CN109819507B - 一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线局域网中，中心站以一定频率下行发送信息的同时以同一频率接收上行信息的全双工媒体接入控制的方法，该方法包括：网络初始化时，中心站建立并维护各用户站与中心站及其它用户站之间的信道衰减信息表，以用于传输时中心站确定上行发送用户站及分配用户站的上行发送功率；信息传输过程中，中心站同频全双工上下行发送并接收数据；中心站在第一个短帧间间隔SIFS后添加一个空白时隙T，新用户站在此空白时隙向中心站发送请求，汇报自身收到中心站信号的衰减情况以及其它用户站对自身干扰信号的衰减情况，中心站执行网络维护过程，更新信道衰减信息表。此方法实现了中心站侧同频全双工收发信息，提高了无线局域网中信息交互效率，减小了新用户站加入时对其它用户站收发数据的影响。

Description

一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线局域网络中，支持同频全双工的中心站与多用户站之间的信息交互方法。
背景技术
目前，无线通信网络已经普遍应用到军事、民用的各个领域。但是传统的无线局域网中，大多不支持同频全双工功能；目前已有的同频全双工研究成果，集中于物理层信号处理方面，距离实际应用还有较大差距。
本发明以物理层支持同频全双工为前提，提出一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制协议方法，解决同频全双工上下行数据发送时机选择、上行发送用户站选择、功率控制问题，提高网络利用率。
本发明提出的无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法，包括以下工作步骤：
步骤A：网络初始化，建立功率信息表；
步骤B：中心站和用户站之间进行数据交互；
步骤C：新用户站申请加入网络。
对于步骤A的处理过程，包括以下步骤：
步骤A1：网络初始化，中心站发起初始化信号；
步骤A2：接收到中心站初始化信号的用户站竞争信道，竞争成功后用最大功率向中心站汇报自身收到其它用户站信号的衰减情况，即用户站之间可接收到的信号p；中心站计算可解调出此用户站信号的最小功率强度，即功率阀值为r；
步骤A3：中心站将功率阀值r及用户站间接收到的信号强度p存放在功率信息表中。
对于步骤B的处理过程，包括以下步骤：
步骤B1：中心站在每一个传输周期开始发送preamble和header信息，header信息中新增bitmap、upsender和ACK三个有效字段；
步骤B2：中心站以最大功率发送下行数据信息，除接收中心站数据的用户站外，其它各用户站根据本地数据缓存情况，同步执行步骤B.3；
步骤B3：用户站如有数据需要发送，则根据bitmap字段确定的汇报时隙分配，在本用户站时隙到达时发送tone信号给中心站，如没有需要发送的数据，则不发送tone信号；
步骤B4：中心站在发送下行数据的同时，接收tone信号，缓存各用户站数据发送资源占用需求，为下一帧upsender的选择提供信息参考；
步骤B5：在tone发送时隙结束后，根据步骤B.1中upsender字段的通告内容，本次可以向中心站发送上行信息的用户站开始发送上行数据，包括preamble、header和data三个字段，中心站在发送下行数据的同时接收该上行信息；
步骤B6：如果中心站下行信息发送完成，用户站上行信息还未发送完成，则以用户站上行信息发送完成的时间作为此次数据交互结束点，如果中心站下行信息还未发送完成，用户站上行信息已经发送完成，则以中心站下行信息发送完成的时间作为此次数据交互结束点。
对于步骤C的处理过程，包括以下步骤：
步骤C1：新加入用户站在中心站第一个短帧间间隔SIFS时隙后的T时隙向中心站发送请求，汇报自身收到中心站信号的衰减情况以及其它用户站对自身干扰信号的衰减情况；
步骤C2：中心站接收到新加入用户站的汇报信息，N个周期后发起初始化信号，其中0<N≤5；
步骤C3：接收到中心站初始化信号的用户站竞争信道，向中心站汇报自身收到中心站信号的衰减情况以及自身收到其它用户站干扰信号的衰减情况；；
步骤C4：中心站更新功率信息表。
附图说明
图1是无线局域网示意图；
图2是空口帧结构示意图；
图3是功率信息表示意图；
图4是无线网络局域网初始化、数据传输及新用户站加入流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和优点更加清楚，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
图1为中心站与用户站之间的无线局域网示意图，网络中初始化时包括：中心站、用户站A、用户站B、用户站C、用户站D，中心站向用户站A发送下行信息，中心站接收用户站B发送的上行信息，用户站E向中心站发送申请加入网络，中心站执行网络维护过程。
图2为空口帧结构示意图，图中标识了上下行数据帧，上行数据帧和下行数据帧的帧结构一样，包括：preamble、header、data和FCS字段，SIFS为短帧帧间隔，T为额外时隙。
图3为功率信息表示意图，记录各用户站到达中心站可解调的功率阀值r以及各用户站之间可接收到的干扰信号p。
图4为无线网络局域网初始化、数据传输及新用户站加入流程示意图，针对图1的中心站与用户站之间的无线局域网示意图，阐述网络初始化、数据交互和新用户站加入的流程，该流程包括：
步骤401：网络初始建立，中心站发起初始化信号，用户站A、用户站B、用户站C和用户站D可接收到此信号；
步骤402：用户站A最先抢占信道，中心站计算可解调出用户站A信号的最小功率强度，即用户站A到达中心站可解调的功率阀值为rA；
步骤403：用户站C第二个抢占信道，中心站计算可解调出用户站C信号的最小功率强度，即用户站C到达中心站可解调的功率阀值为rC，用户站C向中心站汇报自身收到其它用户站信号的衰减情况，即用户站C接收到用户站A的信号pAC，用户站A接收到用户站C的信号pCA；
步骤404：用户站B第三个抢占信道，中心站计算可解调出用户站B信号的最小功率强度，即用户站B到达中心站可解调的功率阀值为rB，用户站B向中心站汇报自身收到其它用户站信号的衰减情况，即用户站B接收到用户站A的信号pAB，用户站A接收到用户站B的信号pBA，用户站B接收到用户站C的信号pCB，用户站C接收到用户站B的信号pBC；
步骤405：用户站D第四个抢占信道，中心站计算可解调出用户站D信号的最小功率强度，即用户站D到达中心站可解调的功率阀值为rD，用户站D向中心站汇报自身收到其它用户站信号的衰减情况，即用户站D接收到用户站A的信号pAD，用户站A接收用户站D的信号pDA，用户站D接收到用户站B的信号pBD，用户站B接收到用户站D的信号pDB，用户站D接收到用户站C的信号pCD，用户站C接收到用户站D的信号pDC；
步骤406:中心站根据各用户站的汇报情况，建立信道衰减信息表，作为中心站选择收发数据用户站的依据；
步骤407：此次接收中心站下行信息的用户站为用户站A，中心站根据w＝(m-pxy)-(m-rA)分别计算：w1＝(m-pAB)-(m-rA),w2＝(m-pAC)-(m-rA),w3＝(m-pAD)-(m-rA)，比较w1、w2和w3，得出、w2最大，且为正数，所以本次上行发送信息的用户站选择用户站B,用户站B的上行发送功率为(m-pAB)(若w1、w2和w3全部不为正数，那么说明本周期不适合上下行收发信息同时进行，会产生严重干扰，中心站只进行下行数据发送)，中心站广播preamble和header信息；
步骤408：用户站C和用户站D在下一个周期有数据发送给中心站，在bitmap字段确定的各自汇报时隙到来时，向中心站发送tone信号；
步骤409:中心站向用户站A发送下行数据的同时，接收用户站C和用户站D发送的tone信号；
步骤410：用户站B以功率e＝(m-pAB)向中心站发送上行信息；
步骤411：待中心站向用户站A的下行信息发送完成，用户站B向中心站的上行信息发送完成后，本周期信息交换结束；
步骤412：判断是否有新的用户站申请加入网络，如果有进入步骤414，如果没有进入步骤413；
步骤413：网络周期性执行上下行信息交换，直到有新的用户站申请加入，执行新用户站加入及网络维护过程；
步骤414：用户站E申请加入网络，向中心站汇报自身到中心站信道衰减情况，即用户站E到达中心站可解调的功率阀值为rE，用户站E接收到用户站A的信号pAE，用户站A接收到用户站E的信号pEA，用户站E接收到用户站B的信号pBE，用户站B接收到用户站E的信号pEB，用户站E接收到用户站C的信号pCE，用户站C接收到用户站E的信号pEC，用户站E接收到用户站D的信号pDE，用户站D接收到用户站E的信号pED，中心站更新功率信息表；
步骤415：网络继续执行上下行信息交互；
步骤416：2个周期后，中心站发起初始化信号；
步骤417：网络中各用户站重新抢占信道，执行网络建立过程，进入步骤413。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法，其特征在于，包括中心站和用户站，中心站为同频全双工工作模式，用户站为半双工工作模式；方法内容包括网络建立过程、数据收发过程和新用户站加入及网络维护过程；其中，
所述中心站，用于用户站接入和资源分配控制；
所述用户站，用于接入中心站，通过中心站获取外部信息和对外发送信息；
所述同频全双工工作模式，指中心站在同一时间、同一频点下，可同时接收并发送上下行信息；
所述半双工工作模式，指用户站在同一时间、同一频点下，可发送上行或接收下行信息；
所述网络建立和维护过程，其中网络建立过程是指中心站在网络初始建立时主动发起初始化信号，通过各个用户站对初始化信号的回应，建立功率信息表；
所述数据收发过程，是指在传输周期内，中心站以同一频率，同时接收和发送上下行数据的过程，以及用户站发送或接收数据的过程；
所述新用户站加入及网络维护过程，是指通过帧结构设计，在数据收发过程结束后，通过抢占时隙的方式，让新加入用户站向中心站汇报功率衰减情况，中心站收到后，在N个周期后再次执行网络建立流程，更新功率信息表的过程，其中0<N≤5。
2.根据权利要求1一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法，所述的网络建立过程，其特征在于，中心站通过初始化信号来收集用户站的自身信号衰减及其它用户站对当前汇报用户站产生的干扰信号情况；其中，
所述其它用户站，是指在本次竞争到信道的用户站之前，已经向中心站成功汇报信道衰减情况的用户站；
所述其它用户站产生的干扰信号，是指其它用户站向中心站汇报信道衰减时所发信号；
网络建立具体步骤为：
步骤2.1：中心站发起初始化信号；
步骤2.2：接收到中心站初始化信号的用户站竞争信道，竞争成功后用最大功率向中心站汇报自身收到其它用户站信号的衰减情况，即用户站之间可接收到的信号p；中心站计算可解调出此用户站信号的最小功率强度，即功率阀值为r；
步骤2.3：中心站将功率阀值r及用户站间接收到的信号强度p存放在功率信息表中。
3.根据权利要求1一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法，所述的数据收发过程，其特征在于，定义了上行消息发送请求信号tone，采用中心站确定上行发送信息的用户站的方法实现上下行数据交互；其中，
下行消息包括preamble、header、消息体和侦尾校验FCS，在header字段中，新增bitmap、upsender和ACK三个有效字段；
所述bitmap字段，中心站以不干扰下行用户站接收为原则，制定bitmap，用于指示接入本中心站的所有用户站tone信号的发送时隙；
所述upsender字段，用于通告本周期内可以向中心站发送上行信息的用户站及其上行发送功率信息；
所述ACK字段，用于对上一个传输周期的上行信息进行确认，包括接收成功确认和失败重传确认；
所述tone信号，用于下一周期需要发送上行数据的用户站向中心站发送通知；
所述中心站确定上行发送信息的用户站方法，是指用户站上行可发送最大功率为m，各用户站到达中心站可解调的功率阀值为r，rx表示用户站x的功率阀值，用户站之间可接收到的信号为p，pxy表示用户站x发送上行信息时，用户站y接收到用户站x的信号强度，网络中所有用户站利用公式w＝(m-pxy)-(m-rx)计算功率余量，选取w值最大且不影响本次下行接收信息的用户站作为此次发送上行信息的用户站，并且用户站上行发送的实际功率为e＝(m-pxy)；
数据收发过程具体步骤为：
步骤3.1：中心站在每一个传输周期开始时确定本周期上行发送信息的用户站，发送preamble和header信息，header信息中新增bitmap、upsender和ACK三个有效字段；
步骤3.2：中心站以最大功率发送下行数据信息，除接收中心站数据的用户站外，其它各用户站根据本地数据缓存情况，同步执行步骤3.3；
步骤3.3：用户站如有数据需要发送，则根据bitmap字段确定的汇报时隙分配，在本用户站时隙到达时发送tone信号给中心站，如没有需要发送的数据，则不发送tone信号；
步骤3.4：中心站在发送下行数据的同时，接收tone信号，缓存各用户站数据发送资源占用需求，为下一帧upsender的选择提供信息参考；
步骤3.5：在tone发送时隙结束后，根据步骤3.1中upsender字段的通告内容，本次可以向中心站发送上行信息的用户站开始发送上行数据，包括preamble、header和data三个字段，中心站在发送下行数据的同时接收该上行信息；
步骤3.6：如果中心站下行信息发送完成，用户站上行信息还未发送完成，则以用户站上行信息发送完成的时间作为此次数据交互结束点，如果中心站下行信息还未发送完成，用户站上行信息已经发送完成，则以中心站下行信息发送完成的时间作为此次数据交互结束点。
4.根据权利要求1一种无线局域网中同频全双工媒体接入控制方法，所述的新用户站加入及网络维护过程，其特征在于，将数据发送完成后第一个短帧间间隔SIFS时间增加了额外时隙T，新加入的用户站监听信道空闲达到SIFS时间后，通过抢占信道的方式在T时间里向中心站发出请求，汇报自身收到中心站信号的衰减情况以及其它用户站对自身干扰信号的衰减情况；中心站接收到新加入用户站的汇报信息后，在N个周期后重新执行网络建立过程，更新功率信息表，其中0<N≤5。
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