[發(fā)明專利]基于時隙CSMA\CA模式的自適應退避方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711338551.9
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108055702B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 李恒;胡澤鑫;徐鵬程;戴初舉
• 申請（專利權）人: 威勝信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

本發(fā)明公開了一種基于時隙CSMA\CA模式的自適應退避方法，包括站點統(tǒng)計自身的直連站點的數(shù)據(jù)及當前信標周期內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)數(shù)量；數(shù)據(jù)發(fā)送時，根據(jù)直連站點數(shù)目及數(shù)據(jù)數(shù)量，選擇退避時間范圍；對待發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送情況進行評估，并動態(tài)調(diào)整該數(shù)據(jù)下一次發(fā)送退避時間的時間段。本發(fā)明通過監(jiān)聽階段獲取網(wǎng)絡站點規(guī)模及數(shù)據(jù)流量，為數(shù)據(jù)發(fā)送的決策階段提供相應的信息，并對待發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送情況進行評估，使得網(wǎng)絡節(jié)點能夠根據(jù)網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)發(fā)送的狀況動態(tài)的選擇一個合適的退避范圍。該方法能夠增加網(wǎng)絡吞吐量并降低網(wǎng)絡通信延時，也能夠提高信道介入的公平性。

技術領域

本發(fā)明具體涉及一種基于時隙CSMA\CA模式的自適應退避方法。

背景技術

在低速無線個域網(wǎng)(LR-WPAN,Low Rate-Wireless Personal Area Network)中，MAC子層包含了一種特殊的“超幀”，其結構如圖1所示。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器通過超幀分配信道的訪問時間及時間同步。超幀規(guī)定了站點只在活躍時間段內(nèi)進行通信，非活躍時間段內(nèi)站點休眠。其中活躍部分又分為信標幀發(fā)送時間段、競爭訪問時間段和非競爭訪問時間段。普通站點首先偵聽接收網(wǎng)絡中的信標幀，信標幀如果接收到了信標幀，它就跟發(fā)送信標的協(xié)調(diào)器進行同步，同步后在競爭訪問時間段使用時隙CSMA\CA模式下競爭信道，CSMA\CA的工作原理如圖2所示，競爭到信道后就將數(shù)據(jù)幀發(fā)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器成功接收到數(shù)據(jù)以后，如果需要回復確認幀以表示成功接收到該數(shù)據(jù)幀，就接著發(fā)送一個確認幀。普通站點在約定的時間內(nèi)接收到確認幀并解析正確，則認為數(shù)據(jù)幀發(fā)送成功，否則，認為數(shù)據(jù)幀發(fā)送失敗或與其他幀產(chǎn)生了沖突。

在基于時隙CSMA/CA模式的MAC協(xié)議中，退避算法的目標是賦予節(jié)點適當?shù)耐吮軙r間，以正確反映節(jié)點附近信道的爭用狀況，包括IEEE 802.15.4標準在內(nèi)的很多無線通信協(xié)議都采用二進制指數(shù)退避算法，該算法主要由三個變量決定算法的執(zhí)行進程，分別是：退避次數(shù)NB(Number of Backoffs)、競爭窗口長度CW(Content Window Length)和退避指數(shù)BE(Backoff Exponent)。標準中設定時隙方式下BE的最小默認值為macMinBE＝3，最大值為macMaxBE＝8，退避時間為[0,2^macMinBE-1]中的一個隨機時間，CW默認值為2，其算法流程如圖3所示。

二進制指數(shù)退避算法雖然實現(xiàn)方式簡單，但也存在諸多問題：

首先，BE的范圍被限制在固定的[macMinBE，macMaxBE]之間，不能適應網(wǎng)絡站點規(guī)模及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸密度的變化。在CSMA\CA開始后，接入信道的節(jié)點需要經(jīng)過多次迭代調(diào)整退避指數(shù)BE，直到達到默認的最大值macMaxBE，或者隨機的退避周期未發(fā)生碰撞為止。當再次進行發(fā)送時，BE又恢復默認值，造成網(wǎng)絡沖突或重傳的概率上升，競爭更加激烈，如此惡性循環(huán)，嚴重時將會使信道堵塞，網(wǎng)絡癱瘓，浪費大量的信道資源和傳輸時間。

其次，它的“自利性”，即有利于數(shù)據(jù)傳輸成功的站點短時間內(nèi)再次搶占到信道的特性，容易導致網(wǎng)絡中其他的站點因多次競爭失敗而無法發(fā)送數(shù)據(jù)。其原因在于若站點在其中某次競爭中成功發(fā)送了數(shù)據(jù)，則其退避指數(shù)BE恢復至macMinBE，而其他站點由于本次競爭未搶占到信道，導致BE增大，在下一次發(fā)送時，前一次成功搶占信道的站點由于BE較小，將有大概率再次搶占信道，最終將可能導致其他站點的NB值超限，發(fā)送失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠增加數(shù)據(jù)傳輸成功率、提高網(wǎng)絡吞吐量和減少站點接入信道延遲的基于時隙CSMA\CA模式的自適應退避方法。

本發(fā)明提供的這種基于時隙CSMA\CA模式的自適應退避方法，包括如下步驟：

S1.站點在監(jiān)聽階段統(tǒng)計自身的直連站點的數(shù)據(jù)STAn及當前信標周期內(nèi)接收到的幀數(shù)量RecFrame；

S2.當站點判斷需要進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，根據(jù)步驟S1統(tǒng)計的直連站點數(shù)目STAn及幀數(shù)量RecFrame，選擇退避時間范圍；