CN106550481A - 一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，方法包括：初始时各站点处于随机接入状态；监听确认信息；根据确认信息判断是否有新的站点成功发送；若是，则进入下一时隙组，处在随机接入状态的站点在下一时隙组中重新竞争；成功发送站点进入确定性接入组并更新时序信息；若否，则站点竞争；在下一时隙组中，确定性接入组中站点根据发送时序信息发送；监听确认信息；根据确认信息判断确定性接入组中站点是否发送完；若发完，则随机接入组的站点竞争发送并进入确定性接入组；若未发完，则确定性接入组继续发送至确定性接入组发送完成，循环至随机接入组站点进入确定性接入组；网络进入确定性状态，各站点根据时序信息在新时隙组中发送。

Description

一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统

技术领域

本发明涉及一种移动通信网数据传输协议，特别是涉及一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统。

背景技术

现有的基于竞争的无线网络介质访问控制层接入标准一般使用802.11DCF机制，多采用载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance，CSMA/CA)协议。在基于竞争的无线网络当中，所有站点在发送数据包之前，首先进行载波侦听，即需要侦听信道是否处于空闲状态。若信道空闲，则站点随机等待一定时间后再发送数据包。在发送过程中也需要侦听信道状态。若侦听到冲突发生，则发送过程立即停止，等待一段时间后再进行尝试。等待过程被称作退避过程。选择合理的退避策略对整个系统的性能至关重要。选择合理的退避策略的目的是尽可能减少碰撞。减少碰撞主要是尽可能避免不同站点同时发送数据包，提高系统的发送成功概率，从而提高系统吞吐量。系统的接入时延也是一个重要的指标，用户是不希望有过长的时延体验的，因此系统的接入时延也需要降低。目前最流行的接入协议是二进制指数退避协议(Binary ExponentialBackoff，BEB)。BEB工作流程如下：记退避窗长(Contention Window)为CW，每次退避时站点将在[0，CW)区间内随机选择一个数作为退避时长。首次退避时CW限定为最小退避窗长CWmin。若再次碰撞，CW窗长将加倍，站点将在新的[0，CW)区间内重新随机选择一个数字作为退避时长。若再次碰撞则CW再次加倍，直至达到最大退避窗长CWmax为止。若数据包发送成功，则退避窗长重置为CWmin。BEB协议比较简单，但研究显示其性能并不能达到最优。它虽然可以减少碰撞，但不能避免碰撞。在节点数较多或负载量较高时，碰撞加剧，发送成功率显著下降，进而造成时延变大、能耗增高、资源浪费和用户体验变差等负面结果。

现在基于竞争的无线网络中广泛应用的802.11DCF随机接入机制算法简单，实现方便，但是其性能却不能达到最优。它虽然可以减少碰撞，但不能避免碰撞。在节点数较多或负载量较高时，碰撞加剧，发送成功率显著下降，进而造成时延变大、能耗增高、资源浪费和用户体验变差等负面结果。

其改进的各协议，如MILD、DIDD、LMILD、SRB等，虽然在一定程度上减少了数据包碰撞，但是仍然不能避免碰撞。系统资源仍然存在很大的浪费现象。

很多研究机构对此也提出了一些专利。深圳大学的一种自适应退避算法中竞争窗的确定 方法及系统中描述了一种自适应退避算法中竞争窗的确定方法及系统。它通过记录信道状态并结合历史信道状态，在系统退避窗长默认值的基础上更新竞争窗CW的值。通过更新后的CW值获得退避时隙，并在此退避时隙期间获得信道利用率，再进一步根据信道利用率获得传输概率。之后获取竞争窗变化因子，根据该因子以及传输概率确定竞争窗CW。其中竞争窗变化因子是变化的，从而使得CW是自适应动态调整的。汤姆森公司的在无线局域网中实现资源预留的半随机退避方法中描述了选择退避计数器的方法：确定是否已经发生成功的单播发送；响应该确定将竞争窗口调整到最小值并将时隙退避计数器调整成竞争窗口的数值加1的二分之一；使用多种调整方案之一调整竞争窗口并从零与竞争窗口之间的间各种选择时隙退避计数器。中山大学的一种基于时隙CSMA-CA退避算法的优化方法中介绍了一种基于时隙CSMA-CA退避算法的优化方法，引入了优先级的设置，使发送节点比较重要的命令帧和较短的数据帧能尽早发送，数据帧能一次性尽早地发完，减少信道竞争使用的节点和竞争带来的时延；将确认帧的接收纳入流程，判断发送成功与否，使通信过程更加完整；采用动态调整退避指数的方法，对退避指数初始值进行设置，根据网络负载和上一次传输任务的信道空忙情况以及任务发送与否来自适应调节。然而上述专利也仍然不能实现完全确定性接入从而避免碰撞，仍然存在系统资源浪费现象。

综上，传统的现有的基于竞争的无线网络介质访问控制层接入标准在基于竞争的无线网络当中，选择合理的退避策略的目的是尽可能减少碰撞。目前最流行的接入协议是二进制指数退避协议(Binary Exponential Backoff，BEB)虽然可以减少碰撞，但不能避免碰撞。在节点数较多或负载量较高时，碰撞加剧，发送成功率显著下降，进而造成时延变大、能耗增高、资源浪费和用户体验变差等负面结果。现在基于竞争的无线网络中广泛应用的802.11DCF随机接入机制算法简单，实现方便，但是其性能却不能达到最优。它虽然可以减少碰撞，但不能避免碰撞。在节点数较多或负载量较高时，碰撞加剧，发送成功率显著下降，进而造成时延变大、能耗增高、资源浪费和用户体验变差等负面结果。其改进的各协议仍然不能避免碰撞。系统资源仍然存在很大的浪费现象。很多研究机构对此也提出的解决方法了仍然不能实现完全确定性接入从而避免碰撞，仍然存在系统资源浪费现象。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，用于解决通过完全确定性接入避免碰撞的技术问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，用 于令无线网络中各站点从随机接入状态进入确定性状态，其中，处于随机接入状态的站点供归属至随机接入组，处于确定性状态的站点供归属至确定性接入组，确定性接入组中站点的发送优先级高于随机接入组中的站点，方法包括：S1、初始时无线网络中各站点处于随机接入状态，无线网络中各站点竞争信道；S2、监听站点成功发送数据后接收到的确认信息；S3、根据确认信息判断是否有新的站点成功发送数据包；S4、若是，则所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争；S5、成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息；S6、若否，则所有站点继续竞争信道；S7、在下一时隙组中，确定性接入组中的站点根据自身的发送时序信息依次发送数据包；S8、监听站点成功发送数据后接收到的确认信息；S9、根据确认信息判断确定性接入组中的站点是否发送完成；S10、若发送完成，则随机接入组的站点竞争信道完成发送并进入确定性接入组；S11、若未发送完成，则确定性接入组中的站点继续发送数据包，直至确定性接入组中的站点发送完成，循环步骤S2～S10直至所有随机接入组中的站点进入确定性接入组；S12、整个网络系统进入确定性状态，各站点根据时序信息的顺序在新时隙组中发送数据包。

于本发明的一实施方式中，确定性接入组中的站点的发送优先级相同，随机接入组中的站点中的优先级相同。

于本发明的一实施方式中，步骤S4、若是，则所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争，包括：随机接入组中一站点首次成功发送时触发一接入过程，时隙组由接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。

于本发明的一实施方式中，步骤S5、成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，设定站点i相邻两次成功发送数据包的时间为一个计数周期，包括：S51、站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；S52、根据成功反馈信号判断站点i是否成功发送数据包；S53、若是，则站点i的发送时序信息的值Ai清零；S54、站点i继续侦听信道；S55、判断侦听到站点j(i≠i)成功发送的次数；S56、若站点i在一个计数周期内，第一次侦听到站点j(j≠i)的成功反馈信号，则站点i的值Ai加1；S57、若站点i第二次或第更多次侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的成功反馈信号，则值Ai不变。

于本发明的一实施方式中，步骤S13、整个网络系统进入确定性状态，各站点根据自身的发送时序信息依次发送数据包，设定最小退避窗长，包括：S131、接收机持续接收站点消 息；S132、判断接收机在最小退避窗长等长时隙内是否接收到消息；S133、若否，则确定所有站点均进入确定性接入组中；S134、接收机广播告知所有站点该消息，系统进入确定性接入状态；S135、各站点i根据自身值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包；S136、若是，则执行步骤S11。

于本发明的一实施方式中，一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置1，用于将网络系统中的各站点从随机接入状态动态转换为确定性接入状态，包括：竞争协议模块11、确认信息接收模块12、发送成功判断模块13、发送成功响应模块14、时序信息更新模块15、发送优先级调整模块16、循环竞争模块17、确定性发送模块18、确定性发送判断模块19、随机性发送模块120、确定性发送模块121和确定性状态下发送模块122；竞争协议模块11，用于令无线网络中各站点处于随机接入状态时，无线网络中各站点竞争信道；确认信息接收模块12，用于监听站点成功发送数据后接收到的确认信息；发送成功判断模块13，用于根据确认信息判断是否有站点成功竞争到信道并成功发送数据包；发送成功响应模块14，用于在满足有站点成功竞争到信道并成功发送数据包的预设条件时，令所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复初态，在下一时隙中重新开始竞争；时序信息更新模块15，用于令成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，发送时序信息用于确定确定性接入组中站点在每个时隙组中的发送顺序；发送优先级调整模块16，用于设定确定性接入组中的站点发送优先级高于随机接入组的站点；循环竞争模块17，用于在有站点成功竞争到信道并成功发送数据包时，令所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争；确定性发送模块18，用于在下一时隙组中，令确定性接入组中的站点根据自身的发送时序信息规定的发送顺序在下一时隙组中的各时隙顺次发送数据包；确定性发送判断模块19，用于判断确定性接入组中的站点是否发送完成；随机性发送模块120，用于在确定性接入组中的站点发送完成时，令随机接入组的站点竞争信道并完成发送并进入确定性接入组；确定性发送模块121，用于在确定性接入组中的站点未发送完成时，令确定性接入组中的站点继续发送数据包，直至确定性接入组中的站点发送完成，循环随机接入组中的站点进入确定性接入组的步骤直至所有随机接入组中的站点进入确定性接入组；确定性状态下发送模块122，用于在整个网络系统进入确定性状态时，令各站点根据自身的发送时序信息，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包。

于本发明的一实施方式中，发送优先级调整模块16，包括：组内优先级控制模块161，用于确定确定性接入组中的站点的发送优先级相同，随机接入组中的站点中的优先级相同。

于本发明的一实施方式中，发送成功响应模块14，包括：时隙组定义模块141，用于设 定时隙组由接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。

于本发明的一实施方式中，时序信息更新模块15，包括：信道侦听模块151、发送结果判断模块152、站点发送成功响应模块153、技术周期设定模块154、循环侦听模块155、邻站点发送次数判断模块156、邻站点一次侦听模块157和邻站点多次侦听模块158；信道侦听模块151，用于令站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；发送结果判断模块152，用于令站点i根据反馈信号判断数据包是否发送成功；站点发送成功响应模块153，用于在站点i发送数据包成功时，令将站点i的发送时序信息的值Ai清零；技术周期设定模块154，用于设定站点i相邻两次成功发送数据包的时间为一个计数周期；循环侦听模块155，用于令站点i继续侦听信道；邻站点发送次数判断模块156，用于判断侦听到站点j成功发送的次数；邻站点一次侦听模块157，用于令站点i在一个计数周期内，第一次侦听到站点成功反馈信号时，令站点i的值Ai加1；若站点i第二次或第更多次侦听到站点i(j≠i)成功传输数据包的成功反馈信号，则值Ai不变。

于本发明的一实施方式中，确定性状态下发送模块122，包括：接收机模块1221、确定性状态判断模块1222、确定性状态确认模块1223、确定性状态广播模块1224、确定状态发送模块1225和报警类型发送模块1226；接收机模块1221，用于令接收机持续接收站点消息；确定性状态判断模块1222，用于判断接收机在最小退避窗长等长的时隙中是否接收到消息；确定性状态确认模块1223，用于在接收机在最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，确定所有站点均进入确定性接入组中；确定性状态广播模块1224，用于令接收机广播告知所有站点该消息，令系统进入确定性接入状态；确定状态发送模块1225，用于令站点根据自身的值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包。确定性入组模块1226，用于在接收机在最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，令站点循环执行从随机接入组逐个进入确定性接入组的步骤。

如上所述，本发明提供的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，具有以下有益效果：

本发明所提供的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统中，可使网络从完全随机接入逐渐转变为完全确定性接入。在确定性接入状态，可避免基于竞争的无线网络系统中各站点发送数据包可能产生的碰撞。本发明改变了传统接入算法中的随机接入机制，创新性地提出了由随机接入到确定性接入的过渡协议，并利用系统内各站点成功传输数据包产生的反馈信息(如ACK信号)来进行确定各站点的传输顺序，提高了系统性能，解决了现 有无线网络MAC接入方法中的信道使用碰撞产生的系统资源浪费的技术问题。

附图说明

图1显示为本发明的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法步骤示意图。

图2显示为本发明的确定性转变过程时序图。

图3显示为本发明的站点发送时序信息更新方法步骤示意图。

图4显示为本发明的确定性状态发送及确认方法步骤示意图。

图5显示为本发明的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置示意图。

图6显示为本发明的发送优先级调整模块示意图。

图7显示为本发明的发送成功响应模块示意图。

图8显示为本发明的时序信息更新模块示意图。

图9显示为本发明的确定性状态下发送模块示意图。

元件标号说明

1 一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置

11 竞争协议模块

12 确认信息接收模块

13 发送成功判断模块

14 发送成功响应模块

15 时序信息更新模块

16 发送优先级调整模块

17 循环竞争模块

18 确定性发送模块

19 确定性发送判断模块

120 随机性发送模块

121 确定性发送模块

122 确定性状态下发送模块

161 组内优先级控制模块

141 时隙组定义模块

151 信道侦听模块

152 发送结果判断模块

153 站点发送成功响应模块

154 技术周期设定模块

155 循环侦听模块

156 邻站点发送次数判断模块

157 邻站点一次侦听模块

158 邻站点多次侦听模块

1221 接收机模块

1222 确定性状态判断模块

1223 确定性状态确认模块

1224 确定性状态广播模块

1225 确定状态发送模块

1226 确定性入组模块

步骤标号说明

图1 S1～S12

图2 S51～S57

图3 S131～S13

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图9，须知，本说明书所附图式所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如”上”、”下”、”左”、”右”、”中间”及”一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1和图2，显示为本发明的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法步骤示意图和本发明的确定性转变过程时序图，如图1及图9所示，本发明提供一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，用于令无线网络中各站点从随机接入状态进入确定性状态，其中，处于随机接入状态的站点供归属至随机接入组，处于确定性状态的站点供归属至确定性接入组，确定性接入组中站点的发送优先级高于随机接入组中的站点，方 法包括：S1、无线网络中各站点处于随机接入状态，无线网络中各个处于随机接入状态的站点执行BEB协议竞争信道，初始时，所有站点均在随机接入组，均处于随机接入状态；S2、监听站点成功发送数据后接收到的确认信息(如ACK信号)，确认信息由接收端发回，所有站点按照二进制指数退避(BEB)协议竞争信道，直至其中一个站点成功发送数据包，发送成功后收到确认信息；S3、根据确认信息判断是否有站点成功竞争到信道并发送数据包；S4、若是，则所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争，所有未成功发送数据包的站点继续根据BEB协议随机地竞争信道；S5、成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，发送时序信息用于确定确定性接入组中站点在每个时隙组中的发送顺序，该站点进入确定性接入组，且整个网络进入下一个时隙组，所有处在随机接入组中的站点均回复到初始状态；S6、若否，则所有站点继续执行BEB协议随机竞争信道，在新的时隙组中，处于确定性接入组的站点优先发送数据包。待处于确定性接入组的站点全部成功发送数据包后，仍处在随机接入组的站点开始按照BEB协议竞争信道，直至其中一个站点成功发送数据包；S7、在下一时隙组中，确定性接入组中的站点根据自身的发送时序信息依次发送数据包，确定性接入组中的站点根据自身的发送时序信息，规定的发送顺序在下一时隙组中的各时隙依次发送数据包；S8、监听站点成功发送数据后接收到的确认信息；S9、根据确认信息判断确定性接入组中的站点是否发送完成；S10、若发送完成，则随机接入组的站点竞争信道完成发送并进入确定性接入组；S11、若未发送完成，则确定性接入组中的站点继续发送数据包，直至确定性接入组中的站点发送完成，循环步骤S2～S10直至所有随机接入组中的站点进入确定性接入组；S12、整个网络系统进入确定性状态，各站点根据时序信息的顺序在新时隙组中发送数据包。在上述整个转变过程中，所有站点均对自己最近一次成功传输数据包后的整个网络的成功传输数据包的反馈信息(如ACK信号)按照下面提出的协议进行计数。确定性接入组中的站点在新时隙组中的传输顺序将按照各自的计数值进行，优选的，本方法按照下述伪代码描述的预设逻辑将网络中的站点逐渐转为确定性接入状态：

输入：随机接入组R，确定性接入组D，站点i的ACK计数器值Ai

如上述伪代码描述的过程，开始时，所有站点均处在随机接入状态，即所有站点均属于随机接入组R。各站点均执行BEB协议竞争信道。当有一个站点成功竞争到信道并发送成功时，所有站点进入到下一个时隙组。当站点进入确定性接入组D中时，可以设定其发送优先级高于处在随机接入组R中的站点，保证其在下一个时隙组中优先发送。注意处在确定性接入组D中的各站点优先级是相同的。同样，处在随机接入组R中的各站点优先级相同。在下一个时隙组中，位于确定性接入组D中的站点优先发送，并根据自己的Ai值在第Ai个时隙发送。规定每个站点每次均只发送一个数据包。当所有处在确定性接入组D中的站点发送完成后，仍处在随机接入组R中的站点再次根据BEB协议竞争信道，直至再有站点成功发送数据包。重复上述过程，直至所有站点均进入确定性接入组D。如图2所示，图中每两条实线之间的时隙组成一个时隙组，每个时隙组均对其时隙进行编号，编号从0开始。每个小矩形代表在此时隙中站点发送成功接收到的确认信息(此处均以ACK信号为例，值Ai为站点i的ACK计数器的值)。图中白色部分表示该站点处于随机接入状态，灰色部分表示该站点进入确定性接入状态。每个空白时隙代表处在随机接入组R中的各站点在该时隙中执行BEB协议竞争信道。注意图2中只是给出了一个示例，其中时隙长度并不是等长的。每个时隙可能处在空闲状态、碰撞状态和发送状态，三种状态的时隙长度并不相等。在该4站点基于竞争的无线网络系统中应用本发明执行描述如下：(1)站点A、B、C、D开始时均处在随机接入状态。系统在时隙组1开始时初始化，4站点均执行BEB协议竞争信道。在时隙组1的第3个时隙中，站点A发送成功，整个网络系统立即进入到下一个时隙组。此时站点A进入确定 性接入状态，其ACK计数器的值为0；(2)在时隙组2中，站点A在第0个时隙发送。其余三个仍处在随机接入状态的站点，即站点B、C、D，在第1个时隙开始按照BEB协议竞争信道。在第2个时隙，站点B成功发送，此时站点B进入到确定性接入状态，其ACK计数器的值为0，站点A的ACK计数器的值为1。整个网络系统进入到下一个时隙组；(3)在时隙组3中，站点B在第0个时隙发送，站点A在第1个时隙发送。后面重复上述过程，直到4个站点均进入确定性接入状态。此时整个网络进入到确定性接入状态。(4)时隙组4结束时，整个网络进入到确定性接入状态，此时站点A、B、C、D的ACK计数器的值分别是2、1、0、3，故而在时隙组5中，发送顺序为C、B、A、D。(5)站点的ACK计数器值的更新方法如下。对站点i(i＝A，B，C，D)而言，每当有数据包发送成功时，其ACK计数器的值Ai清零。记站点i相邻两次成功发送数据包内的时间为一个计数周期。站点i继续持续侦听信道，在一个计数周期内，如果它第一次侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的ACK信号，则Ai加1；如果它第二次或者更多次地侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的ACK信号，则Ai不变。

随机接入的站点组成随机接入组R，确定性接入的站点组成确定性接入组D。随机接入组中的站点的发送优先级相同，确定性接入组中的站点的发送优先级相同。在确定性接入组中的站点其发送的先后顺序由动态更新的时序信息(如各站点ACK计数器的值)进行动态调整和规定。仍处于随机接入组的站点采取传统的BEB竞争协议继续竞争信道发送数据包。当有一个随机接入的站点发送成功后，整个网络立即进入下一个接入过程，直到另一个随机接入的站点发送成功。新的接入过程开始的时刻到另一个随机接入的站点发送成功的时刻之间的时隙组成一个时隙组。对站点i，设Ai为其ACK计数器。

步骤S4、若是，则所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙组中重新开始竞争，包括：随机接入组中一站点首次成功发送时触发一接入过程，时隙组由接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。每个时隙组均对时隙进行编号，编号从0开始。在每个时隙组中，处于确定性接入状态的站点优先发送数据包，每个站点只发送一个数据包。待所有处于确定性接入状态的站点发送完毕后，处于随机接入状态的站点按照BEB协议竞争信道，直至有新的站点发送成功，记站点i相邻两次成功发送数据包内的时间为一个计数周期。

请参阅图3，显示为本发明的站点发送时序信息更新方法步骤示意图，如图3示，步骤S5、成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，设定站点i相邻两次成功发送数据包的时间为一个计数周期，预设程序包括如下述伪代码描述的预设逻辑：

如上述伪代码描述的预设逻辑，本方法中的发送优先级信息更新过程包括：S51、站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；S52、根据成功反馈信号判断站点i是否成功发送数据包；S53、若是，则站点i的发送时序信息的值Ai清零；S54、站点i继续侦听信道；S55、判断侦听到站点j(j≠i)成功发送的次数，站点j为任一邻站点；S56、若站点i在一个计数周期内，第一次侦听到站点j的成功反馈信号，则站点i的值Ai加1；S57、在一个计数周期内，如果站点i第二次或第更多次地侦听到站点j成功传输数据包的反馈信号，则维持原Ai值。

请参阅图4，显示为本发明的确定性状态发送及确认方法步骤示意图，如图4示，步骤S13、整个网络系统进入确定性状态，各站点根据自身的发送时序信息依次发送数据包，当所有站点进入确定性接入组后，在实际情况中，接收机和系统内各站点不知道整个网络中的具体站点数。实际中当所有站点进入确定性接入组D时，在新的时隙组中，当所有处于D中的 站点发送数据包后，它们将等待位于随机接入组R中的站点竞争信道，并且当其中一个成功竞争到信道成功发送数据包后，整个系统才能进入下一个时隙组。设定最小退避窗长CWmin，包括：S131、接收机持续接收站点消息；S132、判断接收机在最小退避窗长等长时隙内是否接收到消息，预设CWmin作为判断条件；S133、若否，则表明所有站点均进入到了确定性接入组D中；S134、接收机广播告知所有站点该消息，系统进入确定性接入状态；S135、各站点i根据自身值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包，接收机广播告知所有站点该消息，系统进入确定性接入状态，在每个时隙组中，处在确定性接入状态的站点根据其自身的Ai值在第Ai个时隙传送；S136、若是，则执行步骤S11，直至所有随机接入组中的站点进入确定性接入组。

请参阅图5，显示为本发明的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置示意图，如图5示，一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置1，用于将网络系统中的各站点从随机接入状态动态转换为确定性接入状态，包括：竞争协议模块11、确认信息接收模块12、发送成功判断模块13、发送成功响应模块14、时序信息更新模块15、发送优先级调整模块16、循环竞争模块17、确定性发送模块18、确定性发送判断模块19、随机性发送模块120、确定性发送模块121和确定性状态下发送模块122；竞争协议模块11，用于令无线网络中各站点处于随机接入状态时，无线网络中各站点竞争信道；确认信息接收模块12，用于监听站点成功发送数据后接收到的确认信息；发送成功判断模块13，用于根据确认信息判断是否有站点成功竞争到信道并成功发送数据包；发送成功响应模块14，用于在满足有站点成功竞争到信道并成功发送数据包的预设条件时，令所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复初态，在下一时隙中重新开始竞争；时序信息更新模块15，用于令成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，发送时序信息用于确定确定性接入组中站点在每个时隙组中的发送顺序；发送优先级调整模块16，用于设定确定性接入组中的站点发送优先级高于随机接入组的站点；循环竞争模块17，用于在有站点成功竞争到信道并成功发送数据包时，令所有站点进入下一时隙组，所有处在随机接入状态的站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争；确定性发送模块18，用于在下一时隙组中，令确定性接入组中的站点根据自身的发送时序信息规定的发送顺序在下一时隙组中的各时隙顺次发送数据包；确定性发送判断模块19，用于判断确定性接入组中的站点是否发送完成；随机性发送模块120，用于在确定性接入组中的站点发送完成时，令随机接入组的站点竞争信道并完成发送并进入确定性接入组；确定性发送模块121，用于在确定性接入组中的站点未发送完成时，令确定性接入组中的站点继续发送数据包，直至确定性接入组中的站点 发送完成，循环随机接入组中的站点进入确定性接入组的步骤直至所有随机接入组中的站点进入确定性接入组；确定性状态下发送模块122，用于在整个网络系统进入确定性状态时，令各站点根据自身的发送时序信息，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包，随机接入的站点组成随机接入组R，确定性接入的站点组成确定性接入组D。当有一个随机接入的站点发送成功后，整个网络立即进入下一个接入过程，直到另一个随机接入的站点发送成功。新的接入过程开始的时刻到另一个随机接入的站点发送成功的时刻之间的时隙组成一个时隙组。对站点i，设Ai为其ACK计数器。

请参阅图6，显示为本发明的发送优先级调整模块示意图，如图6示，发送优先级调整模块16，包括：组内优先级控制模块161，用于确定确定性接入组中的站点的发送优先级相同，随机接入组中的站点中的优先级相同，设定确定性接入组D中的站点的发送优先级高于处在随机接入组R中的站点，保证其在下一个时隙组中优先发送。

请参阅图7，显示为本发明的发送成功响应模块示意图，如图7示，发送成功响应模块14包括：时隙组定义模块141，用于设定时隙组由接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。其中时隙长度并不是等长的。每个时隙可能处在空闲状态、碰撞状态和发送状态，三种状态的时隙长度并不相等。记站点i相邻两次成功发送数据包内的时间为一个计数周期。

请参阅图8，显示为本发明的时序信息更新模块示意图，如图8示，时序信息更新模块15，包括：信道侦听模块151、发送结果判断模块152、站点发送成功响应模块153、技术周期设定模块154、循环侦听模块155、邻站点发送次数侦听模块156、邻站点一次侦听模块157和邻站点多次侦听模块158；信道侦听模块151，用于令站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；发送结果判断模块152，用于令站点i根据反馈信号判断数据包是否发送成功；站点发送成功响应模块153，用于在站点i发送数据包成功时，令将站点i的发送时序信息的值Ai清零；技术周期设定模块154，用于设定站点i相邻两次成功发送数据包的时间为一个计数周期；循环侦听模块155，用于令站点i继续侦听信道；邻站点发送次数判断模块156，用于判断侦听到站点j(j≠i)成功发送的次数；邻站点一次侦听模块157，用于令站点i在一个计数周期内，第一次侦听到站点j(j≠i)成功反馈信号时，令站点i的值Ai加1；邻站点多次侦听模块158，若站点i第二次或第更多次侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的成功反馈信号，则值Ai不变。

请参阅图9，显示为本发明的确定性状态下发送模块示意图，如图9示，确定性状态下发送模块122，包括：接收机模块1221、确定性状态判断模块1222、确定性状态确认模块1223、 确定性状态广播模块1224、确定状态发送模块1225和报警类型发送模块1226；接收机模块1221，用于令接收机持续接收站点消息；确定性状态判断模块1222，用于判断接收机在最小退避窗长等长的时隙中是否接收到消息；确定性状态确认模块1223，用于在接收机在最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，确定所有站点均进入确定性接入组中；确定性状态广播模块1224，用于令接收机广播告知所有站点该消息，令系统进入确定性接入状态；确定状态发送模块1225，用于令站点根据自身的值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包；确定性入组模块1226、用于在接收机在最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，令站点循环执行从随机接入组逐个进入确定性接入组的步骤。

综上，本发明提供的一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法及系统，本专利提出一种新的基于竞争的无线网络介质访问控制层接入协议。其基本原理如下。

初始时，所有站点均在随机接入组，均处于随机接入状态。所有站点按照二进制指数退避(BEB)协议竞争信道，直至其中一个站点成功发送数据包。该站点进入确定性接入组，且整个网络进入下一个时隙组，所有处在随机接入组中的站点均回复到初始状态。在新的时隙组中，处于确定性接入组的站点优先发送数据包。待处于确定性接入组的站点全部成功发送数据包后，仍处在随机接入组的站点开始按照BEB协议竞争信道，直至其中一个站点成功发送数据包。重复上述过程，直至所有站点进入确定性接入组。在上述整个转变过程中，所有站点均对自己最近一次成功传输数据包后的整个网络的成功传输数据包的反馈信息(如ACK信号)按照本发明中的协议进行计数。确定性接入组中的站点在新时隙组中的传输顺序将按照各自的计数值进行。本协议从完全随机接入转变到完全确定接入的转变过程时间短，且进入完全确定性接入后能够避免数据包的碰撞，从而能够有效提高网络系统的吞吐量，降低接入时延，提高网络能量效率，具有很高的商业价值和实用性。

Claims (10)

1.一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入方法，其特征在于，用于令无线网络中各站点从随机接入状态进入确定性状态，其中，处于随机接入状态的站点供归属至随机接入组，处于确定性状态的站点供归属至确定性接入组，所述确定性接入组中站点的发送优先级高于随机接入组中的站点，所述方法包括：

S1、初始时，所述无线网络中各站点处于随机接入状态，无线网络中各站点竞争信道；

S2、监听所述站点成功发送数据后接收到的确认信息；

S3、根据所述确认信息判断是否有站点成功发送数据包；

S4、若是，则所有所述站点进入下一时隙组，所有处在所述随机接入状态的所述站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争；

S5、所述成功发送站点进入所述确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息；

S6、若否，则所有所述站点继续竞争信道；

S7、在所述下一时隙组中，所述确定性接入组中的所述站点根据自身的所述发送时序信息依次发送所述数据包；

S8、监听所述站点成功发送数据后接收到的确认信息；

S9、根据所述确认信息判断所述确定性接入组中的所述站点是否发送完成；

S10、若发送完成，则所述随机接入组的所述站点竞争信道完成发送并进入所述确定性接入组；

S11、若未发送完成，则所述确定性接入组中的所述站点继续发送所述数据包，直至所述确定性接入组中的所述站点发送完成，循环所述步骤S2～S10直至所有所述随机接入组中的所述站点进入所述确定性接入组；

S12、整个网络系统进入确定性状态，各所述站点根据时序信息的顺序在新时隙组中发送数据包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述确定性接入组中的所述站点的发送优先级相同，所述随机接入组中的所述站点中的优先级相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4、若是，则所有所述站点进入下一时隙组，所有处在所述随机接入状态的所述站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争，包括：所述随机接入组中一所述站点首次成功发送时触发一接入过程，所述时隙组由所述接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一所述站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5、成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，设定所述站点i相邻两次成功发送所述数据包的时间为一个计数周期，包括：

S51、站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；

S52、根据所述成功反馈信号判断站点i是否成功发送数据包；

S53、若是，则所述站点i的所述发送时序信息的值Ai清零；

S54、所述站点i继续侦听信道；

S55、判断侦听到站点j(j≠i)成功发送的次数；

S56、若所述站点i在一个所述计数周期内，第一次侦听到站点j(j≠i)的所述成功反馈信号，则所述站点i的所述值Ai加1；

S57、若站点i第二次或第更多次侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的成功反馈信号，则值Ai不变。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤S13、整个网络系统进入确定性状态，各所述站点根据自身的所述发送时序信息依次发送数据包，设定最小退避窗长，包括：

S131、接收机持续接收站点消息；

S132、判断所述接收机在最小退避窗长等长时隙内是否接收到消息；

S133、若否，则确定所有所述站点均进入所述确定性接入组中；

S134、所述接收机广播告知所有站点该消息，系统进入确定性接入状态；

S135、各所述站点i根据自身所述值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包；

S136、若是，则执行所述步骤S11。

6.一种基于竞争的无线网络介质访问控制层接入装置，其特征在于，用于将网络系统中的各站点从随机接入状态动态转换为确定性接入状态，包括：竞争协议模块、确认信息接收模块、发送成功判断模块、发送成功响应模块、时序信息更新模块、发送优先级调整模块、循环竞争模块、确定性发送模块、确定性发送判断模块、随机性发送模块、确定性发送模块和确定性状态下发送模块；

竞争协议模块，用于令所述无线网络中各站点处于随机接入状态时，无线网络中各站点竞争信道；

确认信息接收模块，用于监听所述站点成功发送数据后接收到的确认信息；

发送成功判断模块，用于根据所述确认信息判断是否有站点首次成功竞争到信道并成功发送数据包；

发送成功响应模块，用于在满足有站点成功竞争到信道并成功发送数据包的预设条件时，令所有所述站点进入下一时隙组，所有处在所述随机接入状态的所述站点恢复初态，在下一时隙中重新开始竞争；

时序信息更新模块，用于令所述成功发送站点进入确定性接入组，并根据预设程序更新自身的发送时序信息，所述发送时序信息用于确定所述确定性接入组中所述站点在每个时隙组中的发送顺序；

发送优先级调整模块，用于设定所述确定性接入组中的所述站点发送优先级高于随机接入组的站点；

循环竞争模块，用于在有站点成功竞争到信道并成功发送数据包时，令所有所述站点进入下一时隙组，所有处在所述随机接入状态的所述站点恢复随机接入状态，在下一时隙中重新开始竞争；

确定性发送模块，用于在所述下一时隙组中，令所述确定性接入组中的所述站点根据自身的所述发送时序信息规定的发送顺序在所述下一时隙组中的各时隙顺次发送所述数据包；

确定性发送判断模块，用于判断所述确定性接入组中的所述站点是否发送完成；

随机性发送模块，用于在所述确定性接入组中的所述站点发送完成时，令所述随机接入组的所述站点竞争信道并完成发送并进入所述确定性接入组；

确定性发送模块，用于在所述确定性接入组中的所述站点未发送完成时，令所述确定性接入组中的所述站点继续发送所述数据包，直至所述确定性接入组中的所述站点发送完成，循环随机接入组中的所述站点进入所述确定性接入组的步骤直至所有所述随机接入组中的所述站点进入所述确定性接入组；

确定性状态下发送模块，用于在整个网络系统进入确定性状态时，令各所述站点根据自身的所述发送时序信息，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发送优先级调整模块，包括：组内优先级控制模块，用于确定所述确定性接入组中的所述站点的发送优先级相同，所述随机接入组中的所述站点中的优先级相同。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发送成功响应模块，包括：时隙组定义模块，用于设定所述时隙组由所述接入过程被触发的时刻至随机接入组中的另一所述站点首次成功发送数据包的时刻之间的时隙组成。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时序信息更新模块，包括：信道侦听模块、发送结果判断模块、站点发送成功响应模块、技术周期设定模块、循环侦听模块、邻站点发送次数判断模块、邻站点一次侦听模块和邻站点多次侦听模块；

信道侦听模块，用于令所述站点i持续侦听信道，根据成功反馈信号解析出发送成功的具体站点；

发送结果判断模块，用于令所述站点i根据所述反馈信号判断所述数据包是否发送成功；

站点发送成功响应模块，用于在所述站点i发送所述数据包成功时，令将所述站点i的所述发送时序信息的值Ai清零；

计数周期设定模块，用于设定所述站点i相邻两次成功发送所述数据包的时间为一个计数周期；

循环侦听模块，用于令所述站点i继续侦听信道；

邻站点发送次数判断模块，用于判断侦听到站点j(j≠i)成功发送的次数；

邻站点一次侦听模块，用于令所述站点i在一个所述计数周期内，第一次侦听到站点所述成功反馈信号时，令所述站点i的所述值Ai加1；

邻站点多次侦听模块，用于在所述站点i第二次或第更多次侦听到站点j(j≠i)成功传输数据包的成功反馈信号时，保持所述值Ai不变。

10.根据权利要求6或9所述的装置，其特征在于，所述确定性状态下发送模块，包括：接收机模块、确定性状态判断模块、确定性状态确认模块、确定性状态广播模块、确定状态发送模块和确定性入组模块；

接收机模块，用于令接收机持续接收站点消息；

确定性状态判断模块，用于判断接收机在最小退避窗长等长的时隙中是否接收到消息；

确定性状态确认模块，用于在所述接收机在所述最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，确定所有站点均进入所述确定性接入组中；

确定性状态广播模块，用于令接收机广播告知所有站点该消息，令系统进入确定性接入状态；

确定状态发送模块，用于令所述站点根据自身的所述值Ai确定的发送顺序，在新时隙组中的各时隙顺次发送数据包；

确定性入组模块，用于在所述接收机在所述最小退避窗长等长的时隙中未接收到消息时，令所述站点循环执行从随机接入组逐个进入确定性接入组的步骤。