[發(fā)明專利]用于無線局域網(wǎng)的分布式媒體接入方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210065672.1
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102625466A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇;孫建軍;靳浩;彭木根;王文博
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08;H04W84/12
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于無線局域網(wǎng)的改進(jìn)的分布式媒體接入方法，屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著無線通信需求的迅猛增長，無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless?LocalArea?Network)技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注。美國電子和電氣工程師協(xié)會IEEE(The?Institute?of?Electrical?and?Electronics?Engineers)為無線局域網(wǎng)制定了802.11系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中為媒體接入控制層MAC(Medium?Access?Control)定義了基于競爭的分布式協(xié)調(diào)功能DCF(Distributed?Coordination?Function)。DCF采用基于沖突避免機(jī)制的載波監(jiān)聽多址接入CSMA/CA(Carrier?Sense?MultipleAccess/Collision?Avoidance)協(xié)議，由接入用戶根據(jù)監(jiān)測的信道信息獨(dú)立選擇接入信道，或者進(jìn)行退避后、重新接入信道；接入用戶監(jiān)測到碰撞后，采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法進(jìn)行退避和重傳。通過上述方式，一方面能夠在一定程度上減少不同接入用戶之間的碰撞概率，另一方面也提高了組網(wǎng)的靈活性。

參見圖1，介紹DCF機(jī)制中某個站點(diǎn)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時的操作流程：首先該站點(diǎn)要調(diào)用載波監(jiān)聽機(jī)制來確定信道的忙/閑狀態(tài)。如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽；如果信道空閑，并且連續(xù)空閑時間達(dá)到DIFS(DCF?Inter-Frame?Space)時長，則該站點(diǎn)可以進(jìn)入沖突避免階段。為了避免發(fā)生沖突，此時該站點(diǎn)并沒有立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是在發(fā)送數(shù)據(jù)前增加了一個退避過程：也就是先產(chǎn)生一個退避時間(Backoff_time)，并存入退避計數(shù)器。退避時間的產(chǎn)生方法如下：Backoff_time＝Random×slot_time；式中，Random是均勻分布在[0，CW]范圍內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)，而CW(Contention?Window)是介于由物理層決定的最小競爭窗口CW_min和最大競爭窗口CW_max之間的一個整數(shù)，也即CW_min≤CW≤CW_max，Slot_time為取決于物理層的一個時隙的時長。

站點(diǎn)執(zhí)行的基于DCF機(jī)制的退避操作過程如下：如果監(jiān)聽到信道空閑時間達(dá)到一個時隙的時長Slot_time，則將退避計數(shù)器減1。如果信道忙，則暫停退避過程，退避時間計數(shù)器被凍結(jié)，直到信道再次變?yōu)榭臻e狀態(tài)時，才重新激活退避過程，繼續(xù)遞減；直到退避計數(shù)器遞減到0時，節(jié)點(diǎn)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

為了避免在發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的情況下，重傳數(shù)據(jù)的不同站點(diǎn)再次發(fā)生碰撞。當(dāng)站點(diǎn)監(jiān)測到碰撞后，將采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法進(jìn)行退避和重傳。為此，每個站點(diǎn)需要對各自的CW參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。CW的初始值為CW_min。每當(dāng)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)成功時，將從目的站點(diǎn)接收到表示發(fā)送成功的ACK信息；因此，如果發(fā)送站點(diǎn)接收到ACK信息，則說明發(fā)送成功；否則，說明此次發(fā)送失敗，這也說明當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大或鏈路狀況不好。這樣，在重傳過程中，該站點(diǎn)的CW就會增加一倍；以后，該站點(diǎn)每次因發(fā)送失敗而重傳時，CW都會增加一倍，即：CW＝2^m×(CW_min+1)-1，式中，m為重傳次數(shù)。而且，一旦CW增加到CW_max時，如要繼續(xù)重傳數(shù)據(jù)時，則CW值將保持為CW_max不變，直到該站點(diǎn)發(fā)送成功，或者達(dá)到了最大重傳次數(shù)的限制，CW將被重置為CW_min。

根據(jù)上述的IEEE?802.11MAC層標(biāo)準(zhǔn)的DCF協(xié)議可知，整個協(xié)議的核心內(nèi)容是基于競爭窗口值的二進(jìn)制指數(shù)退避算法，它能夠保證不同的接入站點(diǎn)之間的相互協(xié)調(diào)，以避免碰撞。不同用戶之間的區(qū)別在于CW取值的不同(即退避窗口大小為[0，CW]之間的隨機(jī)數(shù))。

但是，在傳統(tǒng)的DCF方案中，由于不同待發(fā)送用戶的DIFS的時長值均為協(xié)議中所規(guī)定的固定值，因而，當(dāng)接入用戶數(shù)目增多的時候，通過這種基于均勻分布的隨機(jī)方式而產(chǎn)生的初始CW值相同的用戶就會變得越來越多。此時，如果遵循相同的退避算法規(guī)則，當(dāng)其他站點(diǎn)發(fā)送完畢，多個待發(fā)送用戶同時監(jiān)測到信道空閑并等待相同的DIFS間隔后，將同步進(jìn)入隨機(jī)退避窗口等待狀態(tài)。此時，若有多個用戶選擇了相同的退避窗口時長，其退避窗口同時減為0的用戶數(shù)也就會隨之增多，于是不同用戶之間同時傳輸數(shù)據(jù)時就會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞(參見圖2所示)，丟包率和數(shù)據(jù)包的重傳次數(shù)也相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的性能顯著下降。