CN105451361B - 一种基于隐式竞争的媒体接入控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于隐式竞争的媒体接入控制方法。该方法利用在正交频分复用信号的某些子载波上传递高能脉冲信号来传递控制信息，从而使得控制信息与数据分组同时发送，将传统媒体控制接入控制协议的显式竞争转变为隐式竞争，在时域上看只有连续的数据发送过程，减少了常规控制信息传输的开销，从而提高了信道利用率和网络吞吐量。

Description

一种基于隐式竞争的媒体接入控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于隐式竞争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显式竞争化为隐式竞争，允许控制消息与数据分组同时发送。减少了控制消息传输的开销。

背景技术

近几年来，高速数据传输技术发展非常迅速，例如OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术，MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术等，这些技术极大提高了数据的传输速率，为了适应这些物理层技术，多种针对无线局域网媒体接入控制协议的补充标准被提出，典型的无线网络标准有IEEE 802.11a、IEEE 802.11n、IEEE802.11ac等，其支持的数据率由原来的1Mbps上升至54Mbps、600Mbps、6.93Gbps，以上述标准为基础的无线网络已经应用到人们的日常生活当中。

数据传输速率的提高并不能够保证较高的通信效率。这是因为MAC协议所必须的控制消息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，数据传输时间占用信道使用时间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网络吞吐量的下降。因此，改善传统MAC协议中的竞争方式、提高控制消息的传输效率是改善MAC协议效率首先要解决的问题。

目前MAC协议的信道竞争技术主要采用竞争与数据传输分离的方式，即在时间傻瓜具有显式的竞争阶段。在数据传输之前，具有数据要发送的节点首先对信道进行竞争，获胜的节点在竞争阶段结束后发送数据。由于竞争信道所需的控制消息采用最低速率进行传输，因此占用了大量的信道时间，而随着数据传输速率的提高，这种信道浪费更加严重。因此，需要一种隐式竞争方式，从时间上消除低效控制消息对宝贵信道资源的占用，将控制消息的传输与数据传输同步进行，以提高信道的利用效率。

目前的无线局域网物理层主要采用OFDM技术，OFDM技术将在高速数据传输中长期占有一席之地并发挥作用，本发明正是基于OFDM技术实现。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于隐式竞争的媒体接入控制方法。利用数据与控制消息同时传输，缓解传统MAC协议中高速数据与低速控制消息的矛盾。隐式竞争需要同时保证信令消息的识别准确率和数据分组的解码率。

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。

物理层控制消息设计：

具体说来，物理层控制消息利用时域频域二维图(TF图)上的脉冲来表达，TF图为一个二维矩阵，每一行代表一个子载波，每一列代表一个符号，每个元素的值为布尔型，值为1表示此子载波和符号位置处监测到脉冲，值为0表示此子载波和符号位置处未监测到脉冲。建立通信节点序号与TF图位置的映射

IEEE 802.11a协议中，OFDM信号有64个子载波，使用了52个子载波，其中48个用于传输数据，4个用于传输导频序列。TF图使用了除导频和直流之外的子载波。

有数据发送的节点，根据发送节点和接收节点的序列号，选择控制脉冲发送占用的子载波和符号，将脉冲调制到选中的子载波和符号，将控制脉冲发送。同时，所有节点对信道进行监听，根据检测到的脉冲构建接收脉冲TF图。

MAC层信道竞争设计：

1)节点利用接收到的前导序列进行同步；

2)发送队列中有数据的节点，根据发送节点与接收节点，利用映射关系选择脉冲应在的子载波和符号位置，利用OFDM调制至该子载波和符号上并发送；

3)所有节点对信道进行侦听，对接收信号进行解码，利用解码后的数据和信道参数做干扰消除，将数据分组从接收信号中去除，从干扰消除后的信号中检测并定位脉冲，确定脉冲在子载波和符号中的位置，并更新TF图；

4)节点根据本地TF图选择竞争获胜节点，TF图中具有最小子载波序数和符号序数的脉冲发射节点赢得竞争，节点判断自己是否是此脉冲对应的接收节点或发送节点，若是接收节点，则在预留的反馈符号中，发送节点对应的子载波上发送反馈脉冲，若是发送节点，检测反馈符号自己对应的子载波上是否检测到反馈脉冲，若有，则标记自己为下一轮竞争获胜节点，否则，不做动作；

5)本轮数据发送结束后，竞争获胜节点开始发送数据，其他节点回到步骤1)，重复此过程。

有益效果：本发明通过利用隐式竞争替代传统MAC协议中的显式竞争，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、利用脉冲信号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：OFDM信号与TF图映射方式。

图2：MAC协议交互流程示意。

图3：收发信机模块构成图。

具体实施方式

本发明提出一种基于隐式竞争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

物理层控制消息利用时域频域二维图(TF图)上的脉冲来表达。TF图为一个二维矩阵，每一行代表一个子载波，每一列代表一个符号，每个元素的值为布尔型，值为1表示此子载波和符号位置处监测到脉冲，值为0表示此子载波和符号位置处未监测到脉冲。建立通信节点序号与TF图位置的映射关系：

这里映射关系采用

发送节点ID＝子载波ID

接收节点ID＝符号ID

IEEE 802.11a协议中，OFDM信号有64个子载波，使用了52个子载波，其中48个用于传输数据，4个用于传输导频序列。TF图使用了除导频和直流之外的子载波。

有数据发送的节点，根据发送节点和接收节点的序列号，选择控制脉冲发送占用的子载波和符号，将脉冲利用OFDM调制方式调制到选中的子载波和符号，将控制脉冲发送。同时，所有节点对信道进行监听，对接收信号利用导频时序同步后，利用OFDM解调，判断各个子载波和符号上的接收脉冲，根据检测到的脉冲构建接收脉冲TF图。

2、MAC层信道竞争设计：

1)节点利用接收到的前导序列进行同步；

2)发送队列中有数据的节点，根据发送节点与接收节点，利用映射关系选择脉冲应在的子载波和符号位置，利用OFDM调制至该子载波和符号上并发送；

3)所有节点对信道进行侦听，对接收信号进行解码，利用解码后的数据和信道参数做干扰消除，将数据分组从接收信号中去除，从干扰消除后的信号中检测并定位脉冲，确定脉冲在子载波和符号中的位置，并更新TF图；

4)节点根据本地TF图选择竞争获胜节点，TF图中具有最小子载波序数和符号序数的脉冲发射节点赢得竞争，节点判断自己是否是此脉冲对应的接收节点或发送节点，若是接收节点，则在预留的反馈符号中，发送节点对应的子载波上发送反馈脉冲，若是发送节点，检测反馈符号自己对应的子载波上是否检测到反馈脉冲，若有，则标记自己为下一轮竞争获胜节点，否则，不做动作；

5)本轮数据发送结束后，竞争获胜节点开始发送数据，其他节点回到步骤1)，重复此过程。

Claims (1)

1.一种基于隐式竞争的媒体接入控制方法，其特征在于该方法包括：

物理层控制消息设计：物理层控制消息利用时域频域二维图TF图上的脉冲来表达，TF图为一个二维矩阵，每一行代表一个子载波，每一列代表一个符号，每个元素的值为布尔型，值为1表示此子载波和符号位置处监测到脉冲，值为0表示此子载波和符号位置处未监测到脉冲； IEEE 802.11a协议中，OFDM信号有64个子载波，使用了52个子载波，其中48个用于传输数据，4个用于传输导频序列，TF图使用了除导频和直流之外的子载波；

下一轮有数据发送的节点根据发送节点和接收节点的序列号，选择控制脉冲发送占用的子载波和符号，将脉冲调制到选中的子载波和符号，将控制脉冲发送；同时，所有节点对信道进行监听，根据检测到的脉冲构建接收脉冲TF图，用于竞争下一轮数据发送；

MAC层信道竞争设计：

1)节点利用接收到的前导序列进行同步；

2)发送队列中有数据的节点，根据发送节点与接收节点的序号， 选择脉冲应在的子载波和符号位置，利用OFDM将脉冲调制至该子载波和符号上并发送；

3)所有节点对信道进行侦听，对接收信号进行解码，利用解码后的数据和信道参数做干扰消除，将数据分组从接收信号中去除，从干扰消除后的信号中检测并定位脉冲，确定脉冲在子载波和符号中的位置，并更新TF图；

4)节点根据本地TF图选择竞争获胜节点，TF图中具有最小子载波序数和符号序数的脉冲发射节点赢得竞争，赢得竞争的节点作为下一轮数据发送节点，其他节点等待下一轮竞争，节点判断自己是否是此脉冲对应的接收节点或发送节点，若是接收节点，则在预留的反馈符号中，发送节点对应的子载波上发送反馈脉冲，若是发送节点，检测反馈符号自己对应的子载波上是否检测到反馈脉冲，若有，则标记自己为下一轮竞争获胜节点，否则，不做动作；

本轮数据发送结束后，竞争获胜节点开始发送数据，其他节点回到步骤1)，重复此过程。