专利名称：一种无线自组织网中优化通过率性能的方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，是一种无线自组织网络中基于最佳退避机制的变速率 MAC优化通过率性能的方法。
背景技术：
变速率MAC,艮口 V-MAC (Variable rate Media Access Control protocol)。其算法 主要思想是发送节点根据信噪比值，感知信道状态，动态改变数据分组的传输模式，以提高 通过率。目前已有的变速率传输方法主要分为两类第一类是基于接收端的变速率算法，第 二类是基于发送端的变速率算法。基于接收端的变速率算法主要采用RTS/CTS交换机制， 接收端决定后续的数据分组采用何种传输模式，并将此信息放在CTS中反馈给发送端。其 算法主要有RBAR。在RBAR中，接收端根据接收到的RTS的信号强度来估计无线信道的质 量，然后决定发送端数据分组的传输模式，并通过CTS将传输模式传给发送端；另一种基于 发送端的变速率传输算法，则是由发送端通过统计先前发送数据分组的误帧率来决定增高 或降低数据分组的传输速率，其算法主要有ARF，ARF是第一个实现变速率传输的MAC协议。 在ARF中，若数据分组传输连续成功，发送端则提高数据分组的传输速率，否则降低数据分 组的传输速率。网络中的节点在传输分组之前，需要先经历一段随机退避时间，目的是在多个节 点竞争信道的时候，保证接入的有效性。802. IlDCF采用的退避算法是二进制指数退避 BEB (Binary Exponential Backoff)。节点在退避前，随机产生一个退避时间BackoffTime。BackoffTime = RandomO XaSlotTime其中，RandomO是均勻分布在
之间的随机整数，竞争窗口 Cff (Contention Window)是介于由物理层特征决定的最小竞争窗口 CWmin和最大竞争窗口 Cffmax之间的一个整数值，即CWmin ^ Cff ^ Cffmax0 aSlotTime是由物理层特性决定的一个时 隙的实际长度值，对于802. 11a，一个时隙的长度是9μ S。退避时间是一个以时隙为单位的 随机整数。一个节点执行退避过程时，在每一个时隙中侦听信道的状态，如果信道闲，则将退 避时间计数器减1 ；如果信道忙，则退避时间计数器暂停(即不再递减)，直到侦听到信道处 于连续空闲状态达到DIFS时间，退避过程重新被激活，继续递减。当退避计数器递减到O 时，节点就可以执行发送。当多个节点同时竞争信道时，每个节点都经过一个随机时间的退 避过程，才能占据信道，这样就大大减少了冲突发生的概率。另外，通过采用退避过程中的 冻结机制，使得被推迟的节点在下一轮竞争中无需再次产生一个新的随机退避时间，只需 继续进行计数器递减，那么，等待时间长的节点的优先级就高于新加入的节点，就可能优先 得到信道，从而维护了竞争节点之间一定的公平性。在通信过程中，竞争窗口 CW的初始值为CWmin，如果一个节点传输数据失败，则CW 需要加倍，直至加倍到CWmax，即CW = 2m · CWmin，其中m为重传次数。当CW的值增加到CWmax 后，再次重传的竞争窗口维持CWmax不变，直到该节点发送成功，或者达到最大重传次数，Cff将被重新置为CWmin，如
图1所示。IEEE 802. IlDCF的退避机制中，采用固定的最小竞争窗口，当竞争信道的发送节 点个数较少的时候，最小竞争窗口相对较大，节点接入信道的平均时间较长，对信道的利用 率是种浪费；当竞争信道的发送节点个数较多的时候，最小竞争窗口相对较小，增加了 RTS 分组的冲突概率，降低了网络的通过率。
发明内容
为了克服现有技术信道利用率低或者网络通过率低的不足，本发明提供一种基于 最佳退避机制的变速率 MAC，即 OV-MAC (Variable rate Media Access Control protocol with Optimal Backoff)，对网络通过率有明显改善。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是基于最佳退避机制的变速率MAC， 在接收节点成功接收到RTS分组后，接收节点根据RTS分组的信噪比，计算IEEE802. Ila的 8种速率模式的误帧率，通过公式选择数据分组的最佳传输速率，且根据网络中等待发送数 据的节点个数，计算出本次成功传输后下次退避的最小竞争窗口。判断当前网络中等待发送数据的节点个数原理为对于发送节点i，当监听到发 送节点j发送的数据分组时，读出节点j数据中的Bp修改当前状态的参数k，k表示网络中 等待发送数据的节点个数；(Bj = 1表示节点j还有数据分组等待发送氓=0表示节点j 无数据分组等待发送)。为了支持上述提出的算法，我们重新定义了 CTS的帧格式，如图4所示。在CTS帧 格式中分别加入1个字节的“传输模式”域和1个字节的“最小竞争窗口 ”域。对于“传输 模式”域的8位，前5位暂不使用，后3位表示IEEE 802. Ila的8种传输模式；对于“最小 竞争窗口 ”域的8位，只使用最后1位表示B」的值，其余的暂不使用。具体步骤如下情况1 发送节点i第一次发送数据分组。步骤1 发送节点i在第一次发送数据分组时，采用802. IlDCF 二进制指数退避 BEB (Binary Exponential Backoff)，在退避时间结束后，发送RTS分组；步骤2 若发送节点i正确收到CTS分组，读出其携带的传输模式值和最小竞争窗 口值，使用该传输模式发送数据分组，并将值保存起来；如果节点i还有后续数据分 组，将B」=1写入数据分组中，否则将B」=0写入数据分组；若发送节点没有收到CTS分 组，则将竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，进入退避过程，返回步骤1 ；步骤3 若发送节点i正确接收到ACK确认分组，则说明本次传输成功，将最小竞 争窗口修改为值，回到退避状态，等待传输下一个数据分组。若发送节点没有正确接收 到ACK，表明此次传输失败，则将竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，在等待信道持续空闲 1个DIFS帧间间隔后，进入退避过程，返回步骤1。情况2 发送节点i第二次发送数据分组及第η次发送数据分组，η > 2。步骤1 发送节点i在第二次发送数据分组时，采用情况1中第一次发送数据分组 成功后计算出的最小竞争窗口选择退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组；若发送节 点i在第η次发送数据分组时，采用第η-1次发送数据分组成功后计算出的最小竞争窗口 选择退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组；
步骤2、3分别同情况1中的步骤2、3。情况3 接收节点正确收到给自己的RTS分组。步骤1 接收节点没有正确接收RTS分组，不做任何反应；正确接收RTS分组，计算 传输数据分组的最佳速率；假设当前时隙节点将要在时间T内发送或重发数据分组(包括传输RTS、CTS和 ACK的时间在内)，设发送数据分组的时间为IV，无论采取何种速率发送数据分组，IY为固定 长度。此时，该时隙的通过率可以用下式表示
权利要求
1. 一种无线自组织网中优化通过率性能的方法，其特征在于包括下述步骤 情况1、发送节点i第一次发送数据分组步骤1 发送节点i在第一次发送数据分组时，采用二进制指数退避BEB，在退避时间结 束后，发送RTS分组；步骤2 若发送节点i正确收到CTS分组，读出其携带的传输模式值和最小竞争窗口巧‘ 值，使用该传输模式发送数据分组，并将％‘值保存起来；如果节点i还有后续数据分组，将 Bj = 1写入数据分组中，否则将B」=0写入数据分组；若发送节点没有收到CTS分组，则将 竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，进入退避过程，返回步骤1 ；步骤3 若发送节点i正确接收到ACK确认分组，则说明本次传输成功，将最小竞争 窗口修改为值，回到退避状态，等待传输下一个数据分组；若发送节点没有正确接收到 ACK，表明此次传输失败，则将竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，在等待信道持续空闲1 个DIFS帧间间隔后，进入退避过程，返回步骤1。情况2、发送节点i第二次发送数据分组及第η次发送数据分组，η>2 步骤1 发送节点i在第二次发送数据分组时，采用情况1中第一次发送数据分组成功 后计算出的最小竞争窗口选择退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组；若发送节点i 在第η次发送数据分组时，采用第η-1次发送数据分组成功后计算出的最小竞争窗口选择 退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组； 步骤2、3分别同情况1中的步骤2、3 ； 情况3、接收节点正确收到给自己的RTS分组步骤1 接收节点没有正确接收RTS分组，不做任何反应；正确接收RTS分组，计算传输 数据分组的最佳速率；假设当前时隙节点将要在时间T内发送或重发数据分组，设发送数据分组的时间为ιγ， 该时隙的通过率可以用下式表示
全文摘要
本发明公开了一种无线自组织网中优化通过率性能的方法，克服了传统的IEEE802.11DCF机制采用的是二进制指数退避BEB算法的最小竞争窗口存在处理节点竞争不够及时和过于被动等不足，动态的检测竞争信道的发送节点个数，然后根据RTS分组的误帧率，计算出该发送节点在成功完成本次传输后下次的最小竞争窗口，优化退避时隙，减小节点平均接入信道的时间，退避机制优于传统的二进制指数退避BEB算法。
文档编号H04W74/08GK102104447SQ201110058068
公开日2011年6月22日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者戴瑞龙, 李波 申请人:西北工业大学