[发明专利]基于门限服务的CSMA/CA多址接入方法

说明书

本发明提出一种基于门限服务的CSMA/CA多址接入方法，需要接入信道的节点按照CSMA/CA协议来抢占信道；当退避计数器的值减到0后，节点检查缓存队列的长度，并将剩余计数器的值设为该缓存队列的长度；节点发送一个数据帧，然后启动计时器来记录等待ACK确认的时间；判断节点是否在ACK_TIMEOUT时间内收到ACK确认，如果是，则数据帧发送成功。本发明可以极大地缩小节点的竞争时延，让数据帧尽早地一次性发完，从而提升网络的吞吐量，减小数据帧的平均时延和延迟抖动，增强系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于门限服务的带冲突避免的载波侦听(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，以下简称为CSMA/CA)多址接入方法。

背景技术

随着互联网的高速发展和智能终端的大规模使用，移动通信网络流量增长迅猛。思科白皮书指出，目前全球移动通信数据流量的年增长率为47％，到2021年，每年的移动数据流量将超过0.5ZB，且超过半数是语音、视频等实时业务。而全球大约有60％的流量是通过Wi-Fi网络卸载，因此这对Wi-Fi等无线局域网的网络容量提出了更高的要求。目前无线网络可以支持较高的链路速率，如IEEE 802.11n可达到600Mbps的链路速率，且下一代光无线网络有望达到Gbps的速率，但链路利用率依然很低，导致网络吞吐量不高。因此提升网络的带宽利用率是一个亟待解决的问题。

媒质接入控制(Medium Access Control，MAC)协议是影响网络吞吐量的一个重要因素。无线接入网中多个用户共享同一信道，各个用户之间通过竞争来发送数据，用户数据之间的冲突会造成大量的带宽浪费。目前无线局域网采用的DCF(DistributedCoordination Function)协议主要是一种基于CSMA/CA的信道接入机制。其核心思想是，节点在发送数据之前先监听信道并进行随机退避，以尽可能地减少节点之间的冲突。这种机制的主要缺点是虽然通过随机退避减少了节点之间的冲突，但大量带宽被节点的随机退避时间所浪费，真正有效发送数据的时间很少，因此系统吞吐量仍有限。尤其是当负载较高时，该协议极易造成系统不稳定。为了克服这一缺点，人们试图对传统的CSMA/CA协议进行改造来提高系统的吞吐量。

现有的策略有以下不足的地方：

(1)只适用于特定场景，如用户数比较密集的情况。

(2)需要改动现有的数据帧结构或增加硬件复杂度，实现成本高。

(3)算法实现复杂，需要网络的全局信息或过去的网络状态统计信息(如成功概率，信道利用率等)来作为算法调度的参数。

因此，面向下一代大容量、高速率的无线局域网，本发明提供一种基于门限服务的CSMA/CA多用户信道接入协议，在提高网络的吞吐量的同时，降低数据帧平均延迟和延迟抖动，且该协议实现简单，成本较低。

发明内容

本发明的目的是针对无线接入网带宽利用率低，无法很好地支持高负载、低延迟业务的问题，提供一种基于门限服务的CSMA/CA媒质接入控制协议，以提高网络的吞吐量，降低数据帧延迟。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：

一种基于门限服务的CSMA/CA多址接入方法，其特点在于：包括如下步骤：

步骤S1，需要接入信道的节点按照CSMA/CA协议来抢占信道：节点监测信道，当监测到信道持续空闲DIFS时间后，节点随机退避，在退避过程中，节点每个时隙监测一次信道，如果信道空闲，则退避计数器减1，如果信道忙，则冻结退避计数器的值，并继续监测信道，当信道再次空闲DIFS时间后，节点再从上次冻结的计数值开始退避；

步骤S2，当退避计数器的值减到0后，节点检查缓存队列的长度，并将剩余计数器的值设为该缓存队列的长度；