基于退避预约的DCF信道接入方法与流程

本发明涉及ieee802.11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：

ieee802.11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(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance)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(distributedinterframespacing)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(contentionwindow)。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(shortinterframespace)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。

技术实现要素：

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ieee802.11dcf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。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明如下：

单个信标时间间隔分为控制流窗口和数据流窗口；

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；

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；

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；

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；

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；

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。

在自组式无线局域网(adhocwlan)中，单个信标发送时间间隔(beaconinterval)分为atim窗口和beyondatim窗口，节点在atim窗口通过发送atim帧确认其他节点的状态(活跃/睡眠状态)，在beyondatim窗口发送数据帧。节点发送atim帧时预先选定下次接入信道拟使用的退避计数器的值存储在atim帧，所有监听到该atim的节点将预约的退避计数器的值记录在计数器预约表中。

退避计数器的值根据(k+θ)预约，其中，k是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。若节点首先接入信道发送atim帧，k的值取1，即节点预约值为(1+θ)的计数器。

atim窗口结束后，节点使用预约的退避计数器执行退避进程并按次序接入信道发送数据帧。若节点利用预约的计数器发送失败，可根据(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。

为了最大限度的缩短空闲信道、缓解竞争冲突，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。

在基础设施无线局域网(infrastructurewlan)中，本发明将单个信标时间间隔分为控制流窗口和数据流窗口，节点在控制流窗口发送ps-poll帧并预约退避计数器，在数据流窗口使用预约的退避计数器执行退避进程并接入信道，退避计数器取值方法及预约过程与节点在自组式无线局域网中的过程一致。

由于本发明中节点预约的退避计数器的值以θ为间隔依次增加，因此节点检测信道、执行退避进程发生的空闲信道仅为difs+θμ；同时，θ的值可基于信道的拥塞状况进行动态地调节，从而有效地缩减了空闲信道；此外，节点通过预约退避计数器相互共享了计数器的信息，从而避免了信道接入过程中竞争冲突的发生。

本发明具体应用过程简要说明。

下面用图进一步说明本发明的实施过程。假设θ的值为3，如图2所示，在自组式无线局域中，节点a和c在atim窗口分别发送了一个atim帧，其中节点a首先接入信道，因此预约4作为退避计数器，接下来节点c预约了7作为退避计数器。atim窗口终止后，节点a和c利用预约的退避计数器按次序接入信道发送数据帧。由于节点e未预约计数器，因此在节点a和c发送结束后随机选择退避计数器接入信道。

在基础设施无线局域网中，如图3所示，假设基本数据集中有a、b、c三个节点，节点a在控制流窗口中首先接入信道发送了ps-poll帧，因此预约了值为4的计数器，节点b和c按次序分别预约了值为7、10的退避计数器。进入数据流窗口，如图4所示，监测信道difs之后，节点a等待4个时隙后接入信道发送数据帧。a的数据帧发送结束后节点b和c分别等待3、6个空闲时隙依次接入信道发送数据帧。