CN105471571A - 一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法 - Google Patents

一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法 Download PDF

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Abstract

一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，属于无线通信媒体接入控制方法。其特征在于：通信节点中的无线接入点(AP)和站点之间使用2个请求帧RTS、RRTS和1个应答帧CTS建立连接，RRTS帧中包含数据包1和数据包2源地址、目的地址以及数据帧长度；AP和站点通过已建立的通信链路同时同频发送和接收数据包；传输类型有：1)以站点为源节点的同步双向链路通信；2)以AP为源节点的同步双向链路通信；3)以站点为源节点的异步双向链路通信；4)以AP为转发节点的异步双向链路通信。优点：使用一次媒体接入控制方法建立通信链路，实现两个不同节点同时发送各自数据包，显著提高网络吞吐量和减小网络延时，与基于RTS/CTS机制的半双工无线通信模式兼容。

Description

一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信的媒体接入控制方法，具体涉及一种点对多点带内全双工无线通信的媒体接入控制方法。
背景技术
带内全双工无线通信支持节点同一频段上同时接收和发送数据，与时分双工和频分双工相比可获得双倍的吞吐量。但是带内全双工无线通信中存在严重的自干扰和内节点干扰问题，这极大地影响有用信号的接收与解码。因此，带内全双工无线通信的实现首先需要有效地消除自干扰信号和内节点干扰信号。
近年来，大量先进的天线消除、数字消除和模拟消除等自干扰消除方法以及二进制消除和捕获效应等内节点消除方法被提出，有效保证了带内全双工无线通信物理层的可靠通信。然而为了更好地实现带内全双工无线通信，不仅需要有效的物理层干扰消除技术，而且需要适合带内全双工无线通信的MAC层媒体接入控制方法。已有的半双工无线通信MAC机制RTS/CTS可通过一次媒体接入有效建立两个节点之间的通信链路。但是在带内全双工无线通信三节点异步双向链路中，RTS/CTS接入机制不能通过一次媒体接入建立三个节点之间的通信链路，因此直接将RTS/CTS接入机制应用于带内全双工无线通信不能充分利用全双工通信的特性。为了设计有效的带内全双工无线通信MAC层媒体接入控制方法，不仅要解决同步双向链路连接问题还要解决异步双向链路连接问题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出了一种点对多点带内全双工无线通信的媒体接入控制方法，可通过一次媒体接入建立同步双向通信链路连接或者异步双向通信链路连接，支持两个节点同时发送各自的数据包，与半双工无线通信相比，网络吞吐量显著提高，网络延时显著减小，可有效地解决隐藏终端问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：所述方法适用于全双工无线通信中同步双向链路和异步双向链路传输；通信节点的无线接入点(AP)和站点之间使用2个请求帧Request-to-Send(RTS)、RRTS和1个应答帧Clear-to-Send(CTS)建立连接，RRTS帧中包含数据包1和数据包2的源地址、目的地址以及数据帧长度；AP和站点通过已建立的通信链路同时同频发送和接收数据包。
点对多点带内全双工无线通信传输类型有：1)以站点为源节点的同步双向链路通信；2)以AP为源节点的同步双向链路通信；3)以站点为源节点的异步双向链路通信；4)以AP为转发节点的异步双向链路通信；其中，短帧间间隔(SIFS)和分布式帧间间隔(DIFS)与IEEE802.11标准中定义相同。
四种通信传输类型中传输链路的建立和具体通信过程如下所述：
1)、以站点为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、AP接收到来自站点1的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，站点1和AP等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
2)、以AP为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、AP向目的站点站点1发送一个RTS帧，等待站点1返回一个RRTS帧；
b)、站点1接收到来自AP的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、AP接收到来自站点1的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、站点1接收到来自AP的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，AP和站点1等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
3)、以站点为源节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并向站点2发送数据包2；
f)、完成数据包1和数据包2传输之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
4)、以AP为转发节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并将数据包1转发给站点2；
f)、完成数据包1转发之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
优点：支持两个节点同时发送各自的数据包而只需要使用一次该接入方法进行媒体接入，可有效解决带内全双工无线通信链路中隐藏终端问题，与基于RTS/CTS接入机制的半双工通信模式兼容。大量仿真结果证实了使用本发明中的媒体接入方法可获得较高网络性能，与半双工无线通信相比，能够显著提高网络吞吐量和减小网络延时。
附图说明
图1为本发明中以站点为源节点的同步双向链路通信过程示意图。
图2为本发明中以AP为源节点的同步双向链路通信过程示意图。
图3为本发明中以站点为源节点的异步双向链路通信过程示意图。
图4为本发明中以AP为转发节点的异步双向链路通信过程示意图。
具体实施方式
所述方法适用于全双工无线通信中同步双向链路和异步双向链路传输；通信节点的无线接入点(AP)和站点之间使用2个请求帧Request-to-Send(RTS)、RRTS和1个应答帧Clear-to-Send(CTS)建立连接，RRTS帧中包含数据包1和数据包2的源地址、目的地址以及数据帧长度；AP和站点通过已建立的通信链路同时同频发送和接收数据包。
点对多点带内全双工无线通信传输类型有：1)以站点为源节点的同步双向链路通信；2)以AP为源节点的同步双向链路通信；3)以站点为源节点的异步双向链路通信；4)以AP为转发节点的异步双向链路通信；其中，短帧间间隔(SIFS)和分布式帧间间隔(DIFS)与IEEE802.11标准中定义相同。
四种通信传输类型中传输链路的建立和具体通信过程如下所述：
1)、以站点为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、AP接收到来自站点1的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，站点1和AP等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
2)、以AP为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、AP向目的站点站点1发送一个RTS帧，等待站点1返回一个RRTS帧；
b)、站点1接收到来自AP的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、AP接收到来自站点1的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、站点1接收到来自AP的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，AP和站点1等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
3)、以站点为源节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并向站点2发送数据包2；
f)、完成数据包1和数据包2传输之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
4)、以AP为转发节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并将数据包1转发给站点2；
f)、完成数据包1转发之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1：在一个点对多点的带内全双工无线通信网络中，包含n+1个节点，即1个无线接入点(AP)和n个站点。
如图1所示，当站点1有一个数据包(数据包1)要发送给AP时，站点1完成退避过程后先发送一个RTS帧给AP。AP收到RTS帧后，读取到目的地址是它本身。当AP没有数据包发送给站点1时，在SIFS时隙后AP就会向站点1发送一个CTS帧，这与半双工无线通信中一样。当AP也有一个数据包(数据包2)发送给站点1时，在SIFS时隙后AP向站点1发送一个RRTS帧，根据收到的RRTS帧，站点1了解到AP已经成功接收RTS帧并且请求在站点1发送数据包的同时向站点1发送数据包，等待一个SIFS时隙后站点1向AP发送一个CTS帧，然后再等待一个SIFS时隙后站点1开始发送数据包1和接收数据包2，AP接收到来自站点1的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1，完成数据包1和数据包2传输之后，站点1和AP等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方，等待一个DIFS时隙后，通信结束。
如图2所示，当AP有一个数据包(数据包1)要发送给站点1时，AP完成退避过程后先发送一个RTS帧给站点1。站点1收到RTS帧后，读取到目的地址是它本身。当站点1没有数据包发送给AP时，在SIFS时隙后站点1就会向AP发送一个CTS帧，这与半双工无线通信中一样。当站点1也有一个数据包(数据包2)发送给AP时，在SIFS时隙后站点1向AP发送一个RRTS帧，根据收到的RRTS帧，AP了解到站点1已经成功接收RTS帧并且请求在AP发送数据包的同时向AP发送数据包，等待一个SIFS时隙后AP向站点1发送一个CTS帧，然后再等待一个SIFS时隙后AP开始发送数据包1和接收数据包2，站点1接收到来自AP的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1，完成数据包1和数据包2传输之后，AP和站点1等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方，等待一个DIFS时隙后，通信结束。
如图3所示，当站点1有一个数据包(数据包1)发送给AP，而AP也有一个数据包(数据包2)发送给站点2时，站点1完成退避过程后占用信道并向AP发送一个RTS帧。AP收到由站点1发送来的RTS帧后，等待SIFS时隙向网络中所有站点发送一个RRTS帧。站点2收到并读取RRTS帧，了解到AP有一个数据包要发送给自己。站点1通过读取RRTS帧，了解到AP已经成功收到RTS帧并且在数据包1发送的同时会向站点2发送数据包2。站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1。AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并向站点2发送数据包2，完成数据包1和数据包2传输之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧。等待一个DIFS时隙后，通信结束。
如图4所示，当站点1有一个数据包(数据包1)发送给站点2，且此数据包的传输需由AP转发时，站点1完成退避过程后占用信道并向AP发送一个RTS帧。AP收到由站点1发送来的RTS帧后，从此RTS帧中，AP了解到数据包1的目的地址是站点2而它只需转发数据包1。等待SIFS时隙后AP向网络中所有站点发送一个RRTS帧。站点2收到并读取RRTS帧，了解到站点1有一个数据包发送给它自己并且这个数据包需由AP转发，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧。通过RRTS帧站点1了解到AP已经成功收到RTS帧并且AP收到数据包1后会立刻转发给站点2，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1。AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并将数据包1转发给站点2，完成数据包1转发之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧，等待一个DIFS时隙后，通信结束。

Claims (5)

1.一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，其特征在于：控制方法适用于全双工无线通信中同步双向链路和异步双向链路传输；通信节点中的无线接入点（AP）和站点之间使用2个请求帧Request-to-Send（RTS）、RRTS和1个应答帧Clear-to-Send（CTS）建立连接，RRTS帧中包含数据包1和数据包2的源地址、目的地址以及数据帧长度；AP和站点通过已建立的通信链路同时同频发送和接收数据包；
点对多点带内全双工无线通信传输类型有：1）以站点为源节点的同步双向链路通信；2）以AP为源节点的同步双向链路通信；3）以站点为源节点的异步双向链路通信；4）以AP为转发节点的异步双向链路通信；其中，短帧间间隔（SIFS）和分布式帧间间隔（DIFS）与IEEE802.11标准中定义相同。
2.根据权利要求1所述的一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，其特征在于：所述的以站点为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、AP接收到来自站点1的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，站点1和AP等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
3.根据权利要求1所述的一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，其特征在于：所述的以AP为源节点的同步双向链路通信过程：
a)、AP向目的站点站点1发送一个RTS帧，等待站点1返回一个RRTS帧；
b)、站点1接收到来自AP的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个RRTS帧；
c)、AP接收到来自站点1的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向站点1发送一个CTS帧，然后等待一个SIFS时隙后开始发送数据包1和接收数据包2；
d)、站点1接收到来自AP的CTS帧之后等待一个SIFS时隙开始发送数据包2和接收数据包1；
e)、完成数据包1和数据包2传输之后，AP和站点1等待一个SIFS时隙后同时发送ACK帧给对方；
f)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
4.根据权利要求1所述的一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，其特征在于：所述的以站点为源节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b)、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并向站点2发送数据包2；
f)、完成数据包1和数据包2传输之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
5.根据权利要求1所述的一种点对多点带内全双工无线通信媒体接入控制方法，其特征在于：所述的以AP为转发节点的异步双向链路通信过程：
a)、站点1向目的节点AP发送一个RTS帧，等待AP返回一个RRTS帧；
b）、AP接收到来自站点1的RTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向信道中发送一个RRTS帧；
c)、站点2接收到来自AP的RRTS帧之后，等待一个SIFS时隙后向AP发送一个CTS帧；
d)、站点1接收到来自AP的RRTS帧之后，等待两个SIFS和一个CTS帧时隙后开始向AP发送数据包1；
e)、AP接收到来自站点2的CTS帧之后，等待一个SIFS时隙后开始接收来自站点1的数据包1并将数据包1转发给站点2；
f)、完成数据包1转发之后，等待一个SIFS时隙，AP向站点1发送一个ACK帧，站点2向AP发送一个ACK帧；
g)、等待一个DIFS时隙后，通信结束。
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