[发明专利]用于无线局域网的分布式媒体接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线局域网的改进的分布式媒体接入方法，属于无线通信网络的技术领域。

背景技术

近年来，随着无线通信需求的迅猛增长，无线局域网WLAN(Wireless LocalArea Network)技术受到人们越来越多的关注。美国电子和电气工程师协会IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)为无线局域网制定了802.11系列的技术标准，其中为媒体接入控制层MAC(Medium Access Control)定义了基于竞争的分布式协调功能DCF(Distributed Coordination Function)。DCF采用基于冲突避免机制的载波监听多址接入CSMA/CA(Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance)协议，由接入用户根据监测的信道信息独立选择接入信道，或者进行退避后、重新接入信道；接入用户监测到碰撞后，采用二进制指数退避算法进行退避和重传。通过上述方式，一方面能够在一定程度上减少不同接入用户之间的碰撞概率，另一方面也提高了组网的灵活性。

参见图1，介绍DCF机制中某个站点准备发送数据时的操作流程：首先该站点要调用载波监听机制来确定信道的忙/闲状态。如果信道忙，则继续监听；如果信道空闲，并且连续空闲时间达到DIFS(DCF Inter-Frame Space)时长，则该站点可以进入冲突避免阶段。为了避免发生冲突，此时该站点并没有立即发送数据，而是在发送数据前增加了一个退避过程：也就是先产生一个退避时间(Backoff_time)，并存入退避计数器。退避时间的产生方法如下：Backoff_time＝Random×slot_time；式中，Random是均匀分布在[0，CW]范围内的随机整数，而CW(Contention Window)是介于由物理层决定的最小竞争窗口CW_min和最大竞争窗口CW_max之间的一个整数，也即CW_min≤CW≤CW_max，Slot_time为取决于物理层的一个时隙的时长。

站点执行的基于DCF机制的退避操作过程如下：如果监听到信道空闲时间达到一个时隙的时长Slot_time，则将退避计数器减1。如果信道忙，则暂停退避过程，退避时间计数器被冻结，直到信道再次变为空闲状态时，才重新激活退避过程，继续递减；直到退避计数器递减到0时，节点才可以发送数据。

为了避免在发生数据碰撞的情况下，重传数据的不同站点再次发生碰撞。当站点监测到碰撞后，将采用二进制指数退避算法进行退避和重传。为此，每个站点需要对各自的CW参数进行动态调整。CW的初始值为CW_min。每当站点发送数据成功时，将从目的站点接收到表示发送成功的ACK信息；因此，如果发送站点接收到ACK信息，则说明发送成功；否则，说明此次发送失败，这也说明当前的网络负载较大或链路状况不好。这样，在重传过程中，该站点的CW就会增加一倍；以后，该站点每次因发送失败而重传时，CW都会增加一倍，即：CW＝2^m×(CW_min+1)-1，式中，m为重传次数。而且，一旦CW增加到CW_max时，如要继续重传数据时，则CW值将保持为CW_max不变，直到该站点发送成功，或者达到了最大重传次数的限制，CW将被重置为CW_min。

根据上述的IEEE 802.11MAC层标准的DCF协议可知，整个协议的核心内容是基于竞争窗口值的二进制指数退避算法，它能够保证不同的接入站点之间的相互协调，以避免碰撞。不同用户之间的区别在于CW取值的不同(即退避窗口大小为[0，CW]之间的随机数)。

但是，在传统的DCF方案中，由于不同待发送用户的DIFS的时长值均为协议中所规定的固定值，因而，当接入用户数目增多的时候，通过这种基于均匀分布的随机方式而产生的初始CW值相同的用户就会变得越来越多。此时，如果遵循相同的退避算法规则，当其他站点发送完毕，多个待发送用户同时监测到信道空闲并等待相同的DIFS间隔后，将同步进入随机退避窗口等待状态。此时，若有多个用户选择了相同的退避窗口时长，其退避窗口同时减为0的用户数也就会随之增多，于是不同用户之间同时传输数据时就会发生数据碰撞(参见图2所示)，丢包率和数据包的重传次数也相应增加，从而导致整个系统的性能显著下降。