專利名稱：一種協(xié)作通信傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種協(xié)作通信傳輸方法。
背景技術(shù)：
協(xié)作通信是利用信號(hào)的廣播特性，通過(guò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，并在接收端對(duì)收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)和協(xié)作中繼信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合處理，使得接收端獲得空間分集增益的一種無(wú)線通信技術(shù)。即，協(xié)作通信是中繼(多跳)與直接通信進(jìn)行融合的方案。協(xié)作分集最早是由Sendoaris等提出通信技術(shù)。其基本思想是:通過(guò)多用戶之間共享天線從而構(gòu)造出一種“虛擬多天線陣列”，通過(guò)分布式處理來(lái)使單天線的移動(dòng)終端獲得一定的空間分集增益。協(xié)作分集的研究起源于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)因其接收節(jié)點(diǎn)存在較為豐富的鄰居節(jié)點(diǎn)，這些鄰居節(jié)點(diǎn)為協(xié)作分集技術(shù)提供了天然的中繼。協(xié)作通信作為一種新興的技術(shù)，許多問(wèn)題有待于解決，如:“誰(shuí)和誰(shuí)協(xié)作”，即協(xié)作中繼的選擇問(wèn)題；“在什么情況下協(xié)作”，即動(dòng)態(tài)協(xié)作策略；“如何協(xié)作”，及協(xié)作方案。只有有效地解決這些問(wèn)題才能使這項(xiàng)技術(shù)真正走向?qū)嵱?。但目前在?shí)際使用過(guò)程中，協(xié)作通訊協(xié)議效率不理想。主要原因是:相對(duì)集中式網(wǎng)絡(luò)(蜂窩網(wǎng)絡(luò))的頻率、時(shí)隙、碼字等無(wú)線參數(shù)的固定不變，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，協(xié)作通信是分布式網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)鋾r(shí)變，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在空間、時(shí)間上對(duì)無(wú)線資源的占用十分復(fù)雜，使通信協(xié)作的設(shè)計(jì)變得困難。目前通用的中繼選擇策略，是通過(guò)源節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)對(duì)備選的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，挑選出信道條件最好的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)。但是，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的選擇中，需要大量通信開(kāi)銷用于傳輸各備選中繼節(jié)點(diǎn)的性能參數(shù)，用以比較各備選節(jié)點(diǎn)的信道優(yōu)劣。因此傳統(tǒng)的協(xié)作分集技術(shù)目的節(jié)點(diǎn)需要確定地知道全局信息，即每個(gè)潛在中繼節(jié)點(diǎn)信道參數(shù)，然后挑選出合適的中繼節(jié)點(diǎn)；再由被挑選出的中繼節(jié)點(diǎn)執(zhí)行協(xié)作任務(wù)。而傳統(tǒng)技術(shù)的主要缺陷是:默認(rèn)信道長(zhǎng)時(shí)間是不變的。挑選協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的依據(jù)可以是剩余能量最多、SNR最高、傳輸速率最好、誤碼率最低等。但仍然不能避免挑選過(guò)程較長(zhǎng)，傳輸開(kāi)銷較大，相對(duì)時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議效率低下，處理滯后。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出基于令牌的時(shí)分復(fù)用中繼挑選策略，簡(jiǎn)化協(xié)議執(zhí)行的復(fù)雜度，同時(shí)獲得完全的空間分集增益。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種協(xié)作通信傳輸方法，包括以下步驟:步驟1，每個(gè)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)輪流廣播發(fā)出發(fā)送請(qǐng)求消息； 步驟2,中繼節(jié)點(diǎn)收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí),把自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)填入發(fā)送請(qǐng)求消息的消息格式，并轉(zhuǎn)發(fā)；
步驟3，目的節(jié)點(diǎn)在收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí)，生成中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息并廣播給所有能夠作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)，并且根據(jù)SNR最低的源節(jié)點(diǎn)生成中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息后廣播發(fā)送給所有能夠作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)；所述中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息包括源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息所經(jīng)過(guò)各中繼節(jié)點(diǎn)分別到目的節(jié)點(diǎn)的SNR，SNR表示信噪比；步驟4，中繼節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息和中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息后，如果收到的源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR和該中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR同時(shí)大于預(yù)設(shè)值，則從中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息解碼出源節(jié)點(diǎn)號(hào)Si，并標(biāo)注其為自己的中繼服務(wù)節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)到源節(jié)點(diǎn)Si發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，將數(shù)據(jù)包保存在內(nèi)存中，當(dāng)傳輸時(shí)隙到來(lái)時(shí)將內(nèi)存中源節(jié)點(diǎn)Si所發(fā)送數(shù)據(jù)包傳輸給目的節(jié)點(diǎn)；步驟5，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的源節(jié)點(diǎn)Si所發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)合并處理。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是:1)不需要挑選中繼這個(gè)步驟；2)目的節(jié)點(diǎn)不需要全局
的信道統(tǒng)計(jì)信息(channel statistic information----CSI)。因此,本方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜
度低。原因在于:1)基于令牌的時(shí)分復(fù)用中繼挑選策略不用浪費(fèi)過(guò)多的時(shí)間來(lái)回傳輸信息確定哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)用于協(xié)作，降低了時(shí)間開(kāi)銷；2)由于信道是時(shí)變的，協(xié)作前過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間會(huì)降低對(duì)信道實(shí)時(shí)狀況的準(zhǔn)確掌握，降低協(xié)作策略的效果。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)的3維拓?fù)鋱D。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)的平面拓?fù)鋱D。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的協(xié)作通信機(jī)制建立和通信流程圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施 例的基于令牌的時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙分配圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案。圖1是一個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的3維拓?fù)鋱D實(shí)例。sl、s2...sn為一個(gè)無(wú)線空間區(qū)域的n個(gè)不同的源節(jié)點(diǎn)；d是目的節(jié)點(diǎn)；rl、r2...rm是備用的中繼節(jié)點(diǎn),這些中繼節(jié)點(diǎn)均能與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)d通信。圖中實(shí)線表示源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)連接的無(wú)線信道；虛線表示各源節(jié)點(diǎn)與各中繼無(wú)線節(jié)點(diǎn)的無(wú)線信道或各中繼節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間連接的無(wú)線信道。圖2是圖1的平面簡(jiǎn)化圖。在該圖中，源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)不變。虛線表示各源節(jié)點(diǎn)與各中繼節(jié)點(diǎn)的無(wú)線信道或各中繼節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間連接的無(wú)線信道。整個(gè)圓表示一個(gè)無(wú)線空間，在該空間中所有節(jié)點(diǎn)均可以收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)連接的無(wú)線信道被簡(jiǎn)化了。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)的條件默認(rèn)滿足:1)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間有無(wú)線信道連接；2)雖然源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)有無(wú)線信道連接，信道質(zhì)量較低。某些源節(jié)點(diǎn)信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道傳輸至目的節(jié)點(diǎn)，接收信號(hào)的SNR較低，信道誤碼率高。3)各中繼節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)有無(wú)線信道連接；4)各中繼節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)有無(wú)線信道連接；5)各節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間依據(jù)基于令牌的時(shí)分復(fù)用的方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有固定的信息發(fā)送時(shí)間。其時(shí)隙分配方式如圖4所示，依次為s1...si (i的取值為I到n) sn和rl.ri (i的取值為I到m) rm。按照固定的時(shí)間順序依次傳輸源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的信息。
如圖3所示:在初始的廣播階段，每個(gè)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)輪流廣播請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)包，SP發(fā)出發(fā)送請(qǐng)求消息，尋找合適的到目的節(jié)點(diǎn)的路由。一般在尋找路由過(guò)程中，接收到發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)。并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí)，若自己在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的鏈路上，則把自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)填入發(fā)送請(qǐng)求消息的消息格式，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。發(fā)送請(qǐng)求消息的格式可參見(jiàn)表I。中繼節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí)，判決該消息是否是由源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的。如果收到的消息是源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的，并且自己在源節(jié)點(diǎn)和目的點(diǎn)的鏈路上，則把自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)填入發(fā)送請(qǐng)求消息的消息格式，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。否則，如果是其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的消息，則丟棄消息。目的節(jié)點(diǎn)在收到所有到達(dá)的發(fā)送請(qǐng)求消息后，生成中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息，并廣播給所有可作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)。所述SNR表示信噪比。中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息的格式可參見(jiàn)表2.
同時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的發(fā)送請(qǐng)求消息計(jì)算源節(jié)點(diǎn)信號(hào)的SNR，對(duì)源節(jié)點(diǎn)的信噪比SNR進(jìn)行排隊(duì)。如果存在多個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)，則選信噪比最低的源節(jié)點(diǎn)。設(shè)信噪比最低的源節(jié)點(diǎn)記為Si，并把此信息以中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息廣播發(fā)送給所有潛在的可作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)。中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息的格式可參見(jiàn)表3。計(jì)算SNR為現(xiàn)有技術(shù)，SNR=(接收到的功率)/ (噪音的影響)。中繼節(jié)點(diǎn)一般采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在下一刻時(shí)隙來(lái)臨時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)傳輸源節(jié)點(diǎn)Si的數(shù)據(jù)包，可由所有的中繼節(jié)點(diǎn)輪流傳輸內(nèi)存中收到的某個(gè)源節(jié)點(diǎn)的信息。傳輸后等待，并準(zhǔn)備下一次傳輸，重新計(jì)算SNR，選擇需要中繼協(xié)作的源節(jié)點(diǎn)。對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)，具體有中繼準(zhǔn)備階段和中繼協(xié)作階段:
中繼準(zhǔn)備階段:各中繼節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息和中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息后，如果收到的源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR和該中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR同時(shí)大于預(yù)設(shè)值，則從中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息解碼出源節(jié)點(diǎn)號(hào)Si，并標(biāo)注其為自己的中繼服務(wù)節(jié)點(diǎn)。否則，不進(jìn)行協(xié)作中繼。中繼協(xié)作階段:各滿足條件的中繼節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)到自己的中繼服務(wù)節(jié)點(diǎn)(源節(jié)點(diǎn)Si)發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，將其數(shù)據(jù)包保存在自己的內(nèi)存中。當(dāng)采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)的中繼節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)傳輸時(shí)隙到來(lái)時(shí)，將保存在內(nèi)存中的源節(jié)點(diǎn)Si所發(fā)送數(shù)據(jù)包傳輸給目的節(jié)點(diǎn)。對(duì)目的節(jié)點(diǎn)，具體有目的節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備階段和目的節(jié)點(diǎn)協(xié)作中繼階段:目的節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備階段:目的節(jié)點(diǎn)的主要功能是通過(guò)計(jì)算每個(gè)源節(jié)點(diǎn)的信噪比SNR，對(duì)源節(jié)點(diǎn)的信噪比SNR進(jìn)行排隊(duì)，決定哪一個(gè)源節(jié)點(diǎn)在下一個(gè)中繼時(shí)刻需要協(xié)作服務(wù)，發(fā)送中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)信息。同時(shí)，根據(jù)備選中繼節(jié)點(diǎn)的SNR填寫(xiě)中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息，并廣播給所有潛在中繼節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)協(xié) 作中繼:目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的協(xié)作數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并處理，增強(qiáng)原始數(shù)據(jù)的SNR。具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行設(shè)計(jì)消息格式，建議各消息采用的具體格式如下:
權(quán)利要求
1.一種協(xié)作通信傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，每個(gè)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)輪流廣播發(fā)出發(fā)送請(qǐng)求消息； 步驟2，中繼節(jié)點(diǎn)收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí)，把自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)填入發(fā)送請(qǐng)求消息的消息格式，并轉(zhuǎn)發(fā)； 步驟3，目的節(jié)點(diǎn)在收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息時(shí)，生成中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息并廣播給所有能夠作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)，并且根據(jù)SNR最低的源節(jié)點(diǎn)生成中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息后廣播發(fā)送給所有能夠作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)；所述中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息包括源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)送請(qǐng)求消息所經(jīng)過(guò)各中繼節(jié)點(diǎn)分別到目的節(jié)點(diǎn)的SNR，SNR表示信噪比； 步驟4，中繼節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)SNR消息和中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息后，如果收到的源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR和該中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)SNR同時(shí)大于預(yù)設(shè)值，則從中繼源節(jié)點(diǎn)號(hào)消息解碼出源節(jié)點(diǎn)號(hào)Si，并標(biāo)注其為自己的中繼服務(wù)節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)到源節(jié)點(diǎn)Si發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，將數(shù)據(jù)包保存在內(nèi)存中，當(dāng)傳輸時(shí)隙到來(lái)時(shí)將內(nèi)存中源節(jié)點(diǎn)Si所發(fā)送數(shù)據(jù)包傳輸給目的節(jié)點(diǎn)； 步驟5，目的節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的源節(jié)點(diǎn) Si所發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)合并處理。
全文摘要
本發(fā)明提出一種協(xié)作通信傳輸方法，相比于傳統(tǒng)技術(shù)需要了解目的節(jié)點(diǎn)需要確定地知道全局信息，即每個(gè)潛在中繼節(jié)點(diǎn)信道參數(shù)，然后挑選出合適的中繼節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明不需要挑選中繼這個(gè)步驟；目的節(jié)點(diǎn)不需要全局的信道統(tǒng)計(jì)信息，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低。由于本方案不用浪費(fèi)過(guò)多的時(shí)間來(lái)回傳輸信息確定哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)用于協(xié)作，降低了時(shí)間開(kāi)銷；且降低了協(xié)作時(shí)間開(kāi)銷對(duì)時(shí)變的無(wú)線信道的不適配性，提高了信道傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H04B7/08GK103220035SQ201310167010
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者陳怡 , 高戈, 楊紅云, 王賽, 姚華雄 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)