一种基于异步多包接收机制的CSMA/CA优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于异步多包接收机制的CSMA/CA优化方法，在保留CSMA/CA原有参数的基础上，增加了多包接收能力γ和空闲信道评估(CCA)阈值γc(γc≤γ)两个参数，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制。在异步多包接收机制下，待发送数据的节点在当前信道通信节点数小于CCA阈值γc的情况下接入信道，在多包接收能力γ内的数据包将被正确接收。本发明专利技术相较于原有的IEEE 802.15.4CSMA/CA，可以有效改善吞吐量等网络性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信介质访问控制
，特别涉及一种基于异步多包接收机制的CSMA/CA优化方法。
技术介绍
近年来，随着信号处理、空时编码以及多天线系统等物理层技术的快速发展，接收端具备了分离并正确解码信道中同时传输多个数据包的能力。基于物理层技术的这一发展，传统的信道冲突模型(即单包接收机制)已经不再适用，多包接收成为信道接入机制中的研究重点。显然，多包接收机制能够改善网络性能。已有研究表明，ALOHA以及无线局域网IEEE802.11CSMA/CA在多包接收机制下相较于单包接收吞吐量等网络性能均有明显改善。在此基础上，我们将多包接收机制拓展到IEEE802.15.4CSMA/CA。传统的信道冲突模型，即单包接收机制，指的是一个数据包能被正确接收当且仅当在其整个传输过程中没有其他节点发送数据与之造成冲突。若信道中存在数据包正在发送，其他节点就会执行退避，避免冲突。一旦出现两个及两个以上的节点同时检测到当前信道处于空闲而同时发送数据的情况，则一定会发生冲突。针对这种情况下冲突发生的必然性，研究学者们提出了同步多包接收机制，该机制可以在一定程度上解决这一问题。同步多包接收机制允许不同的源节点在检测到信道空闲的状态下同时发送数据，接收端具备同时正确接收多个数据包的能力，若同时发送的数据包数量在接收端多包接收能力范围内，则所有数据包均可以被成功接收，若同时发送的数据包数量在接收端多包接收能力范围之外，则所有数据包均由于冲突而全部丢弃。由此可以看出，同步多包接收机制在一定程度上减少了由于多个节点同时发送数据而造成的冲突，从而提高了信道资源利用率。尽管如此，在同步多包接收机制下，类似于传统的单包接收，待发送数据的节点仍然只有在检测到信道处于空闲的状态下才能发送数据，一旦信道上存在数据传输，节点就会立即进入退避状态以此避免冲突发生。显然，同步多包接收限制了节点发送数据的灵活性和独立性，不利于信道资源的充分利用。基于单包接收机制和同步多包接收机制的局限性，我们进一步将多包接收从同步模式转向异步模式，展开异步多包接收机制对网络性能影响的研究。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于异步多包接收机制的IEEE802.15.4CSMA/CA优化方法，通过增加多包接收能力γ和CCA阈值γc(γc≤γ)两个参数，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制，以充分提高信道利用率，改善网络性能。本专利技术提供一种基于异步多包接收机制的IEEE802.15.4CSMA/CA优化方法。原本的IEEE802.15.4CSMA/CA工作在单包接收机制下，即信道上同时只允许一个节点进行数据通信(在不发生冲突的情况下)，其他节点一旦检测到当前信道有节点正在通信，就执行退避；相应的，接收节点同时只能接收一个数据包。本专利技术在保留CSMA/CA原有参数的基础上，增加多包接收能力γ和CCA检测阈值γc(γc≤γ)两个参数，对CCA判定信道空闲的标准以及接收端正确接收数据的判定做出了改进，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制。在异步多包接收机制下，待发送数据的节点接入信道的过程包括：S11.变量初始化，执行二进制指数退避算法；S12.随机退避结束后，节点执行CCA进行信道检测，若检测到当前信道通信节点数小于CCA阈值γc，节点立刻发送数据，否则令退避次数NB加1，退避指数BE＝min(BE+1，BEmax)，并判断NB是否超过上限值NBmax，若超过，此次数据发送失败，若未超过，则继续执行退避；S13.对于传输至接收端的数据包，若在其整个发送过程中信道同时通信的最大节点数在接收端的多包接收能力γ内，则成功接收该包；若超过γ，说明该数据包在传输过程中遭遇冲突，丢弃该包，发送失败。进一步地，所述待发送数据的节点可以工作在ACK模式或NACK模式。进一步地，所述待发送数据的节点可以工作在网络饱和状态或网络非饱和状态。进一步地，所述CW可以设置为2。进一步地，相较于异步多包接收机制的IEEE802.11CSMA/CA，所述待发送数据的节点信道接入过程不需持续检测信道状态。通过本专利技术提出的优化方法，使得待发送数据的节点在信道忙的状态下仍然能够接入信道，接收端具备异步多包接收能力，在其接收能力范围内的数据包均可以被正确接收，从而有效提高了信道利用率，改善了吞吐量等网络性能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1示出了支持异步多包接收机制的IEEE802.15.4CSMA/CA算法流程图。图2示出了固定多包接收能力γ，设置不同CCA阈值γc的情况下，吞吐量随最小竞争窗口的变化曲线。图3示出了不同多包能力γ并且设置CCA阈值γc为γ-1的情况下，吞吐量随最小竞争窗口的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术提供一种基于异步多包接收机制的IEEE802.15.4CSMA/CA优化方法。原本的IEEE802.15.4CSMA/CA工作在单包接收机制下，即信道上同时只允许一个节点进行数据通信(在不发生冲突的情况下)，其他节点一旦检测到当前信道有节点正在通信，就执行退避；相应的，接收节点同时只能接收一个数据包。本专利技术在保留CSMA/CA原有参数的基础上，增加多包接收能力γ和CCA检测阈值γc(γc≤γ)两个参数，对CCA判定信道空闲的标准以及接收端正确接收数据的判定做出了改进，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制。在异步多包接收机制下，待发送数据的节点接入信道的过程包括：S11.变量初始化，执行二进制指数退避算法；S12.随机退避结束后，节点执行CCA进行信道检测，若检测到当前信道通信节点数小于CCA阈值γc，节点立刻发送数据，否则令退避次数NB加1，退避指数BE＝min(BE+1，BEmax)，并判断NB是否超过上限值NBmax，若超过，此次数据发送失败，若未超过，则继续执行退避；S13.对于传输至接收端的数据包，若在其整个发送过程中信道同时通信的最大节点数在接收端的多包接收能力γ内，则成功接收该包；若超过γ，说明该数据包在传输过程中遭遇冲突，丢弃该包，发送失败。作为优选方案，所述待发送数据的节点可以工作在ACK模式或NAC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异步多包接收机制的CSMA/CA优化方法，保留原有CSMA/CA算法中退避次数NB的初始值以及最大值NBmax，并设置控制字CW为1，通过调整退避指数BEmin和BEmax以调整竞争窗口值，其特征在于：增加多包接收能力γ和CCA检测阈值γc(γc≤γ)两个参数，对CCA判定信道空闲的标准以及接收端正确接收数据的判定做出了改进，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制，异步多包接收机制下待发送数据的节点接入信道的具体过程包括：S11.变量初始化，执行二进制指数退避算法；S12.随机退避结束后，节点执行CCA进行信道检测，若检测到当前信道通信节点数小于CCA阈值γc，节点立刻发送数据，否则令退避次数NB加1，退避指数BE＝min(BE+1，BEmax)，并判断NB是否超过上限值NBmax，若超过，此次数据发送失败，若未超过，则继续执行退避；S13.对于传输至接收端的数据包，若在其整个发送过程中信道同时通信的最大节点数在接收端的多包接收能力γ内，则成功接收该包；若超过γ，说明该数据包在传输过程中遭遇冲突，丢弃该包，发送失败。

【技术特征摘要】
1.一种基于异步多包接收机制的CSMA/CA优化方法，保留原有CSMA/CA算法中
退避次数NB的初始值以及最大值NBmax，并设置控制字CW为1，通过调整退避指数
BEmin和BEmax以调整竞争窗口值，其特征在于：增加多包接收能力γ和CCA检测阈值
γc(γc≤γ)两个参数，对CCA判定信道空闲的标准以及接收端正确接收数据的判定做出
了改进，使得CSMA/CA算法支持异步多包接收机制，异步多包接收机制下待发送数据
的节点接入信道的具体过程包括：
S11.变量初始化，执行二进制指数退避算法；
S12.随机退避结束后，节点执行CCA进行信道检测，若检测到当前信道通信节点
数小于CCA阈值γc，节点立刻发送数据，否则令退避次数NB加1，退避指数BE＝min
(BE+1，BEmax)，并判断NB是否超过上限值NBmax，若超过，此次数据发送失败，若
未超过，则继续执行退避；
S13.对于传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一晋，张茗，魏俊，周远达，房玉轩，邹爱洁，桂林卿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32