[发明专利]基于CSMA竞争与TDMA预留的离散化信道接入方法

说明书

本发明涉及一种基于CSMA竞争与TDMA预留的离散化信道接入方法，包括：步骤一、根据信道使用情况和数据缓存队列长度计算节点需要占用的时隙数目；步骤二、信道空闲时，符合条件的节点通过CSMA竞争信道，成功竞争到信道资源的节点传输数据；步骤三、成功传输数据的节点预留时隙；步骤四、当信道负载超过阈值，或预留节点缓存队列数据量为0时释放时隙。本发明能够减少接入和调整时隙带来的冲突，并且提高系统的吞吐量。

技术领域

本发明涉及无线自组网技术领域，特别是涉及一种基于CSMA竞争与TDMA预留的离散化信道接入方法。

背景技术

无线自组网是由一组按需组建的、没有任何固定基础设施辅助的可移动终端组成的，无任何中心实体，各个节点自由移动，地位相等，在复杂多变的无线环境中自行构成网络。Ad-hoc网络具有无中心、临时自组织、分布式控制、多跳传输、移动性等突出特点。从目前无线自组网的应用情况来看，802.11协议已经成为无线自组网中研究和应用最为广泛的协议，并提供一定的MAC层支持。

信道利用率的提升是ad-hoc网络的一个关键问题。随着通信技术的不断提升，ad-hoc网络的发展规模越来越大，其传输数据的多样化和扩大化趋势对网络的信道资源获取有了更高的需求。由于自组网的一些固有属性，其传统的分布式信道分配机制难以满足大量数据传输的要求。基于802.11协议，国内外众多研究者提出了许多无线自组网中MAC层信道分配与接入的改进措施和新方案，力求解决信道争用、隐藏终端、暴露终端以及信令开销等问题，并且为业务传输提供优先级别和更高的占用资源能力，降低传输时延，实现大量数据的传输。

虽然近十几年来关于无线自组网的研究取得了很多成果，但相对于物联网的快速发展和广泛应用，其仍存在诸多需要研究和实践的问题。在实际应用中，人们已经不仅仅满足于数据消息的传输，语音、视频等多媒体业务的传输需求日益增长，这使得如何保障无线自组网环境下的大量业务传输成为迫切需要解决的问题，这对网络容量提出了更高的要求。

目前ad-hoc网络较多采用802.11协议中DCF退避机制作为信道接入方式，其节点采用CSMA方式公平竞争接入信道。

有数据待发送节点通过竞争获取信道使用权。首先，对信道进行监听，若信道持续空闲一段时间(称这段时间为DCF帧间间隔，DIFS，即DCF interframe space)，则节点认为此时信道空闲，可以争用；否则节点继续监测信道。当检测到信道持续空闲DIFS时间时，通过退避计数器(backoffcounter，BC)随机选取一延迟时间，并进行回退。延迟时间在[0，ω-1]之间均匀选取，ω被称为竞争窗口，它跟节点的数据包传送失败次数有关。之后，当节点监测到信道空闲时，计数器回退减1；当监测到信道忙时，冻结计数器，等待下一次信道空闲，并在信道持续空闲DIFS时间时重新激活计数器，继续执行BC倒数。若BC减至0，节点开始发起数据传输，并等待确认反馈。

在突发异构业务下，CSMA机制表现良好；但当节点数增多时，大量的碰撞将导致CSMA的性能急剧下降。随着负载增加，竞争冲突增多，数据传输时延会急剧增大，导致网络吞吐量变小，信道资源利用率大大降低。

多址接入协议是网络中各节点接入信道的协调机制，依靠其免竞争机制可以有效提高网络效率，并减小传输时延。目前MAC层多址接入协议大多采用时分多址(TDMA)协议，通过为节点分配合适数量的时隙来保证网络服务质量和时延性能。