CN106572499A

CN106572499A - 一种基于小数退避的信道接入方法

Info

Publication number: CN106572499A
Application number: CN201610976702.2A
Authority: CN
Inventors: 李波; 杨懋; 杨博; 闫中江
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2017-04-19
Also published as: WO2018082133A1

Abstract

本发明提供了一种基于小数退避的信道接入方法，通过加快对区域吞吐量贡献较大的节点的退避速度，实现了更精细的退避方式，从而进一步细化分解了用户竞争信道时的相对优先级，实现了更好的冲突回避以及更为高效的信道资源利用率；实现简单，能与IEEE 802.11标准协议相兼容，且可同时应用于单信道和多信道的环境下；另外，本发明可通过在网卡的固件中实现，同时也可以实现在驱动程序中；本发明通过发送端预估接收端的干扰状况，使得退避更加准确，从而大幅度提升了区域吞吐量。

Description

一种基于小数退避的信道接入方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种退避机制。

背景技术

为了减少无线网络中的碰撞，IEEE 802.11标准采用了一种叫做载波侦听多址接入/避免冲撞协议(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)的机制。在CSMA/CA机制中，节点通过执行载波侦听来判断信道是否空闲。当信道空闲后，节点开始进行执行二进制指数退避(Binary Exponential Backoff)过程，若在退避过程中信道变忙，则需要随机等待一段时间，直到信道再次变为空闲后再开始继续进行退避，直至退避结束后才能发送数据，以减小数据传输的冲突概率。其中，CSMA/CA机制中所使用的二进制指数退避算法是减小网络冲突的关键所在。所谓二进制指数退避，是指当节点遇到冲突时，不是等待信道变为空闲后立即发送数据，而是推迟一个随机的时间后(或称为退避)再重新发送数据。在每一次冲突之后，节点的平均等待的时间也将加倍。即：每个节点均维持一个退避计数器，而这个退避计数器的值从[0,CW]中随机选取，CW代表竞争窗的取值，其初始值为最小竞争窗CW_min，并且有CW＝2^mCW_min，当发生冲突后，退避阶数m加一。每当侦听到信道空闲一个时隙(slot)的时间后，退避计数器的值减一。当退避计数器减为0时，节点就可以发送数据了。但是，在目前的二进制退避过程中，节点对信道质量的感知粒度较粗。也就是说，节点对信道感知的结果仅包括两种情况：信道为“忙”，或者信道为“闲”。若信道为“忙”，即检测到信道的干扰水平超过了CCA(Clear Channel Assessment，信道空闲评估)门限，其退避过程将被挂起；而若信道为“闲”，即检测到信道的干扰水平低于了CCA门限，表示为CCA_th，其退避过程将以相同的步伐推进，即每当信道空闲了一个时隙时间，节点的退避计数器值减1。

在下一代无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)中，将面临高密集部署场景以及***式增长的业务需求，因此如何大幅度地提升区域吞吐量(即单位面积内的吞吐量)已成为一个有待解决的棘手问题。如果在下一代WLAN中延用传统的二元退避思路，若一些关键参数(如CCA门限)设置不合理，将难以与网络的实际状况相适配并难以实现对信道资源的充分利用，从而抑制区域吞吐量性能。比如，若CCA 门限值设置过低，则将导致同时认为信道为“忙”的节点数过多，从而制约了并行传输的可能性，降低信道资源利用率；若CCA门限值设置过高，则将导致同时认为信道为“闲”的节点数过多，从而增大了冲突概率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小数退避机制，能够提升数据速率高、干扰范围小的链路的接入优先权，即增加该链路的退避速度，同时削减数据速率低、干扰范围大的链路的接入优先权，即降低该链路的退避速度，从而提升网络的区域吞吐量性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，当源节点S给目的节点D发送数据，源节点S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm，CCA_th]，CCA_th是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCA_th＞-82dBm，之后，转入步骤2；

步骤2，在每一个时隙内，源节点S实时检测信道上的信号能量I，若满足条件I≥CCA_th，则源节点S的退避过程挂起，并继续检测信道上的信号能量I；否则，转入步骤3；

步骤3，源节点S估算信干噪比SINR_e，根据SINR_e的取值在速率和信干噪比的分段曲线Rate-SINR中的映射，获得对应的数据传输速率R，转入步骤4；

步骤4，源节点S根据数据传输速率R计算出本时隙内的退避速度ω_BK，转入步骤5；

步骤5：当本时隙结束后，源节点S将自己当前的退避计数器值减去ω_BK，再判断减去ω_BK后的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则源节点S接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。

所述的CCA_th提前设定，或由目的节点D在上一时隙与源节点S进行数据传输过程中反馈得到，其中，Pr为目的节点D接收到源节点S发送的请求发送帧RTS的接收功率，SINR_th表示最大可以采用的调制编码方式所对应的信噪比。

所述的步骤3中，信干噪比SINR_e＝Pr-I；如果当前时隙是第一个传输时隙，则ω_BK＝1，然后直接转入步骤5。

所述的步骤4中，源节点S计算等效数据速率其中，A表示链路的干扰面积，即发送节点S的干扰区域面积与接收节点D的干扰区域面积的并集；根据公式源节点S计算出本时隙内的退避速度ω_BK，其中，R^*代表区域吞吐量，与之所对应的退避速度为

本发明的有益效果是：通过加快对区域吞吐量贡献较大的节点的退避速度，实现了更精细的退避方式，从而进一步细化分解了用户竞争信道时的相对优先级，实现了更好的冲突回避以及更为高效的信道资源利用率；实现简单，能与IEEE 802.11标准协议相兼容，且可同时应用于单信道和多信道的环境下；另外，本发明可通过在网卡的固件中实现，同时也可以实现在驱动程序中；本发明通过发送端预估接收端的干扰状况，使得退避更加准确，从而大幅度提升了区域吞吐量。

附图说明

图1是本发明实施例一的图示；

图2是本发明实施例二的图示；

图3是本发明实施例三的图示；

图4是本发明实施例四的图示；

图5是本发明实施例五的图示；

图6是本发明实施例六、实施例七的图示；

图7是本发明实施例八的图示；

图8是本发明实施例九的图示；

图9是本发明的仿真结果示意图；

图中，AP-接入点Access Point，RTS-请求接入Request-To-Send，CTS-允许发送Clear-To-Send，ACK-确认Acknowledgement，SIFS-短帧间间隔Short Interframe Space，CH-信道Channel，BSS-基本服务集Basic Service Set。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

在该机制中，克服了传统的二元退避机制对信道质量的粗粒度感知的弊端，使得退避过程与网络的实际状况有机结合，从而实现更为精细的退避。另外，本发明实现容易，并能与IEEE 802.11标准协议相兼容。仿真结果表明，本专利可大幅度提升网络的区域吞吐量。

本发明是应用于无线网络中的一种灵活的退避机制，旨在克服传统二元退避机制对信道质量的粗粒度感知的弊端，使得退避过程与网络的实际状况有机结合，从而实现更为精细的退避，并提升网络的区域吞吐量。下面结合八个实施例对本专利的实现过程进行详细介绍。

本发明的详细步骤如下：

步骤1：当源节点S给目的节点D发送数据，S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm，CCA_th]，CCA_th是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCA_th＞-82dBm，之后，转入步骤2；

步骤2：在每一个时隙内，S实时检测信道上的信号能量，记为I，若满足条件I≥CCA_th，则S的退避过程挂起，并返回步骤2中继续侦听；否则，即满足条件I<CCA_th，转入步骤3；

步骤3：S估算信干噪比(Signal To Interference with Noise Ratio，SINR)，记为SINR_e，进而S根据SINR_e查表得到对应的数据传输速率R，之后，转入步骤4；

步骤4：S根据数据传输速率R，计算出本时隙内的退避速度ω_BK，之后，转入步骤5；

步骤5：当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器值减去ω_BK，再判断减去ω_BK后的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则S接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。

实施例一

实施例一侧重描述在单信道环境下的小数退避过程。如图1(a)所示，小区中包括一个站点(Station，STA)‘S’，且S与接入点(Access Point，AP)‘D’之间的距离为d。在图1(b)中，S与D在信道(CH)上进行小数退避过程。当退避成功后，S给D在CH上进行数据传输。以下将举例说明实施例一的具体操作过程。

步骤1：当源节点S给目的节点D发送数据，S查询此时自己所维持的CCA范围；

步骤1.1：S查询此时自己所维持的CCA门限值CCA_th，该CCA_th可以是全网唯一的，也可以由D在上一次与S进行数据传输过程中所反馈得到(当D收到RTS后，记RTS帧的接收功率为Pr，则其中，SINR_th表示信噪比的门限值，即最大可以采用的调制编码方式所对应的信噪比，其取值可以提前给定。那么每个发送节点维持的CCA_th取值可能不同。之后，转入步骤1.2；

步骤1.2：S将所查询到的CCA_th设置为自己的CCA区间的上限，进而得到自己的CCA区间。比如，CCA_th＝-62dBm，那么S的CCA区间为[-82dBm，-62dBm]。之后，转入步骤2。

步骤2：在每一个时隙内，S实时检测信道上的信号能量，并记为I。若满足条件I≥CCA_th，则S的退避过程挂起；否则，转入步骤3。具体步骤如下：

步骤2.1：S在每个时隙内检测信道上的信号能量(即干扰强度)，记为I。之后，转入步骤2.2；

步骤2.2：若满足条件I≥CCA_th，则S的退避过程挂起，直至信道变为空闲(即满足条件I<CCA_th)且维持DIFS(Distributed Inter-frame Spacing，分布式帧间间隙)时长后，S转入步骤1中重新开始执行退避过程。之后，转入步骤3；

步骤3：S估算信干噪比SINR_e，并根据SINR_e得到对应的数据传输速率R，之后，转入步骤4。具体步骤如下：

步骤3.1：S通过公式SINR_e(dB)＝Pr-I来估算信干噪比SINR_e，其中，Pr为上一次在S与D的传输过程中D接收到S所发送的请求发送(Request-to-send，RTS)帧的接收功率值，S可以通过读取来自D回复的允许发送(Clear-to-send，CTS)帧所携带的Pr取值。如果本次传输是第一次传输，那么S尚未获得Pr的取值，则此次退避直接采用传统的二进制指数退避方式(即ω_BK＝1)，然后转入步骤5；否则，转入步骤3.2；

步骤3.2：根据Rate-SINR的分段曲线，S通过将SINR_e的取值进行映射，获得对应的数据传输速率R，之后，转入步骤4；

步骤4：S计算出本时隙内的退避速度ω_BK，之后，转入步骤5。具体步骤如下：

步骤4.1：根据公式S计算等效数据速率R_e。其中，A表示链路的干扰面积，即发送节点S的干扰区域(面积)与接收节点D的干扰区域(面积)的并集，表征链路对区域吞吐量的影响，越大，则表示该链路对网络的区域吞吐量的贡献越大。在本实施例中令来刻画等效数据速率R_e，其中，d表示S与D之间的距离。之后，转入步骤4.2；

步骤4.2：根据公式S计算出本时隙内的退避速度ω_BK，即链路对网络的区域吞吐量的贡献越大，那么其退避速度ω_BK就越大。其中，R^*代表区域吞吐量的一个取值，与之所对应的退避速度为例如，在IEEE 802.11a标准中，最大的传输速率为54Mbps，而当S与D位置重合时，两者干扰面积的并集是最小的，记为A^*，那么，此时所获得的区域吞吐量为最大，记为与之对应的可取值为2，进而，S就可以计算出ω_BK的取值。而对于传统的二进制指数退避算法，ω_BK＝1。之后，转入步骤5；

步骤5：当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器值减去ω_BK，S进而判断减去ω_BK的退避计数器值是否小于或等于0，若是，则S接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：假设S当前的退避计数器的取值为cw，那么当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器减去ω_BK，即cw＝cw-ω_BK。之后，转入步骤5.2；

步骤5.2：S判断自己当前的退避计数值CW是否小于或等于0。若满足条件cw≤0，则S接入信道并采用四次握手的方式(即RTS-CTS-DATA-ACK)传输数据。在该过程中，D将接收到S所发送的RTS帧的接收功率记录下来并通过CTS帧反馈给S，进而S记录下D所发送的CTS帧中所携带的接收功率Pr。若cw＞0，则S转入步骤2继续进行小数退避过程。

实施例二

实施例二侧重描述在单信道环境下，引入退避条件后的小数退避过程。在该实施例中，通过引入退避条件来限制那些对网络区域吞吐量性能贡献太小的节点接入，从而缓解网络冲突，提升网络区域吞吐量性能。如图2所示，小区中包括两个站点即‘S’和‘E’，其中，S与AP距离较近，而E与AP距离较远。以下将举例说明实施例二的具体操作过程。

步骤1～步骤4：同实施例一中的步骤1～步骤4，通过步骤1～4，S和E分别计算出各自的退避速度，表示为ω_BK和ω'_BK，之后，转入步骤5；

步骤5：在各自的时隙结束时，S和E判断各自是否满足退避条件。若不满足退避条件，则S和E在本时隙内不进行退避；否则，将自己当前的退避计数器值减去ω_BK，进而，S和E判断各自当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：假设为退避门限值，取当本时隙结束时，S判断是否满足退避条件若满足退避条件，则正常进行退避过程，否则，S在本时隙内不进行退避，即ω_BK＝0。之后，转入步骤5.2；与此同时，E也执行相同的操作。在本实施例中，假设S和E在步骤4中计算出的退避值分别为ω_BK＝1.2、ω'_BK＝0.6，由于且因而S在本时隙内正常退避而E在本时隙内无法退避，即ω'_BK＝0。

步骤5.2：假设S当前的退避计数器值为cw，E当前的退避计数器值为cw'。那么当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器减去ω_BK，即cw＝cw-ω_BK，与此同时，E也进行相同的操作，E将自己当前的退避计数器减去ω'_BK，即cw'＝cw'-ω'_BK，因而cw'的取值不变。之后，转入步骤5.3；

步骤5.3：S判断当前的cw取值是否小于或等于0。若cw≤0，则S接入信道并传输数据。在该过程中，D将接收到S所发送的RTS的接收功率记录下来并携带在CTS帧中反馈给S，进而S记录下D所发送的CTS帧中所携带的接收功率Pr。若cw＞0，则S转入步骤2继续进行小数退避过程。同理，E也进行与S相同的操作。

实施例三

实施例三侧重描述在单信道环境下，AP根据当前本小区中的STA数量来调整小数退避过程中的退避权值α，0＜α≤1。在该实施例中，AP根据网络中STA个数的变化，动态调整所有STA的退避权值α，从而提升网络性能。若本小区内的STA数量较少，则AP可适当调大α的取值，这样可以加快STA的退避速度，提升资源利用率，从而提升区域吞吐量性能。若本小区内的STA数量过多，则AP可适当调小α的取值，使所有STA的退避速度更加精细，从而缓解网络冲突。在图3(a)中，小区内有2个STA，分别为A和B；而在图3(b)中，小区内有4个STA，分别为A、B、C和E。以下将举例说明实施例三的具体操作过程。

步骤1.1：AP根据当前小区中STA数量，调整所有STA的退避权值α的取值。在图3(a)中，小区有2个STA，则AP适当调大α的取值，以加快STA的退避速度，从而更加充分地利用信道资源。比如，取α＝1.0；而在图3(b)中，小区有4个STA，则AP适当降低α的取值，以降低STA的退避速度，从而缓解网络冲突。比如，取α＝0.5。之后，转入步骤5.2；

步骤1.2：AP通过抢占信道使用权。比如，AP等待信道空闲一个优先帧间距时长(PCF Inter-Frame Space，PIFS)后，发送Beacon帧，将所调整后的退避权值α告知小区内的所有STA。通过执行步骤1.1～步骤1.2，AP就可根据当前本小区内的STA数量，来调整本小区内所有STA的退避权值α。之后，转入步骤1.3；

步骤1.3：S查询此时自己所维持的CCA门限值CCA_th，该CCA_th可以是全网唯一的，也可以由D在上一次与S进行数据传输过程中所反馈得到，那么每个发送节点维持的CCA_th取值可能不同。之后，转入步骤1.4；

步骤1.4：S将所查询到的CCA_th设置为自己的CCA区间的上限，进而得到自己的CCA区间。比如，CCA_th＝-62dBm，那么S的CCA区间为[-82dBm，-62dBm]。之后，转入步骤2。

步骤2～步骤4：同实施例一中的步骤2～步骤4。通过步骤2～4，小区内的所有STA计算出各自时隙内的退避速度，分别为i＝A,B,C,E，之后，转入步骤5；

步骤5：小区内所有STA根据α的取值调整各自的退避值，并判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0。若是，则接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：小区内所有STA调整自己的退避值。假设为小区内标号为i的STA(表示为STA_i，i＝A,B,C,E)的当前退避值，那么调整后的退避值为之后，转入步骤5.2；

步骤5.2：假设当前STA_i的退避计数器值为cw_i，那么当本时隙结束后，STA_i将自己当前的退避计数器减去即之后，转入步骤6.3；

步骤5.3：STA_i判断自己当前的退避计数值cw_i是否小于或等于0。若满足cw_i≤0，则STA_i接入信道并传输数据。在该过程中，AP将接收到S所发送的RTS的接收功率记录下来并通过CTS帧反馈给STA_i，进而STA_i记录下AP所发送的CTS帧中所携带的接收功率Pr。若cw_i＞0，则STA_i转入步骤1，继续进行小数退避过程。

实施例四

实施例四侧重描述在单信道环境下，AP结合当前本小区中的STA所受到的干扰情况，调整CCA门限值CCA_th。在本实施中，AP通过调整CCA_th，来提升那些对区域吞吐量贡献较大的STA的信道接入优先权(因为链路所受到的干扰越大，其数据速率越低，那么对网络区域吞吐量的贡献就越小)，从而提升网络区域吞吐量性能。如图4所示，小区内有4个STA，分别为A、B、C和E。其中，A和B处于本小区边缘的OBSS区域内，受到的干扰强度I较大，而C和E受到的干扰强度I较小。以下将举例说明实施例四的具体操作过程。

步骤1：AP根据当前小区内STA所受的干扰情况，调整CCA的门限值CCA_th。进而，小区内的STA根据CCA_th得到自己的CCA区间[-82dBm，CCA_th]。之后，转入步骤2。具体步骤如下：

步骤1.1：AP获知当前小区内STA的干扰情况，记为I_i，i＝A,B,C,E，为了获得I_i，AP可以通过与STA_i(表示小区内标号为i的STA)上一次的传输过程中，记录下STA_i所发送的RTS帧中携带的干扰值，比如，I_A＝-65dBm，I_B＝-63dBm，I_C＝-80dBm，I_E＝-85dBm，而且此时小区内的CCA门限为CCA_th＝-62dBm，进而，AP根据各个STA的干扰值，调整小区内所有STA的CCA门限值。比如，将CCA门限值CCA_th从-62dBm降低至-70dBm。之后，转入步骤1.2；

步骤1.2：AP通过抢占信道使用权，比如，AP等待信道空闲一个PIFS时长后发送信标帧，将调整后的CCA_th告知小区内的所有STA。之后，转入步骤1.3；

步骤1.3：STA_i根据调整后的CCA_th，设置自己的CCA门限区间，即[-82dBm，-70dBm]。之后，转入步骤2；

步骤2：在每一个时隙内，STA_i检测信道上的信号能量，记为I_i。若满足条件I_i≥CCA_th，则STA_i的退避过程挂起；否则，转入步骤3。具体步骤如下：

步骤2.1：STA_i在每个时隙内检测信道上的信号能量，记为I_i。之后，转入步骤2.2；

步骤2.2：若在该时隙内满足条件I_i≥CCA_th，则STA_i的退避过程挂起，直至信道变为空闲(即满足条件I_i<CCA_th)且维持DIFS时长后，STA_i转入步骤1中重新开始执行退避过程；否则，转入步骤3；因此，在本实施例中，小区内只有站点C和站点E可以继续进行小数退避过程。

步骤3～步骤5：同实施例一中的步骤3～步骤5。其中，在步骤5.2中，STA_i将所测出的干扰值I_i通过RTS帧携带并发送给D，进而D记录下RTS帧中所携带的干扰取值I_i。

实施例五

实施例五侧重描述在单信道环境下，发送节点(如STA)根据目的节点(如AP)的反馈，来调整自己的CCA门限值CCA_th。在本实施中，AP通过反馈CCA_th，来提升那些对区域吞吐量贡献较大的STA的信道接入优先权，从而提升网络区域吞吐量性能。如图5所示，小区内有2个STA，分别为A和B。其中，A处于本小区边缘的OBSS区域内，受到的干扰强度I较大，而B处于AP的附近，所受到的干扰强度I较小。以下将举例说明实施例五的具体操作过程。

步骤1～步骤4：同实施例一中的步骤1～步骤4，其中，在步骤1中站点A和B根据AP上一次在CTS中反馈的CCA门限(即CCA_th)来查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm，CCA_th]，如果此前没有收到AP反馈的CCA_th值(比如首次退避过程)，则直接采用一个全网默认的CCA_th值，比如-62dBm。

步骤5：当本时隙结束后，站点A和B将自己当前的退避计数器值减去各自的退避值(如和)，进而判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则站点A或B接入信道并传输数据，在此过程中AP反馈合适的CCA_th；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：假设站点A和B当前的退避计数器的取值分别为cw_A和cw_B，当本时隙结束后，站点A和B将自己当前的退避计数器减去退避值(比如和)，那么有之后，转入步骤5.2；

步骤5.2：站点A和B判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0。比如，站点A先退避完成，即满足条件cw_A≤0，则站点A接入信道并发送RTS帧。之后，转入步骤5.3；

步骤5.3：AP收到站点A发送的RTS帧后，记录下所接收到RTS的功率为Pr，进而，D根据公式CCA_th＝Pr-Margin计算出CCA_th，其中Margin代表一个AP所期望或最优的SINR值。之后，转入步骤5.4；

步骤5.4：AP计算出CCA_th，并将其放入CTS帧发送出去。之后，转入步骤5.5；

步骤5.5：站点A根据收到的CTS帧，得出AP反馈的CCA_th值，并根据CCA_th的取值设置自己的CCA范围为[-82dBm，CCA_th]。之后，转入步骤5.6；

步骤5.6：站点A给AP发送DATA，AP在收到DATA并等待SIFS之后，回复ACK。(注：AP也可通过接收到DATA后，根据公式CCA_th＝Pr-Margin计算出CCA_th并通过ACK来反馈CCA_th的取值。)

实施例六

实施例六侧重描述在单信道环境下，AP根据当前本小区中所有STA所受到的干扰情况，调整每一个或每一群STA的退避权值β，0＜β≤1，从而在保障小区内STA之间的接入公平性。如图6所示，本小区内有3个STA，分别为A、B和C。其中，A位于本小区边缘的OBSS区域内，而AP希望提升边缘A的接入机会。以下将举例说明实施例六的具体操作过程。

步骤1.1：AP获知当前小区内STA的干扰情况，记为I_i，i＝A,B,C,E。为了获得I_i，AP可以通过上一次与STA_i的传输过程中，记录下STA_i所发送的RTS帧中携带的干扰值。比如，I_A＝-65dBm，I_B＝-63dBm，I_C＝-80dBm，I_E＝-85dBm。之后，转入步骤1.2；

步骤1.2：AP根据STA_i所受的干扰值I_i，来适当所受干扰较大的站点的接入权值，比如提升小区边缘站点A的接入权值β_A，同时适当降低所受干扰较小的站点的接入权值，比如降低站点B和站点C的接入权值β_B和β_C，从而提升边缘站点A的接入优先级。比如，经过AP的调整后，β_A＝0.8，β_B＝β_C＝0.4。之后，转入步骤1.3；

步骤1.3：AP通过抢占信道使用权，比如，AP等待信道空闲PIFS时长后发送信标帧，将调整后的STA_i的退避权值β_i(包括β_A、β_B和β_C)告知小区内的所有STA。之后，转入步骤2；通过执行步骤1.1～步骤1.3，AP就可根据小区内所有STA的干扰情况，调节每一个或每一群STA的接入权值β，0＜β≤1。之后，转入步骤1.4。

步骤1.4：S查询此时自己所维持的CCA门限值CCA_th，该CCA_th可以是全网唯一的，也可以由D在上一次与S进行数据传输过程中所反馈得到，那么每个发送节点维持的CCA_th取值可能不同。之后，转入步骤1.2；

步骤1.5：S将所查询到的CCA_th设置为自己的CCA区间的上限，进而得到自己的CCA区间。比如，CCA_th＝-62dBm，那么S的CCA区间为[-82dBm，-62dBm]。之后，转入步骤2。

步骤2～步骤4：同实施例一中的步骤2～步骤4，通过步骤2～步骤4，STA_i分别计算出各自时隙内的退避速度i＝A,B,C，之后，转入步骤5；

步骤5：STA_i根据β_i值调整自己的退避值并进行小数退避。进而判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则接入信道并传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：STA_i调整自己的退避值。假设为STA_i的当前退避值，那么调整后的退避值为之后，转入步骤5.2；

步骤5.2～步骤5.3：同实施例三中的步骤5.2～步骤5.3。

实施例七

实施例七侧重描述在单信道环境下，AP结合当前本小区中的STA的数量与分布情况，同时调整STA的退避权值α和β，从而在提升网络区域吞吐量性能的前提下保障小区内STA之间的接入公平性。如图6所示，本小区内有3个STA，分别为A、B和C。其中，A位于本小区边缘的OBSS区域内。AP根据当前小区中STA数量，调整所有STA的退避权值α的取值。比如，为了提升信道资源利用率，则AP可选取较大的α，比如，取α＝0.9。同时，AP为了保障小区边缘站点A的接入公平性，适当提高边缘站点A的接入权值β_A，同时降低B和C的接入权值β_B和β_C。比如，经过调整后的β取值分别为：β_A＝0.8，β_B＝β_C＝0.4。以下将举例说明实施例七的具体操作过程。

步骤1.1：AP根据当前小区中STA数量，调整所有STA的退避权值α的取值。比如，本小区中只有3个STA，为了提升信道资源利用率，则AP可选取较大的α，比如，取α＝0.9。同时，AP为了保障小区边缘站点A的接入公平性，适当提高边缘站点A的接入权值β_A，同时降低B和C的接入权值β_B和β_C。比如，经过调整后的β取值分别为：β_A＝0.8，β_B＝β_C＝0.4。之后，转入步骤1.2；

步骤1.2：AP通过抢占信道使用权，比如，AP等待信道空闲PIFS时长后发送信标帧，将调整后的所有站点的退避权值α和β(包括：β_A、β_B和β_C)告知小区内的所有STA。之后，转入步骤1.3；通过执行步骤1.1～步骤1.2，AP就完成了对STA的退避权值α和β的调节。之后，转入步骤1.3；

步骤1.3～步骤1.4：同实施例三中的步骤1.3～步骤1.4。之后，转入步骤2；

步骤2～步骤4：同实施例一中的步骤2～步骤4，通过步骤2～步骤4，本小区内的STA_i分别计算出各自时隙内的退避速度i＝A,B,C，之后，转入步骤5；

步骤5：STA_i根据α和β_i调整自己的退避值并进行小数退避。进而判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则接入信道并传输数据；否则，转入步骤1继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.2～步骤5.3：同实施例三中的步骤5.2～步骤5.3。

实施例八

实施例八侧重描述在多信道环境下的小数退避过程。如图7(a)所示，小区中包括一个站点‘S’，且S与AP(即‘D’)之间的距离为d。此外，网络中共有K个信道，表示为CH_k，1≤k≤K。其中，CH₁为主信道，其余信道为从信道。S与D通过主信道(CH₁)进行小数退避，退避成功后通过K个信道进行数据传输，如图7(b)所示。以下将举例说明实施例七的具体操作过程。

步骤1：同实施例一中的步骤1。之后，转入步骤2。

步骤2：在每一个时隙内，S检测每个信道上的信号能量，分别记为1≤k≤K。若满足条件则S的退避过程挂起；否则，转入步骤3。具体步骤如下：

步骤2.1：S在每个时隙内检测每个信道上的信号能量即S与D在信道CH_k上的数据传输过程中所受到的干扰强度。之后，转入步骤2.2；

步骤2.2：若在当前时隙内满足条件则S的退避过程挂起,直至信道变为空闲(即满足条件)且维持DIFS时长后，S转入步骤1中重新开始执行退避过程。否则，转入步骤3；

步骤3：S估算信道CH_k的信干噪比(Signal To Interference with Noise Ratio，SINR)，并记为SINR_e,k，进而S获得每个信道上所对应的数据传输速率R_k。之后，转入步骤4。具体步骤如下：

步骤3.1：S通过公式来估算信道CH_k上的信干噪比SINR_e,k。其中，Pr为上一次在S与D的传输过程中，D接收到S发送的请求发送(Request-to-send，RTS)帧的接收功率。可以通过读取来自D回复的允许发送(Clear-to-send，CTS)帧获得Pr的取值。如果本次传输是第一次传输，那么S尚未获得Pr的取值，则此次退避直接采用传统的二进制指数退避方式(即ω_BK＝1)，然后转入步骤5；否则，转入步骤3.2；

步骤3.2：S根据Rate-SINR分段曲线，将SINR_e,k的取值进行映射来获得对应的数据传输速率R_k。之后，转入步骤4；

步骤4：S计算出本时隙内的退避速度ω_BK。之后，转入步骤5。具体步骤如下：

步骤4.1：S根据公式计算多信道环境下的等效数据速率R_e，其中，A表示链路的干扰区域(面积)，即S的干扰区域和D的干扰区域的并集，R_k表示第k(1≤k≤K)个信道上所对应的数据传输速率，K表示网络中的总信道个数，表征多信道环境下链路的平均数据传输速率，因而表征链路对区域吞吐量的影响。越大，则表示该链路对网络的区域吞吐量的贡献越大。为了简单，在本实施例中也可令来刻画等效数据速率R_e，其中，d为S与D之间的距离。之后，转入步骤4.2；

步骤4.2：S根据公式计算出本时隙内的退避速度ω_BK，也就是说，该链路对网络的区域吞吐量的贡献越大，那么退避速度ω_BK就越大。之后，转入步骤5；

步骤5：当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器值减去ω_BK。S进而判断自己当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则S接入并通过K个信道来传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：假设S当前的退避计数器值为cw，那么当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器减去ω_BK，即cw＝cw-ω_BK。之后，转入步骤5.2；

步骤5.2：S判断自己当前的退避计数值cw是否小于或等于0。若满足条件cw≤0，则S接入信道并通过K个信道来传输数据，进而AP分别在K个信道上回复确认帧(Acknowledgement，ACK)。待本次传输过程结束后，S记录下D所发送的CTS帧中所记录的接收功率Pr；否则，S转入步骤2继续进行退避过程。

实施例九

实施例九侧重描述在多信道环境下，引入退避条件情况下的小数退避过程。引入退避条件主要是为了限制那些对网络区域吞吐量性能贡献太小的节点接入，从而缓解网络冲突，提升网络区域吞吐量性能。如图8所示，小区中包括两个站点(即‘S’和‘E’)，其中，S与AP距离较近，而E与AP距离较远。以下将举例说明实施例九的具体操作过程。

步骤1～步骤4：同实施例八中的步骤1～步骤4。通过步骤1～步骤4，S和E分别计算出各自时隙内的退避速度ω_BK和ω'_BK，之后，转入步骤5；c

步骤5：在各自的时隙结束时，S和E判断各自在主信道(如CH₁)上是否满足退避条件，若不满足，则在本时隙不进行退避；否则，将自己当前的退避计数器值减去 ω_BK，进而，S和E判断各自当前的退避计数值是否小于或等于0，若是，则S接入并通过K个信道来传输数据；否则，转入步骤2继续进行退避过程。具体步骤如下：

步骤5.1：当本时隙结束时，S判断是否满足主信道上的退避条件。假设为退避门限值，比如，若满足退避条件则可正常在主信道上进行小数退避过程，否则，S在本时隙内不进行退避(即ω_BK＝0)。之后，转入步骤5.2；与此同时，E也进行相同的操作。在本实施例中，假设S和E在步骤4中计算出的退避值分别为ω_BK＝1.2和ω'_BK＝0.6，由于且因此，经过退避条件的判断后，S在本时隙内可通过主信道进行正常的小数退避，而E在本时隙内无法退避，即ω'_BK＝0。

步骤5.2：假设S当前的退避计数器值为cw，E当前的退避计数器值为cw'，那么当本时隙结束后，S将自己当前的退避计数器减去ω_BK，即cw＝cw-ω_BK。与此同时，发送E也进行相同的操作，即E将自己当前的退避计数器减去ω'_BK，有cw'＝cw'-ω'_BK＝cw'。之后，转入步骤5.3；

步骤5.3：S与E判断各自当前的退避计数值(即cw和cw')是否小于或等于0。若是，则接入信道并通过K个信道来传输数据，进而AP分别在K个信道上回复ACK确认帧。待本次传输过程结束后，S记录下D所发送的CTS帧中所记录的接收功率Pr；否则，S转入步骤2继续进行退避过程。同时，E也执行相同的操作。

仿真中统计了网络的区域吞吐量，并与采用二进制指数退避方法的IEEE802.11DCF(即基线版本)进行了对比。仿真场景设置如下：每个小区各包含5个上行STA、5个下行STA；所有STA均为饱和业务，且业务类型是视频流业务；CCA门限值为CCA_th＝-62dBm。即，CCA范围是[-82dBm，-62dBm]。通过仿真结果图9可以看出，本发明的区域吞吐量性能远高于IEEE 802.11 DCF，并且随着小区个数的增加，本发明所获得的区域吞吐量性能增益越明显。

Claims

1.一种基于小数退避的信道接入方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1，当源节点S给目的节点D发送数据，源节点S查询此时自己所维持的CCA范围，即[-82dBm,CCA_th]，CCA_th是指CCA门限值，也就是CCA范围的上限值，且CCA_th＞-82dBm，之后，转入步骤2；

2.根据权利要求1所述的基于小数退避的信道接入方法，其特征在于：所述的CCA_th提前设定，或由目的节点D在上一时隙与源节点S进行数据传输过程中反馈得到，其中，Pr为目的节点D接收到源节点S发送的请求发送帧RTS的接收功率，SINR_th表示最大可以采用的调制编码方式所对应的信噪比。

3.根据权利要求1所述的基于小数退避的信道接入方法，其特征在于：所述的步骤3中，信干噪比SINR_e＝Pr-I；如果当前时隙是第一个传输时隙，则ω_BK=1，然后直接转入步骤5。

4.根据权利要求1所述的基于小数退避的信道接入方法，其特征在于：所述的步骤4中，源节点S计算等效数据速率其中，A表示链路的干扰面积，即发送节点S的干扰区域面积与接收节点D的干扰区域面积的并集；根据公式ω_BK:源节点S计算出本时隙内的退避速度ω_BK，其中，R^*代表区域吞吐量，与之所对应的退避速度为