CN1964294A - 一种提高无线局域网的dcf性能的二步退避方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高无线局域网的DCF性能的二步退避方法，包括：第一步，采用固定窗口退避机制，无线站点加入网络时，获取一个地址MAC_Addr。当站点数较多时，可以对站点进行分组，组大小为Group_Size。该站点的第一次竞争窗口大小First_CW等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模运算结果。第二步，采用二进制指数退避机制。如果第一步退避后重传还发生碰撞，则采用二进制指数退避机制，但是减小最小竞争窗口和最大竞争窗口的大小，本退避方法中，最小竞争窗口的大小取为组大小的值，即_aCWmin＝Group_Size；而将最大竞争窗口大小定为原标准中规定的一半，即_aCWmax＝511。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网技术领域，特别是一种提高IEEE 802.11协议媒介访问控制层(Medium Access Control，MAC)中分布式协调功能(Distributed Coordination Function，DCF)性能的两步退避方法。
背景技术
IEEE 802.11无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)目前正得到广泛的应用，例如笔记本中配置的无线网卡几乎全是IEEE802.11b/g无线网卡。
IEEE 802.11 WLAN包括物理层以及逻辑链路控制层(Logic LinkControl，LLC)中的媒介访问控制层(Media Access Control，MAC)。按照物理层的不同可以分为IEEE 802.11，IEEE 802.11a，IEEE 802.11b，IEEE802.11g WLAN。802.11a采用OFDM调制方式，支持54Mbps速率；802.11b一般采用DSSS或CCK调制方式，支持11Mbps速率；而802.11g采用OFDM和DSSS/CCK2种调制方式。目前常用的模式是IEEE802.11b/g或IEEE 802.11a/g。上面提到的这几种IEEE 802.11 WLAN的MAC层却是相同的。
IEEE 802.11 WLAN的MAC协议包括2种方式：集中协调功能(PointCoordination Function，PCF)和分布式协调功能(Distributed CoordinationFunction，DCF)。PCF是可选方式，DCF是必须包含的功能。
由于无线设备不能同时发射和接收，所以IEEE 802.11使用碰撞回避策略，即载波侦听多址访问/碰撞回避机制(Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance，CSMA/CA)。IEEE 802.11标准中建议的二进制指数退避的工作规程如下：
当站点需要发送数据时，调用载波侦听机制确定媒介状态，如果媒介忙，站点推迟发送，直至检测到媒介空闲时间大于DIFS(DCF InterframeSpace)，接下来选择第一次竞争的竞争窗口CW(Contention Window)--aCWmin，再在(0，aCWmin)中选择一个随机整数做为退避计数器的初值进入退避阶段，如果检测到媒介有一个时隙(SLOT)的空闲，则退避计数器减1；如果媒介忙，则退避计数器维持不变，当媒介空闲时间大于DIFS时再启动退避递减计数。当退避计数器递减到0时，发送数据。如果发送发生碰撞，则进入下一轮退避过程，并且其竞争窗口(CW)放大到上一次的2倍，直到规定的最大CW--aCWmax，维持最大值不变，当发送成功，CW复位为最小值--aCWmin，所以称为二进制指数退避。[见图1]
退避时间Backoff Time＝Random(CW)×aSlotTime
这种退避方法虽然解决了碰撞问题，但是当网络负载加大时，退避时间迅速增加，造成带宽的浪费，目前为止，已经提出了多种改进IEEE802.11 WLAN的DCF退避机制的方法，最简单的就是选择一个较小的固定值竞争窗口，但是这种机制在网络负载小时造成带宽浪费，在网络负载大时造成碰撞概率增加。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种根据网络站点数量动态调整竞争窗口的机制达到减少碰撞几率和减少退避时间的方法，从而提高WLAN的DCF性能。该方法的实施对802.11的原有协议改动不大，实现容易。
本发明为一种应用于IEEE 802.11 WLAN DCF中的两步退避方法，
一种提高无线局域网的DCF性能的二步退避方法，包括：用于无线局域网的的DCF性能的二步退避方法，步骤如下：
第一步，判断是否为第一次进入退避程序(1)；
第二步，若是第一次进入，则采用固定竞争窗口退避机制，固定竞争窗口大小等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模运算结果，并且退避计数器的初值直接取固定竞争窗口的大小(2)；
第三步，进入第一阶段退避规程(3)；
第四步，若不是第一次进入，则采用二进制指数退避机制，但是减小最小竞争窗口aCWmin和最大竞争窗口aCWmax的大小，进入第二阶段退避规程(4)。
所述的无线局域网的DCF性能的二步退避方法，无线局域网指IEEE802.11 WLAN。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：
图1是IEEE 802.11标准中建议的二进制指数退避的工作规程。
图2是提高IEEE 802.11 WLAN的DCF性能的二步退避方法运算流程框图；
图3是根据本发明的方法仿真得到的退避时隙对比曲线。
具体实施方式
请参阅图2，本发明为一种应用于IEEE 802.11 WLAN DCF中的两步退避方法，包括：第一步，采用固定窗口退避机制；第二步，采用二进制指数退避机制，但是减小最小和最大竞争窗口的取值。具体实施如下：
先判断是否第一次进入退避程序(1)。
若为第一次进入，则采用第一步退避机制，采用固定竞争窗口退避机制，无线站点加入网络时，获取一个标识号记为MAC_Addr，当站点数记为Station_Number较多时，可以对站点进行分组，组大小记为Group_Size，该站点的第一次竞争窗口大小记为First_CW，First_CW等于无线站点的MAC_Addr号和常数Group_Number的模运算结果(2)，即First_CW＝MAC_Addr mod Group_Size。退避计数器的初值直接取竞争窗口的大小，即First_CW，然后进入退避程序(3)。
第一步中采用固定窗口退避机制，竞争窗口大小等于无线站点的MAC_Addr号和常数Group_Number的模运算结果，组大小Group_Size由IEEE 802.11a/b中的最小竞争窗口大小决定，在IEEE 802.11b标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝31，在第一阶段的平均退避大小为16个时隙(aSlotTime)，Group_Size选为16；在IEEE 802.11a标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝15，在第一阶段的平均退避大小为8个时隙(aSlotTime)，Group_Size选为8。
如果本次退避发送成功则返回；如果本次退避发送依然失败，则进入下一步，采用二进制指数退避规程进行退避发送。
第二步退避采用二进制指数退避机制(4)，如果第一步退避后重传还发生碰撞，则采用二进制指数退避机制，但是减小最小竞争窗口aCWmin和最大竞争窗口aCWmax的值，分别记为_aCWmin和_aCWmax，在无线局域网IEEE 802.11b和IEEE 802.11a标准中，最大竞争窗口大小aCWmax＝1023；在IEEE 802.11b标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝31，在IEEE 802.11a标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝15，本退避方法中将最小竞争窗口大小定为Group_Size，即_aCWmin＝Group_Size，对802.11b，_aCWmin＝16；对802.11a，_aCWmin＝8；而将最大竞争窗口大小定为原标准中规定的一半，即_aCWmax＝511。退避计数器的初值为0到竞争窗口CW之间的一个随机整数。
图3是原退避机制和二步退避机制的比较结果，分别在2种退避机制下加入相同的业务(traffic)，在相同时间内记录站点的退避次数。实线是原退避机制的退避(backoff)次数，虚线是二步退避机制下的退避次数。
Claims (5)
1、一种提高无线局域网的DCF性能的二步退避方法，包括：用于无线局域网的的DCF性能的二步退避方法，步骤如下：
第一步，判断是否为第一次进入退避程序(1)；
第二步，若是第一次进入，则采用固定竞争窗口退避机制，固定竞争窗口大小等于自己的MAC_Addr和Group_Size的模运算结果，并且退避计数器的初值直接取固定竞争窗口的大小(2)；
第三步，进入第一阶段退避规程(3)；
第四步，若不是第一次进入，则采用二进制指数退避机制，但是减小最小竞争窗口aCWmin和最大竞争窗口aCWmax的大小，进入第二阶段退避规程(4)。
2、根据权利要求1所述的无线局域网的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，无线局域网指IEEE 802.11 WLAN。
3、根据权利要求1所述的无线局域网的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机制，无线站点加入网络时，获取一个标识号记为MAC_Addr，当站点数记为Station_Number较多时，可以对站点进行分组，组大小记为Group_Size，该站点的第一次竞争窗口大小记为First_CW等于无线站点的MAC_Addr号和常数Group_Number的模运算结果(2)，并且退避计数器的初值直接取第一次竞争窗口的大小First_CW。
4、根据权利要求1所述的无线局域网的DCF性能的二步退避方法，其特征在于，第二步中采用二进制指数退避机制，如果第一步退避后重传还发生碰撞，则采用二进制指数退避机制，但是减小最小竞争窗口aCWmin和最大竞争窗口aCWmax的值，分别记为_aCWmin和_aCWmax，在无线局域网IEEE 802.11b和IEEE 802.11a标准中，最大竞争窗口大小aCWmax＝1023；在IEEE 802.11b标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝31，在IEEE 802.11a标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝15，本退避方法中将最小竞争窗口的大小取为组的大小，即_aCWmin＝Group_Size，对802.11b，_aCWmin＝16；对802.11a，_aCWmin＝8；而将最大竞争窗口大小定为原标准中规定的一半，即_aCWmax＝511，并且退避计数器的初值取为0到竞争窗口CW之间的一个随机整数。
5、根据权利要求3所述的无线局域网的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机制，竞争窗口大小等于无线站点的MAC_Addr号和常数Group_Number的模运算结果，组大小Group_Size由IEEE802.11a/b中的最小竞争窗口大小决定，在IEEE802.11b标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝31，在第一阶段的平均退避大小为16个时隙(SLOT)，本退避方法中Group_Size选为16；在IEEE802.11a标准中，最小竞争窗口大小aCWmin＝15，在第一阶段的平均退避大小为8个时隙，本退避方法中Group_Size选为8。
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