一种多包接收机制下的CSMA协作退避方法与流程

一种多包接收机制下的csma协作退避方法
技术领域
1.本发明属于无线网络通信技术领域，具体为一种多包接收机制下的csma协作退避方法。


背景技术：

2.作为无线局域网的主要技术标准，ieee802.11协议能够有效提升通信性能，满足高速互联网接入需求。随着无线信号处理能力的不断增强，该协议最新版本的物理层已支持接入点具有多包接收能力，但是其介质访问控制层仍然使用为单包接收机制而设计的二进制指数退避(binary exponential back-off，beb)算法，因此无法高效地将物理层mpr能力转化为多址接入性能，并且存在不公平竞争等问题。针对上述问题，hujin与jun-baeseo等人提出了一种csma协作退避算法，然而该算法仅适用于简单的γ-mpr模型。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种多包接收机制下的csma协作退避方法，为all-or-nothing mpr机制下的通信系统提供最优传输概率，从而提升吞吐率、通信时延等性能指标。
4.实现本发明目的的技术方案为：一种多包接收机制下的csma协作退避方法，具体步骤为：
5.步骤1、确定ieee802.11网络的相关参数，所述相关参数包括：描述时隙t-1的信道状态指示符δ
i
,δ
s
和δ
c
、描述k个数据分组同时传输时接入点的成功接收概率为p
r
(k)、描述在时隙t的开始时刻，数据分组到达设备队列的平均速率为λ
t
(packets/μsec)；
6.步骤2、基于对吞吐率表达式求导，确定网络中同时通信设备数的最优值x
*
；
7.步骤3、基于泊松分布与协作符号，确定时隙t开始时刻的待通信设备数v
t
。
8.步骤4、基于步骤2、步骤3中的结果，确定时隙t的最优传输概率p
t
。
9.本发明与现有技术相比，其显著优点为：通过本发明能够为all-or-nothing mpr机制下的通信系统提供最优传输概率，该传输概率能够使系统吞吐率最优化，且解决原有算法中存在的不公平竞争问题。该退避方法在非饱和流量情况下具有有效性、鲁棒性与相较于其他方案的性能优越性。
附图说明
10.图1为本发明的流程图。
11.图2为实施例1中四种方案的时延性能示意图。
具体实施方式
12.本发明中，网络中的n台设备独立地竞争接入信道，进行数据分组传输，使用应答与重传机制。在每个时隙开始前，设备载波侦听信道的忙闲状态，并根据侦听结果决定传输与否。每个设备均能掌握网络中的相关参数，进而在时隙t的开始时刻，以概率p
t
发送数据
分组。一种多包接收机制下的退避方法，具体步骤为：
13.步骤1、确定ieee802.11网络的相关参数，所述相关参数包括：描述时隙t-1的信道状态指示符δ
i
,δ
s
和δ
c
、描述k个数据分组同时传输时接入点的成功接收概率为p
r
(k)、描述在时隙t的开始时刻，数据分组到达设备队列的平均速率为λ
t
(packets/μsec)；
14.步骤2、基于对吞吐率表达式求导，确定网络中同时通信设备数的最优值x
*
；
15.步骤3、基于泊松分布与协作符号，确定时隙t开始时刻的待通信设备数v
t
。
16.步骤4、基于步骤2、步骤3中的结果，确定时隙t的最优传输概率p
t
。
17.优选地，所述多包接收机制下的csma协作退避方法具体为：
18.步骤1-1、确定时隙t-1的信道状态指示符δ
i
,δ
s
和δ
c
满足：若时隙t-1为空闲时隙，δ
i
＝1、δ
s
＝0、δ
c
＝0；若时隙t-1为成功传输时隙，δ
i
＝0、δ
s
＝1、δ
c
＝0；若时隙t-1为碰撞时隙，δ
i
＝0、δ
s
＝0、δ
c
＝1。
19.步骤1-2、确定k个数据分组同时传输时接入点的成功接收概率p
r
(k)，p
r
(k)满足：
20.p
r
(k)＝p(k packets received|k packets transmit),0≤k≤n
21.当k＝0时，p
r
(k)＝1。在多包接收能力上限为m的all-or-nothingmpr机制下，
22.若1≤k≤m，则0＜p
r
(k)≤1，若m 1≤k≤n，则p
r
(k)＝0。
23.步骤1-3、确定时隙t的开始时刻，数据分组到达设备队列的平均速率λ
t
(packets/μsec)：
[0024][0025]
其中，β是估计数据分组到达率的观察窗口。t
s
(μsec)表示实现数据分组成功传输所需的时间，t
c
(μsec)表示完成数据分组碰撞传输所需的时间，σ表示空闲时隙时长。
[0026]
步骤2-1、确定为下示方程的解：
[0027][0028]
其中，φ
n
(x)＝(x
n
/n！)e-x
表示均值为x的泊松分布。
[0029]
步骤2-2、确定网络中同时通信设备数的最优值x
*
：
[0030][0031]
步骤3-1、确定当时隙t-1为空闲时隙时，待通信设备数v
t
为：
[0032]
v
t
＝max(v
t-1-x
*
,0)
[0033]
步骤3-2、确定当时隙t-1为成功传输时隙时，待通信设备数v
t
为：
[0034]
v
t
＝max(v
t-1-x
*
m-m
b
，0)
[0035]
其中m为时隙t-1中接入点成功接收的数据分组数量，m
b
为时隙t-1中成功传输其队列中最后一个数据分组的设备数量。
[0036]
步骤3-3、确定当时隙t-1为成功传输时隙时，待通信设备数v
t
为：
[0037]
[0038]
步骤3-4、确定时隙t开始时刻待通信设备v
t
的最终估计值，计算方式为：
[0039][0040]
步骤4、确定在时隙t的开始时刻，最优传输概率p
t
的计算方式为：
[0041]
p
t
＝min(x
*
/v
t
,1)
[0042]
优选地，步骤1中的信道接入规则具体为：每个设备均能掌握网络中的各项网络参数，并在任意时隙t的开始时刻，以概率p
t
发送数据分组。
[0043]
如图1所示，本发明确定ieee802.11网络退避过程的相关参数，确定all-or-nothingmpr机制下同时通信设备数的最优值与待通信设备数，进而确定all-or-nothingmpr机制下的最优传输概率。
[0044]
实施例1
[0045]
本发明采用matlab软件对所述方法进行实施，网络中的设备数量n＝10，空闲时隙时长σ＝9μsec，传输时长t
s
＝582μsec，t
c
＝142μsec。用于估计数据分组到达率的观察窗口β＝99。对于m＝4的all-or-nothingmpr系统，成功接收概率为p
r
(1)＝1,p
r
(2)＝0.9,p
r
(3)＝0.8,p
r
(4)＝0.7。考虑以下四种mpr机制下的退避方法。方案一：all-or-nothingmpr机制下的系统采用传统的beb退避方法。方案二：4-mpr机制下的系统采用传统的beb退避方法。方案三：all-or-nothingmpr机制下的系统采用传统的csma协作退避方法。方案四：4-mpr机制下的系统采用传统的csma协作退避方法。
[0046]
如图2所示，采用csma协作退避方法的系统平均排队时延明显小于同一mpr机制下采用beb退避方法的系统。此外，csma协作退避算法与beb算法在all-or-nothingmpr机制中的时延性能相较γ-mpr机制而言均有所恶化，但csma协作退避算法在all-or-nothingmpr机制中的恶化程度比beb算法小。此现象说明，本发明所提供的多包接收机制下的csma协作退避方法能够获得最优传输概率，具有有效性、鲁棒性及相较于beb退避方案的性能优越性。