專利名稱：一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法。利用干擾消除技術(shù)解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中暴露終端問(wèn)題。該方法可以有效的利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的暴露終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量。本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
暴露終端是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)經(jīng)典難題，指在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，而在接收節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)，暴露終端因監(jiān)聽(tīng)到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送而可能延遲發(fā)送。它其實(shí)是在接收節(jié)點(diǎn)的通信范圍之外，其發(fā)送不會(huì)造成沖突。因此暴露終端問(wèn)題會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)吞吐量， 并且引入不必要的延時(shí)。簡(jiǎn)單舉例說(shuō)明暴露終端帶來(lái)的危害。節(jié)點(diǎn)A、B、C、D以線性拓?fù)渑帕?，?dāng)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，C聽(tīng)到信道此時(shí)被占用，因此認(rèn)為自己如果發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸造成破壞，所以推遲向D發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，C的發(fā)送只會(huì)在發(fā)送端B與B發(fā)送的數(shù)據(jù)疊加，并不會(huì)影響接收端A的數(shù)據(jù)檢測(cè)與解碼，因此C向D的發(fā)送是可以被利用的。 暴露終端的根本原因是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)無(wú)法獲得足夠的控制信息進(jìn)行判斷，因此，怎樣在不影響原始數(shù)據(jù)信息帶寬的條件下獲得足夠的控制信息是本發(fā)明的關(guān)鍵問(wèn)題。通信干擾技術(shù)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。運(yùn)用無(wú)線電干擾設(shè)備發(fā)射適當(dāng)?shù)母蓴_電磁波，就可以破壞和擾亂敵方的無(wú)線電通信。通信干擾技術(shù)按頻譜寬度可分為瞄準(zhǔn)式干擾和阻塞式干擾。其中，瞄準(zhǔn)式干擾是壓制敵方一個(gè)確定信道的通信干擾。干擾頻譜寬度僅占一個(gè)信道頻寬，準(zhǔn)確地與信號(hào)頻譜重合，干擾能量可全部用于壓制這一信道，干擾功率利用率高。如果接收方可以獲得干擾信號(hào)的特征，那么即使在被干擾的情況下也可以恢復(fù)出原始信號(hào)，這就是干擾抵消技術(shù)。假設(shè)在接收方可以接收到兩種信號(hào)，干擾信號(hào)^和被干擾信號(hào)的原始信號(hào)f
Y[t] =Ha [t] Xa [t] +Hb [t] Xb [t] +W [t]
Y' [t]=HB[t]xB[t]+w[t]
其中Hi是相應(yīng)的信道脈沖響應(yīng)，XA [t]表示原始信號(hào)，XB [t]表示干擾信號(hào)，而W[t]表示高斯白噪聲。那么，在已知f和f的情況下，xA[t]可以表示為
翁!··-劍
通過(guò)這種干擾抵消技術(shù)，我們不僅可以消除干擾，獲得原始的數(shù)據(jù)信息xA[t]，而且還可以人為的利用干擾信號(hào)XB[t]攜帶一定量的控制信息。這就是本發(fā)明的背景技術(shù)，這種技術(shù)可以節(jié)省控制信息的資源消耗，通過(guò)物理層的附加控制信息輔助MAC層協(xié)議來(lái)解決暴露終端問(wèn)題，從而通過(guò)增加沖突域內(nèi)并行的連接數(shù)來(lái)增大網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量。申請(qǐng)?zhí)枮?00710031832. X，申請(qǐng)日期為2007年11月30日的國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種解決多跳無(wú)線自組網(wǎng)隱藏終端和暴露終端問(wèn)題的方法。該方法控制發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，避免沖突的發(fā)生。其中發(fā)送節(jié)點(diǎn)包括空閑、競(jìng)爭(zhēng)、等待接收CTS和發(fā)送數(shù)據(jù)四種狀態(tài)，接收節(jié)點(diǎn)有空閑和等待接收數(shù)據(jù)兩種狀態(tài)。接收節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制分組通知隱藏終端、發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制分組通知暴露終端數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始和數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，從而通過(guò)設(shè)計(jì)RTS/CTS、DRI/DRFIN、DSI/DSFIN等控制分組解決多跳無(wú)線自組網(wǎng)的隱藏終端和暴露終端問(wèn)題。然而，傳輸控制分組的代價(jià)相當(dāng)大，從一定程度上影響了網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸性能。而本發(fā)明的控制分組傳輸并不占用數(shù)據(jù)信道，因此能夠在在不影響原有數(shù)據(jù)傳輸性能的基礎(chǔ)上解決暴露終端問(wèn)題。申請(qǐng)?zhí)枮?01010107186. 2，申請(qǐng)日期為2010年2月5日的國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種無(wú)線分組網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)接入控制系統(tǒng)和方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中暴露終端無(wú)法并發(fā)通信的問(wèn)題。該方法主要包含媒質(zhì)接入控制模塊、接收信號(hào)解析模塊、MAC幀提取模塊。媒質(zhì)接入控制模塊在發(fā)送時(shí)判斷信道是否空閑及終端是否屬于暴露終端，若是則發(fā)送RTS幀， 并根據(jù)已知幀設(shè)置預(yù)期ACK幀檢測(cè)。接收信號(hào)解析模塊執(zhí)行預(yù)期幀檢測(cè)判定ACK是否收到，并執(zhí)行預(yù)期幀消除排除幀間干擾。MAC層幀提取模塊從消除預(yù)期幀之后的信號(hào)中提取 MAC層幀。然而該方法依然依靠時(shí)域的RTS分組判斷暴露終端，不僅占用信道帶寬，還會(huì)引發(fā)其它問(wèn)題。本方法的控制分組與數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)傳輸，并不占用原有信道，因此可以在不影響原有數(shù)據(jù)帶寬的情況下解決暴露終端問(wèn)題。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的利用干擾消除技術(shù)解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中暴露終端問(wèn)題的方法具有創(chuàng)新性，將有效解決暴露終端問(wèn)題，增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，在不影響原始數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬的情況下，令網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲得足夠的控制信息，從而利用暴露終端節(jié)點(diǎn)增加沖突域內(nèi)的并行連接數(shù)，增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量，減少不必要的時(shí)延。為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是加入物理層干擾附加模塊、干擾檢測(cè)模塊、 干擾抵消模塊、MAC層判定模塊和沖突解決模塊，采用一種可以使節(jié)點(diǎn)獲得足夠控制信息的方法，來(lái)判斷自己是否為暴露終端，從而利用暴露終端進(jìn)行并發(fā)傳輸，增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量。 具體技術(shù)方案為，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，利用干擾附加模塊將自己的標(biāo)識(shí)和自己接收節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)以干擾信號(hào)的方式附加到數(shù)據(jù)信號(hào)中去，與數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，先利用干擾抵消模塊將附加在數(shù)據(jù)信號(hào)的干擾信號(hào)去除掉，然后提取出原本的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼。這種干擾附加方式為鄰居節(jié)點(diǎn)提供了當(dāng)前正在傳輸節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，當(dāng)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，先利用干擾檢測(cè)模塊將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有干擾信號(hào)中的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)解調(diào)出來(lái)，建立一個(gè)當(dāng)前正在傳輸節(jié)點(diǎn)的列表，然后利用MAC層的判定模塊來(lái)判定自己是否為暴露終端，從而利用暴露終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。干擾附加模塊利用物理層的正交頻分復(fù)用(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)技術(shù),將正在進(jìn)行傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的物理地址(Media Access Control, MAC)編碼到人為的干擾信號(hào)中。OFDM技術(shù)將整個(gè)信道劃分為若干子載波,本發(fā)明進(jìn)一步將子載波分組為發(fā)送表示頻帶和接收表示頻帶，每個(gè)頻帶包含m個(gè)子載波，自頂向下依次編號(hào)為O至m-Ι。發(fā)送或接收節(jié)點(diǎn)MAC地址以哈希(Hash)的方式壓縮為一個(gè)小于m的整數(shù)值 h，則相應(yīng)的發(fā)送及接收節(jié)點(diǎn)MAC地址表示為頻帶中編號(hào)為h的子載波攜帶一個(gè)窄帶干擾信號(hào)并以二進(jìn)制的“I”表示。這種特殊調(diào)制的干擾信號(hào)因包含發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)的MAC地址，而被稱為 A-RTS (Attached-RTS)。為了保證在分布式的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)間檢測(cè)到A-RTS干擾信號(hào)，干擾附加模塊采用一種循環(huán)干擾的方式，令OFDM每一個(gè)符號(hào)上攜帶相同的A-RTS信號(hào)，這樣即使節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有在數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)開(kāi)始檢測(cè)，依然可以獲得完整的控制信號(hào)，確保了分布式網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作。此外，干擾信號(hào)獨(dú)立于數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)制，即同一節(jié)點(diǎn)分別傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)。在控制信號(hào)接收端，干擾檢測(cè)模塊利用能量檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)和解調(diào)包含在A-RTS中的控制信息。窄帶的干擾信號(hào)相比寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)含有較高的能量。當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到某一子載波中包含相對(duì)高的信號(hào)能量時(shí)，則該子載波有很大概率上攜帶了窄帶干擾信號(hào)。因此可以解碼出相應(yīng)的哈希值，從而獲得當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表。干擾抵消模塊幫助數(shù)據(jù)信號(hào)接收端消除干擾信號(hào)，還原并解調(diào)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)。 OFDM的訓(xùn)練序列含有信道估測(cè)符號(hào)，根據(jù)信號(hào)相關(guān)性理論，某一子載波的信道估測(cè)值可以由其相鄰子載波的估測(cè)值計(jì)算得出。因此該模塊僅使用一部分子載波估測(cè)信道，剩余子載波則用來(lái)記錄干擾信號(hào)強(qiáng)度。干擾抵消模塊根據(jù)訓(xùn)練序列中記錄的干擾信號(hào)強(qiáng)度，將干擾信號(hào)由接收到的混合信號(hào)中抵消，即可以得到原始的數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的時(shí)候，先由以上方式獲得當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表，然后由網(wǎng)絡(luò)層路由表獲得其兩跳鄰居表。根據(jù)當(dāng)前傳輸節(jié)點(diǎn)列表和兩跳鄰居表，該節(jié)點(diǎn)利用 MAC層判定模塊來(lái)決定自己是否為暴露終端。具體如下如果當(dāng)前所有的接收節(jié)點(diǎn)不在一跳鄰居范圍之內(nèi)，且當(dāng)前的發(fā)送節(jié)點(diǎn)不在其接收節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居范圍之內(nèi)，則該節(jié)點(diǎn)為暴露終端，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該判定條件保證了節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸既不會(huì)干擾已有的數(shù)據(jù)傳輸，也不會(huì)因其接收節(jié)點(diǎn)受到干擾而浪費(fèi)傳輸機(jī)會(huì)。沖突解決模塊用以解決暴露終端節(jié)點(diǎn)接收到的確認(rèn)報(bào)文ACK與其鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)之間有可能發(fā)生的沖突，以及不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)之間有可能發(fā)生的沖突。利用暴露終端進(jìn)行并發(fā)傳輸時(shí)，暴露終端接收到的ACK有很大概率會(huì)受到其鄰居數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，因此沖突解決模塊將原始信道劃分出一小部分子載波，專門用來(lái)傳輸ACK，這就保證了數(shù)據(jù)信號(hào)與ACK始終在不同的頻帶進(jìn)行傳輸，從而有效避免了沖突。不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)也有可能發(fā)生沖突。當(dāng)沖突域內(nèi)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)發(fā)送的時(shí)候，沖突無(wú)法避免。沖突解決模塊設(shè)計(jì)了一種快速重發(fā)機(jī)制，讓發(fā)送沖突的所有節(jié)點(diǎn)在沖突之后重新進(jìn)行發(fā)送的優(yōu)先級(jí)，而不用再次競(jìng)爭(zhēng)信道。這個(gè)優(yōu)先級(jí)就是由監(jiān)聽(tīng)重發(fā)的時(shí)隙決定的。當(dāng)節(jié)點(diǎn)在SIFS (Short Interframe Space)時(shí)間內(nèi)接收不到ACK時(shí),就認(rèn)為沖突發(fā)生，因此可以立刻重新發(fā)送，而不用再監(jiān)聽(tīng)DIFS (Distributed Interframe Space)時(shí)間后重新競(jìng)爭(zhēng)信道。重發(fā)的順序是由發(fā)送之后監(jiān)聽(tīng)到的A-RTS的個(gè)數(shù)決定的。不同報(bào)文長(zhǎng)度的條件決定了沖突節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成的時(shí)間不同，因此在發(fā)送完數(shù)據(jù)之后可以監(jiān)聽(tīng)到鄰居發(fā)送節(jié)點(diǎn)的A-RTS。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，立刻切換到監(jiān)聽(tīng)模式，并在等待接收節(jié)點(diǎn)的ACK 的同時(shí)，監(jiān)聽(tīng)沖突域內(nèi)的A-RTS。根據(jù)兩跳鄰居表，節(jié)點(diǎn)可以初步判斷是否沖突以及沖突的鄰居個(gè)數(shù)。如果節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到ACK，并且沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到鄰居發(fā)送節(jié)點(diǎn)的A-RTS，那么節(jié)點(diǎn)退出快速重發(fā)。如果節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到一個(gè)沖突的A-RTS，那么該節(jié)點(diǎn)第一個(gè)進(jìn)行重發(fā)，而其他節(jié)點(diǎn)等待。如果節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到兩個(gè)沖突的A-RTS，那么該節(jié)點(diǎn)等到前面一個(gè)節(jié)點(diǎn)重發(fā)之后再進(jìn)行重發(fā)。依此類推?？焖僦匕l(fā)機(jī)制保證了沖突節(jié)點(diǎn)可以在最快的時(shí)間內(nèi)完成重發(fā)，而不用再重新進(jìn)行信道競(jìng)爭(zhēng)。如果在快速重發(fā)過(guò)程中，沖突再次發(fā)生，或者某一個(gè)節(jié)點(diǎn)因?yàn)槠渌驔](méi)有進(jìn)行重發(fā)，那么其他節(jié)點(diǎn)也會(huì)等到DIFS時(shí)間，從而退出快速重發(fā)而重新進(jìn)行信道競(jìng)爭(zhēng)。本發(fā)明利用干擾附加和抵消技術(shù)，能達(dá)到的有益效果如下
有效地將節(jié)點(diǎn)控制信息附加到原始數(shù)據(jù)信號(hào)中，使數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)同時(shí)傳輸，而不影響原始數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬；
有效地將正在傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)信息編碼，保證監(jiān)聽(tīng)節(jié)點(diǎn)可以在任何時(shí)間簡(jiǎn)單而快速地解碼出所需要的控制信號(hào)；
MAC層判斷模塊有效地利用物理層的控制信號(hào)進(jìn)行暴露終端判斷，從而準(zhǔn)確而快速的利用暴露終端進(jìn)行并發(fā)傳輸，減少不必要的網(wǎng)絡(luò)延遲，增大網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量。


圖I為協(xié)議流程圖。圖2為系統(tǒng)示意圖。圖3為干擾附加模塊示意圖。圖4為干擾抵消模塊示意圖。其中圖2中(a)表示傳統(tǒng)CSMA/CA通信系統(tǒng)的傳輸過(guò)程，圖2中(b)表示本發(fā)明通信系統(tǒng)的傳輸過(guò)程。其中圖3中所示實(shí)線波形為原始數(shù)據(jù)信號(hào)，虛線波形為附加的窄帶控制信號(hào)。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，先對(duì)信道監(jiān)聽(tīng)DIFS時(shí)間，檢測(cè)信道中傳輸?shù)?A-RTS0根據(jù)檢測(cè)到的A-RTS結(jié)果，節(jié)點(diǎn)可以建立一個(gè)當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表，以此獲得當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)信息。根據(jù)從網(wǎng)絡(luò)層獲得的兩跳鄰居表，節(jié)點(diǎn)可以判斷此次數(shù)據(jù)傳輸能否成功， 如果此時(shí)一跳鄰居內(nèi)并沒(méi)有接收節(jié)點(diǎn)，并且節(jié)點(diǎn)的接收端并沒(méi)有受到其他傳輸?shù)挠绊?，那么該?jié)點(diǎn)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。否則，節(jié)點(diǎn)推遲當(dāng)前傳輸，重新進(jìn)行信道監(jiān)聽(tīng)和競(jìng)爭(zhēng)。如圖I所示，當(dāng)傳輸完成之后，節(jié)點(diǎn)切換到監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，等待ACK以及收集沖突域內(nèi)的其他A-RTS。如果在SIFS時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)接收到ACK，則表示發(fā)送成功，節(jié)點(diǎn)完成當(dāng)前傳輸并為下次傳輸做準(zhǔn)備。如果節(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到ACK，則判斷沖突發(fā)生，進(jìn)入快速重發(fā)階段。節(jié)點(diǎn)根據(jù)SIFS時(shí)間內(nèi)監(jiān)聽(tīng)到的沖突的A-RTS建立一個(gè)沖突列表序列，以此決定自己的重發(fā)順序。在重發(fā)之后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入正常的信道監(jiān)聽(tīng)和競(jìng)爭(zhēng)模式。參見(jiàn)圖2，當(dāng)用戶3想要發(fā)送數(shù)據(jù)給用戶4時(shí)，傳統(tǒng)的CSMA方式是不能利用暴露終端進(jìn)行傳輸?shù)模驗(yàn)榇藭r(shí)用戶3的鄰居用戶2正在傳輸，因此用戶3只能檢測(cè)到信道忙， 而不知道自己的傳輸會(huì)不會(huì)影響當(dāng)前的接收者即用戶I。利用Attached-RTS的方式，用戶 3先建立一個(gè)正在傳輸節(jié)點(diǎn)列表。根據(jù)當(dāng)前用戶2正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)中的A-RTS，用戶3 得知當(dāng)前的發(fā)送節(jié)點(diǎn)為用戶2而接收節(jié)點(diǎn)為用戶I.因用戶I不在用戶3的一跳鄰居范圍之內(nèi)，用戶3的傳輸不會(huì)影響用戶I。并且，用戶2不在用戶3的接收端用戶4的一跳范圍之內(nèi)，因此用戶4是空閑的，用戶3為暴露終端，可以向用戶4傳輸數(shù)據(jù)。參見(jiàn)圖3，如果節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則將自己的MAC地址及其接收節(jié)點(diǎn)的MAC地址編碼到窄帶干擾信號(hào)，并附加到自己的數(shù)據(jù)信號(hào)中與其共同傳輸。虛線的窄帶干擾信號(hào)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率，并完全包含在實(shí)線的數(shù)據(jù)信號(hào)中，以此保證接收節(jié)點(diǎn)在信號(hào)采樣的時(shí)候可以記錄干擾信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)抵消。在接收端，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)圖4所示的干擾抵消模塊恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)在開(kāi)始接收數(shù)據(jù)時(shí)，先記錄前導(dǎo)碼中空閑子載波上的干擾信號(hào)。圖中第二號(hào)子載波攜帶干擾信號(hào)，而第一、三、五號(hào)子載波攜帶導(dǎo)頻信號(hào)。接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)檢測(cè)前導(dǎo)碼可以得知干擾信號(hào)位于第二號(hào)子載波，并記錄下干擾信號(hào)的能量。然后，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)記錄下的干擾信號(hào)能量，來(lái)消除在隨后獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)和干擾信號(hào)的混合信號(hào)中的干擾信號(hào)，從而獲得原始數(shù)據(jù)信號(hào)。在獲得原始數(shù)據(jù)信號(hào)之后，接收節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)一步解調(diào)和解碼，即可獲得自己需要的數(shù)據(jù)信息。
權(quán)利要求
1.一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是基于正交頻分多路復(fù)用平臺(tái)，在發(fā)送終端加入物理層干擾附加模塊，將自己的標(biāo)識(shí)和自己接收節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)以干擾信號(hào)的方式附加到數(shù)據(jù)信號(hào)中，在接收終端加入干擾檢測(cè)模塊與干擾抵消模塊將附加在數(shù)據(jù)信號(hào)的干擾信號(hào)去除掉，然后提取出原本的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼；通過(guò)以上干擾附加方式為鄰居節(jié)點(diǎn)提供當(dāng)前正在傳輸節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，因此當(dāng)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)， 可以由MAC層判定模塊將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有干擾信號(hào)中的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)解調(diào)出來(lái)，建立一個(gè)當(dāng)前正在傳輸節(jié)點(diǎn)的列表；由沖突解決模塊來(lái)判斷自己是否為暴露終端，從而采用一種可以使節(jié)點(diǎn)獲得足夠控制信息的方法，來(lái)判斷自己是否為暴露終端，從而利用暴露終端進(jìn)行并發(fā)傳輸， 增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量，減少不必要的時(shí)延。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是: 基于正交頻分多路復(fù)用平臺(tái)，但也可相應(yīng)地?cái)U(kuò)展到其他無(wú)線傳輸平臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 干擾附加模塊通過(guò)將節(jié)點(diǎn)MAC地址信息編碼到干擾信號(hào)中來(lái)獲得正在傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表，即將OFDM子載波分組為發(fā)送表示頻帶和接收表示頻帶，每個(gè)頻帶包含m個(gè)子載波，自頂向下依次編號(hào)為O至m-Ι ;節(jié)點(diǎn)利用干擾附加模塊將發(fā)送及接收端MAC地址以哈希的方式壓縮為兩個(gè)小于m的整數(shù)值h，則相應(yīng)的發(fā)送及接收節(jié)點(diǎn)MAC地址表示為頻帶中編號(hào)為h的子載波攜帶一個(gè)窄帶干擾信號(hào)并以二進(jìn)制的“I”表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 干擾附加模塊采用一種循環(huán)干擾的方式，令OFDM每一個(gè)符號(hào)上攜帶相同的干擾信號(hào)，且干擾信號(hào)獨(dú)立于數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)制，即同一節(jié)點(diǎn)分別傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 在控制信號(hào)接收端，干擾檢測(cè)模塊利用能量檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)和解調(diào)包含在干擾信號(hào)中的控制信息，以解碼出相應(yīng)的哈希值，從而獲得當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 干擾抵消模塊僅使用一部分子載波估測(cè)信道，剩余子載波則用來(lái)記錄干擾信號(hào)強(qiáng)度，干擾抵消模塊根據(jù)訓(xùn)練序列中記錄的干擾信號(hào)強(qiáng)度，將干擾信號(hào)由接收到的混合信號(hào)中抵消， 解調(diào)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 節(jié)點(diǎn)在獲得當(dāng)前傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表之后，節(jié)點(diǎn)由網(wǎng)絡(luò)層路由表獲得其兩跳鄰居表，根據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)列表和兩跳鄰居表，節(jié)點(diǎn)利用MAC層判定模塊來(lái)決定自己是否為暴露終端，即如果當(dāng)前所有的接收節(jié)點(diǎn)不在一跳鄰居范圍之內(nèi)，且當(dāng)前的發(fā)送節(jié)點(diǎn)不在其接收節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居范圍之內(nèi)，則該節(jié)點(diǎn)為暴露終端，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 沖突解決模塊用以解決暴露終端節(jié)點(diǎn)接收到的確認(rèn)報(bào)文ACK與其鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)之間有可能發(fā)生的沖突，以及不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)之間有可能發(fā)生的沖突。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 針對(duì)暴露終端節(jié)點(diǎn)接收到的確認(rèn)報(bào)文ACK與其鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)之間有可能發(fā)生的沖突， 沖突解決模塊將原始信道劃分出一小部分子載波，專門用來(lái)傳輸ACK，保證了數(shù)據(jù)信號(hào)與 ACK始終在不同的頻帶進(jìn)行傳輸，從而有效避免了沖突。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于物理層干擾信息的暴露終端優(yōu)化方法，其特征是 針對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)可能發(fā)生的沖突，沖突解決模塊采用快速重發(fā)機(jī)制，讓發(fā)送沖突的所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)聽(tīng)重發(fā)的時(shí)隙在沖突之后重新進(jìn)行發(fā)送的優(yōu)先級(jí)，即在發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，立刻切換到監(jiān)聽(tīng)模式，并在等待接收節(jié)點(diǎn)的ACK的同時(shí)，監(jiān)聽(tīng)沖突域內(nèi)的干擾信號(hào)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)兩跳鄰居表初步判斷是否沖突以及沖突的鄰居個(gè)數(shù)；如果節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到ACK， 并且沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到鄰居發(fā)送節(jié)點(diǎn)的干擾信號(hào)，則節(jié)點(diǎn)退出快速重發(fā)；如果節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到一個(gè)沖突的干擾信號(hào)，則該節(jié)點(diǎn)第一個(gè)進(jìn)行重發(fā)，而其他節(jié)點(diǎn)等待；如果節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到兩個(gè)沖突的干擾信號(hào)，則該節(jié)點(diǎn)等到前面一個(gè)節(jié)點(diǎn)重發(fā)之后再進(jìn)行重發(fā)；依此類推；如果在快速重發(fā)過(guò)程中，沖突再次發(fā)生或者某一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)行重發(fā)，其他節(jié)點(diǎn)則等到DIFS時(shí)間，從而退出快速重發(fā)而重新進(jìn)行信道競(jìng)爭(zhēng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于干擾消除技術(shù)，用以解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中暴露終端問(wèn)題的通信方法。本發(fā)明基于OFDM調(diào)制技術(shù)，從無(wú)線局域網(wǎng)物理層入手，利用通信干擾技術(shù)將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息編碼到干擾信號(hào)中。攜帶節(jié)點(diǎn)信息即控制信息的干擾信號(hào)以“附件”的形式疊加到原始數(shù)據(jù)信號(hào)中，與數(shù)據(jù)信息同時(shí)傳輸。這種傳輸方式可以極大地節(jié)省控制信息的資源消耗。原始數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)利用干擾抵消技術(shù)將干擾信號(hào)消除來(lái)獲得原始數(shù)據(jù)。而控制信息接收節(jié)點(diǎn)利用能量檢測(cè)的方式將控制信息解調(diào)從干擾信號(hào)出來(lái)，以獲得正在傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)列表。再根據(jù)從路由層獲得的鄰居表，節(jié)點(diǎn)可以判斷自己是否為暴露終端，從而通過(guò)增加沖突域內(nèi)并行的連接數(shù)來(lái)增大網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量，提高空間復(fù)用率。
文檔編號(hào)H04W74/08GK102612161SQ20121006497
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者伍楷舜, 倪明選, 王璐, 韓隸 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院