[发明专利]基于时隙CSMA\CA模式的自适应退避方法

说明书

本发明公开了一种基于时隙CSMA\CA模式的自适应退避方法，包括站点统计自身的直连站点的数据及当前信标周期内接收到的数据数量；数据发送时，根据直连站点数目及数据数量，选择退避时间范围；对待发送数据的发送情况进行评估，并动态调整该数据下一次发送退避时间的时间段。本发明通过监听阶段获取网络站点规模及数据流量，为数据发送的决策阶段提供相应的信息，并对待发送数据的发送情况进行评估，使得网络节点能够根据网络及数据发送的状况动态的选择一个合适的退避范围。该方法能够增加网络吞吐量并降低网络通信延时，也能够提高信道介入的公平性。

技术领域

本发明具体涉及一种基于时隙CSMA\CA模式的自适应退避方法。

背景技术

在低速无线个域网(LR-WPAN,Low Rate-Wireless Personal Area Network)中，MAC子层包含了一种特殊的“超帧”，其结构如图1所示。网络协调器通过超帧分配信道的访问时间及时间同步。超帧规定了站点只在活跃时间段内进行通信，非活跃时间段内站点休眠。其中活跃部分又分为信标帧发送时间段、竞争访问时间段和非竞争访问时间段。普通站点首先侦听接收网络中的信标帧，信标帧如果接收到了信标帧，它就跟发送信标的协调器进行同步，同步后在竞争访问时间段使用时隙CSMA\CA模式下竞争信道，CSMA\CA的工作原理如图2所示，竞争到信道后就将数据帧发给协调器，协调器成功接收到数据以后，如果需要回复确认帧以表示成功接收到该数据帧，就接着发送一个确认帧。普通站点在约定的时间内接收到确认帧并解析正确，则认为数据帧发送成功，否则，认为数据帧发送失败或与其他帧产生了冲突。

在基于时隙CSMA/CA模式的MAC协议中，退避算法的目标是赋予节点适当的退避时间，以正确反映节点附近信道的争用状况，包括IEEE 802.15.4标准在内的很多无线通信协议都采用二进制指数退避算法，该算法主要由三个变量决定算法的执行进程，分别是：退避次数NB(Number of Backoffs)、竞争窗口长度CW(Content Window Length)和退避指数BE(Backoff Exponent)。标准中设定时隙方式下BE的最小默认值为macMinBE＝3，最大值为macMaxBE＝8，退避时间为[0,2^macMinBE-1]中的一个随机时间，CW默认值为2，其算法流程如图3所示。

二进制指数退避算法虽然实现方式简单，但也存在诸多问题：

首先，BE的范围被限制在固定的[macMinBE，macMaxBE]之间，不能适应网络站点规模及网络数据传输密度的变化。在CSMA\CA开始后，接入信道的节点需要经过多次迭代调整退避指数BE，直到达到默认的最大值macMaxBE，或者随机的退避周期未发生碰撞为止。当再次进行发送时，BE又恢复默认值，造成网络冲突或重传的概率上升，竞争更加激烈，如此恶性循环，严重时将会使信道堵塞，网络瘫痪，浪费大量的信道资源和传输时间。

其次，它的“自利性”，即有利于数据传输成功的站点短时间内再次抢占到信道的特性，容易导致网络中其他的站点因多次竞争失败而无法发送数据。其原因在于若站点在其中某次竞争中成功发送了数据，则其退避指数BE恢复至macMinBE，而其他站点由于本次竞争未抢占到信道，导致BE增大，在下一次发送时，前一次成功抢占信道的站点由于BE较小，将有大概率再次抢占信道，最终将可能导致其他站点的NB值超限，发送失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够增加数据传输成功率、提高网络吞吐量和减少站点接入信道延迟的基于时隙CSMA\CA模式的自适应退避方法。

本发明提供的这种基于时隙CSMA\CA模式的自适应退避方法，包括如下步骤：

S1.站点在监听阶段统计自身的直连站点的数据STAn及当前信标周期内接收到的帧数量RecFrame；

S2.当站点判断需要进行数据发送时，根据步骤S1统计的直连站点数目STAn及帧数量RecFrame，选择退避时间范围；