[发明专利]一种无线信道访问竞争的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及无线网络通信领域，尤其涉及无线信道访问竞争的控制 方法及装置。

背景技术

21世纪的头十年，通讯产业正处于一个转折点上。20世纪可以被称作 “有线世纪”，有数以百万计公司的铜制电缆、光缆被架设到了家庭、办公 大楼以及街道的地下和上方，甚至是海洋底下。21世纪则在迅速地成为“无 线世纪”。与上一世纪不同的是，使用无线技术的动机已经不再是话音，而 是数据了。这一转变一直是向用户发布特有服务的许多不同技术的推动力。 无线局域网作为主流的无线宽带接入技术之一，以其广泛的适用性和技术价 格方面的优势，获得了成功和迅速的发展，特别是近年来随着个人数据通信 的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端得到广泛应用。

IEEE 802.11无线网络(包括Ad Hoc网络)得到了迅速的发展，已经被 广泛地应用在人们的工作和生活中，并被普遍认为将在下一代无线通信中发 挥重要作用。IEEE 802.11MAC(媒体接入控制)子层协议定义了两种信道 接入方式：DCF(分布式协作功能)和可选的PCF(点协作功能)。其使用 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听 多点接入/避免冲撞)载波监测机制，通过交换RTS/CTS/ACK控制帧来预约 信道和保证数据帧的正确接收，实现可靠的数据传输。

IEEE 802.11MAC层协议需要解决的最突出问题是控制同时访问无线信 道的多个移动节点之间的竞争。现有的DCF控制方法如下(参见文献1：IEEE 802.11Working Group(June 122007).IEEE 802.11-2007：Wireless AN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications.ISBN： 978-0-7381-5656-9)：

当一个节点需要发送帧时，要调用载波侦听机制来确定信道的忙/闲状 态，如果信道忙，它将推迟直到信道连续处于闲状态达到DIFS时间，为了 避免发送冲突，这时该节点在发送前必须经过一个附加的退避周期，将产生 一个随机的退避时间(Back offTime)，并存入退避计数器，如果退避计数 器中已经包含有一个非0的值，那么就不再执行产生随机退避时间的过程。 退避时间的产生方法如下：

其中，Random()是均匀分布在[0，CW]范围内的随机整数，CW(Contention Window，竞争窗口)是介于由物理层特征决定的最小竞争窗口CW_min和最大竞 争窗口CW_max之间的一个整数值，即CW_min≤CW≤CW_max。例如对于直接序列扩 频(DSSS)，CW_min和CW_Max分别为31和1023。a Slot Time是由物理层特 性决定的一个时隙的实际长度值，对于DSSS，一个时隙的长度是20μs。 因此，退避时间是一个以时隙为单位的随机整数。

一个节点执行退避过程时，在每一个时隙中侦听信道的状态，如果信道 闲，则将退避时间计数器减1；如果信道忙，则退避过程将被推迟，退避时 间计数器被冻结(即不再递减)，直到侦听到信道处于连续空闲状态达到 DIFS时间，退避过程重新被激活，继续递减。当退避计数器递减到0时， 节点就可以执行发送。当多个节点同时竞争信道时，每个节点都经过一个随 机时间的退避过程，才能占有信道，这样就大大减少了发送冲突发生的概率。 另外，通过采用退避过程中的冻结机制，使得被推迟的节点在下一轮竞争中 无需再次产生一个新的随机退避时间，只需继续进行计数器递减，那么，等 待时间长的节点的优先级就高于新加入的节点，就可能优先得到信道，从而 维护了竞争节点之间一定的公平性。