一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,尤其是涉及無線信道競爭訪問中的接入方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀(jì)稱為信息世紀(jì),在承載信息的通訊方式中,無線通信相比有線通信體現(xiàn)了 其便利性和高度自由性。隨著移動(dòng)終端使用數(shù)量的爆發(fā)式增長,無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率也大幅 增加。人們的需求已從單純的語音流轉(zhuǎn)向語音,視頻,文本等混合數(shù)據(jù)流,對無線數(shù)據(jù)傳輸 的需求也隨之增加。這成為無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的動(dòng)力。隨著普無線網(wǎng)絡(luò)的及,無線網(wǎng)絡(luò)中的技 術(shù)也成為熱點(diǎn),著重研究與解決物理層以及數(shù)據(jù)鏈路層問題。
[0003] 當(dāng)前流傳最廣的為IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn),其定義了物理層和媒體接入控制(Media Access Control,MAC)層標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)定義的MAC層中,分為兩種接入方式:點(diǎn) 協(xié)調(diào)功能(PCF)和分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)。均使用載波偵聽多點(diǎn)接入/碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)機(jī)制,并通過 RTS/CTS 三 次握手方式來接入信道以保障數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
[0004] 除了 CSMA/CA被用來防止碰撞外,二進(jìn)制指數(shù)退避(Binary Exponential Backoff,BEB)也是802. 11中減少碰撞的一項(xiàng)舉措。在BEB中,退避計(jì)時(shí)時(shí)長均為節(jié)點(diǎn)從0 到i:/f中隨機(jī)選取一個(gè)整數(shù)并乘以時(shí)隙(Slot Time,ST)。其具體實(shí)施過程為:首先,^初 始為最小競爭窗口 Cfrr=,節(jié)點(diǎn)從〇到;^中隨機(jī)選取一個(gè)整數(shù);當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)生碰 撞后,則將or加倍,并重新從〇到or中隨機(jī)選取值。若繼續(xù)發(fā)送碰撞,則or不斷加倍 直到超過閾值最大競爭窗口 時(shí)則選取作為I。當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功傳輸數(shù)據(jù)后,則 將重置為,再次從〇到f/f中隨機(jī)選取值。, Cfias的初值均已定義,例 如在直接序列擴(kuò)頻(DSSS)中,和分別為31和1023。其缺點(diǎn)在于當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目 較多時(shí),過小的初始值Cf;=依舊會(huì)有很高的碰撞概率。而且,由于成功發(fā)送的節(jié)點(diǎn)總是有 較小的競爭窗口而更容易獲得接入信道的機(jī)會(huì),過大的競爭窗口會(huì)導(dǎo)致延遲增加,這樣的 競爭窗口的選取對于發(fā)生了碰撞的節(jié)點(diǎn)而言是不公平的,也并未從根本上解決碰撞問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對上述問題,本發(fā)明公開了一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制 方法,根據(jù)節(jié)點(diǎn)所處分區(qū)將節(jié)點(diǎn)分成幾個(gè)小部分,并且根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)目計(jì)算競爭窗口值, 可以在有效降低碰撞概率的同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)由于局部區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)過多而導(dǎo)致碰撞概率變大。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功傳輸后就選取一個(gè)固定時(shí)長作為退避時(shí)長,當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的退避時(shí) 長而不相互影響的時(shí)候,就可以實(shí)現(xiàn)免碰撞的傳輸。這樣從根本上解決碰撞問題,對網(wǎng)絡(luò)性 能尤其是吞吐量和延遲方面都有很大的提升。
[0006] 本發(fā)明提供一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法,包括以下步 驟: 步驟1、利用節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)獲取節(jié)點(diǎn)自身與基站的水平距離?/,通過接收基站信標(biāo)幀 獲取基站最大傳輸半徑i?; 步驟2、各節(jié)點(diǎn)估算網(wǎng)絡(luò)中總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目」V,并根據(jù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目」V計(jì)算時(shí)長 T:zr::1 ; 步驟3、各節(jié)點(diǎn)利用自身與基站的水平距離if、基站最大傳輸半徑夕和總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn) 數(shù)目Ar判斷自己所在分區(qū)并計(jì)算該分區(qū)對應(yīng)的競爭窗口 值; 步驟4、根據(jù)計(jì)算出的競爭窗口 值估算相鄰前、后分區(qū)以及本身所處分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù) 目 ,刀―; 步驟5、根據(jù)自身發(fā)送狀態(tài)和相鄰前、后分區(qū)以及本身所處分區(qū)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目」、;? ", ,Zyz.動(dòng)態(tài)選擇競爭窗口 并計(jì)算退避時(shí)間·? ; 步驟6、節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自計(jì)算的退避時(shí)間?執(zhí)行退避后接入無線信道,發(fā)送完數(shù)據(jù)后返回 步驟1。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本方法的優(yōu)點(diǎn)在于: 1) 對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分,形成小區(qū)域內(nèi)競爭,根據(jù)節(jié)點(diǎn)距離和估算節(jié)點(diǎn)數(shù)目動(dòng)態(tài)選擇 競爭窗口,在碰撞之后對競爭窗口選取的優(yōu)化均可以降低碰撞概率; 2) 在節(jié)點(diǎn)成功傳輸后選擇固定時(shí)長,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有各自獨(dú)立的接入信道時(shí)間后可以 達(dá)到免碰撞狀態(tài),對網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,延遲方面均有較大優(yōu)化。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的流程圖; 圖2是本發(fā)明的距離分區(qū)劃分示意圖; 圖3是節(jié)點(diǎn)的退避計(jì)時(shí)選取流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明的核心是利用能夠獲取的距離信息以及估算的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量來計(jì)算競爭 窗口,并根據(jù)估算相鄰前、后分區(qū)節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及自身的發(fā)送狀態(tài)來選取和優(yōu)化競爭窗口和 退避時(shí)間,最終在每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有各自獨(dú)立的接入信道時(shí)間后可以達(dá)到免碰撞狀態(tài)。
[0010] 結(jié)合圖1,本發(fā)明技術(shù)方案的具體步驟為: 步驟1、假設(shè)利用節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)獲取節(jié)點(diǎn)自身與基站的水平距離,通過接收基站信 標(biāo)中貞獲取基站最大傳輸半徑; 結(jié)合圖2,節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身距離基站的水平距離if可以判斷自己所處分區(qū)從而計(jì)算其分 區(qū)對應(yīng)的競爭窗口 iT值。
[0011] 步驟2、各節(jié)點(diǎn)估算網(wǎng)絡(luò)中總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目#,并根據(jù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目」V計(jì)算時(shí) 首先,節(jié)點(diǎn)建立鄰居節(jié)點(diǎn)表; 其次,節(jié)點(diǎn)通過偵聽鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀更新鄰居節(jié)點(diǎn)表中鄰居節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間; 然后,獲取鄰居節(jié)點(diǎn)表中生存時(shí)間小于閾值Γ的節(jié)點(diǎn)數(shù)目σ ,根據(jù)式(1)估算所有活 動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目# : N = σ ; (1) 在得到活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目之后,按式(2)計(jì)算時(shí)長T1...... ·,:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法,其特征在于, 節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)可獲取的距離參數(shù)判斷自己所在分區(qū),并估算總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目 #和時(shí)長,然后計(jì)算競爭窗口 值,從而估算相鄰前、后分區(qū)以及本身所處分區(qū) 的節(jié)點(diǎn)數(shù)目Z?. , 最后根據(jù)自身發(fā)送狀態(tài)和相鄰距離分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目動(dòng)態(tài)選 擇競爭窗口 值并計(jì)算退避時(shí)間£,按此退避時(shí)間接入無線信道,所述方法包括以下步 驟: 步驟1、利用節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)獲取節(jié)點(diǎn)自身與基站的水平距離rf,通過接收基站信標(biāo)幀 獲取基站最大傳輸半徑汐; 步驟2、各節(jié)點(diǎn)估算網(wǎng)絡(luò)中總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目并根據(jù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目jV計(jì)算時(shí)長 J. _ 步驟3、各節(jié)點(diǎn)利用自身與基站的水平距離£/、基站最大傳輸半徑i?和總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn) 數(shù)目#判斷自己所在分區(qū)并計(jì)算該分區(qū)對應(yīng)的競爭窗口 值; 步驟4、根據(jù)計(jì)算出的競爭窗口CF值估算相鄰前、后分區(qū)以及本身所處分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù) 巨
步驟5、根據(jù)自身發(fā)送狀態(tài)和相鄰前、后分區(qū)以及本身所處分區(qū)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目 ,動(dòng)態(tài)選擇競爭窗口 并計(jì)算退避時(shí)間t; 步驟6、節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自計(jì)算的退避時(shí)間t執(zhí)行退避后接入無線信道,發(fā)送完數(shù)據(jù)后返回 步驟1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法,其 特征在于,所述步驟2中估算總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目#和計(jì)算時(shí)長的計(jì)算過程包括以 下步驟: 步驟一:節(jié)點(diǎn)建立鄰居節(jié)點(diǎn)表; 步驟二:節(jié)點(diǎn)通過偵聽鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀更新鄰居節(jié)點(diǎn)表中鄰居節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間; 步驟三:獲取鄰居節(jié)點(diǎn)表中生存時(shí)間小于閾值T的節(jié)點(diǎn)數(shù)目,估算總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù) 目#為: N二G?, 步驟四:時(shí)長:的計(jì)算方法為:
上式中:7^_5和7^_5為相應(yīng)控制巾貞時(shí)長,為數(shù)據(jù)包時(shí)長,為確認(rèn)巾貞時(shí)長, SIFS為短幀幀間間隔時(shí)間(ShortInterFrameSpace,SIFS),DIFS為幀間間隔時(shí)間(DistributedInter-frameSpacing,DIFS),均為 802. 11 標(biāo)準(zhǔn)定義。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法,其 特征在于,所述步驟3中競爭窗口 值計(jì)算過程: 競爭窗口 值由節(jié)點(diǎn)自身與基站的水平距離tf、基站最大傳輸半徑i?和總的活動(dòng) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目#的關(guān)系為:
其中1為小于10的正整數(shù),歷為小于4的正整數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)中免碰撞信道接入控制方法, 其特征在于,所述步驟4中估算相鄰前、后分區(qū)和自身所處分區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目及.,,z?., 的過程為: 根據(jù)802. 11DCF中backoff計(jì)數(shù)器的值所處的范圍,估算相鄰前、后分區(qū)和自 身所處分區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目,其關(guān)系為:
其中,為前一個(gè)分區(qū)內(nèi)估算的節(jié)點(diǎn)數(shù)目,為后一個(gè)分區(qū)內(nèi)估算的節(jié)點(diǎn)數(shù)目, 為節(jié)點(diǎn)自身分區(qū)內(nèi)估算的節(jié)點(diǎn)數(shù)目,J;.為節(jié)點(diǎn)所選取退避時(shí)間初值與競爭窗口 ^ 值的差值的絕對值,z?s為7;^_£/ + 7;.在上述公式判斷條件內(nèi)總的成功傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù) 目,^為+乙在上述公式判斷條件內(nèi)發(fā)送的總的碰撞次數(shù)為總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn) 數(shù)目,其中J:為小于10的正整數(shù),招為小于4的正整數(shù),57為802. 11標(biāo)準(zhǔn)中時(shí)隙間隔(SlotTime)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法,其 特征在于,所述步驟5中根據(jù)自身發(fā)送狀態(tài)和相鄰前、后分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目動(dòng)態(tài)選擇競爭窗 口 值并計(jì)算退避計(jì)時(shí)時(shí)長t的方法包括以下步驟: 步驟一:各節(jié)點(diǎn)利用競爭窗口 值,選取退避計(jì)時(shí)時(shí)長t:
步驟二:當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功傳輸后,則選取為退避計(jì)時(shí)時(shí)長£ ; 當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞時(shí),則按以下方法進(jìn)行退避計(jì)時(shí)時(shí)長f的選?。? 當(dāng).小于
時(shí),節(jié)點(diǎn)的退避計(jì)時(shí)時(shí)長f為:
t為節(jié)點(diǎn)所選取退避計(jì)時(shí)時(shí)長初值與#本/3J的差值的絕對值;
當(dāng)J3 . 大于. 時(shí),節(jié)點(diǎn)選取ZU,Z?.中較小值的分區(qū)對應(yīng)的競爭窗口, -r-3? wff 退避計(jì)時(shí)時(shí)長t為:
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于距離分區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)免碰撞信道接入控制方法。每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)可獲取的距離參數(shù)判斷自己所在分區(qū),并估算總的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目計(jì)算時(shí)長,然后計(jì)算競爭窗口值,從而估算相鄰上、下分區(qū)以及本身所處分區(qū)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目 ,,,最后根據(jù)自身發(fā)送狀態(tài)和相鄰距離分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目動(dòng)態(tài)選擇競爭窗口值并計(jì)算退避時(shí)間,按此退避時(shí)間接入無線信道。本發(fā)明方法可以有效降低碰撞概率并且最終實(shí)現(xiàn)免碰撞傳輸,適合不同大小的單跳無隱藏終端的滿載網(wǎng)絡(luò),能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低延遲。
【IPC分類】H04W74-08
【公開號】CN104581980
【申請?zhí)枴緾N201510040728
【發(fā)明人】裴廷睿, 鄧亞風(fēng), 李哲濤, 朱更明, 崔榮峻, 關(guān)屋大雄
【申請人】湘潭大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日