[發(fā)明專利]一種基于兩階段競(jìng)爭(zhēng)的全雙工媒體接入控制協(xié)議的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710965505.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107666489B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周彥果;周韜;張海林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04L5/14
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 秦舜生

1.一種基于兩階段競(jìng)爭(zhēng)的全雙工媒體接入控制協(xié)議的方法，其特征在于：該接入控制協(xié)議由RTS/FCTS/CTS握手機(jī)制和全雙工退避算法構(gòu)成，RTS/FCTS/CTS握手機(jī)制顯著減少RTS控制幀和FCTS控制幀的碰撞；所述算法可以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎哺怕什⒃黾拥诙A段傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)建立全雙工鏈路的機(jī)會(huì)；

所述RTS/FCTS/CTS握手機(jī)制為五次握手過(guò)程的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)適用于兩節(jié)點(diǎn)全雙工雙向鏈路、三節(jié)點(diǎn)非對(duì)稱全雙工鏈路和半雙工鏈路；對(duì)于兩節(jié)點(diǎn)全雙工雙向鏈路，一旦節(jié)點(diǎn)A有數(shù)據(jù)需要傳輸給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)A首先監(jiān)聽(tīng)信道1，如果信道1已經(jīng)空閑的時(shí)間超過(guò)DIFS時(shí)間間隔并且退避計(jì)數(shù)器的數(shù)值達(dá)到0，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)A廣播其RTS控制幀以競(jìng)爭(zhēng)信道1，一旦節(jié)點(diǎn)B接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)A的RTS控制幀，節(jié)點(diǎn)B通過(guò)發(fā)送FCTS開(kāi)始競(jìng)爭(zhēng)信道1對(duì)應(yīng)的全雙工信道，否則，節(jié)點(diǎn)A等待一段退避時(shí)間后再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A成功接收到FCTS控制幀，并且節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間小于DIFS時(shí)間間隔，節(jié)點(diǎn)A等待SIFS時(shí)間間隔，并且發(fā)送CTS控制幀給節(jié)點(diǎn)B；然后，在一個(gè)SIFS時(shí)間間隔之后，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B同時(shí)傳輸各自數(shù)據(jù)至節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)A，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)長(zhǎng)以節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀幀長(zhǎng)較長(zhǎng)者為準(zhǔn)；在一個(gè)SIFS時(shí)間間隔之后，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送ACK確認(rèn)幀給節(jié)點(diǎn)B，同時(shí)節(jié)點(diǎn)B發(fā)送ACK確認(rèn)幀給節(jié)點(diǎn)A，兩節(jié)點(diǎn)全雙工雙向鏈路建立；如果FCTS控制幀沒(méi)有成功被節(jié)點(diǎn)A接收，節(jié)點(diǎn)A接收到節(jié)點(diǎn)B的ACK確認(rèn)幀，節(jié)點(diǎn)A等待一個(gè)SIFS時(shí)間間隔然后傳輸它的數(shù)據(jù)幀給節(jié)點(diǎn)B，一旦數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，節(jié)點(diǎn)B等待一個(gè)SIFS時(shí)間間隔并發(fā)送ACK確認(rèn)幀給節(jié)點(diǎn)A，兩點(diǎn)全雙工雙向鏈路退化為半雙工模式；

對(duì)于三節(jié)點(diǎn)非對(duì)稱全雙工鏈路，節(jié)點(diǎn)C有數(shù)據(jù)需要傳輸給節(jié)點(diǎn)D，與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)D也有數(shù)據(jù)需要傳送給節(jié)點(diǎn)E，節(jié)點(diǎn)C首先監(jiān)聽(tīng)信道1，如果信道1已經(jīng)空閑的時(shí)間超過(guò)DIFS時(shí)間間隔并且退避計(jì)數(shù)器的數(shù)值達(dá)到0，則節(jié)點(diǎn)C廣播其RTS控制幀以競(jìng)爭(zhēng)信道1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)D成功的接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)C的RTS控制幀，節(jié)點(diǎn)D等待一個(gè)SIFS時(shí)間間隔，然后通過(guò)廣播FCTS控制幀開(kāi)始競(jìng)爭(zhēng)信道1對(duì)應(yīng)的全雙工信道，否則，節(jié)點(diǎn)C推遲它的數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)節(jié)點(diǎn)D的退避時(shí)間小于DIFS時(shí)間間隔且節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)E成功的接收到FCTS控制幀，則節(jié)點(diǎn)E等待SIFS時(shí)間間隔，然后發(fā)送CTS控制幀給節(jié)點(diǎn)D；在SIFS時(shí)間間隔后，節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)D分別發(fā)送各自的數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)D和節(jié)點(diǎn)E；數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長(zhǎng)取節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)D數(shù)據(jù)幀幀長(zhǎng)的較大值；在一個(gè)SIFS時(shí)間間隔后，節(jié)點(diǎn)D和節(jié)點(diǎn)E分別發(fā)送各自的ACK確認(rèn)幀給節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)D；此時(shí)，三節(jié)點(diǎn)非對(duì)稱全雙工鏈路建立；如果FCTS控制幀沒(méi)有成功被接收，假設(shè)節(jié)點(diǎn)C接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)D的CTS控制幀，節(jié)點(diǎn)C等待一個(gè)SIFS時(shí)間間隔后傳輸數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)D，一旦數(shù)據(jù)傳輸完成，節(jié)點(diǎn)D等待一個(gè)SIFS時(shí)間間隔之后發(fā)送ACK確認(rèn)幀給節(jié)點(diǎn)C，三節(jié)點(diǎn)非對(duì)稱全雙工傳輸退化為半雙工傳輸模式；

全雙工數(shù)據(jù)傳輸在信道競(jìng)爭(zhēng)中有兩個(gè)階段，兩階段競(jìng)爭(zhēng)由第一階段傳輸?shù)腞TS競(jìng)爭(zhēng)階段和第二階段傳輸?shù)腇CTS競(jìng)爭(zhēng)組成，在RTS競(jìng)爭(zhēng)階段，有數(shù)據(jù)需要在第一階段傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送RTS控制幀競(jìng)爭(zhēng)信道1，這些節(jié)點(diǎn)被定義為RTS1節(jié)點(diǎn)，只有一個(gè)RTS1節(jié)點(diǎn)可以占據(jù)信道1，在FCTS競(jìng)爭(zhēng)階段，如果節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送給已占據(jù)信道1的RTS1節(jié)點(diǎn)，則這些節(jié)點(diǎn)發(fā)送FCTS控制幀或是RTS控制幀競(jìng)爭(zhēng)信道1對(duì)應(yīng)的全雙工信道，節(jié)點(diǎn)中發(fā)送RTS控制幀的稱為RTS2節(jié)點(diǎn)，發(fā)送FCTS控制幀的稱為FCTS節(jié)點(diǎn)，在所有節(jié)點(diǎn)中，只有一個(gè)FCTS節(jié)點(diǎn)，如果碰撞發(fā)生在RTS競(jìng)爭(zhēng)階段，可以由FCTS控制幀反饋的缺失及早發(fā)現(xiàn)碰撞，在FCTS競(jìng)爭(zhēng)階段，可以由CTS控制幀反饋的缺失來(lái)發(fā)現(xiàn)FCTS競(jìng)爭(zhēng)階段的碰撞，在TF-MAC協(xié)議中，采用離散整數(shù)的時(shí)間退避尺度，退避時(shí)間的單位為時(shí)隙，記為T(mén)_ms，F(xiàn)CTS競(jìng)爭(zhēng)階段競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間，記為假定節(jié)點(diǎn)只有在每個(gè)時(shí)隙的開(kāi)始才可以傳輸數(shù)據(jù)；

競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的退避算法：初始競(jìng)爭(zhēng)窗口大小記為W₀，競(jìng)爭(zhēng)窗口大小由一個(gè)底數(shù)為a的指數(shù)函數(shù)表示，退避階段i的競(jìng)爭(zhēng)窗口大小定義為W_i，競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)處于退避階段i時(shí)，退避計(jì)數(shù)器數(shù)值大小在[0，W_i-1]中等選擇，每個(gè)值是等概率選擇，每過(guò)一個(gè)時(shí)隙，退避計(jì)數(shù)器數(shù)值減一，一旦退避計(jì)數(shù)器的數(shù)值減小為0，競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制幀給目的節(jié)點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生碰撞，數(shù)據(jù)傳輸退避階段由i轉(zhuǎn)移至(i+1).如果數(shù)據(jù)傳輸成功，狀態(tài)由退避階段i轉(zhuǎn)移至退避階段0.m表示退避階段的最大值，如果a大于/小于1，每次數(shù)據(jù)傳輸失敗，窗口大小乘以a直到它等于最大/最小窗口值W_max＝a^mW₀/W_min若數(shù)據(jù)傳輸成功，W_i的值均被重置為W₀，基于競(jìng)爭(zhēng)接節(jié)點(diǎn)傳輸碰撞的歷史，初始窗口的大小W₀及a的取值可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，

全雙工退避算法由一系列退避競(jìng)爭(zhēng)窗口大小表示：

W_i的大小取決于競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的初始窗口W₀，最大的退避階段m及a的取值；

競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的退避時(shí)間記為T(mén)_back-off，Random(·)是一個(gè)服從均勻分布的隨機(jī)整數(shù)，W_i的取值范圍為[0，W_i]，

T_back-off＝Random(W_i)·T_ms。