CN103634927A - 分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，包括：基本服务集中的接入站点在信标帧间隔时段内，统计碰撞概率，以此估计当前基本服务集中的竞争站点数；基本服务集中的接入站点根据竞争站点数判断是否需要重置竞争窗口的初始值；若竞争站点数超过23，接入站点重置所有站点的竞争窗口初始值，否则竞争窗口初始值保持通信协议中的初始设置。本发明采用基于碰撞概率的竞争站点数估计方法，根据基本服务集中的竞争站点数动态设置竞争窗口初始值，在高负载的网络状况下，可以有效地提高系统的吞吐量。

Description

分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法

技术领域

本发明涉及无线通信和信息传播技术领域，尤其涉及一种分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法。

背景技术

分布式信道接入是无线局域网通信标准IEEE802.11MAC层的基本访问方法，基于二进制指数退避策略的载波侦听多址访问/碰撞避免（Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA）机制。各站点（STA）为了减小碰撞，从计数区间[0,CW]中选取一个伪随机整数，按该数目的时隙长度后延。这里的CW被称为竞争窗口（contention window，CW）。竞争窗口参数初始值为CW_min，最大值为CW_max，在每次不成功的MPDU传输后，CW值翻倍；否则CW重置为CW_min。由于CW_min的值是固定的，显然无法适应变化的网络状况，当基本服务集中的竞争站点数较多，负载比较严重时，站点每次发送成功后都将竞争窗口重置为CW_min，一方面可能会引起更多的数据冲突，同时窗口大小与信道争用状况是不相符的，站点又会经历冲突和退避，从而造成系统吞吐量的下降。

发明内容

本发明AP：英文全称Access Point，中文通常称为接入点；STA：英文全称Station，中文通常称为站点。

针对无线局域网中，分布式信道接入采用固定的竞争窗口初始值而导致系统在高负载情况下性能低下的问题，本发明提出了一种分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法。

本发明为解决以上技术问题采用如下技术方案：一种分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，包括以下步骤：

1）根据基本服务集中的接入站点在信标帧间隔时段内统计的碰撞概率，得到当前基本服务集中的竞争站点数；

2）设置重置站点竞争窗口初始值判断条件的阈值；

3）基本服务集中的接入站点判断当前基本服务集中的竞争站点数是否大于或等于阈值；

4）若当前基本服务集中的竞争站点数大于或等于阈值，接入站点重置基本服务集中所有站点的竞争窗口的初始值；否则基本服务集中的所有站点的竞争窗口的初始值保持通信协议中的初始设置。

所述阈值为竞争站点数23。选择竞争站点数23作为重置站点竞争窗口初始值判断条件的阈值，基于图2所示的仿真结果，当基本服务集中的竞争站点数超过23时，本发明所提出的适用于无线局域网分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法相对于原有机制，平均吞吐量提升比例超过50%。

所述重置基本服务集中所有站点的竞争窗口的初始值，包括以下步骤：

1）AP设置信标帧中相应指示比特值，并在下行传输资源处发送信标帧；

2）STA在对应的下行传输资源处接受信标帧；

3）STA根据信标帧中的“竞争窗口初值重置指示”比特来判断是否重置竞争窗口初始值。

4）若指示重置竞争窗口初始值，STA将CW_min设置为255；否则STA将CW_min设置为通信协议中对CW_min的初始设置。STA将CW_min设置为255是基于图3所示的仿真结果：当竞争站点数超过20，系统平均吞吐量的峰值位于CW_min=255附近。在现有信标帧的在帧控制中采用1比特作为“竞争窗口初值重置指示”。

本发明的有益效果如下：本发明实现了无线局域网分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方案，在高负载的网络状况下，可以有效地提高系统的吞吐量，同时对协议本身的修改不大。

附图说明

图1为本发明现有技术的碰撞概率和竞争站点数之间的关系曲线图；

图2为本发明系统平均吞吐量提升比例与竞争站点数之间的关系曲线图；

图3为本发明系统平均吞吐量在竞争站点数不同的情况下与CW_min之间的关系曲线图；

图4为本发明的流程图；

图5为本发明实施例的修改信标帧的结构；

图6为本发明实施例的重置竞争窗口初始值的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图4所示，本发明所述的分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，包括以下步骤：

步骤一：基本服务集中的接入站点在信标帧间隔时段内，统计碰撞概率，以此估计当前基本服务集中的竞争站点数。

基本服务集中碰撞概率p的计算，采用如下方案：

$p=\frac{C_{\mathrm{busy}}+C_{\mathrm{coll}}}{B}$

其中，C_busy表示信标帧间隔时段内接入站点监测到的繁忙时隙数(busy slot)的总和，由于在无线局域网中，站点与站点之间的通信往往需要通过接入站点作为中继进行转发，各站点同时发送上行数据包所引起的碰撞可以被接入站点监测到；C_coll表示信标帧间隔时段内接入站点发送下行数据所经历的碰撞时隙数(collision slot)的总和，C_coll根据接入站点未收到预期的CTS或ACK确认帧来计算；B表示信标帧间隔时段的总时隙数。

基本服务集的网络状况和竞争站点数息息相关。根据Bianchi提出的分析网络性能的二维离散马尔科夫模型，采用分布式信道接入机制，竞争站点数可以由碰撞概率p来估计。竞争站点数n可以表示为碰撞概率的函数：

$n=f\left(p\right)=1+\frac{\log (1-p)}{\log (1-\frac{2(1-2p)}{(1-2p)(W+1)+\mathrm{pW}(1-{\left(2p\right)}^m)})}$

其中，W为站点竞争窗口的初始值CW_min，m表示退避级数，

通过以上函数，由统计的碰撞概率p得到当前基本服务集中的竞争站点数。

步骤二：设置竞争站点数23作为重置站点竞争窗口初始值判断条件的阈值，基于图2所示的仿真结果，当基本服务集中的竞争站点数超过23时，本发明所提出的分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法相对于原有机制，平均吞吐量提升比例超过50%。

步骤三：基本服务集中的接入站点判断是否需要重置竞争窗口的初始值。判断条件为：当前基本服务集中的竞争站点数大于或等于23。

步骤四：若当前基本服务集中的竞争站点数n≥23，接入站点重置基本服务集中所有站点的竞争窗口的初始值；否则基本服务集中的所有站点的竞争窗口的初始值保持IEEE802.11n协议中的初始设置，即CW_min=15。

接入站点重置基本服务集中的所有站点的竞争窗口的初始值，需要向站点指示是否重置竞争窗口的初始值。如图5所示，基于IEEE802.11n的信标帧结构，在帧控制中选取一个预留比特作为“竞争窗口初值重置指示”（0：保持IEEE802.11n协议中对竞争窗口初始值的设置，即CW_min=15；1：重置竞争窗口初始值，即CW_min=255）。

如图6所示，步骤四中重置站点竞争窗口初始值的具体流程，包括以下步骤：

步骤1：AP将信标帧MAC层帧头中的“竞争窗口初值重置指示”比特设置为1，并在相应的下行传输资源处以广播形式发送给各STA；STA在相应的下行传输资源处接收信标帧。

步骤2：STA根据信标帧中的“竞争窗口初值重置指示”比特来判断是否重置竞争窗口初始值。

步骤3：若指示重置竞争窗口初始值，STA将CW_min设置为255；否则STA将CW_min设置为15，即IEEE802.11n协议中对CW_min的初始设置。

Claims (4)

1.一种分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据基本服务集中的接入站点在信标帧间隔时段内统计的碰撞概率，得到当前基本服务集中的竞争站点数；

2）设置重置站点竞争窗口初始值判断条件的阈值；

3）基本服务集中的接入站点判断当前基本服务集中的竞争站点数是否大于或等于阈值；

4）若当前基本服务集中的竞争站点数大于或等于阈值，接入站点重置基本服务集中所有站点的竞争窗口的初始值；否则基本服务集中的所有站点的竞争窗口的初始值保持通信协议中的初始设置。

2.根据权利要求1所述的分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，其特征在于，所述阈值为竞争站点数23。

3.根据权利要求1所述的分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，其特征在于，所述重置基本服务集中所有站点的竞争窗口的初始值，包括以下步骤：

1）AP设置信标帧中相应指示比特值，并在下行传输资源处发送信标帧；

2）STA在对应的下行传输资源处接受信标帧；

3）STA根据信标帧中的“竞争窗口初值重置指示”比特来判断是否重置竞争窗口初始值。

4）若指示重置竞争窗口初始值，STA将CW_min设置为255；否则STA将CW_min设置为通信协议中对CW_min的初始设置。

4.根据权利要求3所述的分布式信道接入的竞争窗口初始值动态设置方法，其特征在于，在现有信标帧的在帧控制中采用1比特作为“竞争窗口初值重置指示”。

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