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

有效

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

1.一種基于兩階段競爭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握手機制和全雙工退避算法構成，RTS/FCTS/CTS握手機制顯著減少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)點建立全雙工鏈路的機會；

所述RTS/FCTS/CTS握手機制為五次握手過程的數(shù)據(jù)傳輸，同時適用于兩節(jié)點全雙工雙向鏈路、三節(jié)點非對稱全雙工鏈路和半雙工鏈路；對于兩節(jié)點全雙工雙向鏈路，一旦節(jié)點A有數(shù)據(jù)需要傳輸給節(jié)點B，節(jié)點A首先監(jiān)聽信道1，如果信道1已經(jīng)空閑的時間超過DIFS時間間隔并且退避計數(shù)器的數(shù)值達到0，此時，節(jié)點A廣播其RTS控制幀以競爭信道1，一旦節(jié)點B接收到來自節(jié)點A的RTS控制幀，節(jié)點B通過發(fā)送FCTS開始競爭信道1對應的全雙工信道，否則，節(jié)點A等待一段退避時間后再進行數(shù)據(jù)傳輸，當節(jié)點A成功接收到FCTS控制幀，并且節(jié)點的退避時間小于DIFS時間間隔，節(jié)點A等待SIFS時間間隔，并且發(fā)送CTS控制幀給節(jié)點B；然后，在一個SIFS時間間隔之后，節(jié)點A和節(jié)點B同時傳輸各自數(shù)據(jù)至節(jié)點B和節(jié)點A，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r長以節(jié)點A和節(jié)點B所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀幀長較長者為準；在一個SIFS時間間隔之后，節(jié)點A發(fā)送ACK確認幀給節(jié)點B，同時節(jié)點B發(fā)送ACK確認幀給節(jié)點A，兩節(jié)點全雙工雙向鏈路建立；如果FCTS控制幀沒有成功被節(jié)點A接收，節(jié)點A接收到節(jié)點B的ACK確認幀，節(jié)點A等待一個SIFS時間間隔然后傳輸它的數(shù)據(jù)幀給節(jié)點B，一旦數(shù)據(jù)傳輸結束，節(jié)點B等待一個SIFS時間間隔并發(fā)送ACK確認幀給節(jié)點A，兩點全雙工雙向鏈路退化為半雙工模式；

對于三節(jié)點非對稱全雙工鏈路，節(jié)點C有數(shù)據(jù)需要傳輸給節(jié)點D，與此同時，節(jié)點D也有數(shù)據(jù)需要傳送給節(jié)點E，節(jié)點C首先監(jiān)聽信道1，如果信道1已經(jīng)空閑的時間超過DIFS時間間隔并且退避計數(shù)器的數(shù)值達到0，則節(jié)點C廣播其RTS控制幀以競爭信道1，當節(jié)點D成功的接收到來自節(jié)點C的RTS控制幀，節(jié)點D等待一個SIFS時間間隔，然后通過廣播FCTS控制幀開始競爭信道1對應的全雙工信道，否則，節(jié)點C推遲它的數(shù)據(jù)傳輸；當節(jié)點D的退避時間小于DIFS時間間隔且節(jié)點C和節(jié)點E成功的接收到FCTS控制幀，則節(jié)點E等待SIFS時間間隔，然后發(fā)送CTS控制幀給節(jié)點D；在SIFS時間間隔后，節(jié)點C和節(jié)點D分別發(fā)送各自的數(shù)據(jù)給節(jié)點D和節(jié)點E；數(shù)據(jù)傳輸時長取節(jié)點C和節(jié)點D數(shù)據(jù)幀幀長的較大值；在一個SIFS時間間隔后，節(jié)點D和節(jié)點E分別發(fā)送各自的ACK確認幀給節(jié)點C和節(jié)點D；此時，三節(jié)點非對稱全雙工鏈路建立；如果FCTS控制幀沒有成功被接收，假設節(jié)點C接收到來自節(jié)點D的CTS控制幀，節(jié)點C等待一個SIFS時間間隔后傳輸數(shù)據(jù)給節(jié)點D，一旦數(shù)據(jù)傳輸完成，節(jié)點D等待一個SIFS時間間隔之后發(fā)送ACK確認幀給節(jié)點C，三節(jié)點非對稱全雙工傳輸退化為半雙工傳輸模式；

全雙工數(shù)據(jù)傳輸在信道競爭中有兩個階段，兩階段競爭由第一階段傳輸?shù)腞TS競爭階段和第二階段傳輸?shù)腇CTS競爭組成，在RTS競爭階段，有數(shù)據(jù)需要在第一階段傳輸?shù)墓?jié)點通過發(fā)送RTS控制幀競爭信道1，這些節(jié)點被定義為RTS1節(jié)點，只有一個RTS1節(jié)點可以占據(jù)信道1，在FCTS競爭階段，如果節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送給已占據(jù)信道1的RTS1節(jié)點，則這些節(jié)點發(fā)送FCTS控制幀或是RTS控制幀競爭信道1對應的全雙工信道，節(jié)點中發(fā)送RTS控制幀的稱為RTS2節(jié)點，發(fā)送FCTS控制幀的稱為FCTS節(jié)點，在所有節(jié)點中，只有一個FCTS節(jié)點，如果碰撞發(fā)生在RTS競爭階段，可以由FCTS控制幀反饋的缺失及早發(fā)現(xiàn)碰撞，在FCTS競爭階段，可以由CTS控制幀反饋的缺失來發(fā)現(xiàn)FCTS競爭階段的碰撞，在TF-MAC協(xié)議中，采用離散整數(shù)的時間退避尺度，退避時間的單位為時隙，記為T_ms，F(xiàn)CTS競爭階段競爭節(jié)點的退避時間，記為假定節(jié)點只有在每個時隙的開始才可以傳輸數(shù)據(jù)；

競爭節(jié)點的退避算法：初始競爭窗口大小記為W₀，競爭窗口大小由一個底數(shù)為a的指數(shù)函數(shù)表示，退避階段i的競爭窗口大小定義為W_i，競爭節(jié)點處于退避階段i時，退避計數(shù)器數(shù)值大小在[0，W_i-1]中等選擇，每個值是等概率選擇，每過一個時隙，退避計數(shù)器數(shù)值減一，一旦退避計數(shù)器的數(shù)值減小為0，競爭節(jié)點發(fā)送控制幀給目的節(jié)點，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轉移至(i+1).如果數(shù)據(jù)傳輸成功，狀態(tài)由退避階段i轉移至退避階段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，基于競爭接節(jié)點傳輸碰撞的歷史，初始窗口的大小W₀及a的取值可以動態(tài)調(diào)整，

全雙工退避算法由一系列退避競爭窗口大小表示：

W_i的大小取決于競爭節(jié)點的初始窗口W₀，最大的退避階段m及a的取值；

競爭節(jié)點的退避時間記為T_back-off，Random(·)是一個服從均勻分布的隨機整數(shù)，W_i的取值范圍為[0，W_i]，

T_back-off＝Random(W_i)·T_ms。