[发明专利]用于无线网络中同步数据包冲突的协议

说明书

技术领域

本发明涉及数据包传输领域，更特别地，涉及无线分布式网络中数据包传输领域。

背景技术

在传输网络中传统的看法是认为干扰或者冲突是有害的。这对于在其中可用的频谱带宽受限的无线网络中特别正确。无线网络因而已经设计成防止传输彼此干扰。

避免干扰的典型技术包括使用例如频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、载波侦听多址（CSMA）或者其变型来保留无线信道。通过二次使用在其中未许可设备侦听信道并且仅仅在许可设备发现信道空闲时发射的被许可频谱，已经存在改进频谱利用的更先进方法。甚至在这种先进的“认知无线电”方法中，思想是：未许可的次级设备避免了对许可设备引起有害的干扰。

在干扰发生或者不能避免的情形中，多用户检测（MUD）技术已经用在接收器侧，以清理（disentangle）源自各个发射器的干扰信号。然而，MUD方法通常在接收器侧需要更复杂的硬件。

近来，已经趋向于开发利用（exploit）干扰，以便于改进无线电频谱利用的效率，由此增加网络容量。例如，引入了模拟网络编码（ANC）和物理层网络编码（PLNC）的概念。通过允许妨碍同时传送发生，使用ANC或者PLNC来改进网络容量。

利用这些技术，某些节点侦听传输并且然后向目的节点转发模拟信号，在所述目的节点，应用干扰消除来恢复感兴趣的信号。然而，这些技术存在许多局限性。

为了说明这些局限性，现在参照图1，其中示出了包括7个节点A到G的典型网络的实例。

在图1中，当节点A和B希望彼此发送各自的数据包p1，p2时，它们通常直接且连续地这么做（如用点线所图示的），在此之后，例如，节点已经通过CSMA捕获信道，或者在另一个实例中一旦传输时隙已经通过TDM来分配。

如果网络使用现有的ANC或者PLNC方案，当中间交换节点（在本实例中，节点C）存在于节点之间时，节点允许同时传送（concurrent transmission）。为此，节点A和B都向中间交换节点C发射各自的模拟信号P1和P2，其分别含有数据包p1和p2，所述中间交换节点C接下来向节点A和B都返回因而得到的相结合的模拟信号P1+P2，其因此包括两个包p1和p2。这些节点A和B中的每一个（接收这种结合的模拟信号P1+P2以及知道其本身已经发送的信号（对于节点A是P1，对于节点B是P2））可以通过从所接收的结合信号中去除其本身已经发送的信号来推断其将接收的模拟信号（对于节点A是P2，对于节点B是P1）。该方案导致使用更少的信道，因而引起吞吐量（throughout）的增加。

然而，在例如无线局域网（WLAN）的现有网络中，不存在允许使用ANC或者PLNC方案的任何机制。发射节点必须同步它们的传输，以确保包（packet）冲突，从而使得译码后来是可能的。

特别地，为了实现由ANC或者PLNC方案提供的潜在收益，两个主要的问题出现。首先，必须限定节点如何确定哪些传输被混合以便于对它们译码。其次，必须确定允许混合的传输的起始和结束时间。

为了解决例如第一上述问题，在Katti等人的论文“Embracing Wireless Interference: Analog Network Coding”中提出了一种复杂的解决方案，用于MSK（最小频偏键控）调制信号的特别情形。这种复杂的解决方案在于测量所接收能量的变化，并且使用与适用MSK的恒定信号能量特性的偏差，以便于估计两个包冲突的时刻。该方法仅仅适用于MSK信号。此外，对于变量估计器，要求附加的硬件。附加地，该过程必须在整个包接收阶段被执行，因为接收器不知道冲突将发生的实际时刻。

由Katti等作者用来解决第二问题的机制在于，在每个包开始和结束时（即，分别在前同步码和后同步码中）引入已知的试点位序列（pilot bit sequence）。这是必须的，以使得它们识别包的开始和结束，其对于模拟译码是必须的。该方法的缺点是：物理层的每一帧必须利用前同步码和后同步码来扩展，甚至在没有机会使用ANC或者PLNC方案时。另一个缺点是：前同步码和后同步码必须被接收而没有干扰，以使得接收节点可以正确地识别包的开始。通过如Katti等人所做的随机传输，可能的是，该条件并不总是被满足。

因而本发明的目的是，通过提出允许冲突包同步传输的协议来克服以上所识别的困难和缺点。这种协议克服了ANC或者PLNC方案实际上在分布式无线网络中出现的许多局限性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种如权利要求1所叙述的同步数据信号传输的方法。