CN101977445B - 一种多信道csma接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多信道CSMA接入方法，其中该方法特征为：节点同时在各个可用的并行信道上进行CSMA接入，每次成功抢占一个空闲信道后立即调整其他空闲信道上的退避计数器值，直至抢占的信道满足接入需求或者退避总时间达到最大退避时间或者无可选的空闲信道。通过上述方法，可以有效地控制多个节点在多个信道上的CSMA接入，有效满足节点的接入需求，提高系统的信道利用率，提升无线网络的吞吐性能。

Description

一种多信道CSMA接入方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种多信道CSMA接入方法。
背景技术
在一些分布式的无线通信系统中，多个不同的节点需要竞争接入多个并行的信道来满足自己的通信需求，如在无线局域网系列标准中就存在多个无线接入点(AP)或者多个无线站(STA)间竞争接入的场景。目前在这些分布式的多节点共存场景中，接入节点间一般会采用CSMA机制进行竞争接入。
CSMA是一种载波侦听多址接入方法，通过在竞争信道上设置随机退避值，来实现信道的竞争接入。退避值的计数用退避计数器实现。退避计数器是一种减计数器，每经过一个单位时间，空闲信道的退避计数器会自减1，减少到0时，节点可以抢占信道。当退避计数器最先减少到零的节点，具有最小的退避值，可以优先抢占信道。被抢占的信道变成忙信道，其上的所有节点的退避计数器会停止计数(冻结)。
已有的CSMA多信道接入机制，孤立地对各个信道进行竞争接入，没有根据接入需求和已抢占信道情况动态地调整其他信道上的退避值。比如在某节点有连续信道接入需求下，孤立的多信道CSMA方法，不能动态地提高与已抢占信道相邻信道的接入优先级，在接入过程中，极易出现相邻信道被周围节点抢占，造成该节点传输带宽下降，部分信道无法得到有效利用。
本专利提出的方法在每个信道的抢占过程中都会根据接入需求和已抢占信道情况动态地调整其他信道上的退避值。这样通过合理调整退避值，不但可以提高系统的信道利用率，还可以有效地满足各个节点的接入需求。特别是在不同接入需求的节点共存时，本方法可以显著提高无线网络的吞吐性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多信道CSMA接入方法，通过联合调整多个信道上的退避计数器，可以在分布式多信道竞争接入的场景下有效提高信道的利用率。
本发明提供的一种多信道CSMA接入方法，其特征在，
需要进行接入的节点同时在各个可用的并行信道上进行CSMA接入，每次成功抢占一个空闲信道后立即对其他空闲信道上的退避计数器值进行调整直至满足下列条件之一：
1)抢占的信道满足接入需求
2)退避总时间达到最大退避时间
3)无可选的空闲信道。
所述的可用的并行信道为频域上不相互交叠的一组可以被所述节点用于数据传输的信道。
所述的抢占是指在信道上发起信号传输，可以为RTS/CTS等控制信令帧的传输，也可以是数据帧的传输。
所述的接入需求可以包括接入带宽、接入速率、接入QoS等。
所述的最大退避时间指系统中规定的CSMA退避窗口的最大值。
所述的退避计数器为减计数器，在空闲信道上，退避计数器每经过1个单位时间会自减1，减至0时，抢占该退避计数器所在的空闲信道；在非空闲信道上，退避计数器会停止计数(即为冻结)。
所述对其他空闲信道上的退避计数器进行调整，其调整策略取决系统优化准则，其调整操作可以包括增大、减小、冻结及置数。
与现有的多信道CSMA技术相比，本发明引入了多个信道间退避计数器值的动态联系。实现中，采用本发明提供的方法，需要进行接入的节点每抢占一个信道后，就可以根据节点的接入需求、规定的系统准则以及已经抢占的信道的情况，动态的调整剩余空闲信道上的退避计数器值，这样就可以更好地提高信道利用率。
在本发明的具体实施方式例中，给出了一个多信道CSMA接入的实施案例。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明一个实施例的节点接入场景示意图。
图2为本发明一个实施例的节点接入流程图。
图3为本发明一个实施例的节点接入时序图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明一个实施例的节点接入场景的示意图，如图所示，一共有K个不同的节点和可以让这些节点进行通信的N个公用的并行信道。这N个并行信道是根据可用频谱资源事先规定划分好的，在频域上不相互交叠。图中的一个节点可以是单独的一个通信设备(如手机，无线路由器，无线网卡等)，也可以是一组有中心控制的通信设备集合(如小区，BSS等)。这些节点在进行通信之前，需要先获得一部分信道，然后才可以在获得的信道上进行通信。由于这K个节点间没有中心控制来分配这N个信道，这样各个节点就需要通过在这N个信道上进行竞争来抢占信道资源。
图2为本发明一个实施例的节点接入流程图，如图所示，
在步骤S100中，节点首先设置各个信道上退避窗口的大小，并根据退避窗口[CWmin，CWmax]，随机产生各个信道上的退避计数器的初值。退避窗口大小的设置，由QoS和信道冲突情况决定，退避计数器的初值的产生为[CWmin，CWmax]上的均匀分布，具体可以参考802.11n标准中的相关内容。退避计数器规定为在空闲信道上为减计数器。每过一个单位时间会自减1。在非空闲信道上，退避计数器会停止计数，自动冻结。设置完退避计数器后，节点同时在各个信道上进行CSMA，进入退避时间。
在步骤S200中，节点查看是否有某个空闲信道上的退避计数器值减至0，如果有，则对该信道进行抢占。抢占是指在信道上发起信号传输，比如RTS/CTS等控制信令帧或者数据帧的传输。
在步骤S300中，节点判断已经抢占的信道是否满足了接入需求。如果满足了，就完成了这次信道的抢占，退出CSMA过程，在抢占的信道上进行通信。如果不满足，就继续进行下面的步骤。接入需求是系统首先规定的，可以为接入带宽的要求，接入速率的要求，也可以为接入QoS的综合要求。比如接入带宽需求为160MHz时，就需要在此步骤中判断抢占的信道是否达到160MHz。
在步骤S400中，节点判断各个信道上的退避总时间是否达到对应信道上的最大退避窗口CWmax，如果达到，就退出CSMA过程，在已抢占的信道上进行通信，如果没有达到，就继续进行下面的步骤。退避总时间是指从设置完步骤S100中的退避计数器开始到执行该步骤时总共经过的单位时间数。
在步骤S500中，节点判断是否存在空闲的可选信道。如果不存在，则退出CSMA过程，在抢占的信道上进行通信；如果存在，则进行下面的步骤。可选信道为节点可以在其上进行通信的信道。根据不同的系统准则，可选信道的具体定义也不同。比如，当要求节点采用连续信道进行通信时，可选信道为与已抢占信道相邻的信道；当要求节点选用信道要有一定的质量要求时，可选信道就为信道质量超过该要求的信道。在该领域的普通技术人员可以根据自身需求自行定义可选信道。
在步骤S600中，节点调整空闲信道上的退避计数器，调整完毕后返回步骤S100。具体地，当空闲信道为非可选信道时，冻结其上的退避计数器，停止计数。当空闲信道为可选信道时，则重新调整其上的退避计数器的值。调整的具体策略由系统要求决定。比如，当系统需要强制使用连续的2个信道进行通信时，可以将与已抢占信道相邻的一个空闲信道上的退避计数器值调整为系统规定的最小基本间隔值，如在802.11系统中就是PIFS长度；当系统有QoS要求时，可以根据已抢占信道的情况，重新计算QoS要求以及与新QoS要求对应的各个空闲信道上的退避窗口大小，并根据新退避窗口与旧退避窗口的比例，成比例更新退避计数器的值。
图3为本发明一个实施例的节点接入时序图，如图所示，某一节点在三个可选信道的信道上进行竞争接入。该节点需要获得两个连续的信道进行通信。根据S100，该节点设置完各个信道上的退避计数器后，进行CSMA，进入退避时间。在信道3上，该节点的退避计数器未计数到0时，出现了其他节点的信号传输，信道3进入非空闲状态。根据S100中有关退避计数器的规定，信道3上的退避计数器自动冻结。由于信道2上的退避计数器，首先计时到0，根据S200，该节点对信道2进行抢占。根据S300-S500的判断，该节点还需要继续抢占信道，于是根据S600，调整了空闲的信道1上的退避计数器的值。返回步骤S200，当信道1退避计数器为0时，对信道1也进行了抢占。再根据S300-S500，退出CSMA过程，该节点在信道1和信道2上进行数据传输。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多信道CSMA接入方法，其特征为
需要进行接入的节点同时在各个可用的并行信道上进行CSMA接入，每次成功抢占一个空闲信道后先判断已经抢占的信道是否满足接入需求，如果满足接入需求则完成信道抢占，否则再判断各个信道上的退避总时间是否达到各个信道对应的最大退避时间，如果达到最大退避时间则完成信道抢占，否则判断是否有可选的空闲信道，如果有可选的空闲信道则调整一次各个空闲信道上退避计数器的值并继续进行信道抢占过程，否则完成信道抢占并在抢占的信道上发起通信；
所述的最大退避时间指系统规定的CSMA退避窗口的最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的可用的并行信道为频域上不相互交叠的一组可以被所述节点用于数据传输的信道。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的抢占是指在信道上发起信号传输，可以为RTS/CTS控制信令帧的传输，也可以是数据帧的传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的接入需求可以包括接入带宽、接入速率、接入QoS中的一个或者多个。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的退避计数器为减计数器，在空闲信道上，退避计数器每经过1个单位时间会自减1，减至0时，抢占该退避计数器所在的空闲信道；在非空闲信道上，退避计数器会停止计数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对空闲信道上的退避计数器的调整策略取决系统优化准则，其调整操作可以包括增大、减小、停止计数及置数。
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