CN109995477A - 无线自组织网络中的智能协作重传方法及其设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线自组织网络中的智能协作重传方法及其设备和系统，用于无线自组织网络中的目的节点通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，目的节点根据接收到的来自源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，如果是源节点与目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式；根据选择的重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去。利用本发明，可以提高数据重传的正确接收概率，也能提高数据传输的可靠性，有效降低了数据传输的时延。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线自组织网络中的智能协作重传方法，同时也涉及一种无线自组织网络中的智能协作重传设备和系统，属于无线通信技术领域。
背景技术
目前，针对无线自组织网中的数据包重传，有人提出了协作重传的技术思想，具体有以下三种方法。
第一种方法是当目的节点使用NACK信息要求重传时，直接链路的邻居节点检测包交换，并且在发生数据包接收错误(检测到NACK)时重传该数据包。该方法没有考虑数据包传输错误的原因。如果数据包接收错误不是由于源节点与目的节点之间直接链路的信道质量差而引起的，而是由于其他原因(例如由于冲突或干扰产生严重的传输错误)引起的，那么此时使用直接链路即可进行成功重传，没必要进行协作重传。而且在该方法中，收到了源节点DATA数据包和NACK信息的那些邻近节点都会自动参与协作传输，没有考虑节点选择问题。然而此时，不必要的很多节点参与协作重传，因此将浪费大量的网络资源。
第二种方法是通过邻近节点的重传来提高多跳网络的吞吐量。然而，该方法选取距离最终目的节点最近的节点作为当前传输的接收节点，因此，即使有多个节点能进行协作传输，也只选择其中某个节点进行数据重传。由此可见，该方法仅选择一个节点将数据包传送到目的节点，并不能保证该节点就能将数据包正确地传输到目的节点。
第三种方法将数据包重传与用户协作相结合。当目标节点接收到数据包且通过反馈信息(即NACK)要求重传时，协作重传节点通过监听包交换信息进行自选择，即收到了DATA帧和NACK帧的那些节点都将自动参与重传。但是，该方法仍然存在如下不足之处：
(1)收到了源节点DATA数据包和NACK信息的那些邻近节点都会自动参与协作传输。此时，各协作重传节点并不知道参与协作传输的节点数，且各协作重传节点的发射功率都是自行选取的。这样，各节点可能都会以较大的功率发送数据包(其实无需这么大的功率)，导致节点的功耗增加。(2)假设目的节点到协作重传节点的信道状态信息与协作重传节点到目的节点的信道是相同的，而没有考虑RF通道的一致性。但是，实际上在无线自组织网中，RF通道的不一致性比蜂窝网络中的更严重，因此该方法难于在接收端实现相干合并，难以保证多个节点协作重传的增益。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种无线自组织网络中的智能协作重传方法。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种无线自组织网络中的智能协作重传设备。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种无线自组织网络中的智能协作重传系统。
为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种无线自组织网络中的智能协作重传方法，用于所述网络中的目的节点通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，其中：
所述目的节点根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式；
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去。
其中较优地，所述重传模式触发帧包括重传模式字段，
所述重传模式字段的不同值，表示所述协作重传模式或者所述源节点重传模式。
其中较优地，所述目的节点进一步发送反馈请求触发帧，让CQI/SINR高的邻近节点优先发送反馈信息。
其中较优地，所述目的节点接收来自邻近节点的反馈响应帧，
所述反馈响应帧包括重传节点地址字段，表示发送所述反馈响应帧的所述邻近节点的地址。
其中较优地，所述反馈响应帧还包括接收定时RX与发送定时TX的时间差字段。
其中较优地，所述反馈响应帧还包括CQI信息和CSI信息字段，以及与源节点间的CQI信息字段，
所述CQI信息和CSI信息字段，是指所述邻近节点与所述目的节点之间的CQI信息和CSI信息；
所述与源节点间的CQI信息字段，是指所述邻近节点与所述源节点之间的CQI信息。
其中较优地，参与所述数据包重传的所述邻近节点，其重传数据包的发送定时提前值为：
TA＝(STA_RX_t-STA_TX_t)+(D_STA_RX_t-D_STA_TX_t)，
其中，STA_RX_t是所述邻近节点的所述反馈请求触发帧的接收定时；
STA_TX_t是所述邻近节点向所述目的节点发送所述反馈响应帧的发送定时；
D_STA_RX_t是所述目的节点的所述反馈响应帧的接收定时；
D_STA_TX_t是所述目的节点发送反馈请求触发帧的发送定时。
其中较优地，所述目的节点进一步发送协作重传启动帧，
所述协作重传启动帧包括各协作重传节点的重传方案，
所述协作重传节点的重传方案包括协作重传节点的地址，及其发射功率，发射加权系数和发送定时提前值。
其中较优地，根据所述邻近节点反馈的其与所述源节点之间的SINR/CQI信息，所述目的节点确定与所述源节点之间信道质量最好的节点，用于向所述源节点转发协作重传ACK。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种无线自组织网络中的智能协作重传设备，用于通过协作重传节点向源节点请求重传数据包；
该设备包括处理器和存储器，其中所述存储器中存储有计算机程序，用于与所述处理器一起，使所述设备执行以下操作：
根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式；
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种无线自组织网络中的智能协作重传系统，用于所述网络中的目的节点通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，其中：
所述目的节点：
根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式，
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去；
所述协作重传节点：
接收到的所述重传模式触发帧，如果所述重传模式触发帧中的重传模式字段是协作重传模式，则参与协作重传；如果不是则放弃。
本发明针对无线自组织网络中，目的节点同时接收到多个源节点的数据引起的信号叠加问题；以及，目的节点与源节点之间信道动态变化大，不具备信道互易性的问题，提出了一种有效的信道资源竞争机制。利用本发明，可以提高数据重传的正确接收概率，也能提高数据传输的可靠性，有效降低数据传输的时延。
附图说明
图1为无线自组织网络的智能协作重传方法示意图；
图2为无线自组织网络的智能协作重传方法的时序示意图；
图3为无线自组织网络的智能协作重传方法的流程示意图；
图4为目的节点的智能协作重传方法的流程示意图；
图5为本发明中，重传模式触发帧的帧结构示意图；
图6为反馈请求触发帧的帧结构示意图；
图7为反馈请求触发帧中的反馈时隙结构示意图；
图8为反馈响应帧的帧结构示意图；
图9为重传启动帧的帧结构示意图；
图10为协作重传ACK帧的帧结构示意图；
图11为信道资源分配设备(目的节点)的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
针对无线自组织网中的数据包重传需求，本发明首先提供一种智能协作重传方法。在该方法中，目的节点在数据包接收错误时分析错误的原因，并提供了一种智能重传协议。该协议设计了新的NACK-Retransmission重传模式触发帧，该帧中带有一个字段“重传模式”(用一个比特指示：0：源节点重传，1：多个节点协作重传)。这样，当发送节点或邻近节点收到NACK-Retransmission重传模式触发帧，就能自动地选取正确的传输方法。
而且，针对“多节点协作重传”模式，为了克服现有协作重传方法的不足之处，本发明设计了新的协作重传协议和协作重传方法，其具体内容包括：(1)设计了新的CQI(Channel Quality Indicator)与CSI(Channel Status Information)反馈请求触发帧，并由目的节点发送：为使目的节点能确定参与协作传输的用户数和协作传输方法，设计了CQI与CSI反馈请求触发帧，用于具有较好信道条件(CQI/SINR较高)的邻近节点反馈CQI与CSI信息、及其与源节点之间的CQI信息(与源节点间CQI最高的那个节点，将向源节点转发ACK信息)；(2)设计了新的CQI与CSI反馈响应帧，用于邻近节点反馈CQI与CSI信息；(3)协作重传节点的选取与重传方法的设计：当目的节点接收到邻近节点的CQI与CSI反馈响应帧后，确定最优的协作重传节点数，选择最优的协作重传节点，确定各节点的最优发射方法(包括发射功率、发射加权值、发送时间提前值等)，然后发送包含上述信息的协作重传启动帧；(4)各协作重传节点进行协作重传：当各节点接收到协作重传启动帧后，根据重传启动帧中指定的信息，按照指定的参数(包括发射功率、发射加权值、发送时间提前值、等)发送数据包。这样，各节点发送的数据包在目的节点处将具有最大的分集合并增益，极大地提高数据包的检测概率；(5)ACK信息的发送：当目的节点正确地接收了协作重传的数据包之后，先将“重发ACK帧”发送至某个协作重传节点(该节点与源节点之间具有最佳的信道条件，也称为协作节点)，然后该协作重传节点将“重发ACK帧”转发到源节点。该智能重传协议能极大地提高重传数据包的正确接收概率，从而提高了网络的总体性能。所述智能重传方法既适用于数据包分段的重传，又适用于数据包不分段的重传。
上述自适应的协作重传方法，能根据数据包接收错误的原因自适应地选取如下数据重传模式：(1)由源节点进行重传；或(2)多节点协作重传。然后，针对多节点协作重传，本发明进一步提供了一种多节点协作重传方法，包括如下步骤：(1)为确定哪些邻近节点能参与协作重传，设计了CSI与CQI反馈请求触发帧。而且，在反馈请求触发帧中规定了基于信干噪比SINR的反馈机制，使信干噪比SINR高的那些节点能优先将CSI与CQI信息反馈给目的节点。(2)目的节点根据节点的反馈信息确定参与协作重传的节点数，及确定哪些节点参与协作重传。而且，根据某一准则(比如：最大发射分集、最大比发射、等)确定参与重传的各协作重传节点的发射功率、发射加权值、发送时间提前(TA)值，等。(3)设计了协作重传启动帧，且目的节点发送协作重传启动帧通知各协作重传节点重传数据包。(4)各协作重传节点收到协作重传启动帧，根据帧中指示的信息重传数据包，这样在目的节点端能获得最大的分集增益。(5)当目的节点正确地接收了重传数据包后，将发送ACK信息。该方法能获得最大的分集增益，具体步骤如下：
步骤1：RTS发送
如图1所示，当源节点S竞争到信道使用机会时，向目标节点D发送RTS(Request ToSend)包。该RTS包包括发送端地址、接收端地址、发送数据时间，RTS发送功率等信息。
步骤2：CTS发送
当目的节点D收到RTS包后，向源节点S发送一个CTS(Clear To Send)包。该CTS包包括发送端地址、接收端地址、发送数据时间，RTS发送功率等信息。
步骤3：DATA包发送
当源节点S收到CTS包后，向目的节点D发送数据包Data。数据包包括发送端地址、接收端地址、发送数据时间，Data包发送功率等信息。
步骤4：根据数据包出错原因，选择重传模式
目的节点D接收来自源节点S的数据包。如果目的节点D正确地接收到了数据包Data，则向源节点S发送一个ACK确认信息。如果目的节点D没有正确收到源节点S发送的数据包，则采用本发明所提供的智能协作重传方法。
下面结合图2～图10说明本发明所提供的智能协作重传方法。
如图2～图4所示，根据接收到的来自源节点S的数据包，目的节点D采用常规方法判断出数据包出错的原因，例如是否是源节点与目的节点之间的信道条件导致的出错。如果不是，即源节点与目的节点之间的信道条件足够好，则选择源节点重传模式(模式1)；如果是，则选择协作重传模式(模式2)。然后，根据选择的重传模式形成NACK重传模式触发帧，并发送出去。然后，源节点或邻近节点根据重传模式触发帧，自适应地选取重传模式。
无论采用哪种重传模式，目的节点都是以广播的形式发送该帧，即目的节点的邻近节点或者源节点都能收到，只是收到之后的处理方式不同而已。邻近节点收到重传模式触发帧后，如果发现该帧中的传输模式字段为“源节点重传”(值为0)，则不参与协作重传；如果发现传输模式为“协作重传”(值为1)，则主动参与重传，并准备接收来自目的节点的CSI反馈请求触发帧。
下面具体说明一下两种重传模式。
模式1：源节点重传(重传模式字段取值为0)
源节点与目的节点之间的信道条件较好，只是例如下述因素引起数据帧的接收错误：①由于数据帧的发送功率过低而引起了数据包接收错误，或者②由于目标节点接收数据时发生了碰撞。如果是原因①引起的数据帧的接收错误，则目的节点可通知源节点增加发送功率即可；如果是原因②引起的数据帧接收错误，则目的节点通过NACK-Retransmission重传模式触发帧通知源节点在重传时无需增加发送功率。
模式2：邻近节点协作传输(重传模式字段取值为1)
源节点与目的节点之间的信道条件比较差，一方面源节点多次传输可能也无法正确解包，另一方面源节点可能无法正确解调目的节点发送的NACK信息。这时就需要目的节点在NACK-Retransmission重传模式触发帧中通知邻近节点，需要进行协作重传。
步骤5：目的节点生成并发送重传模式触发帧
根据上一步骤中选择的重传模式，目的节点生成重传模式触发帧。
本发明中，新型NACK-Retransmission重传模式触发帧结构(见图5)不仅包括帧控制、持续时间、发送节点地址、目的节点地址、出错数据包编号、TP(发射功率)调整、PNACK(发送NACK帧使用的发射功率)和FCS(校验)等字段，还包括“重传模式”字段：
重传模式(Retransmission Mode)字段，可用一个比特指示，有两个值，一个为0，表示源节点重传模式；一个为1，表示协作重传模式。
PNACK字段，是目的节点发送NACK帧时使用的发送功率。
步骤5A，发送重传模式字段为0(即，源节点重传模式)的NACK-Retransmission重传模式触发帧，通过重传模式触发帧中设置的发送功率调整信息(TP adjustmentΔP)字段，通知源节点在数据重传时如何调整发送功率。目的节点将重传模式触发帧直接发送给源节点，无需协作重传，进入步骤6。
步骤5B，发送重传模式字段为1(即，协作重传模式)的重传模式触发帧，当发送节点或邻近节点收到NACK-Retransmission重传模式触发帧，就能自动地选取正确的重传方法，进入下一步步骤7。
步骤6：接收来自源节点的重传数据包
当NACK-Retransmission重传模式触发帧中的“重传模式”为源节点重传时，表明数据包由源节点重传即可。此时，源节点接收到NACK-Retransmission重传模式触发帧，将根据NACK-Retransmission重传模式触发帧中指定的“发射功率”调节其发射功率，重新发送数据包。
目的节点接收源节点重发的数据包，当正确接收数据包后发送ACK确认帧。当邻近节点监听到ACK帧后，将丢弃其监听到的DATA帧。
步骤7：发送反馈请求触发帧
当NACK-Retransmission重传模式触发帧中的重传模式为“多节点协作重传”时，表明数据包由源节点重传达不到目的节点正确解调的要求，此时需要利用邻近节点进行协作重传。
为使目的节点能确定参与协作重传的节点和各节点的协作重传参数，本发明一方面设计了CQI与CSI反馈请求触发帧，使邻近节点能够反馈信道信息，用于目的节点选择参与重传的节点；另一方面，设计了新的时隙化竞争信道资源的机制，让CQI/SINR较高的邻近节点优先反馈其CQI和CSI。利用这两方面的设计，可以使得具有较好信道条件(即，与目的节点之间的CQI/SINR较高)的邻近节点优先反馈CQI与CSI信息、及其与源节点之间的CQI信息(与源节点间CQI最高的那个节点，将向源节点转发ACK信息)，让目的节点优先选择这些邻近节点参与协作重传。
具体而言，如图2所示，目的节点先发送空白数据包通告帧(NDP-A，null datapacket announcement)和NDP帧，然后发送反馈请求触发帧(Trigger)。之后，邻近节点通过反馈帧(feedback frame)来反馈信道CSI和CQI信息。最后，目的节点根据各邻近节点反馈的CSI和CQI信息确定参与协作重传的节点和重传方法。
其中，反馈请求触发帧(Trigger)规定了反馈的时隙结构，具体如图6所示，不仅包括帧控制、持续时间、目的节点地址和校验(FCS)等字段，还包括“反馈时隙个数”、“SINR分段规定”和“反馈时隙规定”字段。其中，“SINR分段规定”字段包括分段数M、各段的起止点以及各段的子段数N等信息；“反馈时隙规定”字段包括竞争窗口长度、反馈时间长度和反馈等待时间的规定等信息。
为了让CQI/SINR较高的邻近节点优先发送，反馈CQI和CSI信息，本发明规定了基于CQI的时隙化竞争反馈机制中，CQI区间与反馈时隙的对应关系，如图7所示。由于CQI是根据SINR得到的，两者具有对应关系，所以以下说明中仅仅以SINR为例进行说明。
该图所示反馈时隙结构中，根据信干噪比SINR门限值TH0,TH1……TH5(TH0＞TH1…＞TH5)，从大到小，将邻近节点的反馈响应帧安排到时隙1、时隙2……时隙X(图中X＝6)。每个反馈时隙分成竞争阶段和反馈阶段。在竞争阶段，先是DCF Interframe Space(DIFS)时间，然后是竞争窗口。在反馈阶段邻近节点发送反馈信息。
在每一帧DIFS之后经过反馈等候时间，待反馈的特定邻近节点才开始发送反馈信息。反馈等候时间由该邻近节点与目的节点之间的信干噪比SINR决定。
假设总的SINR分成了M个区间，各SINR区间又进一步分成N个子区间。此时，竞争窗口长度可设置为：
CW＝M×slotmini+N×slotmini (1)
假设待反馈的邻近节点与目的节点之间的SINR值位于SINR的第m个区间的第n个子区间中，则为了使SINR高的节点优先反馈CQI和CSI信息，将该节点的反馈等候时间设置为：
Twait＝(m+n)×slotmini (2)
其中，根据信干噪比SINR的总区间分成M段，M段的区间中每一区间i细分成N个小区段；划分M段的信干噪比门限值Th满足Thi,n＝(Thi-1-Thi)；slotmini是自组织网中最小的时隙单位。其中，m＝1,2……M，n＝1,2……N，信干噪比SINR越大，则m取值越小，n取值越小(修改公式后，信干噪比越大，m越小，反馈等候时间就越短)。因此，根据公式(2)可以知道，信干噪比SINR越大，其反馈等候时间越小(即，CQI高的节点的反馈等候时间设计得较短)，更易于获得向目的节点发送反馈信息的机会。从而实现使CQI/SINR高的节点优先反馈CQI与CSI信息。
本领域普通技术人员可以理解，公式(1)和公式(2)也可以有替代方法：
CW＝M×slotmini (1A)
Twait＝m×slotmini (2A)
另外，如果时隙1到时隙X按照信干噪比SINR(或者CQI信息)从小到大来排序(即，图7中SINR箭头反向)，即满足TH0＜TH1…＜TH5，则如果某一邻近节点的SINR位于第m区域的第n子区域，则可以采用以下公式计算反馈等候时间：
Twait＝(M-m+1)×slotmini+(N-n+1)×slotmini (2B)
可见，与目的节点之间的信干噪比SINR最大的邻近节点，基于CQI的时隙化竞争反馈机制，会被分配到时隙0，并且反馈等候时间Twait最短，所以是最早发送反馈的邻近节点。
需要说明的是，时隙化竞争信道资源的机制不限于本发明所提供的反馈请求触发帧。它可以应用于无线自组织网络中的信道资源分配，使得信道条件好的节点优先分配信道资源。在本发明所提供的时隙化竞争信道资源的机制应于信道资源分配时，上文所述的“反馈等候时间”就可以是各种控制帧的“发送等候时间”，不限制为反馈等候时间。
步骤8：目的节点接收到反馈响应帧
邻近节点接收到反馈请求触发帧后，进行同步，估计邻近节点与目的节点的信道状态信息CSI和CQI，计算其接收定时RX与发送定时TX的时间差、确定在哪个时隙中反馈CQI和CSI，以及反馈等候时间。
具体而言，当邻近节点收到CSI与CQI反馈请求触发帧后，利用CSI与CQI反馈请求触发帧的帧头信息进行同步，并根据该帧头信息估计其与目的节点之间的SINR/CQI和CSI信息。这是常规方法，不详述。
根据估计到的其与目的节点之间的SINR/CQI，邻近节点可以根据反馈请求触发帧中的反馈时隙结构信息(SINR分段规定、反馈时隙规定等)，判断出邻近节点的SINR属于图7所示的哪个时隙(即应该在那个时隙反馈CQI和CSI，发送反馈响应帧)，也根据公式(2)计算出反馈等候时间。
至于其接收定时RX与发送定时TX的时间差的计算，从目的节点发送的CSI与CQI反馈请求触发帧中的同步信号，该邻近节点可以确定接收定时STA_RX_t。假设该邻近节点向目的节点发送CSI与CQI反馈响应帧的发送定时为STA_TX_t，则该邻近节点的接收定时RX与发送定时TX的时间差(STA_RX_TX time difference)计算如下:
STA_RX_TX time difference＝STA_RX_t-STA_TX_t, (3)
邻近节点根据其计算的反馈等候时间，在其确定的反馈响应帧发送时隙，利用反馈响应帧(如图8所示)将其与目的节点之间的SINR/CQI和CSI信息，及其与源节点之间的SINR/CQI信息反馈给目的节点。
反馈响应帧如图8所示，包含如下信息：目的节点地址、持续时间、重传节点地址、CQI信息和CSI信息、与源节点间的CQI信息、接收定时RX与发送定时TX的时间差。其中，重传节点地址就是发送该反馈响应帧的邻近节点的地址；CQI信息和CSI信息是发送反馈响应帧的邻近节点估计的其与目的节点之间的CQI和CSI信息；与源节点间的CQI信息是指发送反馈响应帧的邻近节点估计的其与源节点间的CQI信息。
目的节点根据其生成反馈请求触发帧时规定的反馈时隙结构，接收到来自邻近节点的反馈响应帧。
步骤9：目的节点选定协作重传节点，确定协作重传方法，并形成重传启动帧
在本步骤中，目的节点确定参与重传的节点、确定协作重传方法以及各节点的发送定时提前值。
目的节点根据各节点的反馈响应帧中的信息，结合重传数据包的大小，确定最优的协作重传节点和重传方法(包括各节点重传时的发送功率、发射加权系数等)，如图9所示。
协作重传方法可采用常规无线通信系统中(比如LTE系统)的协作传输方法，包含最大比发射方法、最大空间分集发射方法等。
比如，假设选取了L个节点参与协作传输，且采用常规的最大比发射方法。假设L个节点到目的节点之间的信道矩阵(CSI)可表示为：
式中，αrd,l和hrd,l分别表示协作链路l的大尺度路径损失和信道系数。当采用最大比发射方法时，发射加权矢量应该为：
因此，目的节点可根据公式(5)可确定各协作重传节点的发射加权系数和发射功率。这里可采用常规方法。
下面进一步介绍目的节点确定各协作重传节点在重传数据包时的定时提前(TA)值的过程。
在多个协作重传节点同时向目的节点重传数据包时，要求不同协作重传节点发送的信号达到目的节点的时间是对齐的且同相相加，这样目的节点才能对来自不同节点的重传信号进行相干合并，达到最大的合并增益。因此，目的节点需要适当地控制各协作重传节点在重传数据包的定时提前(TA)值，使不同STA的信号同时到达目的节点。也就是说，目的节点将各协作重传节点重传数据包的定时提前(TA)值通知各协作重传节点。
首先，目的节点接收到各节点的CQI与CSI反馈响应帧后，根据帧头的前导部分估计其与各节点之间的CSI和SINR/CQI，及根据帧头中的同步信号确定接收定时D_STA_RX_t。假设目的节点发送反馈请求触发帧(Trigger)的发送定时为D_STA_TX_t。此时，目的节点的接收定时D_STA_RX_t与发送定时D_STA_TX_t之间的时间差(D_STA_RX_TX timedifference)计算为：
D_STA_RX_TX time difference＝D_STA_RX_t-D_STA_TX_t (6)
根据式(3)和(6)，各协作重传节点重传数据包的发送定时提前(TA,timeadvance)值的确定方法如下：
TA＝(STA_RX_t-STA_TX_t)+(D_STA_RX_t-D_STA_TX_t) (7)
在本发明所提供的协作重传方法中，由于目的节点与源节点之间的信道质量比较差，此时源节点可能无法接收到目的节点发送的ACK信息。因此，目的节点需要在参与协作重传的节点中，确定与源节点之间信道质量最好的节点，由该节点向源节点转发目的节点的ACK信息。为达到此目的，目的节点可根据各节点反馈的其与源节点之间的SINR/CQI信息，确定与源节点之间信道质量最好的节点。
步骤10：目的节点向选定的重传节点发送协作重传启动帧
此时，由于源节点不一定能接收到目标节点的重传模式触发帧信息，目标节点需要根据各协作重传节点的反馈信息，确定与源节点之间CQI最大的那个协作重传节点，并在协作重传启动帧中通知该节点转告源节点对错误的数据包进行了重传，且在正确重传结束后，目的节点还要由该节点转告源节点已将数据包进行了正确的重传。
最后，为使各协作重传节点向目的节点重传数据包，目的节点向各协作重传节点发送协作重传启动帧，如图9所示。协作重传启动帧包括的字段有：源节点地址，目的节点地址，协作重传节点TX1的重传方法，节点TX 2的重传方法，…,协作重传节点P的重传方法，ACK转发节点的地址，数据包发送时间，重传持续时间等。其中，协作重传节点的重传方法包括：各协作重传节点的地址，及其发射功率，发射加权系数和发送定时提前值TA。
各协作重传节点的地址，由目的节点根据其最先接收到的反馈响应帧，选择能够目的节点与源节点之间经过2跳就可以达到的节点，作为协作重传节点，然后目的节点将该选定的多个协作重传节点的地址作为协作重传启动帧中的各协作重传节点的地址。简言之，目的节点根据其接收反馈响应帧的时间先后，选择较早接收到的2跳节点，作为协作重传节点，在协作重传启动帧中列入相应协作重传节点的地址。
各协作重传节点的发射功率和发射加权系数，由目的节点通过其选定的协作重传节点发送的反馈响应帧中的CSI信息，计算得到，例如利用公式(5)计算得到。
发送定时提前值TA，是由目的节点在步骤9中根据公式(7)计算得到的。
步骤11：目的节点在正确解调重发数据包后发送协作重传ACK帧
各邻近节点收到目的节点发送的协作重传启动帧后，根据协作重传模式触发帧中的协作重传节点地址，判断该节点是否参与重传。如果协作重传启动帧中包含该节点的地址，则该节点作为协作重传节点参与重传；如果协作重传启动帧中不包含该节点的地址，则该节点不参与协作重传。
如果被判断为协作重传节点，则该协作重传节点进一步根据协作重传启动帧中规定的该节点发射功率、发射加权系数、及发送定时提前值等，向目的节点重传数据包。
最后，目的节点接收解调获得协作重发的数据包。如果目的节点正确地解调了协作重发的数据包，就向ACK转发节点(即步骤9中选择的信道质量最好的节点)发送协作重传ACK信息。
协作重传ACK帧结构如图10所示，包括ACK转发节点的地址、帧控制、持续时间、发送节点地址、目的节点地址、出错数据包编号以及FCS。其中，ACK转发节点的地址就是在步骤9中被目的节点选定的信道质量最好的节点的地址。
而且，当协作重传ACK中指定的节点，ACK转发节点，收到协作重传ACK后，就向源节点转发该协作重传ACK，向源节点表示数据包已成功重传到目的节点。
下面介绍作为目的节点100的信道资源分配设备的具体结构。图11为该信道资源分配设备的结构示意图。该设备包括处理器、存储器和接口等器件。其中，存储器内存储有计算机程序，用于与处理器一起，使该设备能够执行前述步骤1～步骤11的过程，从而实现本发明所提供的无线自组织网络的智能协作重传方法。
在本发明中，重传模式触发帧、反馈请求触发帧、反馈响应帧、协作重传启动帧和协作重传ACK帧均属于控制帧，使用无线自组织网络中的控制帧使用的常规接口进行传输。此外，重传数据帧使用无线自组织网络中的控制帧使用的常规接口进行传输。
本发明通过增加额外的CQI获取流程(包括CQI反馈请求触发帧，CQI反馈响应帧，协作重传启动帧等)，带来了如下技术性能增益：
(a)在协作重传节点选取中，选择了信道条件最好的节点，并确定了最优的节点数和节点。此外，为各节点确定了最优的发射方法(包括发射功率、发送加权系数、及发送时间提前量等)。这样，就保证了各节点重传的信号同时到达目的节点，并保证了最大的合并增益。可见，本发明极大地提高了数据重传的正确接收概率，也提高了数据传输的可靠性。
(b)在现有协作传输方法中，各节点的重传信号难以同时到达目的节点，且难以实现相干合并。因此，数据包的传输性能难以保证。相比之下，本发明虽然增加了一些信令开销，但极大地提高了数据重传的正确接收概率，并提高了数据传输的可靠性。这样，本方法通过保证数据传输的可靠性，有效地降低了数据传输的时延。
总之，相比现有技术，本发明极大地提高了数据重传的正确接收概率、提高了数据传输的可靠性。这样，有效降低了数据传输的时延，更能适用于时延敏感业务。
上面对本发明所提供的无线自组织网络的智能协作重传方法及设备和系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (20)
1.一种无线自组织网络中的智能协作重传方法，用于所述网络中的目的节点通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，其特征在于：
所述目的节点根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式；
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去。
2.如权利要求1所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述重传模式触发帧包括重传模式字段，
所述重传模式字段的不同值，表示所述协作重传模式或者所述源节点重传模式。
3.如权利要求2所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述目的节点进一步发送反馈请求触发帧，让CQI/SINR高的邻近节点优先发送反馈信息。
4.如权利要求3所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述目的节点接收来自邻近节点的反馈响应帧，
所述反馈响应帧包括重传节点地址字段，表示发送所述反馈响应帧的所述邻近节点的地址。
5.如权利要求4所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述反馈响应帧还包括接收定时RX与发送定时TX的时间差字段。
6.如权利要求5所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述反馈响应帧还包括CQI信息和CSI信息字段，以及与源节点间的CQI信息字段，
所述CQI信息和CSI信息字段，是指所述邻近节点与所述目的节点之间的CQI信息和CSI信息；
所述与源节点间的CQI信息字段，是指所述邻近节点与所述源节点之间的CQI信息。
7.如权利要求4所述的智能协作重传方法，其特征在于：
参与所述数据包重传的所述邻近节点，其重传数据包的发送定时提前值为：
TA＝(STA_RX_t-STA_TX_t)+(D_STA_RX_t-D_STA_TX_t)，
其中，STA_RX_t是所述邻近节点的所述反馈请求触发帧的接收定时；
STA_TX_t是所述邻近节点向所述目的节点发送所述反馈响应帧的发送定时；
D_STA_RX_t是所述目的节点的所述反馈响应帧的接收定时；
D_STA_TX_t是所述目的节点发送反馈请求触发帧的发送定时。
8.如权利要求4所述的智能协作重传方法，其特征在于：
所述目的节点进一步发送协作重传启动帧，
所述协作重传启动帧包括各协作重传节点的重传方案，
所述协作重传节点的重传方案包括协作重传节点的地址，及其发射功率，发射加权系数和发送定时提前值。
9.如权利要求8所述的智能协作重传方法，其特征在于：
根据所述邻近节点反馈的其与所述源节点之间的SINR/CQI信息，所述目的节点确定与所述源节点之间信道质量最好的节点，用于向所述源节点转发协作重传ACK。
10.一种无线自组织网络中的智能协作重传设备，用于通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，其特征在于包括处理器和存储器；
所述存储器中存储有计算机程序，用于与所述处理器一起，使所述设备执行以下操作：
根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式；
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去。
11.如权利要求10所述的智能协作重传设备，其特征在于：
所述重传模式触发帧包括重传模式字段，
所述重传模式字段的不同值，表示所述协作重传模式或者所述源节点重传模式。
12.如权利要求10所述的智能协作重传设备，其特征在于：
所述设备接收来自所述协作重传节点的反馈响应帧，
所述反馈响应帧包括重传节点地址字段，表示发送所述反馈响应帧的所述协作重传节点的地址。
13.如权利要求10所述的智能协作重传设备，其特征在于：
所述设备进一步发送协作重传启动帧，
所述协作重传启动帧包括各协作重传节点的重传方案，
所述协作重传节点的重传方案包括协作重传节点的地址，及其发射功率，发射加权系数和发送定时提前值。
14.如权利要求13所述的智能协作重传设备，其特征在于：
所述设备接收来自所述协作重传节点的反馈响应帧，
所述反馈响应帧包括重传节点地址字段，表示发送所述反馈响应帧的所述协作重传节点的地址。
15.如权利要求13所述的智能协作重传设备，其特征在于：
所述设备进一步发送反馈请求触发帧，让CQI/SINR高的协作重传节点优先发送反馈信息。
16.一种无线自组织网络中的智能协作重传系统，用于所述网络中的目的节点通过协作重传节点向源节点请求重传数据包，其特征在于：
所述目的节点：
根据接收到的来自所述源节点的数据包，判断出数据包出错的原因，
如果是所述源节点与所述目的节点之间的信道条件导致的出错，则选择协作重传模式；如果不是，则选择源节点重传模式，
根据选择的所述重传模式形成重传模式触发帧，并发送出去；
所述协作重传节点：
接收到的所述重传模式触发帧，如果所述重传模式触发帧中的重传模式字段是协作重传模式，则参与协作重传；如果不是则放弃。
17.如权利要求16所述的智能协作重传系统，其特征在于：
所述重传模式触发帧包括重传模式字段，
所述重传模式字段的不同值，表示所述协作重传模式或者所述源节点重传模式。
18.如权利要求17所述的智能协作重传系统，其特征在于：
所述目的节点进一步发送协作重传启动帧，
所述协作重传启动帧包括各协作重传节点的重传方案，
所述协作重传节点的重传方案包括协作重传节点的地址，及其发射功率，发射加权系数和发送定时提前值。
19.如权利要求18所述的智能协作重传系统，其特征在于：
所述目的节点接收来自所述协作重传节点的反馈响应帧，
所述反馈响应帧包括重传节点地址字段，表示发送所述反馈响应帧的所述协作重传节点的地址。
20.如权利要求18所述的智能协作重传系统，其特征在于：
所述目的节点进一步发送反馈请求触发帧，让CQI/SINR高的协作重传节点优先发送反馈信息。
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