[发明专利]一种自适应退避算法中竞争窗的确定方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于电通信技术领域，尤其涉及一种自适应退避算法中竞争窗的确定方法及系统。

背景技术

在过去几十年，随着无线终端技术的发展，分布式网络正经历着一个高速发展的阶段，如无线局域网(Wireless LANs)，无线自组织网(Wireless ad hoc networks)以及无线mesh网(Wireless mesh networks)。在这些网络中，由于其移动性，低成本，灵活性等优点，分布式网络已经得到迅速的普及和推广，逐渐产业化，走进日常生活。

在无线分布式网络中，MAC(Medium access control媒体接入控制)协议主要负责无线节点的调度和数据的收发，而使用最广泛的MAC协议则是IEEE 802.11。IEEE 802.11MAC协议定义了两种信道接入方式：DCF(Distributed coordinate function，分布式协调功能)和可自由选择的PCF(Point coordinate function，集中式协调功能)。

DCF协议也就是大家所熟知的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，带冲突避免的载波侦听多址接入)。当多个节点竞争信道时，DCF协议采用物理监控和虚拟载波监控机制，检测信道状态，如信道忙则采用随机退避机制使得节点延迟接入，以此来有效减小冲突概率，所以退避机制的选择直接影响到整个网络性能的好坏。

802.11协议中使用最广泛的退避算法是BEB(Binary exponential backoff，二进制指数退避)算法。当节点想接入信道时，先检测信道状态，如果信道繁忙，则节点需延迟接入，直到监测到信道空闲DIFS(DCF interframe space)个时隙后再次接入。在信道空闲DIFS时隙后，节点则在下次传输前随机产生一个退避时间，并对退避时间作倒计时操作，直到退避时间到达零，则节点发送数据。退避时间为T_backoff＝Random(0，CW)*aSlotTime，其中，CW为竞争窗，一个大于0的整数，Random(0，CW)表示在0-CW之间随机取一个整数，aSlotTime指aslot time，也就是系统默认的一个时隙的时间，CW_min是由物理层特性决定的，为初始化值。退避规则如下：

CW＝min(2iCW_min，CW_max)经历冲突

CW＝CW_min               成功发送

BEB算法实现容易，故作为802.11的标准退避算法。但是当节点成功发送一次后，其竞争窗重置为最小值，这样该节点在下次争用信道时仍有更大机会争用成功，在节点数较多时，容易导致严重的不公平问题。

为了改进BEB的不公平问题，MILD(Multiplicative Increase Leaner Decrease，乘性增加线性减小)算法在经历冲突时，将CW乘以一个因子δ_I；在成功发送后，则减去一个因子δ_D，同时采用CW复制机制-在数据包中加入一个区域，记录CW值，发送数据包时，邻节点复制并采用源节点的CW，以此来保证邻节点都有相同的CW。其规则如下：

CW＝min(δ_ICW，CW_max)经历冲突

CW＝max(CW-δ_D，CW_min)成功发送

MILD算法有效解决了BEB中的不公平问题，但是复制机制要求在包中加入另外的空间存储竞争窗，这样增加了算法的复杂性。同时，当在不同区域的节点使用不同的竞争窗值时，在相邻区域的中间节点很难决定使用哪个区域的竞争窗，这就是迁移问题。

后面又有学着提出HBAB(History Based Adaptive Backoff，基于历史记录的自适应退避)算法，该算法将过去的信道状态纳入考虑范围，以此来反映网络状态，据此来决定是否该增加CW还是减小CW，当传输失败时，CW乘以一个参数α；传输成功时，则需要进一步检查信道的状态历史，基于这个历史来调整CW。

HBAB算法实现较为简单，且加入考虑历史信道状态；但是其参数α是根据经验值分配，故不能有效反映实际信道状态，也不大适合实时变化较快的信道。