CN103298139B - 动态分布式按需协作接入方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供动态分布式按需协作接入方法和系统。所述方法包括：每个协作节点根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点，其中，当协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点。本发明减小了协作节点间竞争冲突与开销，提高了数据分组传输速率和协作接入控制的效率。

Description

动态分布式按需协作接入方法和系统

技术领域

本发明涉及媒质接入控制技术，特别涉及一种动态分布式按需协作接入方法和系统。

背景技术

AdHoc网络是共享无线传输媒体的多点多跳网络，具有动态性，因此信道接入控制协议面临隐藏终端、暴露终端、节点移动的影响等问题。媒质接入控制（MediaAccessControl，简称MAC）方法解决多个节点或用户如何快速、高效、公平、可靠地共享信道资源的问题。MAC方法的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等性能指标的优劣。在无线通信中，信道衰落以及信道质量变差等因素，都会导致通信质量降低，通信范围缩小，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。所谓分集就是指为保证传输质量，发送端采取某种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。由于协作通信技术带来诸多好处，目前已经有很多信道接入或MAC方法利用协作分集在物理层提供的优势合理地安排用户共享信道，从而提高网络性能。

在协作MAC协议中，最关键的问题是如何从多个可供选择的邻节点中进行协作节点选择，即最佳协作节点需要满足什么条件、如何选择以及何时进行中继。根据协作节点参与协作的方式，协作节点的选择一般包括三种方法：发方节点指定协作节点的方法、收方节点指定协作节点的方法以及协作节点竞争获得协作权的方法。

采用由发方节点发起的协作MAC方法，发方节点通过发送经过修改的发送请求（RequesttoSend，简称RTS）分组发起协作中继过程。现有的合作式MAC（CooperativeMAC，简称CoopMAC）方法即为一种发方节点发起的协作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。该方法的缺陷在于节点移动导致的拓扑结构变化、信道状态动态变化等因素造成协作表信息过时，无法反映当前信道质量状况下节点间的实际传输速率。从协作表中选择的最优中继节点很可能不再适合当前的数据传输，这是因为过时的信息不利于提高网络的吞吐量和传输质量。因此，每次数据传输完成之后需要根据通信结果更新协作表。在典型的由发方节点发起协作的协议是协作分集MAC（CooperativeDiversityMAC，简称CD-MAC）协议。该协议存在的问题是所建立的协作表耗费较大的存储空间，协作节点的信息更新不够及时，协作节点到收方节点的协作传输速率无法保证，从而不能得到最好的协作增益。

采用由收方节点发起的协作MAC方法，发方节点向收方节点发送数据分组后，由收方节点反馈接收结果。如果收方节点反馈的结果表示接收失败，则发起协作中继。持续复合中继接入（PersistentRelayCarrierSensingMultipleAccess，简称PRCSMA）MAC方法即为一种由收方节点发起的采用自动重复请求（AutomaticRepeatreQuest，简称ARQ）机制的协作MAC方法。PRCSMAMAC方法虽然能有效地保证收方节点接收到数据分组的正确率，但是由于所有满足条件的中间节点都参与协作，因此与由发方节点发起的协作MAC方法和由协作节点发起的协作MAC方法相比，会产生更大的传输时延。典型收方节点发起协作MAC协议是收方节点发起协作节点选择的按需协作MAC（On-demandCooperationwithaSelectionofRelaysInitiatedbytheDestinationEquipment，简称OXIDE）协议。该协议只能保证协作节点到收方节点的链路质量是最好的，但无法保证发方节点到协作节点链路质量的好坏，造成协作节点很可能也没有正确接收到发方节点的数据分组，从而导致协作传输失败。

采用由协作节点发起的协作MAC方法，所有中间节点根据发方节点与收方节点交互的控制信息，获得自身到发方节点与收方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方法相对于由发方节点发起的协作MAC方法，在应对信道变化方面有了一定的改善。中继速率自动调整的合作式（CooperativeRelay-BasedAutoRate，简称CRBAR）MAC方法即为一种协作节点发起的方法。在该CRBARMAC方法中，高质量的协作节点和低质量的协作节点会发生碰撞，这种碰撞带来了不必要的时延。并且，只有保证高质量的协作节点优先接入信道才能提高信道的传输吞吐量，如果不能保证高质量的协作节点优先接入，而让低质量的协作节点获得中继机会，就会降低信道的传输吞吐量，增大时延。由协作节点发起协作的基于两个协作节点的MAC（Two-Relay-BasedCooperativeMAC，简称2rcMAC）协议虽然提高了传输的可靠性和数据传输速率，但是在竞争选择阶段中优先级低的协作节点也要进行协作信息发送，造成信道资源浪费，并且很可能同时选出多个协作节点进行协作传输，能耗较大且需要严格同步。

综上所述，现有技术的协作MAC方法及协议存在诸多技术缺陷，例如，协作方面考虑得不够全面，存在各自的不足，特别当网络发生动态变化时，表现在数据的高速率传输，协作节点的有效选择和接入，发送数据上；当存在多个协作节点时，该多个协作节点在协作竞争中所发送的分组消息经常会发生碰撞和冲突，使得协作接入的效率低，协作开销大，而且可能会导致协作失败；另外，高速率协作节点发送其余节点的数据，牺牲了自身公平性。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的接入方法和系统。具体地，本发明提供用于协作节点的动态分布式按需协作接入方法和系统。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种接入方法，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述方法包括以下步骤：每个协作节点根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点，其中，当所述协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种接入方法，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一竞争阶段，多个协作节点分别判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合（R_sr,R_rd）是否满足若满足，则该协作节点在相应的微时隙内发送忙音并且进行侦听，当该协作节点没有侦听到其他忙音时，该协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，若不满足则该协作节点退出竞争；第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功；如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送，则直接发送发方节点数据分组，所述协作节点完成协作传输；如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段；以及第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点，所述获胜协作节点向所述发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的准备协作（ReadytoHelp，简称RTH）分组，并根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输。

其中，当所述目的节点是其他收方节点时，获胜协作节点在发送至发方节点的RTH分组中为其预约信道。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种接入方法，其中多个协作节点通过竞争选出获胜协作节点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：发方节点从所述获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

其中，所述发方节点根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式包括：若所述目的节点是收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点将接收的所述发方节点发送的数据分组解码后与自身待发送数据分组共同编码，然后以速率R_rd将共同编码后的数据分组发送至所述收方节点，其中速率R_rd是所述协作节点和所述收方节点之间的数据传输速率；或者若所述目的节点是所述发方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点以速率R_rd发送发方节点数据分组，然后直接以速率R_sr发送所述获胜协作节点的所述自身数据分组至所述发方节点而不需预约信道，其中速率R_sr是所述发方节点和所述协作节点之间的数据传输速率；或者若所述目的节点是其他收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点发送所述发方节点数据分组后作为新的发方节点直接接入提前预约的信道发送所述自身数据分组。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种接入方法，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一竞争阶段，多个协作节点分别判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合（R_sr,R_rd）是否满足若满足，则该协作节点在相应的微时隙内发送忙音并且进行侦听，当该协作节点没有侦听到其他忙音时，该协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，若不满足则所述协作节点退出竞争；第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功；如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送，则直接发送发方节点数据分组，所述协作节点完成协作传输；如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段；以及第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点，所述获胜协作节点向所述发方节点发送RTH分组，所述发方节点根据所述RTH分组中的类别信息确定所述获胜协作节点的待发送数据分组的目的节点类别并根据确定的所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式，所述获胜协作节点根据指定的协作传输方式进行传输。

根据本发明的第五方面，本发明提供一种接入方法，用于动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述方法包括：发方节点判断其到收方节点的数据传输速率R_sd是否为高的传输速率，若是，则发方节点以所述数据传输速率R_sd向收方节点发送数据分组，否则，选择协作节点进行协作传输，其中，发方节点根据最大的协作节点调和速率判断所述数据传输速率R_sd是否为高的传输速率。

其中，收方节点通过其接收的发方节点发送的RTS分组的信噪比估算发方节点和收方节点之间的数据传输速率R_sd，并且将该速率R_sd包含在清除发送（Clear-to-Send，简称CTS）分组中回复给发方节点。

根据本发明的第六方面，本发明提供一种接入系统，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述系统包括：多个协作节点，每个协作节点被配置为根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点，其中，每个协作节点还被配置为当该协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点。

根据本发明的第七方面，本发明提供一种接入系统，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述系统包括：多个协作节点，每个协作节点包括竞争模块、反馈模块以及发送模块，并被配置为判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合（R_sr,R_rd）是否满足若满足则由该协作节点中的所述竞争模块进行竞争，若不满足则该协作节点退出竞争，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，所述竞争模块被配置为进行以下阶段的竞争：第一竞争阶段，当数据传输速率组合（R_sr,R_rd）满足时，所述协作节点在所述微时隙内发送忙音并进行侦听，当所述协作节点没有侦听到其他忙音时，所述协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功，如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段，第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点；所述反馈模块被配置为当所述协作节点在所述第三竞争阶段竞争成功时向所述发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，其中当所述目的节点是其他收方节点时，在所述RTH分组中为所述获胜协作节点预约信道；所述发送模块被配置为当所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送时，直接发送发方节点数据分组，以及当所述第三竞争阶段中竞争成功的协作节点收到发方节点数据分组后，根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输。

根据本发明的第八方面，本发明提供一种接入系统，其特征在于，所述系统包括：发方节点，被配置为在多个协作节点通过竞争选出获胜协作节点后，从获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，并且所述发方节点包括判断模块，所述判断模块被配置为根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

其中，所述发方节点还包括直传模块，该直传模块被配置为在第一竞争阶段中，如果在所有微时隙内均没有协作节点发送忙音信号，则直接发送数据分组至收方节点。

其中，所述判断模块还被配置为：若所述目的节点是收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点将接收的所述发方节点发送的数据分组解码后与自身待发送数据分组共同编码，然后以速率R_rd将共同编码后的数据分组发送至所述收方节点，其中速率R_rd是所述协作节点和所述收方节点之间的数据传输速率；若所述目的节点是所述发方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点以速率R_rd发送发方节点数据分组，然后直接以速率R_sr发送所述获胜协作节点的所述自身数据分组至所述发方节点而不需预约信道，其中速率R_sr是所述发方节点和所述协作节点之间的数据传输速率；以及若所述目的节点是其他收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点发送所述发方节点数据分组后作为新的发方节点直接接入提前预约的所述信道发送所述自身数据分组。

根据本发明的第九方面，本发明提供一种接入系统，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述系统包括：多个协作节点，每个协作节点被配置为判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合（R_sr,R_rd）是否满足若满足则由所述竞争模块进行竞争，若不满足则该协作节点退出竞争，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，并且所述协作节点包括竞争模块、反馈模块以及发送模块，所述竞争模块被配置为进行以下阶段的竞争：第一竞争阶段，当数据传输速率组合（R_sr,R_rd）满足时，所述协作节点在所述微时隙内发送忙音并进行侦听，当所述协作节点没有侦听到其他忙音时，所述协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功，如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段，第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点，所述反馈模块被配置为当所述协作节点在所述第三竞争阶段竞争成功时所述发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，所述发送模块被配置为当所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送时，直接发送发方节点数据分组，以及当所述第三竞争阶段中竞争成功的协作节点收到发方节点数据分组后，根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输；发方节点，被配置为从获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，并且所述发方节点包括判断模块，所述判断模块被配置为根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

根据本发明的第十方面，本发明提供一种接入系统，用于动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述系统包括：发方节点，被配置为判断其到收方节点的数据传输速率R_sd是否为高的传输速率，若是，则发方节点以所述数据传输速率R_sd向收方节点发送数据分组，否则，选择协作节点进行协作传输，其中，发方节点还被配置为根据最大的协作节点调和速率判断所述数据传输速率R_sd是否为高的传输速率。

其中，所述系统还包括收方节点，其被配置为通过其接收的发方节点发送的RTS分组的信噪比估算发方节点和收方节点之间的数据传输速率R_sd，并且将该速率R_sd包含在CTS分组中回复给发方节点。

此外，所述协作节点根据收到的RTS分组的信噪比估算其与发方节点之间的速率R_sr以及根据收到的CTS分组的信噪比估算其与收方节点之间的速率R_rd，并且在第一竞争阶段中所述协作节点根据数据传输速率组合（R_sr,R_rd）确定其发送所述忙音的微时隙。

此外，在第一竞争阶段中，设定所述协作节点的调和速率为调和速率高的协作节点优先发送忙音，具体地，调和速率最高的协作节点在第一个微时隙内发送忙音，以此类推。当协作节点的调和速率相同时，设均为R_k、R_s，R_k>R_s，则速率组合为（R_s,R_k）的协作节点比速率组合为（R_k,R_s）的协作节点优先发送忙音。

此外，在第一竞争阶段中，如果在所有微时隙内均没有协作节点发送忙音信号，则发方节点采用直传方式向收方节点发送数据分组。

此外，在第二竞争阶段中，所述协作节点根据其有无自身数据分组发送以及参与过发送数据分组的次数N_F来确定优先级，所述优先级与n_B位的二进制数的虚拟标识相对应，n_B=[log₂N_P]，N_P表示所述优先级总数，在n_B个微时隙中与值为1的二进制位相对应的微时隙内发送忙音并且在n_B个微时隙中与值为0的二进制位相应的微时隙内侦听信道，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功。其中，在第二竞争阶段中，优先级最高的协作节点竞争成功。并且其中，发送数据分组的次数N_F与一给定阈值相比较来确定所述优先级。该阈值针对每个协作节点都是相同的，并随着网络中业务量的变化而按比例增加。

此外，在第二竞争阶段中，当竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送时，发方节点以速率R_sr将数据分组发给协作节点，协作节点再以速率R_rd将数据分组发送至收方节点。

此外，在第三竞争阶段中，所述协作节点采用k（k≥1）轮冲突分解过程进行竞争选择出获胜协作节点，其中，所述协作节点在第t轮（1≤t≤k）的M个微时隙中随机选择第m（1≤m≤M）个微时隙发送n（1≤n≤M，且m+n-1≤M）个微时隙长度的忙音信号，最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的协作节点在第t轮胜出进入下一轮冲突分解过程，直至k轮冲突分解过程结束选出获胜协作节点。具体地，可以设定k=3，M=5。其中，如果所述协作节点发送忙音结束后该轮M个微时隙已经结束，则直接进行下一轮冲突分解过程。

此外，在第三竞争阶段中，还可以进行多次k轮冲突分解过程以选出唯一的获胜协作节点。

采用本发明上述技术方案，通过多个协作节点按需进行分阶段竞争，不仅在直传速率低时引入协作节点来提高数据传输速率，还有效减小了协作节点间竞争冲突与开销，大大提高了数据分组传输速率，并提高了协作接入控制的效率。另外，高速率协作节点发送发方节点数据分组的同时捎带发送自身数据分组，提高了自身公平性。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A示例性地示出了根据本发明动态分布式按需协作接入方法的一范例的直传方式示意图；

图1B示例性地示出了根据本发明动态分布式按需协作接入方法另一范例的直传方式示意图；

图2A示例性地示出了根据本发明的在第一竞争阶段的所有微时隙内均没有协作节点发送忙音的时序示意图；

图2B示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节无自身数据分组待发送的时序示意图；

图2C示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程结束后获胜协作节点唯一的时序示意图；

图2D示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程结束后获胜协作节点不唯一的时序示意图；

图3示例性地示出了根据本发明的第二竞争阶段的流程图；

图4A示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程的时序示意图；

图4B示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程的另一时序示意图；

图4C示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程的流程图；

图5A示例性地示出了根据本发明的在第一竞争阶段中无满足速率条件的协作节点且收方节点成功收到数据分组的时序示意图；

图5B示例性地示出了根据本发明的在第一竞争阶段中无满足速率条件的协作节点且发方节点直传数据分组后收方节点未成功接收的时序示意图；

图6A示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送且收方节点成功收到数据分组的时序示意图；

图6B示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送且收方节点未成功收到数据分组的时序示意图；

图7A示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有自身数据分组发往收方节点且收方节点成功收到数据分组的时序示意图；

图7B示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有自身数据分组发往收方节点但收方节点未成功收到数据分组的时序示意图；

图8示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有自身数据分组发往发方节点的时序示意图；

图9示例性地示出了根据本发明的在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有自身数据分组发往其他收方节点的时序示意图；以及

图10示例性地示出了根据本发明的动态分布式按需协作接入系统的结构图。

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的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。

注意，在本发明中提及的具体分组都是示例性的，实际上本发明不应当被这样的分组限制，而是重在本发明的技术思想。

本发明的基本思想是在协作节点的竞争中，每个协作节点根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点，其中，当所述协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点。这一基本思想体现在下述具体的描述中。

需要指出的是，本发明实施例的动态分布式按需协作接入，是根据发方节点与收方节点之间直传速率的高低来确定是否需要协作的。当直传速率高时，采取直传方式，发方节点以高速率直接向收方节点发送数据，而不需要进行协作传输；而当直传速率低时，则需要进行协作传输。其中，发方节点根据最大的协作节点调和速率来判断所述数据传输速率R_sd是否为高的传输速率。在需要进行协作传输时，协作节点按需要进行分阶段竞争，最终由竞争获胜的协作节点进行数据的发送，并且由发方根据不同的情况指定具体的协作传输方式。

相对于现有技术的协作节点的确定方法，采用本发明的动态分布式按需协作接入方法和系统进行协作节点参与与否的判断或协作节点的选择，可以动态提高数据传输速率；同时避免多个节点竞争时的碰撞冲突，减少协作节点接入信道时间，提高协作接入的效率；另外，高速率协作节点发送发方节点数据分组的同时捎带发送自身数据分组，提高了自身公平性。

首先，描述根据本发明的动态分布式按需协作接入方法对协作节点参与与否的判断。在数据传输的网络中每个节点都有唯一的身份号（Identity，简称ID），并都配有一部半双工无线电台。数据传输信道可以为对称信道，即收发双方S、D之间的链路是双向的且信道质量相同（即由S发向D的数据传输速率R_sd与由D发向S的数据传输速率R_ds相等）。

图1A为根据本发明动态分布式按需协作接入方法的直传方式示意图。如图1A所示，当发方节点有数据要发送时，首先监听信道，如果信道空闲则再随机退避监听一段时间，之后若信道仍然空闲，则以基本速率向收方节点发送RTS分组。.

收方节点在所述信道上收到所述RTS分组后回复CTS分组。其中，收方节点通过接收到的RTS分组的信噪比可以估算出发方节点和收方节点之间的数据传输速率R_sd，并且将该速率R_sd包含在其所回复的CTS分组中。

发方节点收到收方节点回复的CTS分组后，判断该CTS分组中携带的速率信息R_sd是否为高的传输速率，若是，则发方节点以速率R_sd发送数据分组。若收方节点能够成功接收并解码数据分组，则回复确认（Acknowledgment，简称ACK）分组给发方节点。若接收失败，根据本发明动态分布式按需协作接入方法的另一直传方式示意图，图1B，所示，则收方节点回复否定确认（NegativeAcknowledgement，简称NACK）分组。此时，发方节点收到NACK分组后重新发送数据分组，直到收方节点成功接收并解码发方节点发送的数据分组，并回复ACK分组给发方节点。

下面详细描述上述过程中发方节点判断CTS分组中携带的速率信息R_sd是否为高的传输速率的方法。设两节点间能支持的所有数据传输速率从高到低依次为R₁、R₂、…、R_i、…、R_j、…、R_m，假如协作节点的调和速率中最大的为记为R_max，则大于等于R_max的速率归类为高的传输速率记为H类，其余的均归类为低的传输速率，记为L类。当直传速率属于L类时需要协作传输。

下面结合具体附图，对协作节点分阶段竞争的过程进行详细描述。当直传速率不是H类时，需要采用协作传输。此时，可以在发方节点收到CTS分组后，经过SIFS+τ时间开始协作节点的竞争阶段。

协作节点可通过第一竞争阶段、第二竞争阶段以及第三竞争阶段选出竞争成功的协作节点进行协作传输。根据实际情况，协作节点也可能只进行第一竞争阶段和第二竞争阶段就进行协作传输，而不需进行第三竞争阶段。以下详细描述根据本发明的用于协作节点竞争的动态分布式按需协作接入方法中的三个竞争阶段。

第一竞争阶段

当判断直传速率低需要进行协作传输时，首先进入第一竞争阶段。在第一竞争阶段中，所有侦听到RTS分组和CTS分组的协作节点分别估算自身到发方节点和收方节点的数据传输速率R_sr和R_rd，然后判断其与发方节点和收方节点的数据传输速率组合（R_sr,R_rd）是否满足当速率组合（R_sr,R_rd）满足条件时，根据不同的速率组合（R_sr,R_rd）确定协作节点发送忙音的时隙，在相应的微时隙内发送忙音并在其他微时隙内进行侦听。其中，一个微时隙δ长度可以设为1us。协作节点根据收到的RTS分组的信噪比估算其与发方节点之间的速率R_sr以及根据收到的CTS分组的信噪比估算其与收方节点之间的速率R_rd，并且协作节点根据数据传输速率组合（R_sr,R_rd）确定其发送忙音的微时隙。

在第一阶段竞争中，当满足上述速率组合的协作节点在相应的微时隙内发送忙音，并且没有侦听到其他忙音时，则此类协作节点进入第二竞争阶段进行竞争。没有发送忙音或者侦听到忙音的协作节点退出竞争。

具体地，协作节点根据不同的速率组合（R_sr,R_rd）确定发送忙音的微时隙的方法如下：

设直传速率为R_n+1（n+1≤m），且R_n+1<R_max，则所有满足上述关系式的R_sr和R_rd的值由高到低依次为R₁、R₂、…、R_i、…、R_n，所有传输速率组合（R_sr,R_rd）的情况共n²种。调和速率高的速率组合优先发送忙音，即对于任意R_k、R_s、R_p、R_q（1≤k、s、p、q≤n），当时，速率组合为（R_k,R_s）的协作节点比速率组合为（R_p,R_q）的协作节点优先发送忙音。当调和速率相同时，设均为R_k、R_s，假设R_k>R_s，则速率组合为（R_s,R_k）的协作节点比速率组合为（R_k,R_s）的协作节点优先发送忙音。由于所有发送忙音的微时隙共n²个，发送忙音的微时隙由第1个开始依次记表1为协作节点数据传输速率组合与发送忙音的微时隙的关系：

表1协作节点数据传输速率组合与发送忙音的微时隙的关系

在第一竞争阶段中，假如所有微时隙内均没有协作节点发送忙音信号，即没有满足速率条件的协作节点，如图2A中时序示意图所示，则发方节点采用直传方式发送自身数据分组。

第二竞争阶段

第一竞争阶段竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据优先级来选择竞争成功的协作节点。然后，根据在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有无自身数据分组待发送判断是否需要进入第三竞争阶段。在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点无自身数据分组发送时，则直接发送发方节点数据分组，而不需进入第三竞争阶段。在第二竞争阶段中竞争成功的协作节点有自身数据分组发送时，则进入第三竞争阶段进行竞争。

第二竞争阶段竞争成功的协作节点确定其优先级的具体方法如下：

当按照第一竞争阶段所述方法选出满足条件的协作节点时，竞争成功的协作节点根据其有无自身数据分组发送，以及该协作节点参与过发送数据分组的次数N_F来确定其优先级。协作节点有无自身数据分组发送以及已发送数据分组的次数与其优先级的对应关系参见表2所示，其中设定优先级从高到低为G₁、G₂、G₃、…、G₈。发送数据分组的次数N_F为节点自身在一个存储空间中所记录的协作发送的次数，每发送一次数据，此值加1。发送数据分组的次数多少的评判标准是：根据信道中业务量大小给定一个阈值N_Fth，当协作发送次数大于等于此值时判定为较多，反之，判定为较少。针对每个协作节点的阈值都是相同的，随网络中业务量的变化，该阈值会按比例增加。

然后，每个参与竞争的协作节点根据该优先级确定其虚拟标识（简称，虚拟ID），其中所述虚拟标识为n_B位二进制数，n_B=[log₂N_P]，N_P为协作节点优先级的总数，[log₂N_P]表示以2为底N_P的对数向上取大于或等于此数的最小整数。这样，N_P个优先级可分别用n_B位二进制数，即该协作节点的虚拟ID表示。参照表2，可知与从高到低的优先级相对应的虚拟ID为 直至或对应最低优先级的n_B位虚拟ID。

当虚拟标识中的一个二进制位的值为1时，在n_B个微时隙中与该二进制位相对应的微时隙内发送忙音，当所述虚拟标识中的一个二进制位的值为0时，在n_B个微时隙中与该二进制位相对应的微时隙内进行侦听。若侦听到忙音，退出后续虚拟标识二进制位的忙音发送或者侦听，进行退避；若侦听到空闲，则进入后续虚拟标识二进制位的忙音发送或者侦听。发送完自身忙音同时没有侦听到其他忙音的协作节点竞争成功。由于优先级与虚拟标识的对应关系，如表2中示出的，可以理解，与上述的发送完自身忙音同时没有侦听到忙音的协作节点竞争成功相一致，优先级最高的协作节点竞争成功。

需要注意的是，当虚拟标识为111时，则仅进行忙音发送，如果协作节点发送完自身忙音，则竞争成功。当虚拟标识为000时，则仅进行忙音侦听，如果协作节点未侦听到忙音，则竞争成功。

在第二竞争阶段中，参与竞争的协作节点共分为8个优先级，即N_P=8，由高到低依次记作G₁、G₂、G₃、…、G₈，由n_B=[log₂N_P]，可知，n_B=3。表2为协作节点的特征、优先级和虚拟ID之间的对应关系：

表2协作节点的特征、优先级和虚拟ID的对应关系

图2B表示第二竞争阶段中竞争成功的协作节点（本图中假设速率组合为（R_i,R_i））无自身数据分组待发送，且N_F<N_Fth。由于多个协作节点同时向收方节点发送同一个数据分组时，收方节点可以正确接收到该数据分组，因此获胜协作节点只需发送发方节点数据分组，不需选出唯一的获胜协作节点，也不再进入第三竞争阶段。具体地，发方节点以速率R_SR将数据分组发给协作节点，协作节点再以速率R_rd将数据分组发送至收方节点。

图3示例性地示出根据本发明的第二竞争阶段的详细流程。

当第二竞争阶段竞争成功的协作节点有自身数据分组待发送时，则需要进入第三竞争阶段进行竞争。

第三竞争阶段

第三竞争阶段采用k轮冲突分解方案，从第二竞争阶段竞争成功的协作节点中选择出唯一的获胜协作节点。并根据该获胜协作节点的类别，进行不同方式的协作传输。

下面参照图4A和4B详细描述第三竞争阶段采用的k轮冲突分解方案的具体实施过程。

图4A示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程的时序示意图。参照图4A所示，第二阶段竞争中竞争成功的协作节点随机选择第一轮M（M≥1）个微时隙中的第m（1≤m≤M）个微时隙开始发送n（1≤n≤M，且m+n-1≤M）个微时隙长度的忙音信号。所有没有发送忙音的协作节点都处于侦听状态，侦听到忙音信号、但还没有发送忙音信号的协作节点不再发送忙音，退出竞争（如图4A中协作节点5的情况）。最先发送忙音的协作节点发完忙音后侦听1个微时隙，若有忙音，则其退出下一轮竞争（如图4A中第1轮中的协作节点4）。因此，该机制可以保证最先发送忙音且发送忙音时间最长的协作节点胜出。协作节点忙音发送结束后，若该轮M个微时隙还没结束，则它再侦听一个微时隙确定没有其他忙音发送后就可以提前结束该轮竞争，进入下一轮冲突分解过程（如图4A中第1轮中的协作节点1、2、3）。协作节点忙音发送结束后，若该轮M个微时隙已经结束，则直接进行下一轮冲突分解过程（如图4A中第2轮中的协作节点1、2）。冲突分解过程重复k轮选择出唯一的获胜协作节点后第三竞争阶段结束。

图4B示例性地示出了根据本发明的k轮冲突分解过程的另一时序示意图。由于每个微时隙长为δ，所以第三竞争阶段的时间最短为2kδ，最长为kMδ，平均为(M/2+1)kδ，其中M为每轮中时隙的个数。图4B中，k=3，M=5。在第1轮竞争分解过程中，第3个时隙（m=3）起最早有忙音信号发送，最长忙音发送时间为2个微时隙（n=2），具有从第3个微时隙起发送2个微时隙长忙音的协作节点在第一轮竞争中胜出，侦听1个微时隙且没有侦听到其他节点发送忙音，就进入第2轮竞争分解过程。而在第2个微时隙发送忙音但发送时间短于2个微时隙的协作节点在发送完忙音后能够侦听到其他节点还在发送忙音，则其竞争失败、退出竞争。其它选择靠后微时隙发送忙音的协作节点在发送忙音前就能侦听到其他节点的忙音发送，因此不进行忙音发送，直接退出竞争。第2轮竞争分解过程与第1轮类似，只不过当满足m+n-1=M时，所有成功的协作节点不需要侦听1个微时隙即可进入第3轮竞争分解过程。在第3轮竞争分解过程中，最早发送忙音的协作节点在发完忙音后没有侦听到其他忙音发送就可以提前结束该轮竞争分解过程，仅用了4个微时隙。

图4C示例性地示出根据本发明的k轮冲突分解过程的详细流程。

第三阶段k轮冲突分解过程结束后获胜协作节点唯一，即获胜协作节点发送的准备协作RTH分组未发生碰撞，如图2C所示。

应该指出的是，第三阶段k轮冲突分解过程结束后获胜协作节点也可能不唯一，即获胜协作节点发送的RTH分组发生碰撞，如图2D所示。此时，需要再次进行如图4B所示的k轮冲突分解过程，由于再次参与第三阶段竞争的协作节点数目较少，因此可以减小冲突分解过程的轮数，此处不再详述。此过程结束后，获胜的唯一协作节点发送RTH分组至发方节点。

下面结合具体的时序示意图详细描述各竞争阶段中协作节点竞争时可能出现的各种情况。

图5A为本发明动态分布式按需协作接入方法的时序示意图。图5A表明，在第一竞争阶段中无满足速率条件的协作节点，且收方节点成功收到数据分组。

协作节点竞争过程如前面参照图2A所述，即此实施例中直传速率为R_n+1，则所有满足关系式的R_sr和R_rd的值由高到低依次为R₁、R₂、…、R_i、…、R_n，所有传输速率组合（R_sr，R_rd）的情况共n²种，在此竞争阶段，n²个微时隙内均没有协作节点发送忙音信号，即没有满足速率条件的协作节点。此时，发方节点采用直传的方式发送自身数据分组。图5A中，收方节点能够成功接收该数据分组，则回复ACK分组给发方节点。

图5B为本发明动态分布式按需协作接入方法的另一时序示意图。图5B表明，第一阶段竞争过程中无满足速率条件的协作节点，发方节点直传数据分组后收方节点未成功接收。此时，收方节点回复NACK分组，发方节点收到NACK分组后重新发送数据分组，直至收方节点成功接收数据分组并回复ACK分组。

由上述可知，通过第一阶段竞争就可以判断出无满足速率条件的协作节点，不再进行后续阶段的竞争，很大程度上减小了协作竞争阶段的时隙开销，也有效避免了参与协作的节点不会带来传输速率的提高及MAC层性能改善的问题。

图6A为本发明动态分布式按需协作接入方法的另一时序示意图。图6A表明，第二阶段竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送，且收方节点成功收到数据分组。

协作节点竞争过程如前面参照图2B所述，直传速率为R_n+1，则所有满足关系式的R_sr和R_rd的值由高到低依次为R₁、R₂、…、R_i、…、R_n。在这种情况中存在满足速率条件的协作节点，且第一阶段竞争成功的协作节点的速率组合为（R_i,R_i），即R_i/2是所有满足速率条件中调和速率最大的，而调合速率小于R_i/2且未发送忙音的协作节点退出竞争。第一阶段获胜协作节点根据自身优先级进行第二阶段竞争，且获胜协作节点的优先级为G₇（三个竞争时隙中只有第三个时隙有节点发送忙音），即竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送，且参与过协作发送数据分组的次数小于给定阈值，即N_F<N_Fth。第二阶段获胜协作节点不进入第三阶段竞争过程，发方节点在发送给第二竞争阶段获胜协作节点的数据分组中指定该获胜协作节点直接发送发方节点数据分组而不进行自身数据分组的发送过程。图6A表明收方节点能够成功接收数据分组，并回复ACK分组给发方节点。

图6B为本发明动态分布式按需协作接入方法的另一时序示意图。图6B表明，第二阶段竞争成功的协作节点无自身数据分组待发送，且收方节点未成功收到数据分组。第二阶段获胜协作节点同样只发送发方节点数据分组，不进行自身数据分组的发送过程。图6B中收方节点未成功收到数据分组则回复NACK分组，获胜协作节点收到NACK分组后重新发送发方节点数据分组，直至收方节点成功接收数据分组并回复ACK分组。

由上述可知，仅经过第一竞争阶段和第二竞争阶段，无自身数据分组发送的获胜协作节点不需进行第三阶段竞争，也不需发送RTH分组。而是在第二阶段竞争结束后，发方节点以速率R_sr将述数据分组发给获胜协作节点，获胜协作节点再以速率R_rd将数据分组发送至收方节点。这样，不但减少了第三阶段竞争和发送RTH分组带来的开销，而且多个协作节点同时发送发方节点数据，空间分集增益大大提高。

图6A、6B描述的是当第二竞争阶段获胜协作节点无自身数据分组待发送时的情况，此时不需要进行第三竞争阶段的竞争，而直接由第二竞争阶段获胜协作节点发送发方的数据分组。然而，当第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组待发送时，则需要进行第三竞争阶段的竞争。在第三竞争阶段中竞争获胜的协作节点向发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，其中目的节点类别包括发方节点、收方节点以及其他收方节点。发方节点从获胜协作节点接收该RTH分组后，根据目的节点类别指定获胜协作节点的协作传输方式并向获胜协作节点发送数据分组，将所指定的协作传输方式传输给获胜协作节点。获胜协作节点根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输。以下结合附图详细描述目的节点分别是发方节点、收方节点以及其他收方节点时的协作传输方式。

第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组发往收方节点

图7A为本发明动态分布式按需协作接入方法的时序示意图。图7A表明，第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组发往收方节点，且收方节点成功收到数据分组。

图7A中协作节点竞争过程参照图2C或2D所述，且此实施例中第一阶段竞争成功的协作节点的速率组合为（R_i,R_i）（该类获胜协作节点具体情况如参考图6A、6B所述）；第二竞争阶段竞争成功的协作节点优先级为G₂（三个竞争时隙中第二、三个时隙均有节点发送忙音），有自身数据分组发往收方节点，且参与过协作发送数据分组的次数大于等于给定阈值，即N_F≥N_Fth。第三竞争阶段采用图4B所示的k轮冲突分解过程选出唯一获胜协作节点，此实施例中k=3，M=5，即共进行三轮冲突竞争，每轮最多占用5个时隙，每轮竞争中最先发送忙音，且发送忙音时间最长，并且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的协作节点获胜。若3轮冲突竞争结束后，只有一个协作节点获胜，则该获胜协作节点发送RTH分组。若3轮冲突竞争结束后，获胜协作节点不止一个，即RTH分组发生碰撞，如图2D所示，则需要重新进行k轮冲突分解过程。此时由于参与竞争的协作节点数目较少，可以减少k值（1≤k≤3），M=5的条件不变，直到只有一个协作节点获胜。获胜的协作节点向发方节点发送RTH分组。发方节点收到RTH分组后，以速率R_sr向获胜协作节点发送数据分组，并根据RTH分组中的标识，在数据分组中指定获胜协作节点采用解码方式进行协作传输。所述解码方式即指获胜协作节点成功解码发方节点数据分组后，将解码的发方节点数据分组与自身待发送数据分组共同编码，然后以速率R_rd发送上述共同编码的数据分组至收方节点。图7A表明收方节点能成功接收该共同编码的数据分组，则回复ACK分组给发方节点。

图7B为本发明动态分布式按需协作接入方的另一时序示意图。图7B表明，第二竞争阶段获胜的协作节点有自身数据分组发往收方节点，但收方节点未成功收到数据分组。协作节点竞争方式与协作节点采用的发送方节点式与图7A一致，在此不再赘述。在这种情况下，收方节点回复NACK分组，获胜协作节点收到该NACK分组后重新发送共同编码的数据分组至收方节点，直至收方节点成功收到数据分组并回复ACK分组给获胜协作节点为止。

根据图7A和7B的动态分布式按需协作接入方法，通过多个协作节点分阶段竞争，有效避免了节点之间的冲突，减小了协作竞争开销。此外，本发明的动态分布式按需协作接入方法，由所有可提供协作的节点中协作传输速率最高的节点帮助发送数据分组，可以在保证数据传输正确率的同时能以最高的速率进行协作传输，缩短时延并提高吞吐量，同时节省了一定的能量开销。再次，本发明的动态分布式按需协作接入方法，使用自身数据分组发送，且参与过发送数据分组次数较少的高速率协作节点优先参与协作，在一定程度上保证了协作节点自身的公平性。

第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组发往发方节点

图8为本发明动态分布式按需协作接入方法的又一时序示意图。图8表明，第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组发往发方节点。

图8中协作节点竞争过程参照图2C或2D所述，与前面关于图7A、7B中所述一致。不同的是第二竞争阶段获胜协作节点的优先级为G₃或G₄（有节点发送忙音时隙依次为第一微时隙、第三微时隙或只有第一微时隙），即获胜协作节点有自身数据分组发送至发方节点。在这种情况中，发方节点收到RTH分组后，根据RTH分组中的标识，在之后发送的数据分组中指定协作节点以速率R_rd发送发方节点数据分组到收方节点，不需预约信道，然后直接以速率R_sr发送自身数据分组至发方节点。若收方节点能够成功接收数据分组，则回复ACK分组；否则回复NACK分组，获胜协作节点收到NACK分组后重新发送发方节点数据分组。当获胜协作节点收到收方节点发送的ACK分组后，若发方节点能成功接收获胜协作节点的数据分组，则回复ACK分组；否则回复NACK分组，此时获胜协作节点重新发送自身数据分组至发方节点，直至发方节点能成功接收获胜协作节点的数据分组为止。

根据图8的动态分布式按需协作接入方法，使用自身数据分组发送至发方节点的获胜协作节点发送发方节点数据分组后，不用预约信道，也不需选择协作节点，直接发送自身数据分组至收方节点，减小了信道预约和协作节点选择带来的开销，在保证高速率传输数据分组同时也保证了获胜协作节点的公平性。

第二竞争阶段的获胜协作节点有自身数据分组发往其他收方节 点

图9为本发明动态分布式按需协作接入方法的又一时序示意图。图9表明，第二竞争阶段的获胜协作节点有自身数据分组发送至其他收方节点。

图9中协作节点竞争过程参照图2C或2D所述，与前面关于图7A、7B中所述一致。不同的是第二竞争阶段获胜协作节点的优先级为G₅或G₆（有节点发送忙音时隙依次为第二微时隙、第三微时隙或只有第二微时隙），即获胜协作节点有自身数据分组发送至其他收方节点。在这种情况中，发方节点收到RTH分组（RTH分组同时为获胜协作节点预约信道）后，根据RTH分组中的标识，在之后以速率R_sr发送的数据分组中指定协作节点的协作传输方式，其中速率R_sr是发方节点到协作节点的速率。其中，获胜协作节点在发至发方节点的RTH分组中为其预约信道。此时的协作传输方式为获胜协作节点发送发方节点数据分组后，作为新的发方节点发送自身数据分组，发送过程与原发方节点发送过程完全一致（假设获胜协作节点采用直传方式发送自身数据分组），只是由于之前发送的RTH分组已预约了信道而省略了竞争接入信道的过程，从而减小了发方节点由于竞争接入信道带来的开销。若收方节点能够成功接收数据分组，则回复ACK分组；否则回复NACK分组，获胜协作节点收到NACK分组后重新发送发方节点数据分组。若其他收方节点成功接收获胜协作节点的数据分组，则回复ACK分组，否则回复NACK分组，此时获胜协作节点重新发送自身数据分组至其他收方节点，直至其他收方节点成功接收获胜协作节点的数据分组并回复ACK分组为止。

根据图9的动态分布式按需协作接入方法，使有自身数据分组发送至其他收方节点的协作节点竞争成功后发送的RTH分组中携带预约信道信息。从而，使获胜协作节点发送发方节点数据分组后作为新的发方节点直接接入信道进行自身数据分组发送过程，减小了获胜协作节点重新竞争接入信道选择带来的开销，同时也保证了获胜协作节点的公平性。

以上详细描述了根据本发明的接入方法，所述方法用于协作节点的动态分布式按需协作接入。为了便于理解，上述描述是以协作节点和发方节点互相配合按需完成协作传输的方式进行描述的。但是，本领域技术人员可以理解，上述实施例中描述的协作节点和发方节点可以在上述方法中独立地完成相应的功能。因此，不再分别赘述协作节点和发方节点在根据本发明方法中的具体操作步骤。

下面结合图10描述本发明接入系统的结构图，该系统用于协作节点的动态分布式按需协作接入。图10中的系统可以执行上述本发明接入方法中的任何一种。如图10所示，该动态分布式按需协作接入系统可以包括发方节点11和协作节点13。发方节点包括直传模块15和判断模块18，协作节点13包括竞争模块16、反馈模块17以及发送模块19。

如前所述，发方节点11竞争信道成功后发送RTS分组，收方节点12收到后回复CTS分组，当直传速率低时，采用协作传输，开始协作节点分阶段竞争过程。

协作节点13判断其与发方节点11和收方节点12的数据传输速率组合（R_sr,R_rd）是否满足条件若满足，则协作节点13中的竞争模块16开始竞争过程。

具体地，协作节点13，根据自身到收发双方的数据传输速率组合得到第一竞争阶段发送忙音的时隙；并根据第一竞争阶段获胜协作节点的优先级进行第二竞争阶段，此阶段竞争结束后，若获胜协作节点无自身数据分组待发送，则发送模块19直接发送数据分组，不进行下一阶段竞争；若第二竞争阶段获胜协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段选出唯一协作节点。第三阶段竞争成功的协作节点的反馈模块17向发方节点发送RTH分组，该RTH分组中携带获胜协作节点的类别信息，即获胜协作节点待发数据分组的目的节点是发方节点、收方节点或其他收方节点。若竞争模块16经过上述第三竞争阶段后没有选出唯一的获胜协作节点，及反馈模块17发送的RTH分组发生碰撞，则竞争模块16重新进行第三阶段的竞争，直到选出唯一协作节点为止。

此时，发方节点11收到反馈模块17发送的RTH分组后，发方节点11中的判断模块18进行判断，根据收到的RTH分组中携带的目的节点的类别信息，在之后发送的数据分组中指定唯一获胜的协作节点采用何种协作方式发送自身数据分组。然后，协作节点13中的发送模块19根据发方节点11指定的协作传输方式进行协作传输。

具体地，若RTH分组表明第二竞争阶段获胜协作节点有自身业务发送至收方节点12，则发方节点11在数据分组中指定第三竞争阶段中的获胜协作节点采用解码发送方式执行发送模块19，即解码发方节点11发送数据分组，然后与自身数据分组共同编码后发送至收方节点12，收方节点12成功收到后回复ACK分组，接收失败后由获胜协作节点重传数据分组。若RTH分组中表明第二竞争阶段获胜协作节点有自身业务发送至发方节点11，则发方节点11在数据分组中指定第三竞争阶段的获胜协作节点执行发送模块19，在发送数据分组后，不需进行信道预约，直接发送自身数据分组至发方节点11，收方节点12和发方节点11收到各自数据分组后各自回复ACK，接收失败后由获胜协作节点重传发方节点11或自身数据分组。若RTH分组表明第二竞争阶段获胜协作节点有自身业务发送至其他收方节点14，则第三竞争阶段的获胜协作节点13在RTH分组中为其预约信道，发方节点11在数据分组中指定第三竞争阶段的获胜协作节点执行发送模块19，在发送数据后，不需竞争接入信道，直接作为新的发方节点开始新一轮的数据传输过程。收方节点12或其他收方节点14成功接收到各自数据分组后回复ACK分组，否则回复NACK分组，由获胜协作节点重传发方节点11或自身数据分组。

需要指出，在上述过程中，若第一竞争阶段中，所有微时隙中均无协作节点发送忙音，则发方节点11的直传模块15，直接发送数据分组至收方节点12。收方节点12成功收到后回复ACK分组，接收失败后由发方节点11重传数据分组。

本实施例的动态分布式按需协作接入系统，通过设置竞争模块和反馈模块等，使得多个协作节点按需进行分阶段竞争，有效避免了节点之间的冲突，减小了协作竞争开销，大大提高了动态变化网络的协作接入控制的效率。动态分布式按需协作接入系统只需通过第一阶段竞争就可以判断出无满足速率条件的协作节点，此时不再进行以后阶段的竞争，很大程度上减小了协作竞争阶段的时隙开销，也有效避免了参与协作的节点不会带来传输速率的提高及MAC层性能的改善。此外，动态分布式按需协作接入系统，由所有可提供协作的节点中协作传输速率最高的节点帮助发送数据分组，该系统可以在保证数据传输正确率的同时能以最高的速率快速地进行协作传输，加快了数据传输速率，缩短时延并提高吞吐量，同时节省了一定的能量开销。再次，动态分布式按需协作接入系统，使有自身数据分组发送，且参与过发送数据分组次数较少的高速率协作节点优先参与协作，在一定程度上保证了协作节点自身的公平性。

以上详细描述了根据本发明的接入系统，所述系统用于协作节点的动态分布式按需协作接入。为了便于理解，上述描述是以协作节点和发方节点互相配合按需完成协作传输的方式进行描述的。但是，本领域技术人员可以理解，上述实施例中描述的协作节点和发方节点可以在各自的系统中独立地完成相应的功能。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例部分的说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

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 (12)

1.一种接入方法，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

每个协作节点根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点；所述竞争的方法包括：

第一竞争阶段，多个协作节点分别判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合(R_sr，R_rd)是否满足若满足，则该协作节点在相应的微时隙内发送忙音并且进行侦听，当该协作节点没有侦听到其他忙音时，该协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，若不满足则该协作节点退出竞争；

第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功；

如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送，则直接发送发方节点数据分组，所述协作节点完成协作传输；

如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段；以及

第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点；

其中，当所述协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点。

2.如权利要求1所述的一种接入方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述获胜协作节点向所述发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，并根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输。

3.如权利要求2所述的一种接入方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述发方节点从所述获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发方节点根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式包括：

若所述目的节点是收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点将接收的所述发方节点发送的数据分组解码后与自身待发送数据分组共同编码，然后以速率R_rd将共同编码后的数据分组发送至所述收方节点，其中速率R_rd是所述协作节点和所述收方节点之间的数据传输速率；或者

若所述目的节点是所述发方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点以速率R_rd发送发方节点数据分组，然后直接以速率R_sr发送所述获胜协作节点的所述自身数据分组至所述发方节点而不需预约信道，其中速率R_sr是所述发方节点与所述协作节点的数据传输速率；或者

若所述目的节点是其他收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点发送所述发方节点数据分组后作为新的发方节点直接接入提前预约的信道发送所述自身数据分组。

5.如权利要求1所述的一种接入方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述获胜协作节点向所述发方节点发送RTH分组，所述发方节点根据所述RTH分组中的类别信息确定所述获胜协作节点的待发送数据分组的目的节点类别并根据确定的所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式，所述获胜协作节点根据指定的协作传输方式进行传输。

6.如权利要求1所述的一种接入方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述发方节点判断其到收方节点的数据传输速率R_sd是否为高的传输速率，若是，则发方节点以所述数据传输速率R_sd向收方节点发送数据分组，否则，多个协作节点进行所述竞争以选出竞争成功的协作节点进行协作传输，

其中，发方节点根据最大的协作节点调和速率判断所述数据传输速率R_sd是否为高的传输速率。

7.一种接入系统，用于协作节点的动态分布式按需协作接入，其特征在于，所述系统包括发方节点、收方节点、多个协作节点；

每个协作节点被配置为根据其与发方节点和收方节点的数据传输速率、有无自身数据分组发送，以及该协作节点已发送数据分组的次数进行竞争以选出竞争成功的协作节点，

其中，每个协作节点还被配置为当该协作节点有自身数据分组发送时，再根据最先发送忙音且发送忙音时间最长且在发送完忙音后的一个微时隙内未听到其他忙音的原则选择获胜协作节点；

每个协作节点包括竞争模块、反馈模块以及发送模块，并被配置为判断其与发方节点的数据传输速率R_sr和与收方节点的数据传输速率R_rd的组合(R_sr，R_rd)是否满足若满足则由该协作节点中的所述竞争模块进行竞争，若不满足则该协作节点退出竞争，其中R_sd是所述发方节点和所述收方节点之间的数据传输速率，

所述竞争模块被配置为进行以下阶段的竞争：第一竞争阶段，当数据传输速率组合(R_sr，R_rd)满足时，所述协作节点在所述微时隙内发送忙音并进行侦听，当所述协作节点没有侦听到其他忙音时，所述协作节点在所述第一竞争阶段竞争成功进入第二竞争阶段，第二竞争阶段，在所述第一竞争阶段中竞争成功的协作节点确定其优先级并且根据该优先级确定二进制数的虚拟标识，根据该二进制数在相应的微时隙内发送忙音或侦听忙音，完成忙音发送和/或未侦听到忙音的协作节点在所述第二竞争阶段竞争成功，如果所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点有自身数据分组待发送，则进入第三竞争阶段，第三竞争阶段，在所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点进行竞争选择出获胜协作节点；

所述反馈模块被配置为当所述协作节点在所述第三竞争阶段竞争成功时向所述发方节点发送包含其待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，其中当所述目的节点是其他收方节点时，在所述RTH分组中为所述获胜协作节点预约信道；

所述发送模块被配置为当所述第二竞争阶段竞争成功的所述协作节点无自身数据分组待发送时，直接发送发方节点数据分组。

8.如权利要求7所述的一种接入系统，其特征在于，

所述发送模块还被配置当所述第三竞争阶段中竞争成功的协作节点收到发方节点数据分组后，根据所述发方节点指定的协作传输方式进行协作传输。

9.如权利要求7所述的一种接入系统，其特征在于，

所述发方节点，被配置为在多个协作节点通过竞争选出获胜协作节点后，从获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，并且所述发方节点包括判断模块，所述判断模块被配置为根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

10.如权利要求9所述的一种接入系统，其特征在于，所述判断模块还被配置为：

若所述目的节点是收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点将接收的所述发方节点发送的数据分组解码后与自身待发送数据分组共同编码，然后以速率R_rd将共同编码后的数据分组发送至所述收方节点，其中速率R_rd是所述协作节点和所述收方节点之间的数据传输速率；

若所述目的节点是所述发方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点以速率R_rd发送发方节点数据分组，然后直接以速率R_sr发送所述获胜协作节点的所述自身数据分组至所述发方节点而不需预约信道，其中速率R_sr是所述发方节点与所述协作节点的数据传输速率；以及

若所述目的节点是其他收方节点，则所述发方节点指定所述获胜协作节点发送所述发方节点数据分组后作为新的发方节点直接接入提前预约的信道发送所述自身数据分组。

11.如权利要求7所述的一种接入系统，其特征在于：

所述发方节点，被配置为从获胜协作节点接收包含待发送数据分组的目的节点类别的RTH分组，并且所述发方节点包括判断模块，所述判断模块被配置为根据所述目的节点类别指定所述获胜协作节点的协作传输方式并传输给所述获胜协作节点。

12.如权利要求7所述的一种接入系统，其特征在于：

所述发方节点，还被配置为判断其到收方节点的数据传输速率R_sd是否为高传输速率，若是，则发方节点以所述数据传输速率R_sd向收方节点发送数据分组，否则，进行所述竞争以选出竞争成功的协作节点进行协作传输，

其中，发方节点还被配置为根据最大的协作节点调和速率判断所述数据传输速率R_sd是否为高传输速率。