一种基于全双工的节能型无线局域网MAC协议

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1、一种基于全双工的节能型无线局域网MAC协议【摘要】提出了一种基于同时同频全双工的节能型无线局域网MAC协议，对该协议进行网络仿真，并从网络吞吐量、能量消耗等方面与传统的无线局域网MAC协议进行比较。从仿真结果可以看出，基于同时同频全双工的MAC协议的性能较传统半双工无线局域网MAC协议有较大改善，而且在达到同等性能的条件下所提出的MAC协议比FD-MAC消耗的能量更少。【关键词】无线局域网同时同频全双工MAC协议节能中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-22-0046-05AnEnergy-SavingWLANM

2、ACProtocolBasedonFull-DuplexWANGJun,JINHao,LIYong(WirelessSignalProcessingandNetworkLab,KeylaboratoryofUniversalWirelessCommunication,MinistryofEducation,BeijingUniversityofPosts&Telecommunications,Beijing100876,China)[Abstract]Anenergy-savingWLANMACprotocolbasedonco-timeco-fr

3、equencyfullduplexisproposedinthispaper,whichiscomparedthroughnetworksimulationswiththetraditionalMACprotocolinaspectsofnetworkthroughputandenergyconsumption.SimulationresultsrevealthattheproposedMACprotocolnotonlyoutperformsthetraditionalMACprotocol,butalsoconsumeslessenergythanFD

4、-MACprotocolundertheconditionofthesameperformances.［Keywords］WLANco-timeco-frequencyful1duplexMACprotocolenergy-saving1引言双工是一种实现双向通信的技术，分为2类：全双工是指通信双方同时发送和接收信号；半双工是指通信双方轮流发送和接收信号。现冇的无线通信基木的全双工方法有2种：频分双工(FDD)是异频全双工通信，通信双方发送的信号频带不同；时分双工(TDD)是同频全双工通信，采用相同的频带发送信号，但收发轮流进行。无线通信中，由于发送信号和

5、接收信号的功率十分悬殊，通常到60dB以上［1］,而接收信号的功率时时变化且没冇规律，因此同时同频全双工技术在无线通信时实现难度大。现阶段，无线射频支持在同一个信道上某一时刻只进行发送或者接收操作，而不能同时发送和接收数据。很多学者对同时同频全双工技术的实现做了大量的研究，而实现同时同频全双工技术的最大难题在于如何消除自干扰(Self-interfeTence)。因此，国内外一些学者対同时同频全双工的自干扰消除技术进行了深入研究。文献［2］提出了一种模拟消除技术，使用噪声消除芯片从接收信号中减去自干扰信号(噪声)实现干扰消除。文献［3］提出了一种数字消除技

6、术，即经过ADC采样Z后，使用Z字形(ZigZag)解码技术实现干扰消除。文献［4］提出了一种利用天线布局技术(AntennaPlacementTechniques)来消除自干扰的"天线”消除法,该方法为每个节点配置三根天线(两发一收)，两个发射天线与接收天线的距离差为半个波长，能消除自干扰20〜30dB,再加上模拟和数字消除法,可以消除自干扰50~60dBo文献［1］利用信号反转和自适应消除法实现同时同频全双工，单独使用信号反转可以减少自干扰信号45dB以上，加上自适应消除法可以将10MHz带宽的OFDM自干扰信号减少73dB,再加上信号在发送天线和接收

7、天线之间的路径损耗，发送信号经接收端处理后能降低lOOdB以上。这样在短距离无线通信网络中，可以实现接近理想的同时同频全双工传输机制。国内外已有许多学者将同时同频全双工技术应用于各种无线网络，并得出了相关结论。文献［5］分析了全双工无线网络的信道容量和能量效率。文献［1］提出了基于同时同频全双工的无线局域网MAC协议(FD-MAC)。文献［6］将定向天线技术引入至全双工无线多跳网络，在节点拓扑呈线性结构时可以提高网络吞吐量。文献［7］提出了一种自适应的全双工无线局域网MAC协议，即根据节点缓存来选择竞争窗口大小，缓存越人，竞争窗口就越小。文献［8］提出了一

8、种基于全双工的无线多跳网络MAC协议(RFD-MAC),该协议通过