[发明专利]基于极化分集的方向性认知MAC协议的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域的认知Ad Hoc网络的MAC(MediumAccess Control)层协议设计方法，尤其涉及一种基于极化分集的方向性认知MAC协议的实现方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，频谱成为日益稀缺的资源，传统的固定频谱分配方式导致资源浪费进而频谱利用率低，已成为制约无线通信网络进一步发展的关键因素。认知无线电技术具有检测初级用户对其授权频段的占用情况并实施动态频谱接入的能力，能够有效地解决上述问题。在无线Ad Hoc网络中引入认知无线电技术是近年来新兴的研究领域，设计能够实现高效动态频谱接入的MAC协议是认知Ad Hoc网络面对的主要挑战及热点之一。

对于认知Ad Hoc网络，其MAC协议可以分为三类：随机接入类，时隙化类和混合类。SRAC-MAC(Single Radio Adaptive Channel-MAC)和HC-MAC(Hardware-Constrained Cog-nitive MAC)协议属于随机接入类协议，无论控制分组还是数据的传输都是通过随机接入信道实现的。作为时隙化协议代表的C-MAC(Cognitive MAC)协议是在修改MMAC协议的基础上加入CR功能得到的，通过对信标周期进行严格的时隙划分，为每个邻居节点分配唯一的信令时隙，从而实现网络吞吐量的提高，但是该协议较为复杂，可扩展性较低。在混合类协议中，控制分组通过同步时隙传输，而随后的数据传输则使用随机信道接入方案，例如Y.R.Kondareddy等人提出的SYN-MAC(Synchronized MAC)协议，将时间划分为重复出现的帧结构，帧中包含的时隙数与最大可用信道数相同且一一对应，在某信道对应时隙内预约成功的节点对在随后的时间内还必须按照IEEE 802.11DCF方式竞争该信道使用权。

在上述研究成果中，节点仅使用全向天线，并且没有考虑天线的极化问题。但是，随着天线技术的发展，使用方向性和极化天线能够显著改善网络性能。目前，这种研究仅限于传统Ad Hoc网络。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于极化分集的方向性认知MAC协议的实现方法。该方法通过使用方向性天线和极化分集技术使得节点能够充分利用频率和空间资源，从而提高网络吞吐量，减小端到端时延。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，将时间划分为时间长度相同的多个信道时隙，每个信道时隙由“感知周期”和“数据传输周期”组成，在感知周期内，所有节点依次感知所有数据信道，确定在本信道时隙内被初级用户占用的数据信道及其对应的计划方式，在数据传输周期内，节点对在公共控制信道上通过交换控制分组竞争数据信道使用权，随后竞争成功的节点对切换至相应数据信道按照确定的极化方式和发送功率完成分组传输；

2)其次，每个节点均维护一张列表：可用信道列表ACL，分别记录初级用户和邻居节点在当前信道时隙内的信道、极化和功率使用情况；

3)再次，当节点S有数据分组需要向目的节点D发送时，两节点通过下述四个阶段，完成分组传输：

a.DRTS分组发送阶段：源节点S首先方向性侦听公共控制信道，并且当退避时间结束以及在随后的分布式帧间隔DIFS内公共控制信道仍然空闲，则向目的节点D发送方向性请求发送分组分组DRTS，该DRTS分组中携带自身的ACL；

b.DCTS分组发送阶段：若目的节点D成功接收源节点S发送的DRTS分组，则首先将自身ACL和源节点S的ACL进行对比；若两张ACL中不存在公共可用的数据信道，则节点D向节点S发送否定DCTS分组NDCTS，表示竞争失败；否则，节点D根据两张ACL中记录的信道信息确定本次传输所使用的数据信道、极化方式以及发送功率，并向源节点发送方向性允许发送分组DCTS；

c.DDTS分组发送阶段：若源节点S成功接收目的节点D发送的DCTS分组，则在短帧间隔SIFS后，向目的节点D回送方向性确定发送分组DDTS，该分组所记录的信息与节点D发送的DCTS分组中记录的信息相同；若源节点S成功接收目的节点D发送的NDCTS分组，则取消本次传输；由于NDCTS分组表明源节点和目的节点之间不存在公共可用信道，因此，在当前信道时隙内，节点S将不再向节点D传输数据分组；

d.数据传输阶段：当目的节点D成功接收源节点发送S的DDTS分组后，两节点同时切换至相应信道，在短帧间隔SIFS之后，按照确定的极化方式和发送功率完成数据分组传输；