[发明专利]无线Mesh网络中基于活跃节点数估计的自适应接入机制

说明书

本发明提出一种无线Mesh网络中基于活跃节点数估计的自适应接入机制，以改善网络吞吐量和节点接入信道的公平性受限的情况。本发明引入“活跃节点”，通过侦测信道的空闲时隙来估算网络中的活跃节点数，由此推导网络达到饱和吞吐量时节点的最优传输概率，再通过动态调节初始竞争窗口值来提高网络吞吐量；当发生冲突时，引入重传调整因子来改善节点间的公平性，根据活跃节点数和重传次数计算重传因子，再通过重传因子合理地设置重传竞争窗口值以减少数据包的丢失，从而提高了重传接入的成功率。本方法能够有效地改善无线Mesh网络的吞吐量、公平性以及丢包率等方面的性能，是一种无线Mesh网络切实可行的接入控制方法。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线Mesh网络中基于活跃节点数估计的自适应接入机制。

背景技术

无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)通常也被称为无线网状网，是一种由多个无线链路连接设备和Mesh路由器结点构成的，集自组织、自修复、多跳级联等特点于一身的新型宽带无线网络。无线Mesh网络结合了无线局域网(WLAN)和移动自组织网(MANET)的优点，依靠其高伸缩性、高健壮性和便利性，成为未来建设无线智慧城市的关键网络类型之一。

无线Mesh网络中有许多的关键技术和协议标准，其中的媒体接入控制(MAC，MediaAccess Control)协议决定了如何在众多的通信节点之间分配有限的无线信道资源，使这些资源能够合理充分地被利用，在时延、吞吐量和公平性等网络性能指标上尽量达到最优。因此如何合理地设计媒体接入控制协议是无线Mesh网络研究人员需要重点考虑的问题。

当前无线Mesh网络的媒体接入控制协议可以划分为单信道协议和多信道协议。对于单信道情况下节点之间的数据传输，存在传统的隐藏/暴露终端问题，因此有较多的无线Mesh网络中的MAC协议，都采用基于IEEE 802.11标准的分布式协调功能(DistributedCoordination Function，DCF)机制让节点去竞争信道资源。DCF机制采用了载波侦听多址访问/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)机制来侦听信道并降低网络冲突，同时引入发送/允许发送(Request To Send/Clear ToSend，RTS/CTS)交互方式来解决隐藏终端问题。但是DCF机制仍有许多不足之处，例如节点难以根据网络拥塞程度选择合理的退避时间，导致信道资源浪费，网络的自适应性差；竞争窗口在发送失败后呈指数倍增或发送成功后减小为零的变化，会导致严重的公平性问题。

在DCF机制的改进上，文献“A Simple and Effective Back-off Scheme for theIEEE802.11MAC Protocol”(Chatzimisios P,Boucouvalas A C,et al.2ndInternational Conference on Cybernetics and Information Technologies,Systemsand Applications,CITSA 2005,11th International Conference on InformationSystems Analysis and Synthesis,ISAS 2005,2005,1:48-53)提出了DIDD(DoubleIncrement Double Decrement)竞争窗口调节机制。DIDD算法使得竞争窗口的变化趋于平缓，对网络的吞吐量起到了一定的优化作用。其缺点在于仍然不能根据网络的实时情况进行自适应地调节。