一种基于小数退避的信道接入方法技术

本发明专利技术提供了一种基于小数退避的信道接入方法，通过加快对区域吞吐量贡献较大的节点的退避速度，实现了更精细的退避方式，从而进一步细化分解了用户竞争信道时的相对优先级，实现了更好的冲突回避以及更为高效的信道资源利用率；实现简单，能与IEEE 802.11标准协议相兼容，且可同时应用于单信道和多信道的环境下；另外，本发明专利技术可通过在网卡的固件中实现，同时也可以实现在驱动程序中；本发明专利技术通过发送端预估接收端的干扰状况，使得退避更加准确，从而大幅度提升了区域吞吐量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其是一种退避机制。
技术介绍
为了减少无线网络中的碰撞，IEEE802.11标准采用了一种叫做载波侦听多址接入/避免冲撞协议(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA)的机制。在CSMA/CA机制中，节点通过执行载波侦听来判断信道是否空闲。当信道空闲后，节点开始进行执行二进制指数退避(BinaryExponentialBackoff)过程，若在退避过程中信道变忙，则需要随机等待一段时间，直到信道再次变为空闲后再开始继续进行退避，直至退避结束后才能发送数据，以减小数据传输的冲突概率。其中，CSMA/CA机制中所使用的二进制指数退避算法是减小网络冲突的关键所在。所谓二进制指数退避，是指当节点遇到冲突时，不是等待信道变为空闲后立即发送数据，而是推迟一个随机的时间后(或称为退避)再重新发送数据。在每一次冲突之后，节点的平均等待的时间也将加倍。即：每个节点均维持一个退避计数器，而这个退避计数器的值从[0,CW]中随机选取，CW代表竞争窗的取值，其初始值为最小竞争窗CWmin，并且有CW＝2mCWmin，当发生冲突后，退避阶数m加一。每当侦听到信道空闲一个时隙(slot)的时间后，退避计数器的值减一。当退避计数器减为0时，节点就可以发送数据了。但是，在目前的二进制退避过程中，节点对信道质量的感知粒度较粗。也就是说，节点对信道感知的结果仅包括两种情况：信道为“忙”，或者信道为“闲”。若信道为“忙”，即检测到信道的干扰水平超过了CCA(ClearChannelAssessment，信道空闲评估)门限，其退避过程将被挂起；而若信道为“闲”，即检测到信道的干扰水平低于了CCA门限，表示为CCAth，其退避过程将以相同的步伐推进，即每当信道空闲了一个时隙时间，节点的退避计数器值减1。在下一代无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)中，将面临高密集部署场景以及爆炸式增长的业务需求，因此如何大幅度地提升区域吞吐量(即单位面积内的吞吐量)已成为一个有待解决的棘手问题。如果在下一代WLAN中延用传统的二元退避思路，若一些关键参数(如CCA门限)设置不合理，将难以与网络的实际状况相适配并难以实现对信道资源的充分利用，从而抑制区域吞吐量性能。比如，若CCA门限值设置过低，则将导致同时认为信道为“忙”的节点数过多，从而制约了并行传输的可能性，降低信道资源利用率；若CCA门限值设置过高，则将导致同时认为信道为“闲”的节点数过多，从而增大了冲突概率。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种小数退避机制，能够提升数据速率高、干扰范围小的链路的接入优先权，即增加该链路的退避速度，同时削减数据速率低、干扰范围大的链路的接入优先权，即降低该链路的退避速度，从而提升网络的区域吞吐量性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1，当源节点S给目的节点D发送数据，源节点S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm，CCAth]，CCAth是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCAth＞-82dBm，之后，转入步骤2；步骤2，在每一个时隙内，源节点S实时检测信道上的信号能量I，若满足条件I≥CCAth，则源节点S的退避过程挂起，并继续检测信道上的信号能量I；否则，转入步骤3；步骤3，源节点S估算信干噪比SINRe，根据SINRe的取值在速率和信干噪比的分段曲线Rate-SINR中的映射，获得对应的数据传输速率R，转入步骤4；步骤4，源节点S根据数据传输速率R计算出本时隙内的退避速度ωBK，转入步骤5；步骤5：当本时隙结束后，源节点S将自己当前的退避计数器值减去ωBK，再判断减去ωBK后的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则源节点S接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。所述的CCAth提前设定，或由目的节点D在上一时隙与源节点S进行数据传输过程中反馈得到，其中，Pr为目的节点D接收到源节点S发送的请求发送帧RTS的接收功率，SINRth表示最大可以采用的调制编码方式所对应的信噪比。所述的步骤3中，信干噪比SINRe＝Pr-I；如果当前时隙是第一个传输时隙，则ωBK＝1，然后直接转入步骤5。所述的步骤4中，源节点S计算等效数据速率其中，A表示链路的干扰面积，即发送节点S的干扰区域面积与接收节点D的干扰区域面积的并集；根据公式源节点S计算出本时隙内的退避速度ωBK，其中，R*代表区域吞吐量，与之所对应的退避速度为本专利技术的有益效果是：通过加快对区域吞吐量贡献较大的节点的退避速度，实现了更精细的退避方式，从而进一步细化分解了用户竞争信道时的相对优先级，实现了更好的冲突回避以及更为高效的信道资源利用率；实现简单，能与IEEE802.11标准协议相兼容，且可同时应用于单信道和多信道的环境下；另外，本专利技术可通过在网卡的固件中实现，同时也可以实现在驱动程序中；本专利技术通过发送端预估接收端的干扰状况，使得退避更加准确，从而大幅度提升了区域吞吐量。附图说明图1是本专利技术实施例一的图示；图2是本专利技术实施例二的图示；图3是本专利技术实施例三的图示；图4是本专利技术实施例四的图示；图5是本专利技术实施例五的图示；图6是本专利技术实施例六、实施例七的图示；图7是本专利技术实施例八的图示；图8是本专利技术实施例九的图示；图9是本专利技术的仿真结果示意图；图中，AP-接入点AccessPoint，RTS-请求接入Request-To-Send，CTS-允许发送Clear-To-Send，ACK-确认Acknowledgement，SIFS-短帧间间隔ShortInterframeSpace，CH-信道Channel，BSS-基本服务集BasicServiceSet。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。在该机制中，克服了传统的二元退避机制对信道质量的粗粒度感知的弊端，使得退避过程与网络的实际状况有机结合，从而实现更为精细的退避。另外，本专利技术实现容易，并能与IEEE802.11标准协议相兼容。仿真结果表明，本专利可大幅度提升网络的区域吞吐量。本专利技术是应用于无线网络中的一种灵活的退避机制，旨在克服传统二元退避机制对信道质量的粗粒度感知的弊端，使得退避过程与网络的实际状况有机结合，从而实现更为精细的退避，并提升网络的区域吞吐量。下面结合八个实施例对本专利的实现过程进行详细介绍。本专利技术的详细步骤如下：步骤1：当源节点S给目的节点D发送数据，S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm，CCAth]，CCAth是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCAth＞-82dBm，之后，转入步骤2；步骤2：在每一个时隙内，S实时检测信道上的信号能量，记为I，若满足条件I≥CCAth，则S的退避过程挂起，并返回步骤2中继续侦听；否则，即满足条件I<CCAth，转入步骤3；步骤3：S估算信干噪比(SignalToInterferencewithNoiseRatio，SINR)，记为SINRe，进而S根据SINRe查表得到对应的数据传输速率R，之后，转入步骤4；步骤4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小数退避的信道接入方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，当源节点S给目的节点D发送数据，源节点S查询此时自己所维持的CCA范围，即[‑82dBm,CCAth]，CCAth是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCAth＞‑82dBm，之后，转入步骤2；步骤2，在每一个时隙内，源节点S实时检测信道上的信号能量I，若满足条件I≥CCAth，则源节点S的退避过程挂起，并继续检测信道上的信号能量I；否则，转入步骤3；步骤3，源节点S估算信干噪比SINRe，根据SINRe的取值在速率和信干噪比的分段曲线Rate‑SINR中的映射，获得对应的数据传输速率R，转入步骤4；步骤4，源节点S根据数据传输速率R计算出本时隙内的退避速度ωBK，转入步骤5；步骤5：当本时隙结束后，源节点S将自己当前的退避计数器值减去ωBK，再判断减去ωBK后的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则源节点S接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于小数退避的信道接入方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，当源节点S给目的节点D发送数据，源节点S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm,CCAth]，CCAth是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCAth＞-82dBm，之后，转入步骤2；步骤2，在每一个时隙内，源节点S实时检测信道上的信号能量I，若满足条件I≥CCAth，则源节点S的退避过程挂起，并继续检测信道上的信号能量I；否则，转入步骤3；步骤3，源节点S估算信干噪比SINRe，根据SINRe的取值在速率和信干噪比的分段曲线Rate-SINR中的映射，获得对应的数据传输速率R，转入步骤4；步骤4，源节点S根据数据传输速率R计算出本时隙内的退避速度ωBK，转入步骤5；步骤5：当本时隙结束后，源节点S将自己当前的退避计数器值减去ωBK，再判断减去ωBK后的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则源节点S接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，杨懋，杨博，闫中江，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61