CN103220035A - 一种协作通信传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种协作通信传输方法，相比于传统技术需要了解目的节点需要确定地知道全局信息，即每个潜在中继节点信道参数，然后挑选出合适的中继节点。本发明不需要挑选中继这个步骤；目的节点不需要全局的信道统计信息，实现复杂度低。由于本方案不用浪费过多的时间来回传输信息确定哪一个节点用于协作，降低了时间开销；且降低了协作时间开销对时变的无线信道的不适配性，提高了信道传输的准确性。

Description

一种协作通信传输方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种协作通信传输方法。

背景技术

协作通信是利用信号的广播特性，通过中继转发信号，并在接收端对收到的源节点信号和协作中继信号进行联合处理，使得接收端获得空间分集增益的一种无线通信技术。即，协作通信是中继（多跳）与直接通信进行融合的方案。

协作分集最早是由Sendoaris等提出通信技术。其基本思想是：通过多用户之间共享天线从而构造出一种“虚拟多天线阵列”，通过分布式处理来使单天线的移动终端获得一定的空间分集增益。

协作分集的研究起源于蜂窝网络，而无线传感器网络、Ad Hoc网络和无线mesh网络因其接收节点存在较为丰富的邻居节点，这些邻居节点为协作分集技术提供了天然的中继。

协作通信作为一种新兴的技术，许多问题有待于解决，如：“谁和谁协作”，即协作中继的选择问题；“在什么情况下协作”，即动态协作策略；“如何协作”，及协作方案。只有有效地解决这些问题才能使这项技术真正走向实用。

但目前在实际使用过程中，协作通讯协议效率不理想。主要原因是：相对集中式网络（蜂窝网络）的频率、时隙、码字等无线参数的固定不变，网络参数相对稳定，协作通信是分布式网络，拓扑时变，移动节点在空间、时间上对无线资源的占用十分复杂，使通信协作的设计变得困难。

目前通用的中继选择策略，是通过源节点或目的节点对备选的中继节点进行判断，挑选出信道条件最好的一个节点作为协作中继节点。但是，在源节点和目的节点对中继节点的选择中，需要大量通信开销用于传输各备选中继节点的性能参数，用以比较各备选节点的信道优劣。因此传统的协作分集技术目的节点需要确定地知道全局信息，即每个潜在中继节点信道参数，然后挑选出合适的中继节点；再由被挑选出的中继节点执行协作任务。而传统技术的主要缺陷是：默认信道长时间是不变的。挑选协作中继节点的依据可以是剩余能量最多、SNR最高、传输速率最好、误码率最低等。但仍然不能避免挑选过程较长，传输开销较大，相对时变的网络拓扑协议效率低下，处理滞后。

发明内容

为克服现有技术缺陷，本发明提出基于令牌的时分复用中继挑选策略，简化协议执行的复杂度，同时获得完全的空间分集增益。

本发明的技术方案为一种协作通信传输方法，包括以下步骤：

步骤1，每个需要发送数据的源节点轮流广播发出发送请求消息；

步骤2，中继节点收到源节点发出的发送请求消息时，把自己的节点号填入发送请求消息的消息格式，并转发；

步骤3，目的节点在收到源节点发出的发送请求消息时，生成中继节点SNR消息并广播给所有能够作为协作节点的中继节点，并且根据SNR最低的源节点生成中继源节点号消息后广播发送给所有能够作为协作节点的中继节点；所述中继节点SNR消息包括源节点发出的发送请求消息所经过各中继节点分别到目的节点的SNR，SNR表示信噪比；

步骤4，中继节点收到目的节点的中继节点SNR消息和中继源节点号消息后，如果收到的源节点的信号SNR和该中继节点到目的节点的信号SNR同时大于预设值，则从中继源节点号消息解码出源节点号si，并标注其为自己的中继服务节点；中继节点在侦听到源节点si发送的数据包时，将数据包保存在内存中，当传输时隙到来时将内存中源节点si所发送数据包传输给目的节点；

步骤5，目的节点对收到的源节点si所发送数据包进行数据合并处理。

本发明技术方案的优点是：1）不需要挑选中继这个步骤；2）目的节点不需要全局的信道统计信息（channel statistic information----CSI）。因此，本方案实现起来复杂度低。原因在于：1）基于令牌的时分复用中继挑选策略不用浪费过多的时间来回传输信息确定哪一个节点用于协作，降低了时间开销；2）由于信道是时变的，协作前过长的时间会降低对信道实时状况的准确掌握，降低协作策略的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的网络的3维拓扑图。

图2是本发明实施例的网络的平面拓扑图。

图3是本发明实施例的协作通信机制建立和通信流程图。

图4是本发明实施例的基于令牌的时分复用数据发送时隙分配图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

图1是一个实际网络的3维拓扑图实例。s1、s2...sn为一个无线空间区域的n个不同的源节点；d是目的节点；r1、r2...rm是备用的中继节点，这些中继节点均能与源节点和目的节点d通信。图中实线表示源节点与目的节点连接的无线信道；虚线表示各源节点与各中继无线节点的无线信道或各中继节点与目的节点之间连接的无线信道。

图2是图1的平面简化图。在该图中，源节点、中继节点、目的节点的标号不变。虚线表示各源节点与各中继节点的无线信道或各中继节点与目的节点之间连接的无线信道。整个圆表示一个无线空间，在该空间中所有节点均可以收到其他节点发送的信号，源节点与目的节点连接的无线信道被简化了。

本技术实现的条件默认满足：1）源节点和目的节点之间有无线信道连接；2）虽然源节点与目的节点有无线信道连接，信道质量较低。某些源节点信号经无线信道传输至目的节点，接收信号的SNR较低，信道误码率高。3）各中继节点与源节点有无线信道连接；4）各中继节点与目的节点有无线信道连接；5）各节点传输时间依据基于令牌的时分复用的方式，每个节点都有固定的信息发送时间。其时隙分配方式如图4所示，依次为s1...si（i的取值为1到n）...sn和r1...ri（i的取值为1到m）...rm。按照固定的时间顺序依次传输源节点和中继节点的信息。

如图3所示：

在初始的广播阶段，每个需要发送数据的源节点轮流广播请求发送的数据包，即发出发送请求消息，寻找合适的到目的节点的路由。一般在寻找路由过程中，接收到发送请求数据包的节点转发到下一个邻居节点。并且每个节点在转发发送请求消息时，若自己在源节点和目的节点的链路上，则把自己的节点号填入发送请求消息的消息格式，并转发给邻居节点。发送请求消息的格式可参见表1。

中继节点收到发送请求消息时，判决该消息是否是由源节点发出的。如果收到的消息是源节点发出的，并且自己在源节点和目的点的链路上，则把自己的节点号填入发送请求消息的消息格式，并转发给邻居节点。否则，如果是其他节点转发的消息，则丢弃消息。

目的节点在收到所有到达的发送请求消息后，生成中继节点SNR消息，并广播给所有可作为协作节点的中继节点。所述SNR表示信噪比。中继节点SNR消息的格式可参见表2.

同时，目的节点根据接收到的发送请求消息计算源节点信号的SNR，对源节点的信噪比SNR进行排队。如果存在多个发送数据的源节点，则选信噪比最低的源节点。设信噪比最低的源节点记为si，并把此信息以中继源节点号消息广播发送给所有潜在的可作为协作节点的中继节点。中继源节点号消息的格式可参见表3。计算SNR为现有技术，SNR=（接收到的功率）/（噪音的影响）。

中继节点一般采用时分复用技术，在下一刻时隙来临时，中继节点传输源节点si的数据包，可由所有的中继节点轮流传输内存中收到的某个源节点的信息。传输后等待，并准备下一次传输，重新计算SNR，选择需要中继协作的源节点。

对中继节点，具体有中继准备阶段和中继协作阶段：

中继准备阶段：

各中继节点收到目的节点的中继节点SNR消息和中继源节点号消息后，如果收到的源节点的信号SNR和该中继节点到目的节点的信号SNR同时大于预设值，则从中继源节点号消息解码出源节点号si，并标注其为自己的中继服务节点。否则，不进行协作中继。

中继协作阶段：

各满足条件的中继节点在侦听到自己的中继服务节点（源节点si）发送的数据包时，将其数据包保存在自己的内存中。

当采用分时复用技术的中继节点的下一个传输时隙到来时，将保存在内存中的源节点si所发送数据包传输给目的节点。

对目的节点，具体有目的节点准备阶段和目的节点协作中继阶段：

目的节点准备阶段：

目的节点的主要功能是通过计算每个源节点的信噪比SNR，对源节点的信噪比SNR进行排队，决定哪一个源节点在下一个中继时刻需要协作服务，发送中继源节点号信息。同时，根据备选中继节点的SNR填写中继节点SNR消息，并广播给所有潜在中继节点。

目的节点协作中继：

目的节点对收到的协作数据进行数据合并处理，增强原始数据的SNR。

具体实施时，本领域技术人员可自行设计消息格式，建议各消息采用的具体格式如下：

表1：发送请求消息格式

表2：中继节点SNR消息格式

表3：中继源节点号信息

实施例的工作过程包括以下步骤：

步骤1，每个需要发送数据的源节点轮流广播发出发送请求消息；

步骤2，中继节点收到源节点发出的发送请求消息时，把自己的节点号填入发送请求消息的消息格式，并转发；

步骤3，目的节点在收到源节点发出的发送请求消息时，生成中继节点SNR消息并广播给所有能够作为协作节点的中继节点，并且根据SNR最低的源节点生成中继源节点号消息后广播发送给所有能够作为协作节点的中继节点；所述中继节点SNR消息包括源节点发出的发送请求消息所经过各中继节点分别到目的节点的SNR，SNR表示信噪比；

步骤4，中继节点收到目的节点的中继节点SNR消息和中继源节点号消息后，如果收到的源节点的信号SNR和该中继节点到目的节点的信号SNR同时大于预设值，则从中继源节点号消息解码出源节点号si，并标注其为自己的中继服务节点；中继节点在侦听到源节点si发送的数据包时，将数据包保存在内存中，当传输时隙到来时将内存中源节点si所发送数据包传输给目的节点；

步骤5，目的节点对收到的源节点si所发送数据包进行数据合并处理。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种协作通信传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，每个需要发送数据的源节点轮流广播发出发送请求消息；

步骤2，中继节点收到源节点发出的发送请求消息时，把自己的节点号填入发送请求消息的消息格式，并转发；

步骤3，目的节点在收到源节点发出的发送请求消息时，生成中继节点SNR消息并广播给所有能够作为协作节点的中继节点，并且根据SNR最低的源节点生成中继源节点号消息后广播发送给所有能够作为协作节点的中继节点；所述中继节点SNR消息包括源节点发出的发送请求消息所经过各中继节点分别到目的节点的SNR，SNR表示信噪比；

步骤4，中继节点收到目的节点的中继节点SNR消息和中继源节点号消息后，如果收到的源节点的信号SNR和该中继节点到目的节点的信号SNR同时大于预设值，则从中继源节点号消息解码出源节点号si，并标注其为自己的中继服务节点；中继节点在侦听到源节点si发送的数据包时，将数据包保存在内存中，当传输时隙到来时将内存中源节点si所发送数据包传输给目的节点；

步骤5，目的节点对收到的源节点si所发送数据包进行数据合并处理。

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