一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制制造技术

本发明专利技术属于电子信息技术领域，是一种适用于高密度无线随机接入网络的高效竞争窗口调整机制。本发明专利技术通过令网络中节点实时监测信道状态，动态的对信道参数进行估计，并根据估计值与理论最优值的偏离程度选择更加合理的竞争窗口调整方案。该发明专利技术具有复杂度第，易实现，信道接入调度准确性高，调节速度快的特点。

Efficient contention window adjustment mechanism in high density wireless random access network

The invention belongs to the field of electronic information technology, and is an efficient competitive window adjustment mechanism for high density wireless random access network. In the invention, the channel parameters are dynamically monitored by the nodes in the network, the channel parameters are estimated dynamically, and the more reasonable competition window adjustment scheme is selected according to the deviation between the estimated value and the theoretical optimum value. The invention has the characteristics of complexity, easy realization, high accuracy of channel access scheduling, and fast regulating speed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子信息
，特别涉及一种高效的媒体介入竞争机制，更具体地，设计一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制。
技术介绍
目前，分布式的无线随机接入网络已经广泛的应用于军事，智能交通，环境监控，卫生医疗的关注多领域。得益于微电机系统，片上系统，无线通信以及低功耗嵌入式技术的飞速发展，无线随机接入网络逐步成为物联网通信，M2M通信，V2V通信等前沿通信
的重要组成部分。这将导致一定区域内的无线网络节点的数量大幅增加。因此，我们亟需更加合理的媒体接入控制(MAC)协议，使高密度分布式无线随机接入网中超大量节点更加公平、高效的占用有限的信道资源。在无线随机接入网络中，节点的邻居数量随组网密度的增加而呈指数增长。受各节点应用层数据产生率的影响，网络中的竞争节点(同时竞争信道资源的节点)数量将保持不断变化。和传统无线随机接入网络相比，高密度无线随机接入网MAC协议需要：1.更加精准的调度。使网络在超多节点同时接入时，依然可以保持极高的吞吐率。2.更加快速的调度。使网络能够有效把握竞争节点数目的变化情况，并做出快速调整。减少因网络竞争节点数目变化速度过快、变化幅度过大，而造成的吞吐率损失。在现有研究成果中，能够进行精确调度的技术往往伴随着调整速度慢的问题，而具有快速调度能力的技术又很难保证调度的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提出一种适用于高密度无线随机接入网络的高效竞争窗口调整机制，通过令网络中节点实时监测信道状态，动态的对信道参数进行估计，并根据估计值与理论最优值的偏离程度选择更加合理的竞争窗口调整方案。该专利技术具有易实现，信道接入调度准确性高，调节速度快的特点。为了实现以上目的，本专利技术提出的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，具有以下步骤：1.各节点监测信道在每个时隙的状态信息，包括信道空闲、忙碌等。2.节点在尝试接入信道时，首先检测节点获得的信道状态信息数量是否满足要求。3.如若节点获得的信道状态信息数量不足，则节点根据原有竞争窗口产生随机退避时间，并返回步骤1。4.如若节点获得的信道状态信息数量满足要求，则节点根据该些信息对信道参数X进行估计，并继续步骤5。5.节点根据网络拥塞分析，利用长度为2M-1的一维数组将信道参数X的估计值X_est的可能取值进行区间划分。6.节点根据X_est所在区间，动态选择不同的调节幅度来对竞争窗口进行调整，从而使信道竞争状态更快的回归最优。前述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，步骤5中，节点在不同信道竞争条件下对X_est的区间划分将存在差异。节点需要在运行过程中不断对X_est的区间划分进行重复计算。这将使节点在运行过程中的运算量大幅增加。为了克服这一问题，节点可以将不同信道竞争环境下可能出现的划分情况近似映射成为一个或数个参考划分。节点预先存储参考划分，并在运行过程中，直接利用参考划分来对X_est所属区间进行判定。在前述的不同信道竞争环境下可能出现的X_est区间划分向参考划分进行近似映射的过程中，节点遵循如下原则：映射过程中的绝对误差值小于X_est的最大精度。其中，X_est的最大精度由用于估计信道参数的信道状态信息数量决定。前述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，步骤5中，空间划分数组的元素个数由用于估计信道参数的信道状态信息数量决定。前述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，步骤5中，空间划分数组的元素按照升序排列，且其中包含M-1个小于X_opt的元素，元素X_opt，以及M-1个大于X_opt的元素。前述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，步骤6中，X_est位于大于X_opt的空间或小于X_opt的空间，将采用不同的竞争窗口调整策略——扩大或缩小。前述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，步骤6中，X_est所在空间距离X_opt越远，竞争窗口所需进行的调节幅度越大。附图说明图1是本专利技术的操作流程框图图2是本专利技术的竞争窗口调整流程图具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的流程图在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。图1是本专利技术的操作流程框图。本专利技术提供了一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制。实施例选取了信道空闲概率PI作为评价信道竞争环境的信道参数。其具体操作，包括如下步骤：1.初始化信道监测参数PA，PB，以及竞争窗口CW。2.产生[0,CW-1]区间内的随机数赋值给退避计数器BC，并利用BS记录退避计数器的起始数值。3.节点以时隙为单位检测信道忙、闲状态。如检测到信道忙碌则转至步骤4。如检测到信道空闲则转至步骤5。4.由于信道空闲状态被打断，节点在进行如下操作后返回步骤3。a)利用PA对信道连续空闲的时隙个数进行累加。其中信道连续空闲时隙个数可通过求取退避计数器的起始数值与当前退避计数器数值之间的差值获得。b)利用PB记录空闲信道被打断次数。c)利用BS记录当前退避计数器数值。5.由于信道保持空闲，节点首先检测退避计数器数值是否为零。如退避计数器数值非零，则节点令退避计数器数值减1，并返回步骤3。如退避计数器数值不大于零，则节点转至步骤6。6.节点接入信道成功。并检测空闲信道被打断次数，即PB+1。如当前空闲信道被打断次数不足5次，则节点保持竞争窗口大小不变，并返回步骤2。如当前空闲信道被打断次数超过5次，则节点利用当前获得的信道信息，即PA，PB计算信道空闲概率PI。PI可表示为PA/(PA+PB)。利用求取的信道空闲概率PI，节点对竞争窗口CW进行调整，最后返回步骤2。在节点获得信道空闲概率PI后，将对竞争窗口CW进行调整。其调整流程图如图2所示，具体包括如下步骤：1.参数初始化。初始化内容如下：a)PO为信道竞争保持在最优状态时的信道空闲概率。在本实施例中PO约为0.7778。b)BF为基础退避参数。在本实施例中，基础退避参数设为2，即竞争窗口以2的倍数增大或减小。c)PI取值区间划分数组THR[2M-1]。该数组由2M-1个元素组成，数组中元素递增排列，且其中包含M-1个小于PO的元素，元素PO，以及M-1个大于PO的元素。d)PI取值区间划分数组大小M。PI取值区间划分数组的大小取决于，操作流程步骤6中描述的，进行竞争窗口调整所需要的最小空闲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，其特征在于，通过实时监测信道状态，动态的对信道参数X进行估计，并根据估计值X_est与理论最优值X_opt的偏离程度选择更加合理的竞争窗口调整方案。所述方法具体步骤为：1.1各节点监测信道在每个时隙的状态信息，包括信道空闲、忙碌等。1.2节点在尝试接入信道时，首先检测节点获得的信道状态信息数量是否满足要求。1.3如若节点获得的信道状态信息数量不足，则节点根据原有竞争窗口产生随机退避时间，并返回步骤1.1。1.4如若节点获得的信道状态信息数量满足要求，则节点根据该些信息对信道参数X进行估计，并继续步骤1.5。1.5节点根据网络拥塞分析，利用长度为2M‑1的一维数组将信道参数X的估计值X_est的可能取值进行区间划分。1.6节点根据X_est所在区间，动态选择不同的调节幅度来对竞争窗口进行调整，从而使信道竞争状态更快的回归最优。

【技术特征摘要】
1.一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，其特征在于，通过实时监测信道状态，动
态的对信道参数X进行估计，并根据估计值X_est与理论最优值X_opt的偏离程度选择更加合理的竞
争窗口调整方案。所述方法具体步骤为：
1.1各节点监测信道在每个时隙的状态信息，包括信道空闲、忙碌等。
1.2节点在尝试接入信道时，首先检测节点获得的信道状态信息数量是否满足要求。
1.3如若节点获得的信道状态信息数量不足，则节点根据原有竞争窗口产生随机退避时间，并返回步
骤1.1。
1.4如若节点获得的信道状态信息数量满足要求，则节点根据该些信息对信道参数X进行估计，并继
续步骤1.5。
1.5节点根据网络拥塞分析，利用长度为2M-1的一维数组将信道参数X的估计值X_est的可能取值
进行区间划分。
1.6节点根据X_est所在区间，动态选择不同的调节幅度来对竞争窗口进行调整，从而使信道竞争状
态更快的回归最优。
2.根据权利要求1所述的一种高密度无线随机接入网络中的高效竞争窗口调整机制，其特征在于，所述
步骤1.5中，节点将不同信道竞争环境下可能出现的划分情况近似映射成为一个或数个参考划分。节
点预先存储参考划分，并在运行过程中，直接利用参考划分来对X_est所属区间进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：类春阳，别红霞，别志松，周军，
申请(专利权)人：北京邮电大学，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11