信道后其可以正常接收DATA分组后，可根据信噪比计算出两节点之间可满足一定误码率要求的可支持最高数据传输速率，并以基本传输速率携带该可支持最高数据传输速率的速率信息的CCTS分组。

发方节点接收到CCTS分组后，以预设速率等级中级别最高的速率等级RG1对应的数据传输速率，向收方节点发送DATA分组。

收方节点接收到DATA分组，并成功解码后，会返回ACK分组，以结束本次数据传输，此时，发方节点是以直传传输方式完成DATA分组的发送。

若发方节点在DATA分组发送一定时间后，仍旧没有收到收方节点返回的ACK分组，则说明收方节点接收数据失败，直传传输失败，此时会进入到协作传输情况。

图2为本发明实施例中发方节点以最高数据传输速率发送DATA分组直传成功情况的时序图。如图2所示，发方节点直传成功时，协作节点仅侦听发方节点和收方节点之间的通信过程，而不会做任何工作。

2、协作传输情况

发方节点和收方节点在数据传输过程中，协作节点会实时侦听该通信过程，当发方节点在向收方节点发送DATA分组后，在规定的时间内协作节点没有收到ACK分组时，则说明直传失败，此时，协作节点就会根据侦听信道时获取的CRTS分组，以及CCTS分组，计算出协作节点自身到收方节点可支持的最高数据传输速率，并判断协作节点的速率等级。

在第一预设个数为nMS1的微时隙时序中，协作节点的速率等级对应的微时隙到来时，向发方节点或收方节点发送RH分组。其中，该第一预设个数nMS1的微时隙是分开的，除了该时序中，第一个微时隙是在规定的时间内未收到ACK分组而立即启动外，其它微时隙的启动，均是在前一个微时隙内没有协作节点发送RH分组，即没有满足相应速率等级的协作节点存在时，由发方节点或收方节点通过发送NGI分组指示的前提下才启动。这样，各协作节点可根据自身的速率等级，并在相应的微时隙内发送RH分组，从而可保证具有最高速率等级的协作节点一定是最先发送RH分组的协作节点。

上述在第一预设个数nMS1的微时隙时序中，发送RH分组而请求作为协作传输的协作节点的过程，可称之为速率分级通告预选阶段，即各协作节点是按照速率等级分成多个级别，并在与其等级对应的微时隙内才发送RH分组，请求进行协作，采用这种分级宣告及分级预选的方式，可以在最佳的协作节点选择后，其它协作节点就可以退出协作节点选择，协作节点的选择速率快，且选择的协作节点会具有较高的数据传输速率，从而可提高数据传输速率，提高整个网络的吞吐量。

同时，在速率分级通告预选阶段，若一个微时隙内有多个协作节点同时发送RH分组，就会产生RH分组碰撞，即同时存在多个具有相同速率等级的协作节点时，发方节点或收方节点会发出RI分组，指示该些协作节点进入同级速率协作冲突分解阶段，以选择最佳的协作节点。

具体地，下面对整个协作传输情况下，协作节点选择过程中出现的各种情况分别予以说明：

(1)在第一预设个数的微时隙时序中的第一个微时隙就发生RH分组碰撞的情况。

图3为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内收到RH分组发生碰撞时的时序图。如图3所示，在第一预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内存在多个协作节点均发送RH分组，此时，说明有多个满足要求的具有相同最高速率级别的协作节点，速率分级通告预选阶段结束，发方节点或收方节点就会发送一个RI分组，以指示该些协作节点在第二预设个数的微时隙内竞争，该些协作节点进入同级速率协作冲突分解阶段。

具体地，发方节点或收方节点发送的RI分组中，包含有指定速率等级的信息，这样，符合该速率等级的协作节点就可以继续发送RH分组，竞争作为协作传输的协作节点，而其它不符合该速率等级的协作节点则可结束发送RH分组，进入空闲状态。

而符合速率等级的协作节点则会在第二预设个数nMS 2的微时隙时序中，在任一微时隙内发送RH分组，以竞争作为协作传输的协作节点。具体地，nMS2初始可设置为4个，若4个微时隙内，均存在多个协作节点发送RH分组，则重新确定nMS2个数，使其增倍，这些协作节点重新在增倍的nMS2个微时隙时序中的任一微时隙内发送RH分组，直到有1个微时隙内，仅由一个协作节点发送RH分组，且该协作节点是在nMS2个微时隙中最先收到的发送RH分组的协作节点，则这个协作节点就是最佳的协作节点。

确定最佳的协作节点后，发方节点或收方节点就可向该协作节点发送RACK分组，以确认该协作节点可以作为协作传输的最终协作节点；该协作节点接收到RACK分组后，可经过tIP时间后，就可以其支持的最高数据传输速率将发方节点发送的DATA分组转发至收方节点。

协作节点接收到RACK分组后，即可以最高速率等级RG1对应的最高数据传输速率将DATA分组转发给收方节点，并在收方节点返回ACK分组后，整个数据传输过程结束。

(2)在第一预设个数的微时隙时序中的第一个微时隙仅有一个协作节点发送RH分组。

图4为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内仅收到一个RH分组时的时序图。如图4所示，在第一预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内仅有一个协作节点发送RH分组，此时，说明有仅有一个满足要求的协作节点，则该协作节点即为最佳的协作节点，发方节点或收方节点可直接发送RACK分组给该协作节点，且后续的微时隙不再启动，协作节点的选择结束，并由该最佳的协作节点将DATA分组转发给收方节点。

协作节点接收到RACK分组后，即可以最高速率等级RG1对应的最高数据传输速率将DATA分组转发给收方节点，并在收方节点返回ACK分组后，整个数据传输过程结束。

(3)在第一预设个数的微时隙时序中的第一个微时隙内没有协作节点发送RH分组。

图5为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内仅接收一个RH分组时的时序图；图6为本发明实施例中收方节点或发方节点在第一个预设个数的微时隙时序中，第一个微时隙内没有收到RH分组且在第二个微时隙内收到多个RH分组时的时序图。如图5和图6所示，发方节点或收方节点在第一个微时隙没有收到RH分组，说明不存在支持最高速率等级RG1的协作节点，则发方节点或收方节点会发送一个NGI分组，通知下一级速率等级的协作节点在其后第二个微时隙里发送RH分组。速率等级为第二级速率等级RG2的所有的协作节点收到NGI分组后，开始启动第二个微时隙，在该微时隙里发送RH分组，进行第二级的宣告。在该宣告过程中，会有以下三种情况，分别说明如下：

第一、如果发方节点或收方节点在该微时隙内接收RH分组，且仅有一个RH分组，则发方节点或收方节点直接回复RACK分组，并指定发送该RH分组的协作节点为最佳的协作节点，由该协作节点向收方节点转发DATA分组。具体可参考图5所示时序图。

第二、如果发方节点或收方节点在该微时隙内接收到RH分组，且收到多个RH分组，即RH分组是发生碰撞的，具体可参考图6所示时序图，则发方节点或收方节点发送一个RI分组，指示发送RH分组的该些协作节点进入同级速率协作冲突分解阶段，具体与第(1)种情况相同。

第三、如果发方节点或收方节点在第二次宣告中仍然没有收到RH分组，则进入第三次宣告，重复上面提到的过程，直到设定的nMS 1个微时隙结束。

(4)在第一预设个数的微时隙时序中的各微时隙内，均没有收到RH分组的情况。

图7为本发明实施例中在第一预设个数的微时隙时序中发方节点或收方节点均没有收到RH分组时的时序图。当在第一预设个数的微时隙时序中，均没有收到RH分组，则说明不存在可以进行满足条件的协作节点，发方节点会将发送DATA分组的数据传输速率降级，并重新发送DATA分组，降级发送DATA分组的过程可同发方节点以最高数据传输速率发送DATA分组后的过程一样。

同时，为保证各协作节点可以将DATA分组转发到收方节点，在发方节点需要采用协作传输时，可将各协作节点的速率等级降低一个等级，并以降低的速率等级对应的微时隙向发方节点或收方节点发送RH分组。

(5)发方节点在降低数据传输速率等级，发送DATA分组后收方节点仍不能接收到DATA分组的情况。

图8为本发明实施例中发方节点降低数据传输速率等级重新发送DATA分组后，收方节点仍无法成功接收DATA分组时的时序图。如图8所示，如果发方节点降级发送数据后仍没有满足条件的协作节点，收方节点发送一个请求直传(Request for Direct Transmission，RDT)分组，之后由发方节点采用自身到收方节点可支持的最高数据传输速率开始再次向收方节点发送DATA分组，收方节点正确接收到DATA分组后，回复ACK分组，从而结束此次DATA分组的传输过程。同时，当发方节点采用自身到收方节点可支持的最高数据传输速率向收方节点发送DATA分组，而收方节点无法接收到时，可重复进行多次，直到收方节点成功接收到该DATA分组。

综上可以看出，本发明实施例协作接入方法中，协作节点通过设定自身的速率等级，并在预设个数的微时隙时序中，在与其速率等级对应的微时隙内向发方节点或收发节点发送RH分组，以请求作为协作传输的协作节点，从而可快速选择出最佳的协作节点，协作节点的选择效率高，且选择的协作节点具有较高的数据传输速率，可有效保证数据传输效率，提高网络吞吐量；同时，本发明实施例协作接入方法中，协作节点的速率等级均是在发方节点无法通过直传传输时才启动协作，协作节点的速率等级是实时获得，协作节点的速率等级信息是实时信息，可以有效满足信道状态和拓扑结构的动态变化的网络中数据的传输。

为对本发明有更好的了解，下面分别对发方节点在进行数据传输过程中发方节点、协作节点以及收方节点的工作流程进行详细说明。

图9为本发明实施例中发方节点的工作流程示意图。如图9所示，本实施例发方节点发送DATA分组到收方节点，可包括以下步骤：

步骤101、发方节点处于空闲状态，判断是否有数据要发送，是则执行步骤102，否则，继续进入空闲状态；

步骤102、发方节点监听信道空闲一段时间后，向收方节点发送CRTS分组，以确定收方节点是否空闲；

步骤103、发方节点判断是否收到收方节点返回的CCTS分组，是则说明收方节点可以接收数据，执行步骤105，否则，执行步骤104；

步骤104、发方节点随机退避一段时间，重新执行步骤102；

步骤105、发方节点以其支持的最高数据传输速率，向发方节点发送DATA分组；

步骤106、发方节点判断一定时间内，是否收到收方节点返回的ACK分组，是则说明收方节点收到DATA分组，数据传输结束，重新回到空闲状态，否则，说明收方节点没有收到DATA分组，执行步骤107；

步骤107、发方节点可在接下来的nMS 1个微时隙内侦听，判断在第一微时隙内是否收到RH分组，是则说明有协作节点要求进行协作传输，执行步骤108，否则，执行步骤117；

步骤108、发方节点判断在第一个微时隙内收到的RH分组是否发生碰撞，是则说明同时存在多个协作节点要求加入协作传输，执行步骤109，否则，说明仅有一个协作节点要求加入协作传输，该协作节点即为最佳的协作节点，执行步骤112；

步骤109、发方节点向发送RH分组的所有协作节点发送RI分组，指示发送RH分组的协作节点重新发送RH分组；

步骤110、发方节点在nMS2个微时隙中依次接收RH分组，在一个微时隙内判断是否收到没有碰撞的RH分组，是则说明相应微时隙内的协作节点为最佳的协作节点，执行步骤112，否则，说明nMS2个微时隙中均接收到碰撞的RH分组，执行步骤111；

步骤111、在nMS 2个微时隙结束后，重新设置nMS 2的个数为原来的两倍，发送RI分组，并重新执行步骤110；

步骤112、发方节点向最佳的协作节点发送RACK分组，以指示该最佳的协作节点向收方节点转发DATA分组；

步骤113、发方节点等待一段时间，以保证最佳的协作节点将DATA分组转发给收方节点；

步骤114、发方节点等待一段时间后，判断是否收到ACK分组，是则说明收方节点已成功收到DATA分组，数据传输结束，重新回到空闲状态，否则，执行步骤115；

步骤115、发方节点判断是否时间超过预设时间，是则说明转发数据时间过长，发送超时，数据传输失败，发方节点重新回到空闲状态，并重新发送数据，否则，执行步骤116；

步骤116、发方节点重新发送RACK分组给最佳的协作节点，并重新执行步骤113，直到收到ACK分组或超时，并回到空闲状态，结束本次数据传输流程；

步骤117、发方节点没有收到RH分组，说明在第一微时隙内没有相应的协作节点可加入协作，发方节点向所有的协作节点发送NGI分组，以指示在其通信范围内符合要求的协作节点在下一个微时隙内发送RH分组；

步骤118、在接下来的一个微时隙中，发方节点判断是否收到RH分组，是则执行步骤108，否则执行步骤119；

步骤119、判断微时隙的个数是否超过设定的微时隙个数nMS1，是则说明目前不存在任何协作节点可以加入协作传输，执行步骤120，否则，执行步骤117，重新向所有协作节点发送NGI分组，直到在一个微时隙内接收到有RH分组；

步骤120、判断降低数据传输速率的次数是否超过规定的次数并收到RDT分组，是则执行步骤122，否则执行步骤121；

步骤121、降低数据传输速率，并重新向收方节点发送DATA分组，执行步骤106；

步骤122、发方节点收到RDT分组后，以双方均能够支持的最高数据传输速率RSD发送DATA分组；

步骤123、发方节点等待一段时间；

步骤124、待等待一段时间后，判断是否有接收到收方节点返回的ACK分组，是则说明DATA分组发送成功，数据传输结束，发方节点重新回到空闲状态，否则，执行步骤125；

步骤125、判断发送DATA分组的总时间是否超时，是则说明DATA分组发送失败，数据传输结束，发方节点重新回到空闲状态，否则，执行步骤126；

步骤126、重新发送DATA分组，并执行步骤123。

图10为本发明实施例中协作节点的工作流程图。如图10所示，本实施例协作节点在发方节点发送DATA分组到收方节点过程中，可包括以下步骤：

步骤201、协作节点处于空闲状态时，侦听信道信息，侦听发方节点和收方节点之间发送的CRTS分组、CCTS分组，并计算出协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率，确定协作节点的速率等级；

步骤202、协作节点判断自身是否满足可能成为协作节点的条件，是则执行步骤203，否则重新进入空闲状态，继续侦听信道；

步骤203、协作节点侦听到发方节点向收方节点发送DATA分组后，在预设时间内判断是否收到收方节点向发方节点发送的ACK分组，是则说明收方节点成功收到DATA分组，协作节点回到空闲状态，继续侦听信道，否则，设定微时隙的个数i，并设定i的初始值为1，执行步骤204；

步骤204、协作节点判断上述步骤201中得到的自身的速率等级是否与第i个微时隙对应的速率等级相同，是则说明此时协作节点可以作为较佳的协作节点加入协作，执行步骤206，否则，执行步骤205；

步骤205、判断是否收到RACK分组、RI分组或者NGI分组，若接收到RACK分组或RI分组，则说明已经有最佳的协作节点进行协作，协作节点无需再请求协作，协作节点重新进入空闲状态，继续侦听信道；若协作节点接收到的是NGI分组，则说明上次微时隙内没有符合要求的协作节点，需要继续进行协作请求，执行步骤214；

步骤206、向收方节点和发方节点发送RH分组，要求加入协作；

步骤207、协作节点判断是否收到发方节点发送的RACK分组或者RI分组，若收到RI分组，则执行步骤208；若收到RACK分组，执行步骤210；

步骤208、判断是否是RI分组中指定的相应速率等级的协作节点，是则执行步骤209，否则，说明协作节点不符合要求，重新进入空闲状态，继续侦听信道；

步骤209、在RI分组中指定的下一轮nMS2个微时隙中随机选择一个到来的微时隙发送RH分组，并执行步骤207；

步骤210、协作节点判断自身是否是RACK分组中指定的最佳的协作节点，是则执行步骤211，否则，说明已经有最佳的协作节点选出，协作节点重新进入空闲状态，继续侦听信道；

步骤211、协作节点以自身的速率等级对应的数据传输速率转发发方节点发送到收方节点的DATA分组；

步骤212、判断是否收到收方节点返回的ACK分组，是则说明数据转发成功，清楚其内的DATA分组，重新进入空闲状态，继续侦听信道，否则，执行步骤213；

步骤213、协作节点判断自身转发DATA分组的时间是否超时，是则说明数据转发已失效，重新进入空闲状态，继续侦听信道，否则执行步骤211，继续转发DATA分组；

步骤214、让i数值加1，及i＝i+1；

步骤215、判断连续收到的NG I个数是否小于或等于(nMS1-1)，是则执行步骤204，否则执行步骤216；

步骤216、收到发方节点降级发送的DATA分组后，又连续收到(nMS1-1)个NGI后，判断是否仍没有收到RI分组或RACK分组，是则结束数据发送，协作节点进入空闲状态，继续侦听信道，否则，设置i的数值为i＝i-nMS1+1，并执行步骤204。

图11为发明实施例中发方节点的工作流程图。如图11所示，收方节点在接收DATA分组过程中，包括如下步骤：

步骤301、空闲的收方节点侦听信道，判断是否收成功收到发方节点的发送的CRTS分组，是则执行步骤302，否则，重新进入空闲状态，继续侦听信道；

步骤302、收方节点空闲时，向收方节点发送CCTS分组；

步骤303、等待一段时间，并判断能否收到发方节点发送的DATA分组，是则说明数据接收成功，执行步骤311，重新进入空闲状态，继续侦听信道，否则，执行步骤304；

步骤304、收方节点判断是否连续收到nMS1-1个NGI分组而没有收到RI分组或者RACK分组，是则说明没有符合要求的协作节点，执行步骤305，否则，说明有符合要求的协作节点，执行步骤307；

步骤305、收方节点等待一段时间，并判断是否接收到发方节点降低数据传输速率重新发送的DATA分组，是则执行步骤311，否则执行步骤306；

步骤306、等待一段时间，并继续执行步骤305；

步骤307、判断是否收到降低数据传输速率的DATA分组，是则说明接收数据成功，执行步骤311，否则，执行步骤308；

步骤308、判断是否又连续收到了nMS1-1个NGI分组而没有收到RI分组或者RACK分组，是则说明没有符合要求的协作节点，执行步骤309，否则说明有符合要求的协作节点，执行步骤305；

步骤309、收方节点向发方节点发送RDT分组；

步骤310、收方节点等待一段时间，并判断是否成功收到收方节点发送的双方均可支持的数据传输速率发送的DATA分组，是则执行步骤311，否则，说明数据传输失败，重新进入空闲状态，继续侦听信道；

步骤311、向发方节点发送ACK分组，以表明自身成功收到DATA分组。

以上图9、图10和图11所示流程，是发方节点在向收方节点发送DATA分组过程中，发方节点、收方节点以及协作节点之间的工作流程，当发方节点无法通过直传传输将数据成功发送给收方节点时，协作节点会通过竞争的方式请求加入协作，并在有冲突时，由发方节点发送RI分组来进行竞争，从而确定最佳的协作节点进行DATA分组的转发。实际应用中，也可由收方节点发送RI分组，指示各符合要求的协作节点进行竞争。可以看出，上述加入协作传输的协作节点是满足要求的具有最高数据传输速率的节点，从而可有效提高数据传输的效率，数据传输时延较小，可有效提高网络吞吐量；同时，协作节点请求协作过程中，协作节点通过在设定的微时隙内进行竞争选择，可有效提高协作节点选择的准确性，提高协作节点的选择效率。

图12为本发明协作节点实施例的结构示意图。如图12所示，本实施例协作节点包括速率等级模块1、准备协作模块2和数据转发模块3，其中：

速率等级模块1，用于在预设时间内未收到收方节点的回复确认ACK分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

准备协作模块2，用于在所述协作节点的速率等级对应的第一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作RH分组；

数据转发模块3，用于接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认RACK分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的DATA分组。

图13为本发明实施例中准备协作模块的结构示意图。本实施例中，上述的准备协作模块2具体可包括判断单元21和发送单元22，其中：

判断单元21，用于判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级；

发送单元22，用于在所述协作节点的速率等级为所述预设速率等级中的最高等级时，直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作RH分组，或者，用于在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示NGI分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作RH分组。

此外，本发明实施例协作节点还可包括：同级竞争模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示RI分组后，判断所述协作节点是否是重试指示RI分组中指定的速率等级的协作节点，是则在预设个数的第二微时隙中的任意第二微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作RH分组。以及协作接入结束模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认RACK分组时，结束协作接入；或者，接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示RI分组后，且所述协作节点不是所述重试指示RI分组中指定的速率等级的协作节点时，结束协作接入。

本发明协作节点实施例可应用于网络中，在发方节点和收方节点传输数据过程中，其协作作用，其具体实现过程可参考上述本发明方法实施例的说明，在此不再赘述。

图14为本发明协作接入系统实施例的结构示意图。具体地，如图14所示，该协作接入系统包括发方节点10、收方节点20以及至少一个协作节点30，且协作节点30具体为采用上述本发明实施例提供的协作节点，其具体结构可参见上述本发明协作节点实施例的说明，在此不再赘述。

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)

1.一种分级协作接入方法，其特征在于，包括：

协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；

所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。

2.根据权利要求1所述的分级协作接入方法，其特征在于，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组包括：

判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级，是则直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组；否则，在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组，且是所述下一级指示分组里指定的相应速率等级的协作节点后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

3.根据权利要求1或2所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括：

所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组，否则，所述协作节点结束协作接入。

4.根据权利要求3所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括：

在所述第二预设个数的微时隙结束后，所述协作节点未收到所述发方节点或收方节点发送的协作确认分组后，增加所述第二预设个数的个数，重新向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

5.根据权利要求3所述的分级协作接入方法，其特征在于，还包括：

所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入。

6.一种协作节点，其特征在于，包括：

速率等级模块，用于协作节点在预设时间内未收到收方节点的回复确认分组后，确定所述协作节点的速率等级，所述协作节点的速率等级为所述协作节点到收方节点可支持的最高数据传输速率在预设速率等级中所处的等级；

准备协作模块，用于在第一预设个数的微时隙时序中，与所述协作节点的速率等级对应的微时隙内，所述协作节点向发方节点或收方节点发送准备协作分组；

数据转发模块，用于所述协作节点接收到发方节点或收方节点发送给自身的协作确认分组后，向所述收方节点转发所述发方节点发送的数据分组。

7.根据权利要求6所述的协作节点，其特征在于，所述准备协作模块包括：

判断单元，用于判断所述协作节点的速率等级是否为所述预设速率等级中的最高等级；

发送单元，用于在所述协作节点的速率等级为所述预设速率等级中的最高等级时，直接向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组，或者，用于在接收到所述发方节点或收方节点发送的下一级指示分组后，向所述发方节点或收方节点发送准备协作分组。

8.根据权利要求6或7所述的协作节点，其特征在于，还包括：

同级竞争模块，用于所述协作节点接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，判断所述协作节点是否是重试指示分组中指定的速率等级的协作节点，是则在第二预设个数的微时隙时序中的任一微时隙内，向发方节点或收方节点发送准备协作分组。

9.根据权利要求8所述的协作节点，其特征在于，还包括：

协作接入结束模块，用于接收到所述发方节点或收方节点发送给其它协作节点的协作确认分组后，结束协作接入；或者，用于接收到所述发方节点或收方节点发送的重试指示分组后，且所述协作节点不是所述重试指示分组中指定的速率等级的协作节点时，结束协作接入。

10.一种协作接入系统，包括：发方节点、收方节点以及至少一个协作节点，其特征在于，所述协作节点为采用上述权利要求6～9任一所述的协作节点。

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