一種載波監聽門限與競爭窗口聯合控制的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線通信領域，具體涉及一種載波監聽門限與競爭窗口聯合控制的方 法。
【背景技術】
[0002] 無線局域網（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)是有線網絡必要的延伸，隨 著個人數據通信的快速發展，WLAN也得到了廣泛關注。無線局域網與有線網絡相比接入更 方便快捷，同時也更靈活和易于延伸部署，能夠提高工作效率。這些優點使得現今無線局域 網得到了廣泛應用，而如何提供有效的無線接入機制則引起了學術界的重視。IEEE802. 11 中的CSMA/CA是無線局域網主要的MAC協議，IEEE802.lie是對CAMA/CA協議標準的增補， IEEE802.lie任務組在IEEE802. 11的DCF機制基礎上進行QoS支持擴展，提出了EDCA機制。 MAC級QoS增強的引入使得無線局域網不僅可以用于一般的數據傳輸，也可用于語音、視頻 等有QoS需求的實時業務。但是，當網絡中負載逐漸增多，數據流量不斷增大，信道競爭加 劇時，EDCA中的靜態競爭參數設置會導致信道中的碰撞概率加大，使得高優先級、時延敏感 業務數據的時延增大，不能很好的保證高優先級業務的QoS;而在網絡中負載較少，信道較 為空閑的情況下，固定的競爭參數設置又會導致空閑時隙的浪費，引起不必要的接入延遲。
[0003] 對于EDCA機制中的相關競爭參數，802.lie提供了一組建議值，適合大部分情況 下的網絡應用。但當網絡情況較為復雜，網絡環境不斷變化的情況下，協議標準中的靜態參 數設置往往不足以滿足各類業務的服務質量需求，難以保證不同網絡負載情況下的協議性 能。在網絡負載較大時，信道中的競爭加劇，多業務流碰撞概率增大，使得系統吞吐量下降； 在網絡負載較輕時，由于設置了固定的競爭參數，造成不必要的延遲接入信道，使得信道利 用率下降。因此，我們可以根據不同的網絡狀況來自適應的調整協議參數以提高EDCA的性 能。
[0004] 通過以上分析可以看出，EDCA的相關協議參數對業務競爭信道至關重要，不同的 參數設置不僅決定了業務優先級的選擇，同時影響了當前網絡的服務質量，但是由于網絡 狀況的復雜性，EDCA中的靜態參數設置并不能使系統性能實現最優，很多研宄表明，在高負 載狀況下由于網絡中有較高的沖突率，EDCA的性能表現并不如人意。因此，對協議參數的 自適應調整以保證不同的網絡負載情況下的協議性能成為當前研宄的熱點。其中載波監聽 門限和競爭窗口對協議的性能有著重要影響，許多學者都在研宄關于載波監聽門限和競爭 窗口的自適應調整機制。如LamiaRomdhani提出的AEDCF機制，YounggoKwon提出的FCR 機制，以及MohammadMalli提出的AFEDCF機制等。下面將做簡單的分析比較。
[0005] LamiaRomdhani在LamiaRomdhani,QiangNi.AdaptiveEDCF：Enhanced servicedifferentiationforIEEE802.11wirelessad-hocnetworks,Proc.ofthe IEEEWCNC2003,2003,2956-2961中提出，在一次成功傳輸后，基本的EDCF機制只是簡單 的將CW設為其最小值而沒有考慮網絡狀態，實際上，當一個沖突發生時，未來可能還會發 生一個新的沖突，故而提出在成功傳送后慢更新競爭窗口以避免爆發沖突。AEDCF通過計算 一個平均沖突率因子來反應網絡狀況，根據該因子動態調整競爭窗口的大小。每次成功傳 輸后用以調整競爭窗口的乘數因子是一個小于等于0. 8的參數值，使競爭窗口緩慢的重置 為最小競爭窗口值，以避免將來可能發生連續碰撞。
[0006]YounggoKwon在Y.Kwon，Y-Fang.DesignofMACProtocolswithFast CollisionResolutionforWirelessLocalAreaNetworks.IEEETransactionson WirelessCommunications，2004，Vol. 3 :793-807 提出了FCR機制，比較有效地解決了數據 傳輸中的相互碰撞問題和在每個競爭周期中引起的空閑時隙浪費問題。在機制中，作者將 站點分為三個狀態：數據幀成功傳輸狀態，碰撞狀態和推遲傳輸狀態。另外，與IEEE802.lie MAC相比，作者使用更小的初始最小競爭窗口CWmin和更大的最大競爭窗口CWmax，并且在沖 突狀態和推遲傳輸狀態都增大節點的競爭窗口，當檢測到一段連續的空閑時隙時快速減小 退避計時器的值。但是，FCR對于成功傳輸了數據的節點重新設置的窗口仍然是最小窗口 值CWmin，而實際上節點成功發送數據幀后，并不意味著網絡中擁塞狀態已經解除。如果此時 信道中依然擁塞的話，那么該節點由于設置了過小的競爭窗口值反而會加劇擁塞程度且可 能由于再次發生碰撞而再次增大自己的競爭窗口值，這樣的"多余"重復過程就會給節點帶 來額外等待時間，從而影響整個無線網絡的性能。并且由于成功發送數據后的節點擁有較 小的競爭窗口，從而更容易競爭占有信道，這就加劇了節點間的不公平。
[0007]MohammadMai1i在M.Mai1i，Q.Ni，T.Turletti.AdaptiveFairChannel AllocmionforQoSEnhancementinIEEE802.ilWirelessLANs.ProceedingsofIEEE ICC.Paris:June2004,645-652中提出了一種自適應公平EDCF機制，機制主要通過自適應 快速減少退避計時器的值，來減少網絡系統中對空閑時隙的浪費。其中退避閾值由不同優 先級隊列的CW參數計算進行動態調整，其值可以更好的反映網絡負載狀況并且更好的支 持區分服務。但是，此機制比較適用于網絡負載較輕，在信道爭用過程中存在一些連續的空 閑時隙的情況下，此時，AFEDCF機制能較好的避免時隙的浪費，并提供相同優先級業務間的 公平性保證。但在網絡負載較重，信道爭用較為激烈的情況下，該機制并不能較好的維護網 絡性能。
[0008]SchmidtRK,BrakemeierA,LeinmilllerT,etal.Advancedcarriersens ingtoresolvelocalchannelcongestion[C]//ProceedingsoftheEighthACM internationalworkshoponVehicularinter-networking.ACM, 2011:11-20 提出了一種 動態調整載波監聽門限的方法，其中載波監聽門限的調整僅僅取決于當前的等待時間，一 旦一個信息被發送出去，則載波監聽門限值將被設為一個默認值。
[0009] 在T.Taleb,M.Ochi,A.Jamalipour,etal.Anefficientvehicle-heading basedroutingprotocolforVANETnetworks[J].inProceedingsIEEEWCNC,Las Vegas，NV，Apr. 2006,pp. 2199 - 2204中，對比了在載波監聽門限值可變、不同靜態載波監聽 門限值和虛擬載波監聽機制下的網絡性能，仿真表明，通過自適應的改變載波監聽門限值 可以在很大程度上改變網絡的性能，但這帶來的代價是節點接入信道的時延增加。而且，沒 有一個固定的載波監聽門限值同時適用于低信道負載和高信道負載兩種情況，應該是在可 靠性和時延的一個折中。
[0010] 因此，載波監聽門限的調整應遵循以下幾個基本原則：
[0011] (1)過高的載波監聽門限（CCA)會因為隱藏節點增多而導致發送范圍變小，但其 信道接入時延較低；
[0012] (2)過低的CCA會導致空間復用率較低，帶寬利用率不高，信道接入時延較高，但 其碰撞率較低；
[0013] (3)由于節點數目變化迅速，網絡拓撲和環境也隨機變化，所以在網絡中的CCA應 該不是固定的，而是隨著網絡的狀態而自適應的改變以提高網絡性能；
[0014] (4)調整載波監聽門限時應考慮信息的優先級，使高優先級信息比低優先級信息 具有較高接入信道的幾率。
【發明內容】
[0015] 針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種載波監聽門限與競爭窗口聯合控制的 方法，結合考慮信息優先級和網絡實時狀態來調整載波監聽門限和競爭窗口，以提高網絡 的性能。
[0016] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0017] 一種載波監聽門限與競爭窗口聯合控制的方法包括如下步驟：
[0018]S1計算網絡的當前信道利用率U，并根據門限值UlOT、Uhigh將網絡狀態劃分為三種 網絡狀態，當U<UlOT時為低信道利用率，UlOT<U<Uhigh時為中信道利用率，Uhigh<U時 為高信道利用率；
[0019]S2根據步驟S1劃分的三種網絡狀態以及不同的信息優先級，為節點分別設置競 爭窗口最小值和競爭窗口最大值，其中記低信道利用率狀態、中信道利用率狀態和高信道 利用率狀態在信息優先級i下的競爭窗口最小值分別為CFF=rf(〇、 競爭窗口最大值分別為Of=(〇、同一信息優先級i下的 CR=(f)