[發(fā)明專利]基于門限服務(wù)的CSMA/CA多址接入方法

在審

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• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108541076A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃歡歡;葉通;李東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04W74/08
• 分類號: H04W74/08
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明提出一種基于門限服務(wù)的CSMA/CA多址接入方法，需要接入信道的節(jié)點(diǎn)按照CSMA/CA協(xié)議來搶占信道；當(dāng)退避計(jì)數(shù)器的值減到0后，節(jié)點(diǎn)檢查緩存隊(duì)列的長度，并將剩余計(jì)數(shù)器的值設(shè)為該緩存隊(duì)列的長度；節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，然后啟動計(jì)時(shí)器來記錄等待ACK確認(rèn)的時(shí)間；判斷節(jié)點(diǎn)是否在ACK_TIMEOUT時(shí)間內(nèi)收到ACK確認(rèn)，如果是，則數(shù)據(jù)幀發(fā)送成功。本發(fā)明可以極大地縮小節(jié)點(diǎn)的競爭時(shí)延，讓數(shù)據(jù)幀盡早地一次性發(fā)完，從而提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，減小數(shù)據(jù)幀的平均時(shí)延和延遲抖動，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于門限服務(wù)的帶沖突避免的載波偵聽(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance，以下簡稱為CSMA/CA)多址接入方法。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展和智能終端的大規(guī)模使用，移動通信網(wǎng)絡(luò)流量增長迅猛。思科白皮書指出，目前全球移動通信數(shù)據(jù)流量的年增長率為47％，到2021年，每年的移動數(shù)據(jù)流量將超過0.5ZB，且超過半數(shù)是語音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。而全球大約有60％的流量是通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)卸載，因此這對Wi-Fi等無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量提出了更高的要求。目前無線網(wǎng)絡(luò)可以支持較高的鏈路速率，如IEEE 802.11n可達(dá)到600Mbps的鏈路速率，且下一代光無線網(wǎng)絡(luò)有望達(dá)到Gbps的速率，但鏈路利用率依然很低，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量不高。因此提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率是一個(gè)亟待解決的問題。

媒質(zhì)接入控制(Medium Access Control，MAC)協(xié)議是影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的一個(gè)重要因素。無線接入網(wǎng)中多個(gè)用戶共享同一信道，各個(gè)用戶之間通過競爭來發(fā)送數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)之間的沖突會造成大量的帶寬浪費(fèi)。目前無線局域網(wǎng)采用的DCF(DistributedCoordination Function)協(xié)議主要是一種基于CSMA/CA的信道接入機(jī)制。其核心思想是，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先監(jiān)聽信道并進(jìn)行隨機(jī)退避，以盡可能地減少節(jié)點(diǎn)之間的沖突。這種機(jī)制的主要缺點(diǎn)是雖然通過隨機(jī)退避減少了節(jié)點(diǎn)之間的沖突，但大量帶寬被節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)退避時(shí)間所浪費(fèi)，真正有效發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間很少，因此系統(tǒng)吞吐量仍有限。尤其是當(dāng)負(fù)載較高時(shí)，該協(xié)議極易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了克服這一缺點(diǎn)，人們試圖對傳統(tǒng)的CSMA/CA協(xié)議進(jìn)行改造來提高系統(tǒng)的吞吐量。

現(xiàn)有的策略有以下不足的地方：

(1)只適用于特定場景，如用戶數(shù)比較密集的情況。

(2)需要改動現(xiàn)有的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)或增加硬件復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)成本高。

(3)算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要網(wǎng)絡(luò)的全局信息或過去的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息(如成功概率，信道利用率等)來作為算法調(diào)度的參數(shù)。

因此，面向下一代大容量、高速率的無線局域網(wǎng)，本發(fā)明提供一種基于門限服務(wù)的CSMA/CA多用戶信道接入?yún)f(xié)議，在提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量的同時(shí)，降低數(shù)據(jù)幀平均延遲和延遲抖動，且該協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡單，成本較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對無線接入網(wǎng)帶寬利用率低，無法很好地支持高負(fù)載、低延遲業(yè)務(wù)的問題，提供一種基于門限服務(wù)的CSMA/CA媒質(zhì)接入控制協(xié)議，以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，降低數(shù)據(jù)幀延遲。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于門限服務(wù)的CSMA/CA多址接入方法，其特點(diǎn)在于：包括如下步驟：

步驟S1，需要接入信道的節(jié)點(diǎn)按照CSMA/CA協(xié)議來搶占信道：節(jié)點(diǎn)監(jiān)測信道，當(dāng)監(jiān)測到信道持續(xù)空閑DIFS時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)退避，在退避過程中，節(jié)點(diǎn)每個(gè)時(shí)隙監(jiān)測一次信道，如果信道空閑，則退避計(jì)數(shù)器減1，如果信道忙，則凍結(jié)退避計(jì)數(shù)器的值，并繼續(xù)監(jiān)測信道，當(dāng)信道再次空閑DIFS時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)再從上次凍結(jié)的計(jì)數(shù)值開始退避；

步驟S2，當(dāng)退避計(jì)數(shù)器的值減到0后，節(jié)點(diǎn)檢查緩存隊(duì)列的長度，并將剩余計(jì)數(shù)器的值設(shè)為該緩存隊(duì)列的長度；