[发明专利]基于干扰容限的数据并发传输系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种通过MAC层和物理层协同实现的无线分组网络媒质接入传输系统及方法，用于解决无线ad hoc网络中当收发节点距离相对较近时RTS或CTS帧抑制范围过大的问题，提高通信并发度和网络容量。

背景技术

随着无线通信技术的发展及无线通信应用的普及，使得具有无中心、临时自组织、分布式协同等特点的无线Ad hoc网络得到了越来越广泛的使用。在无线Ad hoc网络中，RTS或CTS帧有效抑制范围的大小直接影响网络吞吐量、时延等性能指标，如何解决RTS或CTS帧抑制范围过大的问题已成为提高网络性能的关键性问题。

RTS或CTS帧抑制范围过大是指当收发节点距离相对较近时，由于收发节点干扰范围较小，RTS或CTS帧抑制范围太大，而使一些原本能够并发传输数据的节点丧失了并发的机会。当某发送或者接收节点分别有数据要发送或者接收时，首先需要通过RTS或CTS帧进行握手，周围邻节点在接收到上述RTS或CTS帧后，为了避免干扰会在接下来的数据传输过程中保持静默。然而一些在发送节点或接收节点干扰范围之外的邻节点，由于受到RTS或CTS帧的抑制作用而丧失了并发传输数据的机会。如图1，节点A和B通信时，节点A向节点B发送一个RTS帧，节点B收到节点A的RTS帧后回复一个CTS帧；由于节点C和E都在节点A和B的干扰范围Ri以外，节点C可以向节点D发送数据，节点E可以接收节点F发来的数据，但是由于节点C和E同时又在节点A和B的抑制作用范围Rt内，所以节点C和E在分别接收到节点A的RTS帧和节点B的CTS帧后被抑制，在接下来节点A和B的通信过程中保持静默，从而丧失了发送数据和接收数据的机会。

为提高无线Ad hoc网络的吞吐率，国内外在改进RTS或CTS抑制范围、提高并发通信密度，即空间复用度方面进行了许多研究。其中，主要的技术方案有以下三种：

1.发送功率控制，为了避免一些原本能够并发传输数据的节点，由于被RTS或CTS抑制而丧失并发的机会，收发节点在通信时，根据收发节点之间的距离以及节点能正确解调数据所需的信噪比SINR，降低发送RTS和CTS的功率，使其发送范围减小；同时为了防止发送DATA或ACK时发生碰撞，同样减小发送DATA或ACK的功率。这种方法主要的缺点在于减小帧的发送功率，会导致节点的干扰范围变大，从而碰撞的可能性增大。

2.调整载波侦听阈值，为了增加IEEE802.11无线Ad hoc网络中的并发链路，每个节点动态的调整其物理载波侦听阈值，即每个节点采用一个相对较大的载波侦听阈值，当一个节点传输失败次数超过预先规定的次数之后，降低载波侦听阈值，重新发送数据。此类方法的主要缺点是效率低，要以牺牲数据发送的成功率作为提高网络并发度的代价。

3.定向天线，每个节点都采用定向天线来发送数据，使得节点发射数据信号时具有方向性，这样就允许更多的链路能并行传输数据且彼此之间不会相互干扰。但是采用定向天线，仍然存在节点由于被RTS帧或CTS帧抑制从而丧失发送数据机会的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的问题，在现有的IEEE802.11协议的基础上，提出一种基于干扰容限的数据并发传输系统及方法，以提高网络并发度和容量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、术语说明

MAC层：媒质接入控制层，用于物理媒质的获取和使用；

PLCP：物理层汇聚过程子层，PLCP是信息协议数据单元MPDU的附加字段，字段中包含物理层发送器和接收器所需的信息；

DIFS：分布式协同帧间间隔，用于节点竞争媒质时的等待时间；

SIFS：短帧间间隔，用于节点需要立即响应相关操作时的等待时间；

帧：链路层和物理层协议单元；

物理层帧标示符：在PLCP帧头Service字段中添加的1bit信息，用0或1分别表示控制帧或数据帧；

干扰容限：在RTS帧和CTS帧结构中添加的一个当前节点避免被其它节点干扰的信息；

数据帧DATA：承载用户数据业务内容的链路层协议单元；

控制帧：承载信令信息，用于实现控制管理等任务的MAC层协议单元；

RTS/CTS/ACK：三种用于实现802.11无线网络媒质接入控制握手协议的控制帧，分别对应为发送请求帧、发送允许帧和接收确认帧，控制帧有固定的帧长和帧格式；

首发链路：首先发起会话的链路；

并发链路：在不干扰首发链路通信的条件下并行传输的链路；