CN106973442B - 一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置 - Google Patents

一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置，能够自适应调整竞争窗口最小值。所述方法包括：若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则执行退避过程，CCIS计数器开始计数；若继续监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组；若继续监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，至退避计数器的值递减为零，CCIS计数器停止递增，将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组；在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。本发明涉及无线通信技术领域。

Description

一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置。
背景技术
无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)已经称为目前智能移动终端(含智能手机、平板电脑、笔记本电脑)等最重要的接入方式，WLAN的热点遍布于商业区域、办公室、学校、医院等各个场所，日益成为人们不可或缺的无线通信手段。WLAN热点既有企业、个人用户自行安装的专用的或私人的热点，也有中国移动、联通、电信等运营商安装的公共热点。多数情况下，企业和运营商都必需评估热点下所接入的终端数，并尽可能的优化网络性能，以兼顾网络部署的经济性和服务质量。
WLAN主要的国际标准是IEEE 802.11系列，现有的标准主要包括IEEE 802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g等。
IEEE802.11 WLAN可提供两种媒体接入访问机制：分布式协调功能(DistributedCoordination Function，DCF)和点协调功能(Point Coordination Function，PCF)。目前主要使用的WLAN设备采用的媒体接入控制(Media Access Control，MAC)协议方案主要是DCF模式中基于载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)/冲突避免(Collision Avoidance,CA)的框架。
DCF模式的基本访问方式的实质是通过两次握手的CA机制，又称为确认(ACK)机制，即只是有数据(DATA)帧和ACK帧的发送，是一种相对简单的握手机制。该方式实现起来比较简单，当一个终端成功接收目标终端的数据之后，就发送一个ACK帧，发送方在接收到ACK帧后，就表示该数据帧发送成功。每一个终端中含有一个队列，用于待发送数据的排队。当一个数据分组到达传输队列前段时，终端先使用CSMA机制进行信道检测。一个终端如果在发送一个数据帧之前检测到信道的状态为忙时，就必须调用二进制指数退避机制来竞争信道。退避的作用是将相互竞争信道的终端之间的媒体接入时间错开，从而降低发送数据时的冲突产生的概率。如果共享的信道保持空闲的时间超过了分布式帧间隔(DCF Inter-Frame Space，DIFS)，则就立即发送数据分组；如果信道处于忙状态，则说明共享的信道上有其他终端正在发送数据帧，故该终端的在队列中首位的数据分组继续等待发送，即推迟发送，待信道的状态重新转为空闲后，且空闲时间超过DIFS间隔，则重新启动二进制指数退避机制，以争取共享信道的使用权。
终端从初始窗口值的均匀分布中随机选择一个退避时间(Backoff Time)作为计数器的初始值，开启二进制指数退避过程。该退避计数器的计数单位是以时隙(slot)为单位作减法(递减)计数，当计数器值为0时终端方可发送数据。如果在退避过程中，若该终端再次探测到信道状态处于忙时，则退避计数器将停止做减法计数(冻结状态)，但不清零，直到侦听信道空闲时间超过DIFS后，则恢复减法计数。
DCF模式下的基本访问工作方式的过程，如图1所示，图1中，Defer Access表示接入判断，BEB表示二进制指数退避算法。源终端在确认信道空闲状态的时间超过DIFS的情况时进行数据帧分组发送。此时在同一基本服务集内的有数据帧要传输的其他终端，从该数据帧的相关位置中，获取自己的网络分配向量(Network Allocation Vector，NAV)，从而保留了相应的后续传输时间。接收端的终端在成功收到一个分组数据以后，经过短帧间间隔(Short Inter-Frame Space，SIFS)向发送端的终端回复一个ACK分组。如果源终端收到ACK分组，则该数据分组发送成功。
当某一个终端需要发送数据帧时，要通过载波侦听机制来确定信道是否空闲，若信道处于忙状态，它将推迟发送直到信道处于空闲状态的时间达到或超过DIFS时，为了避免发生数据的冲突，这时该终端在发送数据帧前必须经过一个附加的退避计数周期，将随机的产生一个退避时间值，并将其存入退避计数器中，如果退避计数器中已经存在着一个非0的值，那么该终端就不执行产生随机退避时间的这一过程。
随机的退避时间产生的方法如下：
退避时间＝INT[CWi×Random( )]×Slot Time
其中，i表示终端的待传输的数据所处的退避阶段，随机函数Random( )用于产生一个均匀分布于[0，CW-1]范围内的伪随机数，CW表示竞争窗口(Contention Window,CW)值，CW是物理层特征值CWmin(竞争窗口最小值)和CWmax(竞争窗口最大值)间的确定值，即CWmin<＝CW<＝CWmax；Slot Time为一个时隙时间，也是一个物理层的特征值。一个时隙的长度可以是20us。可知退避时间是一个以时隙时间为单位的随机整数。
如图2所示，每个终端都有要维护的CW参数，CW的初始值是CWmin。若一个终端发送数据帧失败时，则说明当前的网络中负载较大或者链路状况不好，该终端的CW值就会自动增加一倍，之后该终端每次因数据帧发送失败而重传时，CW值都会增加一倍，即：
CW＝2iCWmin,i∈(0,m)
其中，i为数据帧重传的次数，m代表是最大重传数。当CW的值一直增加到CWmax时，若在重传数据帧时，CW的值将维持CWmax值不变，直到该终端的当前数据发送成功，或者达到了最大重传次数的限制，CW值将会被重置为CWmin。
竞争窗口值越大，二进制退避机制解决碰撞问题的能力就越强，因为在利用较大的竞争窗口值时，终端之间选择相同的退避值的概率就越小。在轻载情况下，较小的竞争窗口能保证较短的时延；另一方面，在重载的情况下，CW随着碰撞次数的增加而指数递增，降低了数据帧传输冲突的概率。竞争窗口值在达到CWmax后将不再增长，在重载情况下，确保了网络的稳定。数据帧成功发送或者重传次数超过限制被丢掉时，竞争窗口值均重置为CWmin。
当终端数较少或业务量很少时，窗口过大会引起不必要的延时；当终端数目很多且活跃的业务量较多的终端也很多时，窗口过小会引起不同终端间的竞争冲突，从而也引起性能的下降。因此，在不同的业务、不同的终端数目下，合理的竞争窗口最小值的设定对WLAN有重大意义，但是，现有技术中，竞争窗口最小值是固定的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置，以解决现有技术所存在的竞争窗口最小值是固定的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种竞争窗口最小值的自适应调整方法，包括：
在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；
判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；
终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
进一步地，所述终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增包括：
终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
进一步地，所述竞争窗口最小值表示为：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))
其中，CW_Min表示竞争窗口最小值；CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
进一步地，所述方法还包括：
若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
进一步地，所述若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值包括：
删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
本发明实施例还提供一种竞争窗口最小值的自适应调整装置，包括：
设置模块，用于在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；
第一监听模块，用于判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；
第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
第三监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
确定模块，用于在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
进一步地，所述第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
进一步地，所述竞争窗口最小值表示为：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))
其中，CW_Min表示竞争窗口最小值；CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
进一步地，所述装置还包括：
移位寄存模块，用于若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
进一步地，所述移位寄存模块，用于删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组；判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。这样，通过处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目平均值自适应调整竞争窗口最小值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的DCF模式下的基本访问工作方式示意图；
图2为本发明实施例提供的竞争窗口值变化示意图；
图3为本发明实施例提供的竞争窗口最小值的自适应调整方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的标准方法和竞争窗口最小值的自适应调整方法的性能对比示意图一；
图5为本发明实施例提供的标准方法和竞争窗口最小值的自适应调整方法的性能对比示意图二；
图6为本发明实施例提供的标准方法和竞争窗口最小值的自适应调整方法的性能对比示意图三；
图7为本发明实施例提供的标准方法和竞争窗口最小值的自适应调整方法的性能对比示意图四；
图8为本发明实施例提供的标准方法和竞争窗口最小值的自适应调整方法的性能对比示意图五。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的竞争窗口最小值是固定的问题，提供一种竞争窗口最小值的自适应调整方法及装置。
为了更好地理解本发明，先对二进制指数退避机制进行详细说明：
终端在数据传输过程中产生冲突，其将选择一个随机的退避时间来避让冲突且该退避时间的单位是时隙。启动二进制指数退避机制后，若信道空闲时退避时间将递减1，退避时间递减的过程称为回退过程，相对于信道而言称之为回退状态；若信道非空闲时，退避时间将冻结(不递减)，此时称为非回退过程，相对于信道而言称之为非回退状态。
从信道上看，可以把信道分为两个状态，回退状态和非回退状态。所谓回退状态是在DIFS/扩展帧间间隔(Extended Inter-Frame Space，EIFS)后连续的一个无任何终端发送数据的时隙，在这个状态下每过一个空闲的时隙，终端的回退计数器可以减一。其它的时间信道被占用，计数器的值冻结不作变化。冻结时间通常是由分组数据、ACK数据以及必要的安全间隔构成(含DIFS)。
本实施例定义的回退时间是由最大数量的连续空闲时隙组成的时间，两个回退时间的间隔称为冻结时间。
实施例一
如图3所示，本发明实施例提供的竞争窗口最小值的自适应调整方法，包括：
S101，在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；
S102，判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；
S103，终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
S104，终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
S105，在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组；判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一，CCIS计数器值加一；终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。这样，通过处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目平均值自适应调整竞争窗口最小值。
本实施例中，为了更好地理解本发明，可以假设某个无线局域网中有5个终端，且该5个终端共用同一个传输信道。每个终端都有一个用于计数的CCIS计数器和一个用来调整竞争窗口最小值的CCIS数组，CCIS计数器和CCIS数组的初始值为0，假设所述CCIS数组的长度为N，所述CCIS数组可以表示为[a1,a2,...aN]；某终端的CCIS计数器开始计数的条件是当该终端有数据帧待发送且该终端的退避计数处于回退状态(非冻结状态)时，则该终端的CCIS计数器开始记录该终端处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目，也就是说，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目。
本实施例中，每个终端的计数过程是相同的，CCIS计数器的值，既与网络的规模有关，也与信道空闲与否有关系。下面以共用同一个信道且含有五个终端的无线局域网为例，简述其中终端i的CCIS计数器和CCIS数组的工作过程,终端i的CCIS计数器和CCIS数组的工作过程包括：
A11，判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道状态，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则此时终端i随机选择一个退避时间作为退避计数器的初始值执行退避过程，同时，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙(SLOT)时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一。
A12，终端i继续监听信道，若信道空闲，退避计数器值继续减一，CCIS计数器值继续加一，直至终端监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS的计数器的值存入CCIS数组中的第一位，将CCIS计数器的值清零，且不再计数。
A13，终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器重新开始计数，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零或终端i监听到信道忙，此时退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位。
A14，在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值；由于过长的回退时间浪费信道资源，应该降低竞争窗口大小，过小的回退时间容易产生较多的冲突，也浪费信道资源，应提升竞争窗口大小，总体上竞争窗口最小值和处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目平均值是相反的调节关系(反比关系)，具体的，可以根据式(1)确定竞争窗口最小值CW_Min：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))(1)
其中，CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
本实施例中，优选地，C的取值为15.5*32＝496；当C＝496时，能够保证在低总流量下和现有的网络性能接近，总体上C的取值在256～512之间都是可行的。
本实施例中，CW_Max可以保持固定，也可以随CW_Min的变化而同步地增加减小。
本实施例中，CW_Min若小于或大于预设的门限阈值，则可以限制在预设的门限阈值内。
本实施例中，利用多个连续的空闲时隙数的平均值作为调整依据；连续的空闲时隙数的平均值能够表明信道上可用于用户竞争的时长，考虑到信道不能过渡饱和，需要保留充分的空闲时隙，因此若空闲时隙数过少，则增加最小竞争窗口，反之则降低竞争窗口最小值；连续空闲时隙数同时受到终端数和终端上的业务量影响，是一个综合的、易于计算的指标。
A15，终端的其它功能不变，当终端i再次传送数据帧时，则按照最新确定的CW_Min进行二进制回退，并重复执行A11-A14。
在前述竞争窗口最小值的自适应调整方法的具体实施方式中，进一步地，所述终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增包括：
终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
本实施例中，作为一可选实施例，所述终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增包括：
终端i继续监听信道，在自身发送分组数据后且收到ACK帧后，信道空闲时间超过一个DIFS时间后，退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增；或，
终端i继续监听信道，在自身发送分组数据若未收到ACK帧，则从数据分组后的EIFS时间后，退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增。
在前述竞争窗口最小值的自适应调整方法的具体实施方式中，进一步地，所述方法还包括：
若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
在前述竞争窗口最小值的自适应调整方法的具体实施方式中，进一步地，所述若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值包括：
删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
最后，通过仿真验证本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法的可行性：
首先，考虑网络处于饱和状态，即始终有待发送数据。按照IEEE 802.11b协议规定，取11Mbps的数据速率，标准方法规定竞争窗口最小值CWmin＝31,竞争窗口最大值CWmax＝1023。在仿真中，数据包的大小为228字节。本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，取C＝496。如图4所示，显然在终端数较少时，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法相对保守，网络吞吐量低于标准方法。但随着终端数的增加，现有的标准方法不能很好的应对多个终端的冲突问题，吞吐量随着终端数不断明显下降，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法即使在终端数较多的情况下也始终维持较高的吞吐量水平，且性能没有下降。
饱和情况是非常罕见的情况，实际上此时网络基本不可用了，实际上的网络大部分是非饱和的。其次假设每个终端的流量是相同的，为平均每秒100个分组(分组按照泊松分布到达)。显然在终端数较少时，网络是不饱和的。
如图5所示，在终端数较少(14个或以下)的非饱和情况下，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法和标准方法的性能是相同的，均能满足所有终端的流量需求。然而，当终端数超出上述值时，网络进入饱和，现有的标准方法性能下降，而本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法可以进一步提升吞吐量支持16个终端，且终端继续增加时吞吐量保存基本恒定。在20个终端时，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法吞吐量比标准方法大概提高10.5％。
与上个实验相同，将每个数据包的长度设为1200字节，仿真结果如图6所示。显然由于数据包长度的增加，吞吐量有很大的提升，同时饱和点也更早达到。仿真结果表明，对于长的数据分组，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法也是适用的，性能保持稳定，没有明显的下降。
上述假设中各终端的业务是相同的，实际上不同的终端是不同的业务需求。假设终端编号为1到30，编号为k的终端每秒平均发送k*10个分组，每个分组为228字节。
现在假设终端不断按序号加入，因此流量不断上升，由于编号大的终端流量更大，因此吞吐量需求大体上抛物线型。在16个终端或更少时，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法和标准方法的性能是相同的，均能满足所有终端的流量需求。然而，当终端数超出上述值时，网络进入饱和，现有的标准方法吞吐量性能提升不足，且可能下降，而本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法随终端继续增加至少保存基本恒定。在20个终端时，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法吞吐量比标准方法大概提高7.9％，如图7所示。
最后一组实验同上，但是序号为i的终端发送的数据包为i*40个字节，即不仅每秒钟的数据包数量不同，而且数据包的长度也不同，此时的性能仿真如图8所示。通过图8可知，在这种综合的情况下，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法仍然有很好的性能表现。
综上，本发明实施例所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法的优点包括：
(1)依赖的数据量少，仅需要终端观察最近若干次的连续空闲时隙数。
(2)算法简单且无状态，仅需要根据平均连续空闲时隙数做简单的除法运算，无需记录历史值，例如：上次的窗口状态。
(3)适应性广，适合不同数量的终端，这些终端在不同的时间可以有不同的数据分组待发送，这些数据分组有不同的长度。
实施例二
本发明还提供一种最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式，由于本发明提供的最小竞争窗口的自适应调整装置与前述竞争窗口最小值的自适应调整方法的具体实施方式相对应，该最小竞争窗口的自适应调整装置可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述竞争窗口最小值的自适应调整方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
本发明实施例还提供一种最小竞争窗口的自适应调整装置，包括：
设置模块，用于在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；
第一监听模块，用于判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；
第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
第三监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
确定模块，用于在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
本发明实施例所述的最小竞争窗口的自适应调整装置，在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组；判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。这样，通过处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目平均值自适应调整竞争窗口最小值。
在前述最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式中，进一步地，所述第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
在前述最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式中，进一步地，所述竞争窗口最小值表示为：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))
其中，CW_Min表示竞争窗口最小值；CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
在前述最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式中，进一步地，所述装置还包括：
移位寄存模块，用于若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
在前述最小竞争窗口的自适应调整装置的具体实施方式中，进一步地，所述移位寄存模块，用于删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种竞争窗口最小值的自适应调整方法，其特征在于，包括：
在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；其中，CCIS的英文全称为：common channel interoffice signaling，中文名称为：公共信道局间信令；
判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；其中，DIFS的英文全称为：Distributed Inter-frame Spacing，中文名称为：分布式帧间隔；
终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
2.根据权利要求1所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，其特征在于，所述终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增包括：
终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
3.根据权利要求1所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，其特征在于，所述竞争窗口最小值表示为：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))
其中，CW_Min表示竞争窗口最小值；CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
4.根据权利要求1所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，其特征在于，所述方法还包括：
若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
5.根据权利要求4所述的竞争窗口最小值的自适应调整方法，其特征在于，所述若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值包括：
删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
6.一种竞争窗口最小值的自适应调整装置，其特征在于，包括：
设置模块，用于在共用同一个信道的每个终端中各设置一个CCIS计数器和一个CCIS数组，所述CCIS数组中的每个元素用于记录相应终端在有数据帧待发送且处于回退状态时的信道连续空闲的时隙数目；其中，CCIS的英文全称为：common channel interofficesignaling，中文名称为：公共信道局间信令；
第一监听模块，用于判断终端i是否有数据帧待发送，若终端i有数据帧待发送，则终端i监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则初始化退避计数器执行退避过程，CCIS计数器开始计数，在CCIS计数期间，信道每经过一个完整的空闲的时隙时间，退避计数器值减一、CCIS计数器值加一；其中，DIFS的英文全称为：Distributed Inter-frameSpacing，中文名称为：分布式帧间隔；
第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道忙，则退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增，将CCIS计数器的值存入CCIS数组中的第一位，并将CCIS计数器的值清零；
第三监听模块，用于终端i继续监听信道，若监听到信道空闲的时间超过一个DIFS时间，则退避计数器的值继续递减，CCIS计数器的值从零开始递增，直至退避计数器的值递减为零，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器停止递增，并将CCIS计数器的值按先后循序存入CCIS数组的下一位；
确定模块，用于在每次更新CCIS数组时，对CCIS数组中的元素相加取平均值，基于得到的平均值，确定竞争窗口最小值。
7.根据权利要求6所述的竞争窗口最小值的自适应调整装置，其特征在于，所述第二监听模块，用于终端i继续监听信道，若终端i监听到自身发送数据或监听到其他终端发送数据，则判断信道忙，退避计数器的值停止递减且CCIS计数器的值停止递增。
8.根据权利要求6所述的竞争窗口最小值的自适应调整装置，其特征在于，所述竞争窗口最小值表示为：
CW_Min＝Min(CW_Max,int(C/{average of[a1,a2,…aN]}))
其中，CW_Min表示竞争窗口最小值；CW_Max表示预设的竞争窗口最大值；C是预设的正的常数；a1,a2,...aN表示CCIS数组中的元素；average of[a1,a2,…aN]表示对CCIS数组中的元素相加取平均值。
9.根据权利要求6所述的竞争窗口最小值的自适应调整装置，其特征在于，所述装置还包括：
移位寄存模块，用于若CCIS数组的长度达到最大值时，则采用移位寄存方式，存储CCIS计数器的值。
10.根据权利要求9所述的竞争窗口最小值的自适应调整装置，其特征在于，所述移位寄存模块，用于删除CCIS数组中的第一个元素值且CCIS数组中其余元素值左移一位，待存储的CCIS计数器的值添加在CCIS数组的最后一位。
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