一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法及系統的製作方法
2023-12-11 17:11:22
專利名稱：一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電通信技術領域，尤其涉及一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法及系統。
背景技術：
在過去幾十年，隨著無線終端技術的發展，分布式網絡正經歷著一個高速發展的階段，如無線區域網(Wireless LANs),無線自組織網(Wireless ad hoc networks)以及無線mesh網(Wireless mesh networks)。在這些網絡中，由於其移動性,低成本,靈活性等優點，分布式網絡已經得到迅速的普及和推廣，逐漸產業化，走進日常生活。
在無線分布式網絡中，MAC (Medium access control媒體接入控制)協議主要負責無線節點的調度和數據的收發，而使用最廣泛的MAC協議則是IEEE 802.11。IEEE802. IlMAC 協議定義了兩種信道接入方式DCF(Distributed coordinate function,分布式協調功能)和可自由選擇的PCF (Point coordinate function,集中式協調功能)。DCF 協議也就是大家所熟知的 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance，帶衝突避免的載波偵聽多址接入)。當多個節點競爭信道時，DCF協議採用物理監控和虛擬載波監控機制，檢測信道狀態，如信道忙則採用隨機退避機制使得節點延遲接入，以此來有效減小衝突概率，所以退避機制的選擇直接影響到整個網絡性能的好壞。802. 11協議中使用最廣泛的退避算法是BEB(Binary exponential backoff,二進位指數退避)算法。當節點想接入信道時，先檢測信道狀態，如果信道繁忙，則節點需延遲接入，直到監測到信道空閒DIFS (DCF interframe space)個時隙後再次接入。在信道空閒DIFS時隙後，節點則在下次傳輸前隨機產生一個退避時間，並對退避時間作倒計時操作，直到退避時間到達零,則節點發送數據。退避時間為Tbaektjff = Random(0, Cff)^aSlotTime,其中，CW為競爭窗，一個大於0的整數，Random(0, Cff)表示在O-CW之間隨機取一個整數，aSlotTime指aslot time,也就是系統默認的一個時隙的時間，CWmin是由物理層特性決定的，為初始化值。退避規則如下Cff = min (2iCffmin, Cffmax)經歷衝突Cff = Cffmin成功發送BEB算法實現容易，故作為802. 11的標準退避算法。但是當節點成功發送一次後，其競爭窗重置為最小值，這樣該節點在下次爭用信道時仍有更大機會爭用成功，在節點數較多時，容易導致嚴重的不公平問題。為了改進BEB的不公平問題,MILD (Multiplicative Increase Leaner Decrease,乘性增加線性減小)算法在經歷衝突時，將CW乘以一個因子S1;在成功發送後，則減去一個因子S D，同時採用CW複製機制-在數據包中加入一個區域，記錄CW值，發送數據包時，鄰節點複製並採用源節點的CW，以此來保證鄰節點都有相同的CW。其規則如下Cff = min( 6 jCW, Cffmax)經歷衝突
Cff = max (Cff- 8 D, Cffmin)成功發送MILD算法有效解決了 BEB中的不公平問題，但是複製機制要求在包中加入另外的空間存儲競爭窗，這樣增加了算法的複雜性。同時，當在不同區域的節點使用不同的競爭窗值時，在相鄰區域的中間節點很難決定使用哪個區域的競爭窗，這就是遷移問題。後面又有學著提出HBAB(History Based Adaptive Backoff,基於歷史記錄的自適應退避)算法，該算法將過去的信道狀態納入考慮範圍，以此來反映網絡狀態，據此來決定是否該增加CW還是減小CW，當傳輸失敗時，CW乘以一個參數a ;傳輸成功時，則需要進一步檢查信道的狀態歷史，基於這個歷史來調整CW。HBAB算法實現較為簡單，且加入考慮歷史信道狀態；但是其參數a是根據經驗值分配，故不能有效反映實際信道狀態，也不大適合實時變化較快的信道。
總之，傳統的退避算法，有些要根據估計節點數來動態調整CW，此類算法獲得的CW能有效反映理論環境，但是計算估計節點數需要大量的計算，同時如果估計錯誤，則可能對整個算法的效果產生不良的影響。而有些算法則簡單的考慮通過線性或者乘性的規則來改變CW，如上文中的BEB和HBAB，其CW都是簡單的乘2或者初始化為CWmin，HBAB的相比BEB的改進在其能根據信道歷史狀態來變化CW，但是其變化因子a根據經驗值直接分配，此兩種算法實現較為容易，但是不能有效反應實時的信道環境。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題在於提供一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法，旨在根據過去實時的信道狀態，自適應調整CW的改變規則，以此增加吞吐量，減小延遲，提聞網絡性能。本發明是這樣實現的，一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法，包括下述步驟步驟A :初始化系統，並將競爭窗CW的值初始化為系統默認值；步驟B :記錄信道狀態，並結合歷史信道狀態，在步驟A系統默認值的基礎上更新競爭窗CW的值；步驟C :通過更新後的競爭窗CW的值獲得退避時隙，並在此退避時隙期間獲得信道利用率，再進一步根據信道利用率獲得傳輸概率；步驟D :獲取競爭窗變化因子，然後根據所述競爭窗變化因子以及所述傳輸概率確定競爭窗CW。進一步地，所述步驟C中具體根據下述公式獲得信道利用率q
權利要求
1.一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法，其特徵在於，包括下述步驟 步驟A :初始化系統，並將競爭窗CW的值初始化為系統默認值CWmin ； 步驟B :記錄信道狀態，並結合歷史信道狀態，在步驟A系統默認值的基礎上更新競爭窗CW的值； 步驟C :通過更新後的競爭窗CW的值獲得退避時隙，並在此退避時隙期間獲得信道利用率，再進一步根據信道利用率獲得傳輸概率； 步驟D :獲取競爭窗變化因子，然後根據所述競爭窗變化因子以及所述傳輸概率確定競爭窗CW。
2.如權利要求I所述的自適應退避算法中競爭窗的確定方法，其特徵在於，所述步驟C中具體根據下述公式獲得信道利用率q
3.如權利要求2所述的自適應退避算法中競爭窗的確定方法，其特徵在於，所述步驟D根據下述公式確定新的競爭窗變化因子a a = 2-p, a G (1，2)。
4.如權利要求I所述的自適應退避算法中競爭窗的確定方法，其特徵在於，所述步驟C中具體根據下述公式獲得信道利用率q
5.如權利要求4所述的自適應退避算法中競爭窗的確定方法，其特徵在於，所述步驟D根據下述公式確定新的競爭窗變化因子a : a = l+qm。
6.一種自適應退避算法中競爭窗的確定系統，其特徵在於，包括 競爭窗值更新模塊，用於在初始化系統後將競爭窗CW的值初始化為系統默認值，並根據檢測到的系統當前信道狀態和記錄的歷史信道狀態，在系統默認值的基礎上更新競爭窗Cff的值； 信道利用率及傳輸概率計算模塊，用於通過所述競爭窗值更新模塊更新後的競爭窗CW的值獲得退避時隙，並在此退避時隙期間獲得信道利用率，再進一步根據信道利用率獲得傳輸概率； 競爭窗值確定模塊，用於獲取競爭窗變化因子，然後根據所述競爭窗變化因子以及所述信道利用率及傳輸概率計算模塊計算的傳輸概率確定競爭窗CW。
7.如權利要求6所述的自適應退避算法中競爭窗的確定系統，其特徵在於，所述信道利用率及傳輸概率計算模塊具體根據下述公式獲得信道利用率q
8.如權利要求7所述的自適應退避算法中競爭窗的確定系統，其特徵在於，所述競爭窗值確定模塊根據下述公式確定新的競爭窗變化因子a a = 2~p, cl G (1,2)。
9.如權利要求6所述的自適應退避算法中競爭窗的確定系統，其特徵在於，所述信道利用率及傳輸概率計算模塊具體根據下述公式獲得信道利用率q
10.如權利要求9所述的自適應退避算法中競爭窗的確定系統，其特徵在於，所述競爭窗值確定模塊根據下述公式確定新的競爭窗變化因子a : a = l+qm。
全文摘要
本發明適用於電通信技術領域，提供了一種自適應退避算法中競爭窗的確定方法及系統。方法包括下述步驟步驟A初始化系統，並將競爭窗CW的值初始化為系統默認值CWmin；步驟B記錄信道狀態，並結合歷史信道狀態，在步驟A系統默認值的基礎上更新競爭窗CW的值；步驟C通過更新後的競爭窗CW的值獲得退避時隙，並在此退避時隙期間獲得信道利用率，再進一步根據信道利用率獲得傳輸概率；步驟D獲取競爭窗變化因子，然後根據競爭窗變化因子以及傳輸概率確定競爭窗CW。本發明通過考慮加入新的變量信道利用率來獲得競爭窗變化因子的優化值，通過過去退避時候發生衝突的比例大小來動態調整，這樣獲得的變化因子是變化的，競爭窗也是動態調整的。
文檔編號H04W16/18GK102711130SQ20121020117
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者吳軍, 王暉, 謝寧 申請人:深圳大學