一種csma-ca半窗方案的系統和方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2013年6月19日由ShengSun等遞交的申請號為61/836, 942、發 明名稱為"一種CSMA-CA半窗方案的系統和方法（SystemandMethodforCSMA-CAHalf WindowScheme)"的美國臨時申請案的在先申請優先權，以及于2014年6月19日遞交 的申請號為14/309, 521、發明名稱為"一種CSMA-CA半窗方案的系統和方法（Systemand MethodforaCSMA-CAHalfWindowScheme)"的美國非臨時申請案的在先申請優先權，該 在先申請的內容以引入的方式并入本文。
技術領域
[0002] 本發明涉及無線通信，并且在一些特定的實施例中，涉及一種載波偵聽多址訪問/ 沖突避免（CSMA-CA)半窗方案的系統和方法。
【背景技術】
[0003] 當前用于IEEE802. 11 (WiFi)通信的CSMA-CA方案中，站點（STA)延遲一個確定 的退避時間如數微秒（μsec)之后訪問傳輸數據的介質。通過從預先確定的競爭窗口大小 中選擇隨機數來計算所述退避時間。使用所述退避時間計算公式進行的吞吐量的馬爾可夫 鏈分析表明，在正常的網絡條件（STA或者傳輸的密度滿足要求）下，峰值吞吐量可以保持 在總吞吐量的70%左右。根據檢測所述STA與其他STA傳輸是否沖突并基于先前的成功或 失敗，增大或減小所述競爭窗口的大小。用于確定退避時間的方案得到改進之后，STA之間 的沖突減少、總吞吐量增加，比如，對于STA或傳輸比較集中的情況效果顯著。
【發明內容】
[0004] 根據一實施例，一種用于無線通信網絡中的站點進行載波偵聽多址訪問/沖突避 免（CSMA-CA)的方法包括：采集與先前延遲訪問用于傳輸數據的介質的嘗試相關的信息。 所述延遲包括根據競爭窗口確定的退避時間。所述方法還包括：根據所述信息，為所述競爭 窗口的多個窗口區中的每個窗口區確定成功訪問所述介質的概率值；根據為所選窗口區確 定的成功概率值，從所述多個窗口區中選擇所述窗口區。
[0005] 根據另一實施例，一種用于無線通信網絡中的站點進行CSMA-CA的方法包括：根 據先前退避時間的數值，采集與先前延遲訪問數據傳輸介質的嘗試相關的數據集合，其中， 所述退避時間的數值根據競爭窗口確定。所述方法還包括：將所述競爭窗口劃分為第一半 窗和第二半窗；根據所述數據集合，為所述第一半窗計算成功訪問所述介質的第一概率值。 根據所述數據集合，進一步為所述第二半窗計算成功訪問所述介質的第二概率值。然后，根 據所選第一半窗的第一成功概率值和所選第二半窗的第二成功概率值中的一個概率值，選 擇所述第一半窗和所述第二半窗中的一個半窗，用于生成確定退避時間的隨機數。
[0006] 根據又一實施例，一種支持CSMA-CA的通信設備包括：至少一個處理器，以及存儲 所述至少一個處理器執行的程序的非瞬時性計算機可讀存儲介質。所述程序包括用于執 行以下操作的指令：采集與先前延遲訪問用于傳輸數據的介質的嘗試相關的信息，其中，所 述延遲包括根據競爭窗口確定的退避時間。所述程序還包括用于執行以下操作的指令：根 據所述信息，為所述競爭窗口的多個窗口區中的每個窗口區確定成功訪問所述介質的概率 值；根據為所選窗口區確定的成功概率值，從所述多個窗口區中選擇所述窗口區。所述設備 還用于根據所選窗口區確定新的退避時間。
[0007] 上文概括性地描述了本發明實施例的特征，以便更好地理解后文對于本發明的具 體描述。本發明實施例的附加特征和優勢將在后文中描述，構成本發明權利要求的主題。本 領域技術人員應當理解，所公開的概念和特定實施例易被用作修改或設計其他實現與本發 明相同的目的的結構或過程的基礎。本領域的技術人員還應當意識到，這種等同構造不脫 離所附權利要求書所闡述的本發明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0008] 為了更完整地理解本發明及其優點，現在參考下文結合附圖進行的描述，其中：
[0009] 圖1示出了一種空閑信道評估（CCA)方案；
[0010] 圖2示出了一種載波偵聽多址接入訪問/沖突避免（CSMA-CA)方案；
[0011] 圖3示出了本發明實施例提供的一種半窗方案決策樹；
[0012] 圖4示出了本發明實施例提供的一種半窗方案；
[0013] 圖5為可以用于實現各種實施例的處理系統的圖。
[0014] 除非另有指示，否則不同圖中的對應標號和符號通常指代對應部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實施例的相關方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0015] 下文將詳細論述當前優選實施例的制作和使用。然而，應了解，本發明提供可在各 種具體上下文中體現的許多適用的發明性概念。所論述的具體實施例僅僅說明用以實施和 使用本發明的具體方式，而不限制本發明的范圍。
[0016] 圖1示出了例如用于STA訪問介質的當前IEEE802. 11空閑信道評估（CCA)方案。 本文中的STA可以為任意用戶無線設備或接入點（AP)。例如，STA包括智能手機、平板電腦、 便攜式電腦以及臺式電腦。AP為允許其他STA接入WiFi等無線網絡的任意設備。在訪問 所述介質以發送數據之前，STA(或AP)等待一個幀間間隔（IFS)時間。在等待所述IFS時 間之后，所述STA進一步將其數據傳輸延遲一個退避時間（例如，單位為μsec)，以保證延 遲時間足夠用以避免與其他傳輸（來自其他STA的傳輸）的沖突。在數據傳輸之后，所述 STA也可以等待一個IFS時間再接收確認（Ack)信號。
[0017] 在當前IEEE802. 11CSMA-CA方案中，通過（STA)在0和預先確定的競爭窗口（CW) 大小之間隨機選擇一個數（整數），再將該數乘以預定義的（最小）時隙（例如，單位為 μsec)計算訪問所述介質所需的退避時間。所述CW的大小限制在預定義的最小CW(CWmin) 和預定義的最大CW(CWmax)之間。進一步地，根據所述CSMA-CA方案，基于訪問所述介質時 的沖突檢測來增大或減小所述CW的大小。例如，在先前訪問所述介質失敗的情況下，將所 述CW的大小加倍；或者，在沒有發生沖突的情況下，將所述CW的大小重置為最小值CWmin。 圖2示出了CSMA-CA算法。
[0018] 802. 11站點（STA)使用下面的標準等式計算所述退避時間：Back-offTime= Random(0，CW)xSlottime，其中，CW限制在CWmin和CWmax之間；RandomO是隨機函數生 成器；Slottime是預定義的時隙。所述算法可以表述如下：
[0019] 在[CWmin,CWmax]之間選擇隨機等待時間；
[0020] CCA:
[0021] if(Idle)
[0022] Back-offTime=Back-〇ffTime-l；
[0023] if(Back-offTime= 0),send；
[0024] if(collision)
[0025] Cff= 2 xCff；
[0026] elseBack-offTime=Oandsend；
[0027] elseBack-offTime=Back-〇ffTime-l；
[0028] else
[0029] Cff=Cff.
[0030] 本文提供的實施例用于實現802. 11網絡或其他能夠從中受益的合適的無線網絡 中的CSMA-CA半窗方案。所述半窗方案用于通過添加概率預測因子改進所述退避時間的計 算方法。基于所述STA的介質訪問概率，使用概率預測因子調整所述CW。在所述半窗方案 中，所述STA基于概率預測的信息增益（G)建立決策樹。所述決策樹將所述CW劃分為2個 半窗，所述STA再從所述半窗中選出一個半窗，選擇其中的隨機數作為所述退避時間。具體 描述如下：所述2個半窗為左半窗（CWmin彡X彡CWhalf)和右半窗（CWhalf彡X彡CWmax)， 其中CWhalf=(CWmax-CWmin) /2,且X為所述從2個半窗中選擇的數。所述半窗方案極大 地提高了總吞吐量。在另一些實施例中，