專利名稱：一種提高無線局域網(wǎng)的dcf性能的二步退避方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種提高IEEE 802.11協(xié)議媒介訪問控制層(Medium Access Control，MAC)中分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordination Function，DCF)性能的兩步退避方法。
背景技術(shù)：
IEEE 802.11無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks，WLAN)目前正得到廣泛的應(yīng)用，例如筆記本中配置的無線網(wǎng)卡幾乎全是IEEE802.11b/g無線網(wǎng)卡。
IEEE 802.11 WLAN包括物理層以及邏輯鏈路控制層(Logic LinkControl，LLC)中的媒介訪問控制層(Media Access Control，MAC)。按照物理層的不同可以分為IEEE 802.11，IEEE 802.11a，IEEE 802.11b，IEEE802.11g WLAN。802.11a采用OFDM調(diào)制方式，支持54Mbps速率；802.11b一般采用DSSS或CCK調(diào)制方式，支持11Mbps速率；而802.11g采用OFDM和DSSS/CCK2種調(diào)制方式。目前常用的模式是IEEE802.11b/g或IEEE 802.11a/g。上面提到的這幾種IEEE 802.11 WLAN的MAC層卻是相同的。
IEEE 802.11 WLAN的MAC協(xié)議包括2種方式集中協(xié)調(diào)功能(PointCoordination Function，PCF)和分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed CoordinationFunction，DCF)。PCF是可選方式，DCF是必須包含的功能。
由于無線設(shè)備不能同時發(fā)射和接收，所以IEEE 802.11使用碰撞回避策略，即載波偵聽多址訪問/碰撞回避機(jī)制(Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance，CSMA/CA)。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中建議的二進(jìn)制指數(shù)退避的工作規(guī)程如下當(dāng)站點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，調(diào)用載波偵聽機(jī)制確定媒介狀態(tài)，如果媒介忙，站點(diǎn)推遲發(fā)送，直至檢測到媒介空閑時間大于DIFS(DCF InterframeSpace)，接下來選擇第一次競爭的競爭窗口CW(Contention Window)--aCWmin，再在(0，aCWmin)中選擇一個隨機(jī)整數(shù)做為退避計數(shù)器的初值進(jìn)入退避階段，如果檢測到媒介有一個時隙(SLOT)的空閑，則退避計數(shù)器減1；如果媒介忙，則退避計數(shù)器維持不變，當(dāng)媒介空閑時間大于DIFS時再啟動退避遞減計數(shù)。當(dāng)退避計數(shù)器遞減到0時，發(fā)送數(shù)據(jù)。如果發(fā)送發(fā)生碰撞，則進(jìn)入下一輪退避過程，并且其競爭窗口(CW)放大到上一次的2倍，直到規(guī)定的最大CW--aCWmax，維持最大值不變，當(dāng)發(fā)送成功，CW復(fù)位為最小值--aCWmin，所以稱為二進(jìn)制指數(shù)退避。[見圖1]退避時間Backoff Time＝Random(CW)×aSlotTime這種退避方法雖然解決了碰撞問題，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加大時，退避時間迅速增加，造成帶寬的浪費(fèi)，目前為止，已經(jīng)提出了多種改進(jìn)IEEE802.11 WLAN的DCF退避機(jī)制的方法，最簡單的就是選擇一個較小的固定值競爭窗口，但是這種機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小時造成帶寬浪費(fèi)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大時造成碰撞概率增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)數(shù)量動態(tài)調(diào)整競爭窗口的機(jī)制達(dá)到減少碰撞幾率和減少退避時間的方法，從而提高WLAN的DCF性能。該方法的實(shí)施對802.11的原有協(xié)議改動不大，實(shí)現(xiàn)容易。
本發(fā)明為一種應(yīng)用于IEEE 802.11 WLAN DCF中的兩步退避方法，一種提高無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，包括用于無線局域網(wǎng)的的DCF性能的二步退避方法，步驟如下第一步，判斷是否為第一次進(jìn)入退避程序(1)；第二步，若是第一次進(jìn)入，則采用固定競爭窗口退避機(jī)制，固定競爭窗口大小等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模運(yùn)算結(jié)果，并且退避計數(shù)器的初值直接取固定競爭窗口的大小(2)；第三步，進(jìn)入第一階段退避規(guī)程(3)；第四步，若不是第一次進(jìn)入，則采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小競爭窗口aCWmin和最大競爭窗口aCWmax的大小，進(jìn)入第二階段退避規(guī)程(4)。
所述的無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，無線局域網(wǎng)指IEEE802.11 WLAN。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中建議的二進(jìn)制指數(shù)退避的工作規(guī)程。
圖2是提高IEEE 802.11 WLAN的DCF性能的二步退避方法運(yùn)算流程框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法仿真得到的退避時隙對比曲線。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖2，本發(fā)明為一種應(yīng)用于IEEE 802.11 WLAN DCF中的兩步退避方法，包括第一步，采用固定窗口退避機(jī)制；第二步，采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小和最大競爭窗口的取值。具體實(shí)施如下先判斷是否第一次進(jìn)入退避程序(1)。
若為第一次進(jìn)入，則采用第一步退避機(jī)制，采用固定競爭窗口退避機(jī)制，無線站點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時，獲取一個標(biāo)識號記為MAC_Addr，當(dāng)站點(diǎn)數(shù)記為Station_Number較多時，可以對站點(diǎn)進(jìn)行分組，組大小記為Group_Size，該站點(diǎn)的第一次競爭窗口大小記為First_CW，F(xiàn)irst_CW等于無線站點(diǎn)的MAC_Addr號和常數(shù)Group_Number的模運(yùn)算結(jié)果(2)，即First_CW＝MAC_Addr mod Group_Size。退避計數(shù)器的初值直接取競爭窗口的大小，即First_CW，然后進(jìn)入退避程序(3)。
第一步中采用固定窗口退避機(jī)制，競爭窗口大小等于無線站點(diǎn)的MAC_Addr號和常數(shù)Group_Number的模運(yùn)算結(jié)果，組大小Group_Size由IEEE 802.11a/b中的最小競爭窗口大小決定，在IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝31，在第一階段的平均退避大小為16個時隙(aSlotTime)，Group_Size選為16；在IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝15，在第一階段的平均退避大小為8個時隙(aSlotTime)，Group_Size選為8。
如果本次退避發(fā)送成功則返回；如果本次退避發(fā)送依然失敗，則進(jìn)入下一步，采用二進(jìn)制指數(shù)退避規(guī)程進(jìn)行退避發(fā)送。
第二步退避采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制(4)，如果第一步退避后重傳還發(fā)生碰撞，則采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小競爭窗口aCWmin和最大競爭窗口aCWmax的值，分別記為_aCWmin和_aCWmax，在無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最大競爭窗口大小aCWmax＝1023；在IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝31，在IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝15，本退避方法中將最小競爭窗口大小定為Group_Size，即_aCWmin＝Group_Size，對802.11b，_aCWmin＝16；對802.11a，_aCWmin＝8；而將最大競爭窗口大小定為原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一半，即_aCWmax＝511。退避計數(shù)器的初值為0到競爭窗口CW之間的一個隨機(jī)整數(shù)。
圖3是原退避機(jī)制和二步退避機(jī)制的比較結(jié)果，分別在2種退避機(jī)制下加入相同的業(yè)務(wù)(traffic)，在相同時間內(nèi)記錄站點(diǎn)的退避次數(shù)。實(shí)線是原退避機(jī)制的退避(backoff)次數(shù)，虛線是二步退避機(jī)制下的退避次數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種提高無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，包括用于無線局域網(wǎng)的的DCF性能的二步退避方法，步驟如下第一步，判斷是否為第一次進(jìn)入退避程序(1)；第二步，若是第一次進(jìn)入，則采用固定競爭窗口退避機(jī)制，固定競爭窗口大小等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模運(yùn)算結(jié)果，并且退避計數(shù)器的初值直接取固定競爭窗口的大小(2)；第三步，進(jìn)入第一階段退避規(guī)程(3)；第四步，若不是第一次進(jìn)入，則采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小競爭窗口aCWmin和最大競爭窗口aCWmax的大小，進(jìn)入第二階段退避規(guī)程(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，無線局域網(wǎng)指IEEE 802.11 WLAN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，第一步中采用固定窗口退避機(jī)制，無線站點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時，獲取一個標(biāo)識號記為MAC_Addr，當(dāng)站點(diǎn)數(shù)記為Station_Number較多時，可以對站點(diǎn)進(jìn)行分組，組大小記為Group_Size，該站點(diǎn)的第一次競爭窗口大小記為First_CW等于無線站點(diǎn)的MAC_Addr號和常數(shù)Group_Number的模運(yùn)算結(jié)果(2)，并且退避計數(shù)器的初值直接取第一次競爭窗口的大小First_CW。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，第二步中采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，如果第一步退避后重傳還發(fā)生碰撞，則采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小競爭窗口aCWmin和最大競爭窗口aCWmax的值，分別記為_aCWmin和_aCWmax，在無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最大競爭窗口大小aCWmax＝1023；在IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝31，在IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝15，本退避方法中將最小競爭窗口的大小取為組的大小，即_aCWmin＝Group_Size，對802.11b，_aCWmin＝16；對802.11a，_aCWmin＝8；而將最大競爭窗口大小定為原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一半，即_aCWmax＝511，并且退避計數(shù)器的初值取為0到競爭窗口CW之間的一個隨機(jī)整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，第一步中采用固定窗口退避機(jī)制，競爭窗口大小等于無線站點(diǎn)的MAC_Addr號和常數(shù)Group_Number的模運(yùn)算結(jié)果，組大小Group_Size由IEEE802.11a/b中的最小競爭窗口大小決定，在IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝31，在第一階段的平均退避大小為16個時隙(SLOT)，本退避方法中Group_Size選為16；在IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，最小競爭窗口大小aCWmin＝15，在第一階段的平均退避大小為8個時隙，本退避方法中Group_Size選為8。
全文摘要
一種提高無線局域網(wǎng)的DCF性能的二步退避方法，包括第一步，采用固定窗口退避機(jī)制，無線站點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時，獲取一個地址MAC_Addr。當(dāng)站點(diǎn)數(shù)較多時，可以對站點(diǎn)進(jìn)行分組，組大小為Group_Size。該站點(diǎn)的第一次競爭窗口大小First_CW等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模運(yùn)算結(jié)果。第二步，采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制。如果第一步退避后重傳還發(fā)生碰撞，則采用二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制，但是減小最小競爭窗口和最大競爭窗口的大小，本退避方法中，最小競爭窗口的大小取為組大小的值，即_aCWmin＝Group_Size；而將最大競爭窗口大小定為原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一半，即_aCWmax＝511。
文檔編號H04L12/28GK1964294SQ20051008684
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者肖宛昂, 石寅 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所