本發(fā)明涉及無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)作通信技術(shù)以及無線路由與媒體接入控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
：無線自組織(AdHoc)網(wǎng)絡(luò)是由一組無線終端設(shè)備組成的臨時(shí)性自治系統(tǒng)，具有分布式、多跳轉(zhuǎn)發(fā)等特點(diǎn)，使得它具有無需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、組網(wǎng)方便迅速、系統(tǒng)抗毀性強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于戰(zhàn)時(shí)通信、緊急救援、臨時(shí)會(huì)議等多種環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。然而，AdHoc網(wǎng)絡(luò)目前并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，一個(gè)重要原因是由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)接收的不可靠性。值得慶幸的是，協(xié)作通信的出現(xiàn)給這些難題的解決帶來了曙光，從而可以促使AdHoc網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用。在協(xié)作通信環(huán)境中，每個(gè)無線終端只需安裝一個(gè)天線，并且可以通過一定規(guī)則共享其他終端的天線，以形成一個(gè)虛擬多輸入多輸出陣列，從而達(dá)到空間分集的效果。這樣，就無需在終端上配備多個(gè)天線，同時(shí)又可以獲得協(xié)作分集增益。為了充分地將協(xié)作分集增益轉(zhuǎn)化成上層協(xié)議的性能提升，需要解決一跳中的協(xié)作中繼和接收者的聯(lián)合選擇問題，而不是先選擇接收者，再選擇協(xié)作中繼。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議及其應(yīng)用，以期能充分利用物理層的協(xié)作分集所帶來的增益，聯(lián)合媒體接入控制層和路由層，使得在多跳多信息流的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，以解決在多跳多信息流的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，如何在一跳中同時(shí)選擇協(xié)作中繼和接收者的問題，從而能使系統(tǒng)吞吐量和端到端時(shí)延得到明顯的提高和減少。本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的特點(diǎn)包括五種控制幀：CL-RTS幀、CL-CTS幀、CL-RTH幀、CL-ATR幀以及CL-ACK幀；所述CL-RTS幀占27個(gè)字節(jié)，是在RTS幀格式的基礎(chǔ)上增加PacketLength字段、SenderLocation字段、DestinationLocation字段和Numbe字段；所述PacketLength字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送包的長(zhǎng)度；所述SenderLocation字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送者的地理位置；所述DestinationLocation字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明目的節(jié)點(diǎn)的地理位置；所述Number字占1個(gè)字節(jié)，用于指明潛在接收者的數(shù)量；所述CL-CTS幀占22個(gè)字節(jié)，是在CTS幀格式的基礎(chǔ)上增加SNRSR字段和Counter字段；所述SNRSR字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送者到接收者之間的信噪比；所述Counter字段占1個(gè)字節(jié)，用于作為計(jì)數(shù)器且初始值等于潛在接收者的數(shù)量；所述CL-RTH幀占29個(gè)字節(jié)，是在RTS幀格式的基礎(chǔ)上增加ReceiverID字段、TransmissionType字段、RDATA,1字段和RDATA,2字段；所述ReceiverID字段占6個(gè)字節(jié)，用于指明接收者的地址；所述TransmissionType字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明傳輸類型；所述RDATA,1字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明協(xié)作傳輸?shù)谝浑A段的傳輸速率；所述RDATA,2字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明協(xié)作傳輸?shù)诙A段的傳輸速率；所述CL-ATR幀和CL-ACK幀占20個(gè)字節(jié)，是在ACK幀格式的基礎(chǔ)上增加ReceiverID字段，所述ReceiverID字段占6個(gè)字節(jié)，用于指明接收者的地址。本發(fā)明一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的協(xié)作中繼選擇與競(jìng)爭(zhēng)策略的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：步驟1、利用式(1)獲得度量協(xié)作傳輸時(shí)鏈路性能的判據(jù)MCT：MCT=LDATATCT(1-perrc)(1-pintr)---(1)]]>式(1)中，LDATA表示數(shù)據(jù)包中有效負(fù)載的長(zhǎng)度，即字節(jié)數(shù)；TCT表示協(xié)作傳輸總的傳輸時(shí)間；表示協(xié)作傳輸時(shí)的幀錯(cuò)誤概率；指示中繼節(jié)點(diǎn)處的干擾概率；步驟2、利用式(2)獲得度量直接傳輸時(shí)鏈路性能的判據(jù)MDT：MDT=LDATATDT(1-perrd)---(2)]]>式(2)中，TDT表示直接傳輸總的傳輸時(shí)間，表示直接傳輸時(shí)的幀錯(cuò)誤概率。步驟3、利用式(3)獲得每個(gè)潛在的協(xié)作中繼的忙音信號(hào)長(zhǎng)度LBT：式(3)中，表示任意個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)協(xié)作鏈路，表示任意個(gè)發(fā)送者的第i個(gè)直接鏈路，Sref表示參考的吞吐量，符號(hào)表示向下取整；步驟4、，經(jīng)過SIFS時(shí)間之后，所有潛在的中繼同時(shí)發(fā)送忙音信號(hào)，并且讓忙音信號(hào)的長(zhǎng)度等于LBT；如果任意個(gè)中繼在結(jié)束自己的忙音信號(hào)時(shí)，仍然能夠監(jiān)聽到其他忙音信號(hào)，則表明該中繼所在的協(xié)作鏈路的性能沒有其他中繼的好，該中繼不是最佳中繼；如果任意個(gè)中繼在結(jié)束自己的忙音信號(hào)時(shí)，不能夠監(jiān)聽到其他的忙音信號(hào)，則表明該中繼所在的協(xié)作鏈路的性能最好，并作為最佳中繼。本發(fā)明一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)交換方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：步驟1、當(dāng)發(fā)送者有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，在監(jiān)聽到信道空閑DIFS幀間隔時(shí)間后廣播CL-RTS幀；步驟2、當(dāng)任意個(gè)鄰居i收到CL-RTS幀時(shí)，判斷是否為潛在的接收者，并設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器Ti；當(dāng)Ti＝0時(shí)，鄰居i傳輸CL-CTS幀，直到所有離目的節(jié)點(diǎn)最近的前α個(gè)鄰居發(fā)送完α個(gè)CL-CTS幀為止；α為CL-RTS幀中Number字段的值步驟3、當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居同時(shí)收到CL-RTS幀和CL-CTS幀后，判斷自己是否是潛在的協(xié)作中繼；每個(gè)潛在的協(xié)作中繼將攜自己的最佳協(xié)作路徑去參與信道的競(jìng)爭(zhēng)，獲勝的協(xié)作中繼作為最佳協(xié)作中繼；所述最佳協(xié)作中繼在經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間和退避時(shí)間后，廣播CL-RTH幀；步驟4、任意個(gè)潛在的接收者收到CL-RTH幀時(shí)，判斷CL-RTH幀中ReceiverID字段的值與自己的ID是否相同，若相同，則自己作為當(dāng)前跳中的接收者，并經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后發(fā)送CL-ATR幀以通知其它的潛在接收者；步驟5、當(dāng)發(fā)送者收到CL-RTH幀和CL-ATR幀時(shí)，便獲悉當(dāng)前跳中的最佳協(xié)作中繼和接收者，于是經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給最佳協(xié)作中繼和接收者；步驟6、最佳協(xié)作中繼收到數(shù)據(jù)經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后向接收者轉(zhuǎn)發(fā)；步驟7、接收者將發(fā)送者和中繼發(fā)送過來的兩路信號(hào)進(jìn)行合并以接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后向發(fā)送者回復(fù)CL-ACK幀，以表示收到正確的數(shù)據(jù)。本發(fā)明一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的節(jié)點(diǎn)操作方法的特點(diǎn)包括：發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的操作、接收者節(jié)點(diǎn)的操作與協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的操作；所述發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的操作為：當(dāng)發(fā)送者自己的緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)存在，并且自己不是該數(shù)據(jù)的目的節(jié)點(diǎn)，將按如下步驟將數(shù)據(jù)發(fā)送出去：步驟a、發(fā)送者在監(jiān)聽信道空閑DIFS后廣播CL-RTS幀，并且將CL-RTS幀中的Duration字段值設(shè)置為DRTS；同時(shí)，發(fā)送者也將設(shè)置一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-CTS幀；所述字段值DBTS由式(4)計(jì)算得到：DRTS=αTCTS+TRTH+TATR+(α+4)TSIFS+TCON1+TCON2---(4)]]>式(4)中，TCTS,TRTHandTATR分別表示CL-CTS幀、CL-RTH幀、CL-ATR幀的傳輸時(shí)間；TSIFS表示最小幀間隔SIFS時(shí)間；和分別表示發(fā)送CL-CTS幀和選擇最佳中繼時(shí)的平均競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間；所述超時(shí)計(jì)時(shí)器由式(5)計(jì)算得到：TO1=TRTS+αTCTS+TCON1+αTSIFS---(5)]]>式(5)中，TRTS表示CL-RTS幀的傳輸時(shí)間；步驟b、如果在超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)沒有收到一個(gè)CL-CTS幀，發(fā)送者則執(zhí)行退避算法以便在下一次進(jìn)行重傳操作；步驟c、在DRTS-TATR-2TSIFS時(shí)間內(nèi)，如果發(fā)送者收到CL-RTH幀，將表明采用協(xié)作傳輸方式，且最近協(xié)作中繼和接收者已選擇好；如果發(fā)送者沒有收到CL-RTH幀，則運(yùn)用直接傳輸方式，此時(shí)發(fā)送者將發(fā)送CL-RTH幀，并將CL-RTH幀中的TransmissionType字段設(shè)置為DT；再經(jīng)過TATR+2TSIFS時(shí)間后，發(fā)送者將向協(xié)作中繼和接收者廣播數(shù)據(jù)幀；在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時(shí)，將數(shù)據(jù)幀中的Duration字段值設(shè)置為DDATA，同時(shí)，也將設(shè)置第二個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-ACK幀；DDATA和分別由下列式(6)和(7)計(jì)算得到；DDATA=TDATA,2CT+TACK+2TSIFS,forCTTACK+TSIFS,forDT---(6)]]>TO2=TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+2TSIFS,forCTTDATADT+TACK+TSIFS,forDT---(7)]]>式(6)和(7)中，和分別表示協(xié)作傳輸?shù)牡谝浑A段和第二階段的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；表示直接傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；TACK表示CL-ACK幀的傳輸時(shí)間；如果在第二個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)沒有收到CL-ACK幀，則發(fā)送者將執(zhí)行退避算法以便在下一次進(jìn)行重傳。所述接收者節(jié)點(diǎn)的操作按如下步驟進(jìn)行：步驟(a)、當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居i收到CL-RTS時(shí)，判斷是否為潛在的接收者i，并利用式(8)設(shè)定計(jì)時(shí)器Ti：Ti=(1-ds,dest-di,destrradio)Tmax,ifds,dest>di,destTmax,ifds,dest≤di,dest---(8)]]>式(8)中，ds，dest表示發(fā)送者到目的節(jié)點(diǎn)的距離，di，dest表示鄰居i到目的節(jié)點(diǎn)的距離，rradio表示無線傳輸距離，Tmax是一個(gè)常量，表示最大計(jì)時(shí)時(shí)間；當(dāng)Ti＝0時(shí)，鄰居i便傳輸CL-CTS幀；步驟(b)、在設(shè)定計(jì)時(shí)器Ti的同時(shí)，潛在的接收者i也設(shè)定一個(gè)計(jì)數(shù)器Ci，并令計(jì)數(shù)器Ci初值等于α；當(dāng)潛在的接收者i收到一個(gè)CL-CTS幀時(shí)，且Ti不等于0，則令Ci＝Ci-1；步驟(c)、在任意個(gè)時(shí)刻，如果潛在的接收者i發(fā)現(xiàn)Ti＝0且Ci≠0，則判斷自身為前α個(gè)潛在中繼中的一員，并發(fā)送CL-CTS幀，同時(shí)將修改后的Ci值插入到CL-CTS幀中的Counter字段，將CL-CTS幀中的Duration字段設(shè)定為DCTS，并且設(shè)定第三個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-RTH幀；DCTS和分別由下列式(9)和(10)計(jì)算得到；DCTS=(α-δ)TCTS+TRTH+TATR+TDATADT+TCON1,δ+TCON2+(α-δ+5)TSIFS---(9)]]>TO3=(α-δ+1)TCTS+TRTH+TCON1,δ+TCON2+(α-δ+2)TSIFS---(10)]]>式(9)和(10)中，δ是一個(gè)變量且等于α-Ck+1；表示剩余的α-δ個(gè)潛在中繼傳輸CL-CTS幀時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間；如果Ti＝0或者Ti≠0且Ci＝0，則判斷自己不是前α個(gè)潛在中繼中的一員，則取消自身計(jì)時(shí)器Ti，不發(fā)送CL-CTS幀；步驟(d)、如果在第三個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)收到了CL-RTH幀，并且發(fā)現(xiàn)幀中ReceiverID字段的值與自身ID一致，則判斷出自身為當(dāng)前跳中最佳接收者，并發(fā)送CL-ATR幀，同時(shí)將CL-ATR幀中的Duration字段設(shè)定為DATR，并由下列式(11)計(jì)算得到；DATR=TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+3TSIFS,forCTTDATADT+TACK+2TSIFS.forDT---(11)]]>步驟(e)、如果接收者收到正確的從發(fā)送者發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一個(gè)SIFS時(shí)間后將回復(fù)CL-ACK幀以通知發(fā)送者；步驟(f)、當(dāng)接收者發(fā)現(xiàn)收到的數(shù)據(jù)其目的地址不是自己時(shí)，將向下一跳的接收者轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，即將自己轉(zhuǎn)變成下一跳中的發(fā)送者，執(zhí)行發(fā)送者的操作；所述協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的操作是按如下步驟進(jìn)行：步驟A、當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居同時(shí)收到CL-RTS和CL-CTS幀之后，判斷自身是否為潛在的協(xié)作中繼；若為潛在的中繼，則潛在的協(xié)作中繼會(huì)成為最佳(正真)的中繼；最佳中繼將廣播CL-RTH幀以表明自己已準(zhǔn)備好協(xié)作傳輸，同時(shí)將CL-RTH幀中的Duration字段設(shè)定為DRTH，同時(shí)也設(shè)定一個(gè)第四個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收數(shù)據(jù)幀；DRTH和分別由下列式(12)和(13)計(jì)算得到；DRTH=TATR+TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+4TSIFS,forCTTATR+TDATADT+TACK+3TSIFS.forDT---(12)]]>TO4=TRTH+TATR+TDATA,1CT+2TSIFS---(13)]]>步驟B、如果在第四個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)接收到數(shù)據(jù)幀，并且判斷出數(shù)據(jù)幀中的RelayAddress字段中的地址與自身一致，則經(jīng)過SIFS時(shí)間后，向接收者轉(zhuǎn)發(fā)剛才接收的數(shù)據(jù)幀；否則，丟棄該數(shù)據(jù)幀。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明運(yùn)用跨層設(shè)計(jì)的思想，設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合媒體接入控制(MAC)層和路由層的跨層協(xié)作傳輸(CLCT)協(xié)議。在該協(xié)議中，某一跳中的信息接收者與協(xié)作中繼會(huì)被同時(shí)確定，并且能夠讓接收者更接近目的節(jié)點(diǎn)，協(xié)作中繼具有更好的信道條件。再者，考慮到網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)信息流傳輸所帶來的流間信號(hào)干擾問題，該協(xié)議在選擇協(xié)作中繼時(shí)引入了干擾因子，使得所選擇的協(xié)作中繼在傳輸信息時(shí)對(duì)其他信息流的干擾較小，同時(shí)，CLCT協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了多數(shù)據(jù)源環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸所帶來的干擾問題，從而使得CLCT協(xié)議提高了多跳多流AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)吞吐量，并且減少了端到端數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延；本發(fā)明還可以應(yīng)用到瑞利衰落環(huán)境下多跳多流無線自組織網(wǎng)絡(luò)的中去。附圖說明圖1為本發(fā)明五種控制幀與數(shù)據(jù)幀的格式示意圖；圖2為本發(fā)明發(fā)送者、接收者與協(xié)作中繼三類節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換流程圖；圖3為本發(fā)明發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的操作流程圖；圖4為本發(fā)明接收者節(jié)點(diǎn)的操作流程圖；圖5為本發(fā)明中繼節(jié)點(diǎn)的操作流程圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)CLCT協(xié)議，一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議，包括五種控制幀：CL-RTS幀、CL-CTS幀、CL-RTH幀、CL-ATR幀以及CL-ACK幀；這些幀是對(duì)IEEE802.11協(xié)議中的RTS/CTS/ACK三種幀的擴(kuò)展，具體的幀格式如圖1所示。同時(shí)也對(duì)802.11協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行了擴(kuò)展，得到了CLCT數(shù)據(jù)幀格式。CL-RTS幀占27個(gè)字節(jié)，是對(duì)802.11協(xié)議中的RTS幀的擴(kuò)展，在RTS幀格式的基礎(chǔ)上增加PacketLength字段、SenderLocation字段、DestinationLocation字段和Numbe字段；PacketLength字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送包的長(zhǎng)度；SenderLocation字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送者的地理位置；DestinationLocation字段占2個(gè)字節(jié)，用于指明目的節(jié)點(diǎn)的地理位置；Number字占1個(gè)字節(jié)，用于指明潛在接收者的數(shù)量；CL-CTS幀占22個(gè)字節(jié)，是對(duì)802.11協(xié)議中的CTS幀的擴(kuò)展，在CTS幀格式的基礎(chǔ)上增加SNRSR字段和Counter字段；SNRSR字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明發(fā)送者到接收者之間的信噪比；Counter字段占1個(gè)字節(jié)，用于作為計(jì)數(shù)器且初始值等于潛在接收者的數(shù)量；CL-RTH幀占29個(gè)字節(jié)，是對(duì)802.11協(xié)議中的RTS幀的擴(kuò)展，在RTS幀格式的基礎(chǔ)上增加ReceiverID字段、TransmissionType字段、RDATA,1字段和RDATA,2字段；ReceiverID字段占6個(gè)字節(jié)，用于指明接收者的地址；TransmissionType字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明傳輸類型(CT或DT)；RDATA,1字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明協(xié)作傳輸?shù)谝浑A段的傳輸速率；RDATA,2字段占1個(gè)字節(jié)，用于指明協(xié)作傳輸?shù)诙A段的傳輸速率；CL-ATR幀和CL-ACK幀占20個(gè)字節(jié)，是在ACK幀格式的基礎(chǔ)上增加ReceiverID字段，ReceiverID字段占6個(gè)字節(jié)，用于指明接收者的地址。本實(shí)施例中，一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的協(xié)作中繼選擇與競(jìng)爭(zhēng)策略是按如下步驟進(jìn)行：步驟1、利用式(1)獲得度量協(xié)作傳輸時(shí)鏈路性能的判據(jù)MCT，作為度量協(xié)作傳輸性能好壞的依據(jù)：MCT=LDATATCT(1-perrc)(1-pintr)---(1)]]>式(1)中，LDATA表示數(shù)據(jù)包中有效負(fù)載的長(zhǎng)度，即字節(jié)數(shù)；TCT表示協(xié)作傳輸總的傳輸時(shí)間；示協(xié)作傳輸時(shí)的幀錯(cuò)誤概率；指示中繼節(jié)點(diǎn)處的干擾概率；步驟2、利用式(2)獲得度量直接傳輸時(shí)鏈路性能的判據(jù)MDT，作為度量直接傳輸性能好壞的依據(jù)：MDT=LDATATDT(1-perrd)---(2)]]>式(2)中，TDT表示直接傳輸總的傳輸時(shí)間，表示直接傳輸時(shí)的幀錯(cuò)誤概率，TCT、TDT、步驟3、利用式(3)獲得每個(gè)潛在的協(xié)作中繼的忙音信號(hào)長(zhǎng)度LBT：式(3)中，表示任意個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)協(xié)作鏈路，表示任意個(gè)發(fā)送者的第i個(gè)直接鏈路，Sref表示參考的吞吐量，為事先設(shè)定的一個(gè)常量；符號(hào)表示向下取整；由此可以看出，鏈路性能越好，LBT的值就越大。步驟4、經(jīng)過SIFS時(shí)間之后，所有潛在的中繼同時(shí)發(fā)送忙音信號(hào)，并且讓忙音信號(hào)的長(zhǎng)度等于LBT；如果任意個(gè)中繼在結(jié)束自己的忙音信號(hào)時(shí)，仍然能夠監(jiān)聽到其他忙音信號(hào)，則表明該中繼所在的協(xié)作鏈路的性能沒有其他中繼的好，該中繼不是最佳中繼；如果任意個(gè)中繼在結(jié)束自己的忙音信號(hào)時(shí)，不能夠監(jiān)聽到其他的忙音信號(hào)，則表明該中繼所在的協(xié)作鏈路的性能最好，并作為最佳中繼。如圖3所示，一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)交換方法是按如下步驟進(jìn)行：步驟1、當(dāng)發(fā)送者有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，在監(jiān)聽到信道空閑DIFS(802.11協(xié)議中設(shè)定的一種幀間隔時(shí)間)幀間隔時(shí)間后廣播CL-RTS幀；步驟2、當(dāng)任意個(gè)鄰居i收到CL-RTS幀時(shí)，判斷是否為潛在的接收者，并設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器Ti；當(dāng)Ti＝0時(shí)，鄰居i傳輸CL-CTS幀，直到所有離目的節(jié)點(diǎn)最近的前α個(gè)鄰居發(fā)送完α個(gè)CL-CTS幀為止；α為CL-RTS幀中Number字段的值步驟3、當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居同時(shí)收到CL-RTS幀和CL-CTS幀后，判斷自己是否是潛在的協(xié)作中繼；每個(gè)潛在的協(xié)作中繼將攜自己的最佳協(xié)作路徑去參與信道的競(jìng)爭(zhēng)，獲勝的協(xié)作中繼作為最佳協(xié)作中繼；最佳協(xié)作中繼在經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間和退避時(shí)間后，廣播CL-RTH幀；步驟4、任意個(gè)潛在的接收者收到CL-RTH幀時(shí)，判斷CL-RTH幀中ReceiverID字段的值與自己的ID是否相同，若相同，則自己作為當(dāng)前跳中的接收者，并經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后發(fā)送CL-ATR幀以通知其它的潛在接收者；步驟5、當(dāng)發(fā)送者收到CL-RTH幀和CL-ATR幀時(shí)，便獲悉當(dāng)前跳中的最佳協(xié)作中繼和接收者，于是經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給最佳協(xié)作中繼和接收者；步驟6、最佳協(xié)作中繼收到數(shù)據(jù)經(jīng)過SIFS(802.11協(xié)議中設(shè)定的一種幀間隔時(shí)間)幀間隔時(shí)間后向接收者轉(zhuǎn)發(fā)；步驟7、接收者將發(fā)送者和中繼發(fā)送過來的兩路信號(hào)進(jìn)行合并以接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過SIFS幀間隔時(shí)間后向發(fā)送者回復(fù)CL-ACK幀，以表示收到正確的數(shù)據(jù)。在CLCT協(xié)議中，發(fā)送者、接收者與協(xié)作中繼三類節(jié)點(diǎn)之間首先需要進(jìn)行控制幀的交換，以選擇出最佳中繼與接收者，然后再完成數(shù)據(jù)包從發(fā)送者到接收者傳輸，并且由最佳中繼來進(jìn)行協(xié)作。具體的數(shù)據(jù)包交換過程如圖2所示，具體的說，一種多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的跨層協(xié)作傳輸協(xié)議的節(jié)點(diǎn)操作方法包括：發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的操作、接收者節(jié)點(diǎn)的操作與協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的操作；發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的操作為：如圖3所示，當(dāng)發(fā)送者自己的緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)存在，并且自己不是該數(shù)據(jù)的目的節(jié)點(diǎn)，將按如下步驟將數(shù)據(jù)發(fā)送出去：步驟a、發(fā)送者有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，在監(jiān)聽信道空閑DIFS(802.11協(xié)議中設(shè)定的一種幀間隔時(shí)間)后廣播CL-RTS幀，并且將CL-RTS幀中的Duration字段值設(shè)置為DRTS；同時(shí)，發(fā)送者也將設(shè)置一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-CTS幀；DRTS和別由式(4)和式(5)計(jì)算得到；DRTS=αTCTS+TRTH+TATR+(α+4)TSIFS+TCON1+TCON2---(4)]]>TO1=TRTS+αTCTS+TCON1+αTSIFS---(5)]]>式(4)和(5)中，TRTS,TCTS,TRTHandTATR分別表示CL-RTS、CL-CTS、CL-RTH、CL-ATR幀的傳輸時(shí)間；TSIFS表示最小幀間隔SIFS時(shí)間；和分別表示發(fā)送CL-CTS幀和選擇最佳中繼時(shí)的平均競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間；步驟b、如果在超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)沒有收到一個(gè)CL-CTS幀，發(fā)送者則執(zhí)行退避算法以便在下一次進(jìn)行重傳操作；步驟c、在DRTS-TATR-2TSIFS時(shí)間內(nèi)，如果發(fā)送者收到CL-RTH幀，將表明采用協(xié)作傳輸方式，且最近協(xié)作中繼和接收者已選擇好；CLCT協(xié)議允許兩種傳輸方式，即直接傳輸方式DT和協(xié)作傳輸方式CT。當(dāng)多個(gè)潛在的協(xié)作中繼同時(shí)發(fā)送CL-RTH幀時(shí)，在發(fā)送者處將產(chǎn)生沖突，發(fā)送者則不能正確解析CL-RTH幀。這時(shí)，發(fā)送者會(huì)發(fā)送CL-RTH幀，并且將TransmissionType字段設(shè)置為DT，即不需要中繼協(xié)作；否則，如果發(fā)送者正確收到CL-RTH幀，則是協(xié)作傳輸方式，CL-RTH幀中的TransmissionType字段由中繼設(shè)置為CT。如果發(fā)送者沒有收到CL-RTH幀，則運(yùn)用直接傳輸方式DT，此時(shí)發(fā)送者將發(fā)送CL-RTH幀，并將CL-RTH幀中的TransmissionType字段設(shè)置為DT；再經(jīng)過TATR+2TSIFS時(shí)間后，發(fā)送者將向協(xié)作中繼和接收者廣播數(shù)據(jù)幀；在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時(shí)，將數(shù)據(jù)幀中的Duration字段值設(shè)置為DDATA，同時(shí)，也將設(shè)置第二個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-ACK幀；DDATA和分別由下列式(6)和(7)計(jì)算得到；DDATA=TDATA,2CT+TACK+2TSIFS,forCTTACK+TSIFS,forDT---(6)]]>TO2=TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+2TSIFS,forCTTDATADT+TACK+TSIFS,forDT---(7)]]>式(6)和(7)中，和分別表示協(xié)作傳輸?shù)牡谝浑A段和第二階段的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；表示直接傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；TACK表示CL-ACK幀的傳輸時(shí)間；如果在第二個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)沒有收到CL-ACK幀，則發(fā)送者將執(zhí)行退避算法以便在下一次進(jìn)行重傳。如圖4所示，接收者節(jié)點(diǎn)的操作按如下步驟進(jìn)行：步驟(a)、所有的發(fā)送者鄰居將接收到CL-RTS幀，當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居i收到CL-RTS時(shí)，判斷是否為潛在的接收者i，并利用式(8)設(shè)定計(jì)時(shí)器Ti：Ti=(1-ds,dest-di,destrradio)Tmax,ifds,dest>di,destTmax,ifds,dest≤di,dest---(8)]]>式(8)中，ds，dest表示發(fā)送者到目的節(jié)點(diǎn)的距離，di，dest表示鄰居i到目的節(jié)點(diǎn)的距離，rradio表示無線傳輸距離，Tmax是一個(gè)常量，表示最大計(jì)時(shí)時(shí)間；當(dāng)Ti＝0時(shí)，鄰居i便傳輸CL-CTS幀；直到所有離目的節(jié)點(diǎn)最近的前α(等于CL-RTS幀中Number字段的值)個(gè)鄰居發(fā)送完α個(gè)CL-CTS幀為止。步驟(b)、在設(shè)定計(jì)時(shí)器Ti的同時(shí)，潛在的接收者i也設(shè)定一個(gè)計(jì)數(shù)器Ci，并令計(jì)數(shù)器Ci初值等于α；當(dāng)潛在的接收者i收到一個(gè)CL-CTS幀時(shí)，且Ti不等于0，則令Ci＝Ci-1；步驟(c)、在任意個(gè)時(shí)刻，如果潛在的接收者i發(fā)現(xiàn)Ti＝0且Ci≠0，則判斷自身為前α個(gè)潛在中繼中的一員，并發(fā)送CL-CTS幀，同時(shí)將修改后的Ci值插入到CL-CTS幀中的Counter字段，將CL-CTS幀中的Duration字段設(shè)定為DCTS，并且設(shè)定第三個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收CL-RTH幀；DCTS和分別由下列式(9)和(10)計(jì)算得到；DCTS=(α-δ)TCTS+TRTH+TATR+TDATADT+TCON1,δ+TCON2+(α-δ+5)TSIFS---(9)]]>TO3=(α-δ+1)TCTS+TRTH+TCON1,δ+TCON2+(α-δ+2)TSIFS---(10)]]>式(9)和(10)中，δ是一個(gè)變量且等于α-Ck+1；表示剩余的α-δ個(gè)潛在中繼傳輸CL-CTS幀時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間；如果Ti＝0或者Ti≠0且Ci＝0，則判斷自己不是前α個(gè)潛在中繼中的一員，則取消自身計(jì)時(shí)器Ti，不發(fā)送CL-CTS幀；步驟(d)、如果在第三個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)收到了CL-RTH幀，并且發(fā)現(xiàn)幀中ReceiverID字段的值與自身ID一致，則判斷出自身為當(dāng)前跳中最佳接收者，并發(fā)送CL-ATR幀以通知其它的潛在接收者，同時(shí)將CL-ATR幀中的Duration字段設(shè)定為DATB，且有下列式(11)計(jì)算得到；DATR=TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+3TSIFS,forCTTDATADT+TACK+2TSIFS.forDT---(11)]]>步驟(e)、如果接收者收到正確的從發(fā)送者發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一個(gè)SIFS時(shí)間后將回復(fù)CL-ACK幀以通知發(fā)送者；步驟(f)、當(dāng)接收者發(fā)現(xiàn)收到的數(shù)據(jù)其目的地址不是自己時(shí)，將向下一跳的接收者轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，即將自己轉(zhuǎn)變成下一跳中的發(fā)送者，執(zhí)行發(fā)送者的操作。如圖5所示，協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的操作是按如下步驟進(jìn)行：步驟A、當(dāng)發(fā)送者的任意個(gè)鄰居同時(shí)收到CL-RTS和CL-CTS幀之后，判斷自身是否為潛在的協(xié)作中繼；若為潛在的中繼，則潛在的協(xié)作中繼會(huì)成為最佳(正真)的中繼；最佳中繼將廣播CL-RTH幀以表明自己已準(zhǔn)備好協(xié)作傳輸，同時(shí)將CL-RTH幀中的Duration字段設(shè)定為DRTH，同時(shí)也設(shè)定一個(gè)第四個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器以等待接收數(shù)據(jù)幀；DRYH和分別由下列式(12)和(13)計(jì)算得到；DRTH=TATR+TDATA,1CT+TDATA,2CT+TACK+4TSIFS,forCTTATR+TDATADT+TACK+3TSIFS.forDT---(12)]]>TO4=TRTH+TATR+TDATA,1CT+2TSIFS---(13)]]>某個(gè)潛在的協(xié)作中繼會(huì)收到來自多個(gè)潛在的接收者的多個(gè)CL-CTS(至多α個(gè))幀，為此，這個(gè)潛在的協(xié)作中繼將構(gòu)建多個(gè)潛在的協(xié)作路徑，并且從多個(gè)潛在的協(xié)作路徑中選擇出最佳路徑，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)潛在的協(xié)作中繼時(shí)，每個(gè)潛在的協(xié)作中繼將攜自己的最佳協(xié)作路徑去參與信道的競(jìng)爭(zhēng)，獲勝的協(xié)作中繼將是最佳協(xié)作中繼。步驟B、如果在第四個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間內(nèi)接收到數(shù)據(jù)幀，并且判斷出數(shù)據(jù)幀中的RelayAddress字段中的地址與自身一致，則經(jīng)過SIFS時(shí)間后，向接收者轉(zhuǎn)發(fā)剛才接收的數(shù)據(jù)幀；否則，丟棄該數(shù)據(jù)幀。當(dāng)前第1頁1 2 3