[发明专利]接近最公平的重传延时方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及多个用户竞争接入数据网络的数据争用解，更具体说，是涉及解决数据冲突的系统和方法。

背景技术

在把多个用户与一共享通信信道连接的任何网络中，当出现争用时，通常用某种方法解决由哪一个用户获得该信道的使用。当两个或更多用户同时试图在同一带宽中发送数据时，即发生冲突，数据可能丢失。解决用户之间的争夺并从数据冲突中恢复的各种方法，常常被称为媒体接入控制(MAC)协议。

MAC协议的一种主要类型，是随机接入型。该类型协议采用分组争用技术，如时分式ALOHA或载波检测多址(Carrier Sense MultipleAccess，CSMA)来处理信道争用。时分式Aloha通过把信道分为时隙，并要求各用户在每一时隙开始时发送，以降低数据冲突的数量。在时分式ALOHA系统中，当两个或更多用户同时向同一时隙发送时，出现冲突。CSMA通过让用户监控数据信道，以确定该信道是否忙或可供发送使用。在CSMA系统中，当两个或更多用户同时检测到一信道空闲并同时发送时，出现冲突。

一种独立的MAC协议类型，是按需分配型。该类型协议通过把信道分为若干预约时隙(reservation slot)，并要求用户预约一用于发送的信道时隙，据此管理网络争用。与随机接入协议不同，按需分配型系统上的用户得到保证，一旦实现了成功的预约，则数据将无冲突地发送。但是，当两个或更多用户试图同时在同一带宽中进行预约时，则在发送的预约阶段，按需分配冲突仍然出现。

当把多个用户与一共享通信信道连接时，不论是用随机接入协议还是用按需分配协议，数据冲突都是无法回避的事实。为避免每次冲突发生时丢失数据，MAC协议使用冲突解或重传延时算法从冲突中恢复，并确定何时重发冲突的数据。

本领域有三种广为人知的重传延时算法类型。第一种是分解算法，亦称树算法。第二种是自适应p持续算法(adaptive p-persistencealgorithm)，而第三种是二进制指数重传延时(binary exponentialback-off，BEB)算法。每一算法按不同的途径确定何时重发先前冲突的数据。

确定该三种重传延时类型算法中哪一种最佳，不存在唯一的标准。一个性能标准是吞吐量。一般说，吞吐量是在指定时间内，从一个用户传送至另一个用户的数据量。在各种争用解的算法中，吞吐量常常用成功的传送数与传送机会总数之比来测量。例如，在使用按需分配协议的无线互连网接入系统中，吞吐量是完成的成功预约数与可用的预约时隙总数之比。

在前述三种重传延时算法类型中，树算法一般有最高的吞吐量。虽然各种树算法的最大稳定吞吐量仍旧不清楚，但树算法曾达到0.4878的吞吐量。不过，该较高的吞吐量是有代价的。在该三种重传延时算法类型的实施中，树算法远远复杂得多，是最复杂的，又因为树算法要求各用户对每一预约时隙的三种可能条件(成功、冲突、空闲)有充分的了解，所以能实施树算法的网络，数量有限。

第二种重传延时算法类型是自适应p持续算法。自适应p持续算法的原理，是利用预约时隙的反馈，计算由估算的现用用户(参与竞争该带宽的用户)数确定的重发概率p。当出现一空闲时隙时，该算法便增大p，当检测到冲突时，该算法便减小p。当系统中有无限数量的用户时，自适应p持续算法可获得的最大吞吐量最多是1/e＝0.3679。在此情况下，空闲出现的概率是1/e～0.3679，而冲突出现的概率是1-2/e～0.2642。

正如树算法一样，自适应p持续算法要求的有关数据信道的反馈，许多网络并不具备。在许多系统中，包括许多计算机和无线通信网络中，各个用户只知道他们自己的分组是否发送成功，但没有网络中其他信道状态的信息。由于如此多的多用户系统(包括Ethernet、CATV、和无线网络)不设置信道反馈要求，所以经常把BEB算法用于冲突解。

不像树算法和自适应p持续算法，BEB算法不要求用户提供任何数据信道的反馈。BEB的工作原理如下：当分组到达发送队列的队首时，尽快完成即时首先发送。如果发送的用户检测到冲突，则在k个时隙后重发，这里k是均匀分布在区间[1，2ⁱ]上的随机整数。在其上抽取均匀分布数的区间，本文此后称为重传延时窗口。如果i(冲突数)大于16，则丢弃并撤消该分组。某一分组一旦发送成功或被撤消，i被复位为零。作为BEB基础的逻辑是，对给定的分组，大量不成功发送，意味着更多用户正在竞争该可用带宽并应打开更大的重传延时窗口。