一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及无线网络领域，尤其是涉及无线信道竞争访问中的接入方法。
【背景技术】
[0002] 21世纪称为信息世纪，在承载信息的通讯方式中，无线通信相比有线通信体现了 其便利性和高度自由性。随着移动终端使用数量的爆发式增长，无线网络的覆盖率也大幅 增加。人们的需求已从单纯的语音流转向语音，视频，文本等混合数据流，对无线数据传输 的需求也随之增加。这成为无线网络发展的动力。随着普无线网络的及，无线网络中的技 术也成为热点，着重研究与解决物理层以及数据链路层问题。
[0003] 当前流传最广的为IEEE 802. 11标准，其定义了物理层和媒体接入控制（Media Access Control，MAC)层标准。IEEE 802. 11标准定义的MAC层中，分为两种接入方式：点 协调功能（PCF)和分布式协调功能（DCF)。均使用载波侦听多点接入/碰撞避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)机制，并通过 RTS/CTS 三 次握手方式来接入信道以保障数据的可靠传输。
[0004] 除了 CSMA/CA被用来防止碰撞外，二进制指数退避（Binary Exponential Backoff，BEB)也是802. 11中减少碰撞的一项举措。在BEB中，退避计时时长均为节点从0 到i：/f中随机选取一个整数并乘以时隙（Slot Time，ST)。其具体实施过程为：首先，^初 始为最小竞争窗口 Cfrr=,节点从〇到；^中随机选取一个整数；当节点发送数据发生碰 撞后，则将or加倍，并重新从〇到or中随机选取值。若继续发送碰撞，则or不断加倍 直到超过阈值最大竞争窗口 时则选取作为I。当节点成功传输数据后，则 将重置为,再次从〇到f/f中随机选取值。, Cfias的初值均已定义，例 如在直接序列扩频（DSSS)中，和分别为31和1023。其缺点在于当节点数目 较多时，过小的初始值Cf;=依旧会有很高的碰撞概率。而且，由于成功发送的节点总是有 较小的竞争窗口而更容易获得接入信道的机会，过大的竞争窗口会导致延迟增加，这样的 竞争窗口的选取对于发生了碰撞的节点而言是不公平的，也并未从根本上解决碰撞问题。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明公开了一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制 方法，根据节点所处分区将节点分成几个小部分，并且根据当前节点数目计算竞争窗口值， 可以在有效降低碰撞概率的同时不会出现由于局部区域内节点过多而导致碰撞概率变大。 当节点成功传输后就选取一个固定时长作为退避时长，当每个节点都有一个固定的退避时 长而不相互影响的时候，就可以实现免碰撞的传输。这样从根本上解决碰撞问题，对网络性 能尤其是吞吐量和延迟方面都有很大的提升。
[0006] 本发明提供一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法，包括以下步 骤： 步骤1、利用节点定位技术获取节点自身与基站的水平距离?/，通过接收基站信标帧 获取基站最大传输半径i?; 步骤2、各节点估算网络中总的活动节点数目」V，并根据活动节点数目」V计算时长 T:zr:：1 ； 步骤3、各节点利用自身与基站的水平距离if、基站最大传输半径夕和总的活动节点 数目Ar判断自己所在分区并计算该分区对应的竞争窗口 值； 步骤4、根据计算出的竞争窗口 值估算相邻前、后分区以及本身所处分区内节点数 目 ，刀―； 步骤5、根据自身发送状态和相邻前、后分区以及本身所处分区的节点数目」、;？ "， ,Zyz.动态选择竞争窗口 并计算退避时间·? ; 步骤6、节点根据各自计算的退避时间?执行退避后接入无线信道，发送完数据后返回 步骤1。
[0007] 与现有技术相比，本方法的优点在于： 1) 对节点进行区域划分，形成小区域内竞争，根据节点距离和估算节点数目动态选择 竞争窗口，在碰撞之后对竞争窗口选取的优化均可以降低碰撞概率； 2) 在节点成功传输后选择固定时长，在每个节点拥有各自独立的接入信道时间后可以 达到免碰撞状态，对网络的吞吐量，延迟方面均有较大优化。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明的流程图； 图2是本发明的距离分区划分示意图； 图3是节点的退避计时选取流程图。
【具体实施方式】
[0009] 本发明的核心是利用能够获取的距离信息以及估算的活动节点数量来计算竞争 窗口，并根据估算相邻前、后分区节点数量以及自身的发送状态来选取和优化竞争窗口和 退避时间，最终在每个节点拥有各自独立的接入信道时间后可以达到免碰撞状态。
[0010] 结合图1，本发明技术方案的具体步骤为： 步骤1、假设利用节点定位技术获取节点自身与基站的水平距离，通过接收基站信 标中贞获取基站最大传输半径; 结合图2,节点根据自身距离基站的水平距离if可以判断自己所处分区从而计算其分 区对应的竞争窗口 iT值。
[0011] 步骤2、各节点估算网络中总的活动节点数目#，并根据活动节点数目」V计算时 首先，节点建立邻居节点表； 其次，节点通过侦听邻居节点的数据帧更新邻居节点表中邻居节点的生存时间； 然后，获取邻居节点表中生存时间小于阈值Γ的节点数目σ ,根据式（1)估算所有活 动节点数目# : N = σ ； (1) 在得到活动节点数目之后，按式（2)计算时长T1...... ·,：
【主权项】
1. 一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法，其特征在于， 节点首先根据可获取的距离参数判断自己所在分区，并估算总的活动节点数目 #和时长，然后计算竞争窗口 值，从而估算相邻前、后分区以及本身所处分区 的节点数目Z?. , 最后根据自身发送状态和相邻距离分区内节点数目动态选 择竞争窗口 值并计算退避时间￡，按此退避时间接入无线信道，所述方法包括以下步 骤： 步骤1、利用节点定位技术获取节点自身与基站的水平距离rf,通过接收基站信标帧 获取基站最大传输半径汐； 步骤2、各节点估算网络中总的活动节点数目并根据活动节点数目jV计算时长 J. _ 步骤3、各节点利用自身与基站的水平距离￡/、基站最大传输半径i?和总的活动节点 数目#判断自己所在分区并计算该分区对应的竞争窗口 值； 步骤4、根据计算出的竞争窗口CF值估算相邻前、后分区以及本身所处分区内节点数 巨
步骤5、根据自身发送状态和相邻前、后分区以及本身所处分区的节点数目 ，动态选择竞争窗口 并计算退避时间t; 步骤6、节点根据各自计算的退避时间t执行退避后接入无线信道，发送完数据后返回 步骤1。
2. 根据权利要求1所述的一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法，其 特征在于，所述步骤2中估算总的活动节点数目#和计算时长的计算过程包括以 下步骤： 步骤一：节点建立邻居节点表； 步骤二：节点通过侦听邻居节点的数据帧更新邻居节点表中邻居节点的生存时间； 步骤三：获取邻居节点表中生存时间小于阈值T的节点数目,估算总的活动节点数 目#为： N二G?， 步骤四：时长：的计算方法为：
上式中：7^_5和7^_5为相应控制巾贞时长，为数据包时长，为确认巾贞时长， SIFS为短帧帧间间隔时间（ShortInterFrameSpace，SIFS)，DIFS为帧间间隔时间(DistributedInter-frameSpacing,DIFS)，均为 802. 11 标准定义。
3. 根据权利要求1所述的一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法，其 特征在于，所述步骤3中竞争窗口 值计算过程： 竞争窗口 值由节点自身与基站的水平距离tf、基站最大传输半径i?和总的活动 节点数目#的关系为：
其中1为小于10的正整数，历为小于4的正整数。
4. 根据权利要求1所述的一种基于距离分区的无线网络中免碰撞信道接入控制方法， 其特征在于，所述步骤4中估算相邻前、后分区和自身所处分区内的节点数目及.，，z?.， 的过程为： 根据802. 11DCF中backoff计数器的值所处的范围，估算相邻前、后分区和自 身所处分区内的节点数目，其关系为：
其中，为前一个分区内估算的节点数目，为后一个分区内估算的节点数目， 为节点自身分区内估算的节点数目，J；.为节点所选取退避时间初值与竞争窗口 ^ 值的差值的绝对值，z?s为7；^_￡/ + 7；.在上述公式判断条件内总的成功传输的节点数 目,^为+乙在上述公式判断条件内发送的总的碰撞次数为总的活动节点 数目，其中J：为小于10的正整数，招为小于4的正整数，57为802. 11标准中时隙间隔(SlotTime)。
5.根据权利要求1所述的一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法，其 特征在于，所述步骤5中根据自身发送状态和相邻前、后分区内节点数目动态选择竞争窗 口 值并计算退避计时时长t的方法包括以下步骤： 步骤一：各节点利用竞争窗口 值，选取退避计时时长t:
步骤二：当节点成功传输后，则选取为退避计时时长￡ ; 当节点发生碰撞时，则按以下方法进行退避计时时长f的选取： 当.小于
时，节点的退避计时时长f为：
t为节点所选取退避计时时长初值与#本/3J的差值的绝对值；
当J3 . 大于. 时，节点选取ZU,Z?.中较小值的分区对应的竞争窗口， -r-3? wff 退避计时时长t为：
【专利摘要】本发明提出一种基于距离分区的无线网络免碰撞信道接入控制方法。每个节点首先根据可获取的距离参数判断自己所在分区，并估算总的活动节点数目计算时长，然后计算竞争窗口值，从而估算相邻上、下分区以及本身所处分区的节点数目 ，，，最后根据自身发送状态和相邻距离分区内节点数目动态选择竞争窗口值并计算退避时间，按此退避时间接入无线信道。本发明方法可以有效降低碰撞概率并且最终实现免碰撞传输，适合不同大小的单跳无隐藏终端的满载网络，能够有效提高网络吞吐量并降低延迟。
【IPC分类】H04W74-08
【公开号】CN104581980
【申请号】CN201510040728
【发明人】裴廷睿, 邓亚风, 李哲涛, 朱更明, 崔荣峻, 关屋大雄
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日