CN107071923A - 一种带内全双工通信的探测及争用解决方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带内全双工通信的探测及争用解决方法，探测站点根据虚拟载波侦听到的控制信息对被探测站点的全双工能力进行判断，如果被探测站点正处于数据传输阶段且具备全双工能力，那么探测站点利用随机退避算法进行控制信息的交互过程；探测站点在被探测站点与次站点的下一次数据传输过程中，向所述被探测站点发送数据。本发明能提高多站点无线通信的总体吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及全双工通信的数据传输控制，尤其是一种带内全双工通信的探测及争用解决方法。
背景技术
半双工通信的数据传输采用频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)或时分双工(TDD，Time Division Duplexing)模式。FDD的上下行链路在两个相互正交的无线频段上进行信号传输，TDD的上下行信号在两个相互正交的时段内分时传输。带内全双工(IBFD，In Band Full Duplex)通信在相同频段和相同时段内同时进行数据信号传输，理论上可使无线频谱效率得到倍增。IBFD通信的传输与控制的关键是物理层的自干扰消除技术和媒体访问控制(MAC，Media Access Control)层的传输控制方法。
MAC层的全双工传输控制方法主要解决多站点接入的争用冲突及无效占用。GoyalS等人提出一种全双工媒体访问控制协议，该协议在现有无线局域网MAC协议的基础上增加2比特位的全双工应答以及忙音信号来控制站点之间的信道访问。这一协议存在的问题在于，全双工应答在物理层信号头部进行发送，带来半双工遗留系统的不兼容问题。
Sabharwal A,Schniter P等人提出另一种改进MAC协议。在该MAC协议中，主发送站点在邻近站点中指定一个站点作为次发送站点，然后次发送站点根据主发送站点的传送信息来开始传送。该MAC协议可以解决传输中的冲突问题并且提高端到端的吞吐量，但仍无法解决全双工与半双工站点之间的兼容性问题。
Navalekar A等人提出一种使用现有无线局域网MAC控制帧进行全双工传输的控制方法，包含全双工通信能力的探测过程，但未涉及多站点并发探测与传输争用的冲突控制。
发明内容
本发明提出一种带内全双工通信的探测及争用解决方法，以提高多站点无线通信的总体吞吐量。
一种带内全双工通信的探测及争用解决方法包括：探测站点根据虚拟载波侦听到的控制信息对被探测站点的全双工能力进行判断，如果被探测站点正处于数据传输阶段且具备全双工能力，那么探测站点利用随机退避算法进行控制信息的交互过程；探测站点在被探测站点与次站点的下一次数据传输过程中，向所述被探测站点发送数据。
所述探测站点为多个时，各探测站点采用统计独立的探测启动延时。
所述探测站点对所述被探测站点全双工能力进行判断的过程包括：被探测站点与次站点进行通信；探测站点侦听到被探测站点发送给探测站点的RTS(Request To Send，发送请求)，经随机退避后探测站点向被探测站点发出RTS，设定应答超时定时器；如果应答超时则判定被探测站点不具备全双工能力，否则探测站点收到被探测站点的回复ACK(ACKnowledge，应答消息)，即判定被探测站点具备全双工能力。
所述探测站点向所述被探测站点发送数据的过程包括：探测站点侦听到被探测站点向次站点发送的RTS，探测站点确定延迟时间并发送数据帧给被探测站点，如果侦听到发送清除帧CTS(Clear To Send)则发送成功，否则重新发送。
本发明通过站点全双工通信能力的探测，在其具备全双工能力并做出响应时，允许二个站点以互不干扰的方式同时发送数据，可以提高多站点网络的总体吞吐性能。
附图说明
图1为本发明全双工探测及争用解决的应用场景示意图；
图2为本发明实施例全双工探测及争用解决方法的时序图；
图3为图2实施例中全双工探测方法的流程图；
图4为图2实施例中多站点争用解决方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本技术发明的典型应用场景。站点1为主发送站点(即第一站点)，站点3为次发送站点(即第三站点)，站点1有持续不断的发送数据给站点2(即第二站点)。此场景中，站点3有待发数据需要发送给站点1，根据图2先进行全双工能力的探测过程。
图2是本发明提出的带内全双工无线通信的探测及争用解决方法的时序图。根据本发明提出的全双工能力探测及争用解决方法，站点3参与通信的具体步骤如下：
步骤1：在站点1与站点2进行通信时，站点1发送RTS帧给站点2(210)，站点2以CTS帧应答(212)。其间，站点3侦听到来自站点1发出的该RTS帧(208)，但未收到站点2发送的CTS帧，进入阶段I。
步骤2：站点3选择随机退避时间向站点1发送RTS帧(214)，探测站点1的全双工通信能力。该退避时间有上下限。站点1收到站点2应答的CTS帧(212)后向站点发送数据(DATA)帧(216)。所以，退避时间的下限是站点1的DATA帧开始发送时刻，退避时间的上限是该DATA结束发送时刻。随机退避方法是在此上下限范围之内，按一致分布随机选取RTS帧(214)的发送时刻。
步骤3：站点3发出RTS帧(214)之后，若超时若未收到站点1的应答帧则重新探测，否则转到步骤4。超时定时器取值为T1，
T1＝3*SIFS+TCTS+TDATA+TACK，
其中，SIFS为最小帧间间隔(Short Inter-Frame Space)对应的时长，TCTS表示CTS帧的发送时长，TDATA表示DATA帧的发送时长，TACK表示ACK帧的发送时长。
步骤4：站点3接收到来自站点1的ACK帖(218)，判定站点1具备全双工能力。
步骤5：站点3探测到站点1具备全双工能力，等待进入到阶段II时，进行数据的发送。
步骤6：站点1向站点2发送第二个RTS帧(224)，此时，若站点3侦听到该RTS帧(222)且未接收到站点2向站点1发送的CTS帧时执行步骤7，否则站点3继续侦听。
步骤7：站点3与站点1同时发送，站点3向站点1发送数据(DATA)帧(228)，站点1向站点2发送数据(DATA)帧(230)。
步骤8：若站点3接收站点1发出的CTS帧(232)，则确认数据发送成功，跳转到步骤9，否则超时重发。超时定时器取值为T2，
T2＝SIFS+TP_DATA+TCTS
其中，SIFS表示最小帧间间隔时长，TCTS表示CTS的发送时长，TP_DATA表示站点1发送至站点2的数据发送时延。
步骤9：若站点3没有待发数据则结束，否则执行后续处理。
步骤10：如图2所示，进入阶段III，即站点3执行第二次探测与争用。站点1再次向站点2发送RTS帧(238)、收到CTS帧(240)，其间站点3向站点1发送RTS探测帧(236)。后续重复阶段II的数据帧同步发送和接收。
图3是本发明提出的带内全双工无线通信的探测流程图，其中主站点为第一站点。步骤302表示开始操作。步骤304判断本站点是否有待发数据给主站点，若无跳转到步骤316结束操作；否则执行步骤306。步骤306表示侦听主站点与次站点之间的通信，若侦听到RTS帧同时未侦听到CTS帧则跳转到步骤308。步骤308表示退避发送RTS以探测主站点是否支持全双工传输，并执行步骤310。
图3中，步骤310表示判断主站点ACK应答是否超时(T1)，若超时则跳转到步骤306继续侦听，否则执行步骤312。步骤312表示向主站点发送数据(DATA)帧。步骤314表示判断应答是否超时(T2)，若超时跳转到步骤306重新探测,否则跳转到步骤304重复探测和传输，否则执行步骤316结束。
本发明方法适用于多站点并发探测与争用冲突的控制。被探测的主站点为多个探测站点分配接入优先级，并依此对探测站点进行轮询式应答。
图4是本发明提出的多站点探测场景中主站点的应答控制流程图，其中次站点即为第三站点。步骤402表示开始操作。步骤404表示判断本站是否具备全双工能力，若无则跳转到步骤418结束操作，否则顺序执行操作步骤406。步骤406表示侦听次站点发送的RTS帧，顺序执行步骤408。步骤408表示根据次站点优先级，向高优先级的次站点发送ACK帧。步骤410表示判断是否接收到次站点的数据(DATA)，若未收到跳转到步骤406继续侦听RTS帧，否则顺序执行步骤412。次站点的优先级采用先到先服务方式确定，并对得到应答的次站点降低其优先级。
图4中的步骤412表示判断是否有低优先级的次站点，若有跳转到步骤414允许低优先级次站点发送数据，否则执行步骤416。步骤414表示向低优先级次站点发送CTS帧，允许该站点发送数据。步骤416表示向次站点发送ACK，结束优先级调度。步骤418表示结束操作。
Claims (4)
1.一种带内全双工通信的探测及争用解决方法，其特征在于，包括：
探测站点根据虚拟载波侦听到的控制信息对被探测站点的全双工能力进行判断，如果被探测站点正处于数据传输阶段且具备全双工能力，那么探测站点利用随机退避算法进行控制信息的交互过程；否则，探测节点重复侦听并延后探测；
探测站点在被探测站点与次站点的下一次数据传输过程中，向所述被探测站点发送数据。
2.根据权利要求1所述的带内全双工通信的探测及争用解决方法，其特征在于，所述探测站点为多个时，各探测站点采用统计独立的探测启动延时。
3.根据权利要求1或2所述的带内全双工通信的探测及争用解决方法，其特征在于，所述探测站点对所述被探测站点全双工能力进行判断的过程包括：被探测站点与次站点进行通信；探测站点侦听到被探测站点发送给探测站点的请求发送消息RTS，经随机退避后探测站点向被探测站点发出RTS，设定应答超时定时器；如果应答超时则判定被探测站点不具备全双工能力，否则探测站点收到被探测站点的回复ACK，即判定被探测站点具备全双工能力。
4.根据权利要求1或2所述的带内全双工通信的探测及争用解决方法，其特征在于，所述探测站点向所述被探测站点发送数据的过程包括：探测站点侦听到被探测站点向次站点发送的RTS，探测站点确定延迟时间并发送数据帧给被探测站点，如果侦听到发送清除帧CTS则发送成功，否则重新发送。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109412776A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-01 | 南京航空航天大学 | 一种靶用型无人机单载波频带全双工测控通信方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN104301086A (zh) * | 2013-07-15 | 2015-01-21 | 中兴通讯股份有限公司 | 无线网络中的全双工操作 |
| CN105142185A (zh) * | 2015-08-05 | 2015-12-09 | 上海交通大学 | 基于信道争用与集中调度的全双工mac的数据交换方法 |
| CN105554902A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 南京邮电大学 | 一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法 |
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