[发明专利]基于退避预约的DCF信道接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及IEEE 802.11无线局域网技术领域，特别涉及基于退避预约的DCF信道接入方法。

背景技术

IEEE 802.11无线局域网的媒体接入层使用基于载波侦听访问/碰撞回避(carrier sense multiple access with collision avoidance)机制的分布式信道接入方法DCF，规定节点接入信道时先监听信道约DIFS(distributed interframe spacing)的时间段，若没有监听到任何信号，节点在DIFS之后立即接入信道发送帧；反之，若监听到信号，如图1所示，节点在(0，w)范围内随机地选择一个值作为退避计数器开始执行退避进程，其中，w是节点当前竞争窗口的值(contention window)。节点接入信道时若发生冲突w的值将增加两倍，随着发生冲突次数的增加该值达到标准规定的最大值时保持不变；反之，若节点成功接入信道该值返回至标准规定的最小值。接收节点收到数据帧后等待SIFS(short interframe space)时间段回应一个ACK帧，由此发送节点确认数据帧发送成功。

然而，DCF信道接入机制在密集接入环境下性能低下。一方面，DCF采用的随机退避机制无法使节点根据当前网络的拥塞状况设定竞争窗口：该机制忽略了隐藏终端、信道出错等导致包发送失败的因素，节点发送失败时认为信道拥塞因此将退避窗口增加两倍，结果引起不必要的信道接入时延；反之，节点单次发送成功时认为当前信道上流量稀疏，从而调整退避窗口的值至最小值，导致竞争冲突的发生。另一方面，DCF方法中退避计数器基于随机原则选取，在密集接入环境下引起多个节点选择相同的退避计数器，进而引发信道接入冲突。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供基于退避预约的DCF信道接入方法。

本发明的技术方案是：

(1)单个信标时间间隔分为控制流窗口和数据流窗口；

(2)节点创建计数器预约表，以用于记录监听到其他节点预约的退避计数器的值；

(3)节点在控制流窗口中通过发送控制帧确认其他节点的活跃/睡眠状态，在数据流窗口发送数据帧；

(4)节点发送控制帧时预先选定在数据流窗口接入信道拟使用的退避计数器的值存储在控制帧；

(5)监听到控制帧的节点将发送节点预约的计数器存储在计数器预约表中；

(6)在数据流窗口节点利用预约的退避计数器按次序接入信道发送数据帧；

(7)利用预约的退避计数器接入信道失败的节点按照本发明提出的随机方法重新选择退避计数器进行重传输。

所述步骤(4)中退避计数器的值根据(k+θ)选取，其中，k是节点计数器预约表中存储的最大值，θ是一个预先确定的、节点之间共享的阈值。

所述步骤(3)、(4)中节点第一个接入信道发送控制帧，k的值取1，即节点预约值为(1+θ)的计数器。

所述节点以单个信标时间间隔为单位估测信道的拥塞程度，根据拥塞程度自适应地调整θ的值。

所述步骤(7)在数据流窗口，节点使用预约的退避计数器接入信道失败时根据(Nθ-ε)重新选择退避计数器，其中，N是一个大于零的正整数，由节点随机选择，ε满足0＜ε＜θ的条件。

本发明中节点发送控制帧时将在数据流窗口接入信道发送数据帧时拟使用的退避计数器的值存储在控制帧。由于无线局域网技术具有广播性，位于节点覆盖领域的其它节点可监听到发送节点的控制帧，从而共享发送节点的退避计数器信息。在数据流窗口，节点利用预约的退避计数器执行退避进程发送数据帧。由于退避计数器的值按照预约的次序递增，节点随着退避计数器减小至零的次序接入信道，从而避免了信道接入冲突的发生。

本发明的优点和效果在于退避计数器取值规则优化了退避计数器的选取，最大限度地缩短了空闲信道；其次，退避计数器预约方法降低了信道接入时发生冲突的概率：节点通过发送控制帧预约退避计数器实现了退避信息的共享，避免了多个节点使用相同的退避计数器；最后，本发明提出的方法基于分布式的方式预约退避计数器并执行退避进程，避免了额外开销的产生，节省了信道资源。

附图说明

图1——本发明之前现有技术IEEE 802.11 DCF信道接入机制示意图。

图2——本发明自组式无线局域网中节点预约退避计数器并接入信道的过程示意图。

图3——本发明基础设施无线局域网中节点预约退避计数器的过程示意图。

图4——本发明基础设施无线局域网中节点基于预约退避机制接入信道的过程示意图。