CN102404804B

CN102404804B - 多中继竞争的协作通信mac层传输方法

Info

Publication number: CN102404804B
Application number: CN201110289031.XA
Authority: CN
Inventors: 谢许扬; 李祥贵; 高强
Original assignee: BEIJING YUANZHI SHENGDA INFORMATION TECHNOLOGY CO LTD; Beihang University; Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: BEIJING YUANZHI SHENGDA INFORMATION TECHNOLOGY CO LTD; Beihang University; Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: CN102404804A

Abstract

本发明提供一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法。该方法包括源节点广播RTS帧，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧；源节点接收中继节点发送的竞争信息；源节点为所述中继节点分配功率和传输时隙，并将分配的功率和传输时隙包含在结果公布信息中后进行广播；源节点与所述中继节点采用协作通信方式向所述目的节点发送数据帧；源节点接收所述目的节点发送的对应所述数据帧的应答帧。本发明给出了多中继竞争的协作通信时的MAC层的传输解决方案。

Description

多中继竞争的协作通信MAC层传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种多中继竞争的协作通信媒体接入控制(Media Access Control，MAC)层传输方法。

背景技术

多天线收发系统(Multiple Input Multiple Output，MIMO)可以抵抗信道衰落、提高无线通信的可靠性，以便满足无线通信系统对数据传输速率和服务质量的要求。MIMO系统是指在信息发送端与接收端均使用多根天线的传输系统。当发送端不同的天线发送相同的子码流时，这些子码流分别经历互相独立的信道，受到的噪声干扰也是相互独立的。当且仅当所有的子码流都传输失败时传输数据才等同于失败，因此在不占用额外系统带宽的前提下，MIMO系统要比单天线收发系统更能有效地提高数据传输的可靠性。

对于资源有限的无线网络，比如无线传感器网络，无线节点的硬件配置一般无法达到安装多根天线的条件，实际操作受到限制。协作通信技术可以使无线节点之间共享彼此的天线构成虚拟多天线系统，不要求节点配备多根天线的同时又享有多天线系统的优势，提高数据传输的可靠性。

协作通信技术中，源节点和中继节点协作通信将数据传输给目的节点，通常，可供选择的中继节点较多，可供选择的中继节点需要竞争以供源节点确定出最终协作的中继节点，之后由源节点为各协作的中继节点分配资源。

现有大多数关于协作通信技术的研究都集中在中继选择和资源分配方面，但是，现有技术中还没有给出多中继竞争的协作通信时的MAC层传输方案。

发明内容

本发明实施例是提供一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，实现多中继竞争的协作通信时的MAC层解决方案。

一方面，本发明实施例提供了一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，包括：

源节点广播RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息；

源节点接收中继节点发送的竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息，所述中继节点到源节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第一训练序列及对所述第一训练序列的接收信号得到的，所述中继节点到目的节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第二训练序列及对所述第二训练序列的接收信号得到的；

源节点根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为所述中继节点分配功率和传输时隙，并将分配的功率和表明传输时隙信息包含在结果公布信息中后进行广播；

源节点与所述中继节点采用协作通信方式向所述目的节点发送数据帧；

源节点接收所述目的节点发送的对应所述数据帧的应答帧。

另一方面，本发明实施例提供了一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，包括：

中继节点接收源节点广播的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息，所述信道状态信息是所述目的节点根据所述第一训练序列得到的；

中继节点根据所述第一训练序列得到所述中继节点到源节点的信道状态信息，根据所述第二训练序列得到所述中继节点到目的节点的信道状态信息，并根据所述中继节点到源节点的信道状态信息，所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，判断是否满足中继竞争条件，并在满足中继竞争条件后，向源节点发送竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息；

中继节点接收源节点广播的结果公布信息，所述结果公布信息中包含所述源节点根据所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息分配的功率和表明传输时隙的信息；

中继节点接收源节点广播的数据帧，并根据所述结果公布信息中的功率和表明传输时隙的信息转发所述数据帧给目的节点。

再一方面，本发明实施例提供了一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，包括：

目的节点接收源节点发送的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，根据所述第一训练序列得到源节点到目的节点的信道状态信息，并将所述信道状态信息和第二训练序列包含在CTS帧中后进行广播，所述第二训练序列和信道状态信息用于中继节点发送竞争信息；

目的节点接收源节点与中继节点协作发送的数据帧；

目的节点根据对所述数据帧的接收情况，向所述源节点发送应答帧。

由上述技术方案可知，本发明实施例给出了多中继竞争的协作通信时不同节点的MAC层传输方案，通过竞争阶段，可以选择出有效的中继节点，并且可以根据实际需要设置中继竞争条件，易于加载不同中继选择条件；通过结果公布，可以为不同的中继节点分配不同的功率或传输时隙，可以避免协作节点冲突；通过选择中继节点，由源节点和中继节点协作向目的节点传输数据帧，可以有效利用无线资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的MAC层传输过程示意图；

图2为本发明实施例的MAC层传输中各节点的过程示意图；

图3为本发明实施例中RTS帧的结构示意图；

图4为本发明实施例中CTS帧的结构示意图；

图5为本发明实施例中竞争信息的结构示意图；

图6为本发明实施例中结果公布信息的结构示意图；

图7为本发明第一实施例的方法流程示意图；

图8为本发明第二实施例的方法流程示意图；

图9为本发明第三实施例的方法流程示意图；

图10为本发明第四实施例的设备结构示意图；

图11为本发明第五实施例的设备结构示意图；

图12为本发明第六实施例的设备结构示意图；

图13为本发明第七实施例的系统结构示意图。

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做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为本发明实施例的MAC层传输过程示意图，图2为本发明实施例的MAC层传输中各节点的过程示意图。

参见图1，本发明实施例的传输过程可以分为5个子过程：发送请求(Request to Send，RTS)/准许发送(Clear to Send，CTS)帧交互、中继竞争、结果公布、数据传输和ACK帧回复。

某一节点侦听到信道空闲，而自己又有数据要发送时，可以先等待分布式帧间距(Distributed Interframe Space，DIFS)时间，如果在等待DIFS时间后信道仍然空闲，则可以发起数据传输过程，传输过程开始，该节点即为源节点。传输过程中帧与帧、帧与信息之间间隔短帧间距(ShortInterframe Space，SIFS)。下面对各个子过程分别描述：

(1)RTS/CTS帧交互子过程：可以避免无线通信中“隐藏节点问题”，该子过程划分为2个时隙。第一个时隙源节点发送接收地址为目的节点的地址的RTS帧，由于无线信号的传播特性、连同目的节点在内的邻居节点都会收到RTS帧，如果一个节点接收到RTS帧，但是该RTS帧中的接收地址不是自身的地址，则不回应CTS帧，而是在RTS帧的持续时间内不发送信息，以避免信息冲突；第二个时隙目的节点发送接收地址为源节点的地址的CTS帧，所有目的节点的邻居节点都会收到CTS帧，同样，如果节点接收的CTS帧的接收地址不是自身的地址，则在CTS帧的持续时间内不发送信息，以避免节点信息冲突。

具体地，图3为本发明实施例中RTS帧的结构示意图，图4为本发明实施例中CTS帧的结构示意图。参见图3，RTS帧包含的字段分别为：帧控制、持续时间、接收地址、发送地址、第一训练序列和帧校验序列(Frame Check Sequence，FCS)，其中的接收地址为目的节点的MAC地址，发送地址为源节点的MAC地址，第一训练序列可以用于得到某个节点到源节点的信道状态信息。

其中，上述的帧控制、持续时间、接收地址、发送地址、第一训练序列和FCS可以具体参见现有802.11MAC层协议设置。

上述的第一训练序列及后续的第二训练序列是为了区分RTS帧中的还是CTS帧中。两者的物理性质都是训练序列，训练序列是已知的符号序列例如用s表示，该s的长度和具体值可以是发送RTS帧或CTS帧的节点根据实际需求中对信道估计精度等参数的指标设置。例如，将未包含训练序列时的RTS帧对应的数据序列作为第一训练序列，将未包含训练序列时的CTS帧对应的数据序列作为第二训练序列。

参见图4，CTS帧包含的字段分别为：帧控制、持续时间、接收地址、源节点到目的节点的信道状态信息，第二训练序列和FCS，其中的接收地址为源节点的MAC地址，可以将接收的RTS帧中的发送地址直接作为CTS帧的接收地址；源节点到目的节点的信道状态信息为目的节点根据第一训练序列得到的；第二训练序列可以用于某一节点得到该节点与目的节点间的信道状态信息。

其中，上述的帧控制、持续时间、接收地址、第二训练序列和FCS可以具体参见现有802.11MAC层协议设置。第二训练序列的具体内容可以参见上述对训练序列的描述。

(2)中继竞争子过程：可以选出有效的中继节点，即与源节点协作通信的节点，也可称为协作中继节点。由于无线网络中节点独立分布的特性，一旦某个节点认为自己可以成为中继节点、它必须告诉源节点来协调接下来的协作数据帧传输。由于RTS/CTS帧覆盖的邻居节点(这些节点可以称为候选中继节点)较广，这些节点都有可能成为有效的中继。而这些节点并不知道彼此的情况，互通信息会引入额外开销，因此需要一个有效的方式在不引入过多开销的条件下选择有效的中继节点。本发明采用多时隙划分的中继竞争方式，有效的中继可以通过成功发送竞争信息被选择出来。

参见图2，所有候选中继节点在中继竞争子过程的多个时隙中随机选择一个时隙向源节点发送竞争信息，如果某个时隙只有一个候选中继节点发送竞争信息、没有和别的候选中继节点冲突，源节点成功接收这个候选中继节点的竞争信息，则可以将该候选中继节点确定为协作中继节点，并记录对应的竞争信息的内容。中继竞争子过程中的竞争时隙个数可以根据无线网络中节点密度、信号传输距离和拟选中继个数等因素、结合实际需求来设置。例如，在300m*300m的区域内均匀撒了20个节点，则可以选择竞争时隙的个数为4个～12个，当然在实际选择个数时还可以参考其他因素设置。

具体地，图5为本发明实施例中竞争信息的结构示意图，参见图5，竞争信息包含的字段分别为：节点ID、接收地址、节点到源节点的信道状态信息、节点到目的节点的信道状态信息。其中，节点ID为发送竞争信息的中继节点的标识；接收地址为源节点的MAC地址，可以根据接收的RTS帧的发送地址确定；节点到源节点的信道状态信息可以根据RTS帧中的第一训练序列及对所述第一训练序列的接收信号得到；节点到目的节点的信道状态信息可以根据CTS帧中的第二训练序列及对所述第二训练序列的接收信号得到。

(3)结果公布子过程：可以告知需要参与协作的节点(即协作中继节点)在下一阶段协作传输数据帧的时候应该采用多大的发射功率、在哪个时隙传输。考虑到经过中继竞争子过程后，节点并不知道自己是否竞争成功，也不知道其他竞争成功的节点，而且功率控制一般在源节点进行，有必要在协作传输之前告知所有中继节点协作的方式，同时也可以避免节点冲突。

具体地，图6为本发明实施例中结果公布信息的结构示意图，参见图6，结果公布信息包括：接收地址、中继节点ID及各自的发送功率、FCS。其中的接收地址为目的节点的MAC地址，中继节点ID为该协作中继节点的标识，发送功率和传输时隙为源节点为该协作中继节点分配的功率和传输时隙。其中，中继节点ID的顺序可以表明发送顺序，进而得到传输时隙，例如，如果中继节点ID依次为：ID1、ID2...，则发送顺序就是ID1对应的中继节点先发送，ID2对应的中继节点再发送，也即ID1对应的中继节点在传输数据子过程的第一个时隙发送，ID2对应的中继节点在第二个时隙发送，其余类似处理。上述是以传输顺序隐式表明传输时隙为例，也可以直接表明传输时隙，例如，结果公布信息包括：接收地址、中继节点ID及对应的传输时隙及发送功率、FCS。

(4)数据传输子过程：可以使得源节点和中继节点协作传输数据到目的节点。当存在协作中继节点时，数据传输子过程分为2部分：第一步源节点广播数据帧，目的节点和中继节点都会接收到数据帧；第二步中继节点根据结果公布信息中的传输顺序(或时隙)和发射功率向目的节点转发数据帧，目的节点对第一步和第二步接收的数据帧进行联合处理。如果采用功率控制，源节点在结果公布子过程之前需要计算中继节点在数据传输子过程中成功接收数据帧最少需要的功率。另外，目的节点收到结果公布信息之后会获得所有中继的信息，采用这些信息可以对协作传输的数据帧进行联合解码，达到协作分集的效果。

(5)ACK帧回复子过程：可以告知源节点数据发送成功。如果源节点未收到ACK帧，则退避一段时间后发起新一轮的发送请求。

上述对本发明实施例中的过程进行了描述，具体的各节点执行的流程可以参见下述描述。

图7为本发明第一实施例的方法流程示意图，本实施例以源节点为例，参见图7，本实施例包括：

步骤71：源节点广播RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息；

其中，中继节点和目的节点都会接收到RTS帧，接收到RTS帧的节点在该RTS帧中的接收地址为自身的MAC地址时，回应CTS帧，而在接收地址不是自身的MAC地址时，不回应CTS帧，只是在RTS帧中的持续时间内不发送信息。

目的节点接收到RTS帧后，可以根据其中的第一训练序列及对第一训练序列的接收信号得到源节点与目的节点之间的信道状态信息h_sd，之后，目的节点可以将该h_sd和第二训练序列携带在CTS帧中发送。

其中，如果源节点接收到CTS帧后可以继续后续的处理，如果未接收到CTS帧可以在退避一段时间后发起新一轮的发送请求，即重新发送RTS帧。

中继节点接收到RTS帧及CTS帧后的处理流程可以具体参见后续中继节点的处理流程。

另外，RTS帧及CTS帧的格式可以具体参见上述的图3、4及其描述。

步骤72：源节点接收中继节点发送的竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息，所述中继节点到源节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第一训练序列及对所述第一训练序列的接收信号得到的，所述中继节点到目的节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第二训练序列及对所述第二训练序列的接收信号得到的；

其中，源节点可以首先判断是否成功接收竞争信息，例如，设置接收竞争子过程的多个时隙，如果某一时隙内包含一个中继节点的竞争信息，并且仅包含该中继节点的竞争信息，则源节点可以成功接收该竞争信息。中继节点在判断出满足竞争条件后，可以随机选择一个时隙发送竞争信息，那么，对于某一个时隙，该时隙内可能没有竞争信息，可能有一个中继节点的竞争信息，或者，可能有多个中继节点的竞争信息。如果没有竞争信息那么不能成功接收，但是如果一个时隙内有至少两个的中继节点发送的竞争信息，则竞争信息会在该时隙内出现碰撞的情况，此时源节点依然不会成功接收竞争信息。只有某一时隙内有且仅有一个中继节点发送的竞争信息时才可能成功接收竞争信息。

当然，如果没有中继节点发送竞争信息，或者没有竞争成功的中继节点，如一个时隙中包含多个中继节点发送的竞争信息导致源节点不能成功获取竞争信息，则源节点可以在后续的数据传输过程中直接将数据帧发送给目的节点，而不与中继节点协作通信。

另外，中继节点发送竞争信息的流程可以具体参见后续对中继节点的流程描述。

步骤73：源节点根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为所述中继节点分配功率和传输时隙，并将分配的功率和表明传输时隙信息包含在结果公布信息中后进行广播；

例如，源节点成功接收的竞争信息分别为中继节点_1和中继节点_2发送的，之后，源节点可以根据竞争信息中包含的信道状态信息为中继节点_1和中继节点_2分配功率，具体分配方案可以根据网络性能指标和实际需求确定。具体地，如果要优化系统的能量效率，就把能量效率作为优化目标，在别的条件(比如说保证传输速率)下优化功率分配；如果要优化中断概率，就按照这个优化设计来分配功率。而其中的能量效率或者中断概率都是与信道状态信息有关的值。

在分配功率之后，将分配的功率不为0的中继节点确定为协作中继节点，例如，为中继节点_1和中继节点_2分配的功率均不为0，则中继节点_1和中继节点_2均为协作中继节点，之后的数据传输过程中，源节点将与中继节点_1和中继节点_2协作通信向目的节点发送数据帧。当然，如果都是功率为0的中继节点，则表明源节点将直接向目的节点发送数据帧，而不是与中继节点协作通信。

对于协作中继节点，源节点还可以分配传输时隙，例如，为中继节点_1和中继节点_2分别分配对应的传输时隙为时隙_1和时隙_2，且时隙_1和时隙_2不同以避免传输冲突。

之后，源节点可以广播结果发布信息，该结果发布信息可以具体参见上述的图6及其相应描述。

步骤74：源节点与所述中继节点采用协作通信方式向所述目的节点发送数据帧；

例如，中继节点_1和中继节点_2均为协作中继节点时，该协作通信可以包括两步，首先，源节点向所有中继节点和目的节点广播数据帧；其次，接收到数据帧的中继节点根据结果公布信息进行数据帧的转发，例如，中继节点_1和中继节点_2由于是协作中继节点，则对应的结果公布信息中会存在发送功率和传输时隙，之后，可以按照该发送功率在该传输时隙内转发数据帧，而其余的中继节点由于不会接收到对应自己的结果公布信息，则接收到数据帧也不进行处理。

目的节点在接收到广播的数据帧和转发的数据帧后，可以对两者进行联合处理，以最终得到数据帧。

步骤75：源节点接收所述目的节点发送的对应所述数据帧的应答帧。

目的节点在成功接收数据帧后，向源节点反馈ACK帧，如果源节点在一定时间内没有接收到ACK帧，则可以在退避一段时间后重新发起新一轮的发送请求。

图8为本发明第二实施例的方法流程示意图，本实施例以中继节点为例，参见图8，本实施例包括：

步骤81：中继节点接收源节点广播的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息，所述信道状态信息是所述目的节点根据所述第一训练序列及对第一训练序列的接收信号得到的；

具体地，参见上一实施例，RTS帧和CTS帧都是广播的，因此中继节点可以接收到RTS帧和CTS帧，可以从其中获取第一训练序列和第二训练序列以及源节点到目的节点的信道状态信息。

步骤82：中继节点根据所述第一训练序列得到所述中继节点到源节点的信道状态信息，根据所述第二训练序列得到所述中继节点到目的节点的信道状态信息，并根据所述中继节点到源节点的信道状态信息，所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，判断是否满足中继竞争条件，并在满足中继竞争条件后，向源节点发送竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息；

其中，类似目的节点的处理，中继节点也可以根据训练序列得到中继节点到源节点或目的节点的信道状态信息。例如，对于中继节点i，其根据RTS帧中的第一训练序列及对第一训练序列的接收信号可以得到自身到源节点的信道状态信息，用h_si表示；同样，该中继节点根据CTS帧中的第二训练序列及对第二训练序列的接收信号可以得到自身到目的节点的信道状态信息，用h_id表示。另外，从CTS帧还可以获取源节点到目的节点的信道状态信息h_sd。之后，可以根据h_si、h_id和h_sd判断是否满足中继竞争条件，该中继竞争条件可以根据需要优化的网络性能指标或实际需要设置，目的在于缩小有效中继的选择范围、保证中继的质量，同时降低中继选择的额外开销。例如，在保证传输速率的前提下要优化网络能量效率，那肯定根据信道的情况判断节点是否能带来能量效率，不同的需求表达式不同，相应的信道状态门限也不同。而其中的能量效率与信道状态信息h_si、h_id和h_sd有关。

在满足中继竞争条件，则该中继节点可以在设置的中继竞争子过程的多个时隙中随机选择一个时隙发送竞争信息，该竞争信息的具体描述可以参见上述的图5及其描述。

该中继竞争子过程的多个时隙可以为预先设置的，该设置的多个时隙的个数可以依据不同的需求灵活设置。

步骤83：中继节点接收源节点广播的结果公布信息，所述结果公布信息中包含所述源节点根据所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息分配的功率和表明传输时隙的信息；

例如，与上一实施例，源节点会将选择出的协作中继节点的地址、标识及分配的功率及表明传输时隙的信息携带在结果发布信息中进行广播。

本发明实施例中，表明传输时隙的信息可以直接就是显式的传输时隙，或者，也可以采用隐式的方式表示，例如，结果公布信息中包含的中继节点的ID的排序顺序为ID1、ID2，则ID1对应的中继节点的传输时隙为时隙1，ID2对应的中继节点的传输时隙为时隙2，其中的时隙1和时隙2是顺序排列的能够传输数据的时隙。

如果一中继节点接收到结果发布信息后，发现结果发布信息中的节点ID包括自身的标识，则可以确定自身为协作中继节点。可以在之后的数据传输过程中将接收的数据帧按照对应的发送功率和传输时隙进行数据帧的转发。

步骤84：中继节点接收源节点广播的数据帧，并根据所述结果公布信息中的功率和表明传输时隙的信息转发所述数据帧给目的节点。

例如，如果中继节点1接收到结果公布信息，并且该结果公布信息中的接收地址包括自身的MAC地址，并且该接收地址对应的节点ID为自身的ID，则可以采用该节点ID对应的发送功率，在对应的传输时隙中对接收的数据帧进行转发。

另外，在上述过程中，如果一中继节点没有成功接收RTS帧、CTS帧、或者没有接收到对应自身的结果公布信息，则可以暂时休眠。

图9为本发明第三实施例的方法流程示意图，本实施例以目的节点为例，参见图9，本实施例包括：

步骤91：目的节点接收源节点发送的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，根据所述第一训练序列得到源节点到目的节点的信道状态信息，并将所述信道状态信息和第二训练序列包含在CTS帧中后进行广播；

目的节点接收到RTS帧后，可以根据RTS帧中的第一训练序列及对第一训练序列的接收信号得到源节点到目的节点的信道状态信息h_sd。

目的节点在发送CTS帧之前，还可以生成第二训练序列，第二训练序列的长度和具体值可以根据实际需要中对信道估计精度等参数的指标设置。之后，目的节点可以将h_sd和第二训练序列携带在CTS帧中发送，CTS帧的具体内容可以参加上述图4及对应的描述。

中继节点和源节点接收到CTS帧后的处理流程可以参见上面的实施例。

步骤92：目的节点接收源节点与中继节点协作发送的数据帧；

源节点和中继节点协作发送数据帧的流程可以参见上面的实施例。

步骤93：目的节点根据对所述数据帧的接收情况，向所述源节点发送应答帧。

目的节点在接收到广播的数据帧和转发的数据帧后，可以进行联合处理，例如，根据信道状态信息，进行联合解码得到数据帧。

如果成功解码出数据帧，则向源节点反馈ACK帧。例如，目的节点的接收信噪比大于设置的门限就可以认为成功解码。如果不反馈的话，证明没有成功接收，那源节点得重新发起新一轮的传输了。

图10为本发明第四实施例的设备结构示意图，本实施例的设备可以为执行上述源节点流程的设备，该设备可以位于源节点中，该设备包括交互模块101、竞争模块102、公布模块103、传输模块104和应答模块105；交互模块101用于广播RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息；竞争模块102用于接收中继节点发送的竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息，所述中继节点到源节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第一训练序列及对所述第一训练序列的接收信号得到的，所述中继节点到目的节点的信道状态信息是所述中继节点根据所述第二训练序列及对所述第二训练序列的接收信号得到的；公布模块103用于根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为所述中继节点分配功率和传输时隙，并将分配的功率和表明传输时隙信息包含在结果公布信息中后进行广播；传输模块104用于与所述中继节点采用协作通信方式向所述目的节点发送数据帧；应答模块105用于接收所述目的节点发送的对应所述数据帧的应答帧。

可以是，所述竞争信息在发送所述竞争信息的中继节点随机选择的时隙内，且在所述时隙内仅包含所述竞争信息时，所述源节点成功接收所述竞争信息。可以是，所述公布模块具体用于：根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为接收的竞争信息对应的中继节点分配功率；将分配的功率不为0的中继节点确定为协作中继节点，并为协作中继节点分配传输时隙。

可以是，传输模块具体用于：如果存在分配功率不为0的中继节点，则源节点向中继节点和目的节点广播数据帧，使得所述中继节点按照所述结果公布信息中的功率和传输时隙转发所述数据帧，并使得所述目的节点对接收的源节点广播的数据帧和中继节点转发的数据帧进行联合处理；或者，如果不存在分配功率不为0的中继节点，则源节点直接将数据帧发送给目的节点。

可以是，所述结果公布信息中包括中继节点的ID，所述中继节点的ID的排序顺序用于确定对应的中继节点的传输时隙；或者，所述结果公布信息中包括传输时隙。

图11为本发明第五实施例的设备结构示意图，本实施例的设备可以为执行上述中继节点流程的设备，该设备可以位于中继节点中，该设备包括交互模块111、竞争模块112、公布模块113和传输模块114；交互模块111用于接收源节点广播的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，并接收所述目的节点广播的与所述RTS帧对应的CTS帧，所述CTS帧中包含第二训练序列和源节点到目的节点的信道状态信息，所述信道状态信息是所述目的节点根据所述第一训练序列得到的；竞争模块112用于根据所述第一训练序列得到所述中继节点到源节点的信道状态信息，根据所述第二训练序列得到所述中继节点到目的节点的信道状态信息，并根据所述中继节点到源节点的信道状态信息，所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，判断是否满足中继竞争条件，并在满足中继竞争条件后，向源节点发送竞争信息，所述竞争信息中包含所述中继节点的节点ID、所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息；公布模块113用于接收源节点广播的结果公布信息，所述结果公布信息中包含所述源节点根据所述中继节点到源节点的信道状态信息和所述中继节点到目的节点的信道状态信息分配的功率和表明传输时隙的信息；传输模块114用于接收源节点广播的数据帧，并根据所述结果公布信息中的功率和表明传输时隙的信息转发所述数据帧给目的节点。

可以是，所述竞争模块具体用于：在设置的中继竞争子过程的多个时隙中随机选择一个时隙，向源节点发送竞争信息。

可以是，所述结果公布模块具体用于：根据所述结果公布信息中包括的中继节点的ID的排列顺序，确定自身的传输时隙，并在所述传输时隙，采用自身的功率，转发所述数据帧给目的节点。

图12为本发明第六实施例的设备结构示意图，本实施例的设备可以为执行上述目的节点流程的设备，该设备可以位于目的节点中，该设备包括交互模块121、传输模块122和应答模块123；交互模块121用于接收源节点发送的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，根据所述第一训练序列得到源节点到目的节点的信道状态信息，并将所述信道状态信息和第二训练序列包含在CTS帧中后进行广播，所述第二训练序列和信道状态信息用于中继节点发送竞争信息；传输模块122用于接收源节点与中继节点协作发送的数据帧；应答模块123用于根据对所述数据帧的接收情况，向所述源节点发送应答帧。

可以是，所述传输模块具体用于：如果存在分配功率不为0的中继节点，则接收源节点广播的数据帧以及中继节点转发的数据帧，并对广播的数据帧和转发的数据帧进行联合处理，所述中继节点转发的数据帧为接收到源节点广播的数据帧后按照结果公布信息中的功率和传输时隙转发的，所述结果公布信息为所述源节点根据所述竞争信息确定的；或者，如果不存在分配功率不为0的中继节点，则直接接收源节点发送的数据帧。

图13为本发明第七实施例的系统结构示意图，该系统包括源节点131、中继节点132和目的节点133，源节点可以如图10所示，中继节点可以如图11所示，目的节点可以如图12所示。

本发明接受基金NSFC11171032的支持。

可以理解的是，上述方法及设备中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

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

1.一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，其特征在于，包括：

源节点接收所述目的节点发送的对应所述数据帧的应答帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述竞争信息在发送所述竞争信息的中继节点随机选择的时隙内，且在所述时隙内仅包含所述竞争信息时，所述源节点成功接收所述竞争信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为所述中继节点分配功率和传输时隙，包括：

根据所述中继节点到源节点的信道状态信息、所述中继节点到目的节点的信道状态信息和所述源节点到目的节点的信道状态信息，为接收的竞争信息对应的中继节点分配功率；

将分配的功率不为0的中继节点确定为协作中继节点，并为协作中继节点分配传输时隙。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源节点与所述中继节点采用协作通信方式向所述目的节点发送数据帧，包括：

如果存在分配功率不为0的中继节点，则源节点向中继节点和目的节点广播数据帧，使得所述中继节点按照所述结果公布信息中的功率和传输时隙转发所述数据帧，并使得所述目的节点对接收的源节点广播的数据帧和中继节点转发的数据帧进行联合处理；

或者，

如果不存在分配功率不为0的中继节点，则源节点直接将数据帧发送给目的节点。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述结果公布信息中包括中继节点的ID，所述中继节点的ID的排序顺序用于确定对应的中继节点的传输时隙；或者，所述结果公布信息中包括传输时隙。

6.一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述向源节点发送竞争信息，包括：

在设置的中继竞争子过程的多个时隙中随机选择一个时隙，向源节点发送竞争信息。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述结果公布信息中包括中继节点的ID，所述根据所述结果公布信息中的功率和表明传输时隙的信息转发所述数据帧给目的节点，包括：

根据所述结果公布信息中包括的中继节点的ID的排列顺序，确定自身的传输时隙，并在所述传输时隙，采用自身的功率，转发所述数据帧给目的节点。

9.一种多中继竞争的协作通信MAC层传输方法，其特征在于，包括：

目的节点接收源节点发送的RTS帧，所述RTS帧中包含目的节点的地址和第一训练序列，根据所述第一训练序列得到源节点到目的节点的信道状态信息，并将所述信道状态信息和第二训练序列包含在CTS帧中后进行广播；

目的节点接收源节点与中继节点协作发送的数据帧；

目的节点根据对所述数据帧的接收情况，向所述源节点发送应答帧；

其中，所述接收源节点与中继节点协作发送的数据帧，包括：

如果存在分配功率不为0的中继节点，则接收源节点广播的数据帧以及中继节点转发的数据帧，并对广播的数据帧和转发的数据帧进行联合处理，所述中继节点转发的数据帧为接收到源节点广播的数据帧后按照结果公布信息中的功率和传输时隙转发的，所述结果公布信息为所述源节点根据所述竞争信息确定的；

或者，

如果不存在分配功率不为0的中继节点，则直接接收源节点发送的数据帧。