CN104378834B - 一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法。利用相关序列标识不同节点，采用相关序列和微时隙机制结合达到传播不同控制消息的目的，缓解传统MAC协议中高速数据与低速控制消息的矛盾。该方法利用相关序列来传递控制信息，借助干扰消除技术，从而使得控制序列与数据分组同时发送，消除了传统媒体控制接入控制协议中的显式竞争过程，减少了常规控制信息传输的开销以及二进制指数退避时间，从而提高了信道利用率和网络吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法。该方法可以将传统媒体接入控制协议中的控制消息用相关序列替代，使得控制消息可以与数据分组同时发送，从而减少了控制消息传输的开销以及指数退避的时间耗费。
背景技术
近年来，随着OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，MIMO(Multiple Input Multiple Output)等技术的飞速发展，数据的传输速率得到极大提升。但是，MAC层协议的发展并没有跟上物理层高速数据传输技术的发展速度，以无线局域网中的802.11协议族为例，IEEE 802.11a支持的数据速率最高可达54Mbps，而最新的802.11ac可以支持高达6.93Gbps的数据率。而按照MAC协议的规定，协议所必须的控制消息并未从高速传输技术中获利，控制消息必须采用协议支持的最低速率传输以保证其可靠性，因此，虽然数据传输的速率提高了，数据传输时间在信道使用时间中所占的比例不一定会随之上升，甚至会出现下降，进而引起信道效率和整个网络性能的下降。因此，传统MAC协议中的控制消息的表达方式和传输方式需要改进，这是改善MAC协议效率首先要解决的问题。
本发明正是针对这一问题提出基于相关序列的控制消息表达方式和媒体接入控制协议。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法。利用相关序列标识不同节点，采用相关序列和微时隙机制结合达到传播不同控制消息的目的，缓解传统MAC协议中高速数据与低速控制消息的矛盾。
技术方案：本发明提出的隐式竞争机制主要包括两个部分：物理层控制消息设计和MAC层信道竞争设计。
a.物理层控制消息设计：物理层控制消息采用相关序列来表达，网络中每个节点都具有一个唯一的序列作为其节点标识，此节点标识可以通过相关运算识别，各节点的标识序列为私密序列，只能被本节点识别；另外，定义公开序列信道预留序列和信道释放序列，这两种序列可以被所有节点识别；节点标识序列可以与微时隙机制相结合，用于传输不同的控制消息；
b.媒体接入控制MAC层信道竞争设计：MAC层协议采用微时隙机制，即将数据发送时间分割为若干个微时隙，预先为每个节点分配一个微时隙，控制序列在微时隙内同数据信号一起发送，MAC层协议流程包括：
1.)节点利用接收到的前导序列进行同步；
2.)节点同步结束后，微时隙阶段开始，除了当前的发送节点和接收节点，其他节点监听信道并等待自己的微时隙；若节点到达自己的微时隙，发现其发送队列中有数据，并且当前信道状态为未被预约，则节点在自己的微时隙内发送接收节点的标识；
3.)节点在监听信道的同时检测自己的标识序列和信道预留序列，利用干扰消除技术，节点首先对接收数据进行解码，然后根据利用前导序列估计出的信道参数和解码数据生成模拟接收数据，将模拟接收数据从接收数据中减去，对剩余信号检测本节点的标识，若节点检测到自己的标识，则立刻回复信道预留序列，所有检测到信道预留序列的节点检查当前微时隙是否为本节点的微时隙，若是，则节点标记自己为获胜节点，在下一轮数据传输中，本节点为发送节点；若不是，则节点标识信道状态为被预约，停止本轮竞争；
4.)接收节点成功接收数据分组之后，在预留的确认时隙发送发送节点的节点标识作为确认序列，发送节点在此时隙检测自己的标识序列；
5.)本轮数据发送结束后，信道空闲，竞争获胜的节点开始发送数据，其他节点回到步骤1)，重复此过程。
有益效果：本发明通过相关序列替代传统MAC协议中的控制消息，将数据分组与控制消息同时传输，使得数据传输与信道竞争同时完成，具有以下优势：
1、利用相关识别代替传统的消息解码，对信噪比的要求大大降低，具有更高的可靠性。
2、控制消息与数据分组同时传输，消除了低效的竞争过程，使得信道竞争与数据传输同步进行，减少了信道竞争控制消息的开销，可以提高信道的利用效率，提高网络吞吐量。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1：MAC协议交互流程示意。
图2：收发信机模块构成图。
具体实施方式
本发明提出一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法，主要包括两个部分：物理层控制消息设计和MAC层信道竞争设计。具体实施方式为：
1、物理层控制消息设计
物理层控制消息采用相关序列来表达，网络中每个节点都具有一个唯一的序列作为其节点标识。此节点标识可以通过相关运算识别。各节点的标识序列为私密序列，只能被本节点识别。另外，定义公开序列信道预留序列和信道释放序列，这两种序列可以被所有节点识别。
相关序列的长度由网络中节点数量决定，若节点数量为N，则序列长度至少为N+2。
1、MAC层信道竞争设计：
MAC层协议采用微时隙机制，即将数据发送时间分割为若干个微时隙，预先为每个节点分配一个微时隙，控制序列在微时隙内同数据信号一起发送，微时隙设置为25微秒。协议流程包括：
1)节点利用接收到的前导序列进行同步；
2)节点同步结束后，微时隙阶段开始。除了当前的发送节点和接收节点，其他节点监听信道并等待自己的微时隙。若节点到达自己的微时隙，发现其发送队列中有数据，并且当前信道状态为未被预约，则节点在自己的微时隙内发送接收节点的标识；
3)节点在监听信道的同时检测自己的标识序列和信道预留序列。利用干扰消除技术，节点首先对接收数据进行解码，然后根据利用前导序列估计出的信道参数和解码数据生成模拟接收数据，将模拟接收数据从接收数据中减去，对剩余信号检测本节点的标识，若节点检测到自己的标识，则立刻回复信道预留序列。所有检测到信道预留序列的节点检查当前微时隙是否为本节点的微时隙，若是，则节点标记自己为获胜节点，在下一轮数据传输中，本节点为发送节点；若不是，则节点标识信道状态为被预约，停止本轮竞争；
4)接收节点成功接收数据分组之后，在预留的确认时隙发送发送节点的节点标识作为确认序列。发送节点在此时隙检测自己的标识序列。
5)本轮数据发送结束后，信道空闲，竞争获胜的节点开始发送数据。其他节点回到步骤1)，重复此过程。
Claims (1)
1.一种基于相关序列识别的媒体接入控制方法，其特征在于该方法包括：
a.物理层控制消息设计：物理层控制消息采用相关序列来表达，网络中每个节点都具有一个唯一的序列作为其节点标识，此节点标识可以通过相关运算识别，各节点的标识序列为私密序列，只能被本节点识别；另外，定义公开序列、信道预留序列和信道释放序列，这两种序列可以被所有节点识别；节点标识序列可以与微时隙机制相结合，用于传输不同的控制消息；
b.媒体接入控制MAC层信道竞争设计：MAC层协议采用微时隙机制，即将数据发送时间分割为若干个微时隙，预先为每个节点分配一个微时隙，控制序列在微时隙内同数据信号一起发送，MAC层协议流程包括：
1)节点利用接收到的前导序列进行同步；
2)节点同步结束后，微时隙阶段开始，除了当前的发送节点和接收节点，其他节点监听信道并等待自己的微时隙；若节点到达自己的微时隙，发现其发送队列中有数据，并且当前信道状态为未被预约，则节点在自己的微时隙内发送接收节点的标识序列；
3)节点在监听信道的同时检测自己的标识序列和信道预留序列，利用干扰消除技术，节点首先对接收数据进行解码，然后根据利用前导序列估计出的信道参数和解码数据生成模拟接收数据，将模拟接收数据从接收数据中减去，对剩余信号检测本节点的标识序列，若节点检测到自己的标识序列，则立刻回复信道预留序列，所有检测到信道预留序列的节点检查当前微时隙是否为本节点的微时隙，若是，则节点标记自己为获胜节点，在下一轮数据传输中，本节点为发送节点；若不是，则节点胡标识序列信道状态为被预约，停止本轮竞争；
4)接收节点成功接收数据分组之后，在预留的确认时隙发送发送节点的标识序列作为确认序列，发送节点在此时隙检测自己的标识序列；
5)本轮数据发送结束后，信道空闲，竞争获胜的节点开始发送数据，其他节点回到步骤1)，重复此过程。
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