一种无线自组织网中优化通过率性能的方法

摘要

本发明公开了一种无线自组织网中优化通过率性能的方法，克服了传统的IEEE802.11DCF机制采用的是二进制指数退避BEB算法的最小竞争窗口存在处理节点竞争不够及时和过于被动等不足，动态的检测竞争信道的发送节点个数，然后根据RTS分组的误帧率，计算出该发送节点在成功完成本次传输后下次的最小竞争窗口，优化退避时隙，减小节点平均接入信道的时间，退避机制优于传统的二进制指数退避BEB算法。

主权项

1.一种无线自组织网中优化通过率性能的方法，其特征在于包括下述步骤：情况1、发送节点i第一次发送数据分组：步骤1：发送节点i在第一次发送数据分组时，采用二进制指数退避BEB，在退避时间结束后，发送请求发送RTS分组；步骤2：若发送节点i正确收到允许发送CTS分组，读出其携带的传输模式值和最小竞争窗口W_i^*值，使用该传输模式发送数据分组，并将W_i^*值保存起来；如果节点i还有后续数据分组，将节点j数据中的B_j=1写入数据分组中，否则将B_j=0写入数据分组，B_j=1表示节点j还有数据分组等待发送；B_j=0表示节点j无数据分组等待发送；若发送节点没有收到CTS分组，则将竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，进入退避过程，返回步骤1；步骤3：若发送节点i正确接收到ACK确认分组，则说明本次传输成功，将最小竞争窗口修改为W_i^*值，回到退避状态，等待传输下一个数据分组；若发送节点没有正确接收到ACK，表明此次传输失败，则将竞争窗口加倍，采用BEB重选退避值，在等待信道持续空闲1个分布式协调DIFS帧间间隔后，进入退避过程，返回步骤1；情况2、发送节点i第二次发送数据分组及第n次发送数据分组，n>2：步骤1：发送节点i在第二次发送数据分组时，采用情况1中第一次发送数据分组成功后计算出的最小竞争窗口选择退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组；若发送节点i在第n次发送数据分组时，采用第n-1次发送数据分组成功后计算出的最小竞争窗口选择退避时间，在退避时间结束后，发送RTS分组；步骤2、3分别同情况1中的步骤2、3；情况3、接收节点正确收到给自己的RTS分组：步骤1：接收节点没有正确接收RTS分组，不做任何反应；正确接收RTS分组，计算传输数据分组的最佳速率；假设当前时隙节点i将要在时间T内发送或重发数据分组，设发送数据分组的时间为T_L，该时隙的通过率可以用下式表示：$\frac{(1-p_{c,i})(1-P_{e,i})·R_i·T_L}{T}\Rightarrow R_i(1-P_{e,i})---\left(1\right)$其中p_c,i表示节点i的冲突概率，R_i代表节点i的传输模式对应的传输速率，P_e,i代表在该传输模式下数据分组的误帧率，使R_i(1-P_e,i)最大所对应的R_i就表示传输数据分组的最佳速率；下面我们给出误帧率P_e,i的计算方法：对于BPSK调制，误比特率计算方法为：$P_b^{\left(2\right)}=Q\left(\sqrt{2{\gamma }_i}\right)---\left(2\right)$对于QPSK、16-QAM和64-QAM调制，高斯白噪声环境下，误比特率计算方法如下：$P_b^{\left(M_i\right)}\approx \frac{1}{{\log }_2{M}_i}·P_{s,i}(M_i,{\gamma }_i)---\left(3\right)$其中，M_i表示指定调制方式发送符号的种类个数，误符号率P_s,i(M_i,γ_i)：$P_{s,i}(M_i,{\gamma }_i)=1-{[1-2·(1-\frac{1}{\sqrt{M_i}})·Q\left(\sqrt{\frac{3}{M_i-i}·{\gamma }_i}\right)]}^2---\left(4\right)$其中γ_i为每符号平均信噪比，E_b,i表示一个符号的平均能量，N_0,i表示噪声的功率谱密度；其中，Q函数为$Q\left(x\right)=\underset{x}{\overset{\infty }{\int }}\frac{1}{\sqrt{2\pi }}·e^{-y^2/2}\mathrm{dy}---\left(5\right)$然后计算误帧率假定使用维特比硬判决译码方式，计算传输模式为m，整数m表示IEEE802.11a标准中定义的8种传输模式所对应的序号，l₁为前导符号与物理层汇聚协议PLCP头部比特总数，l₂为MAC协议数据单元MPDU的比特总数，长度为l＝l₁+l₂比特的数据分组的误帧率上限公式如下：$P_{e,i}^m\left(l\right)\le 1-{[1-P_u^m\left(l_1\right)]}^{l1}{[1-P_u^m\left(l_2\right)]}^{l2}---\left(6\right)$$P_u^m\left(l\right)\le {\Sigma }_{d=d_{\mathrm{free}}}^{\infty }{a}_d·P_d---\left(7\right)$式(7)中，为首次事件错误概率的联合界，a_d是重量为d的错误事件的总数，式(8)中，P_d是与正确路径距离为d的错误路径被维特比译码器选择的概率，p_m为使用传输模式为m的误比特率，k表示网络中等待发送数据的节点个数；步骤2：根据步骤1中数据分组选择的传输模式对应的误帧率P_e,i，计算最小竞争窗口W_i^*，包括以下步骤：$\overline{P_{e,i}}(t+1)={\beta }_1·\overline{P_{e,i}}\left(t\right)+(1-{\beta }_1)·P_{e,i}---\left(9\right)$式(9)中β₁表示一个取值在0～1之间的参数，表示节点i在t时刻的平均误帧率，表示节点i在t+1时刻的平均误帧率；${{\tau }^{*}}_{\mathrm{ap},i}=\frac{1}{\sqrt{\frac{{T_c}^{*}}{2}}·N}---\left(10\right)$式(10)中τ^*_ap,i表示节点i的近似最佳工作点，N表示等待发送数据的节点个数N＝k，表示归一化的冲突持续的平均时间；$T_c^{*}=\frac{\mathrm{Tc}}{\sigma }---\left(11\right)$式中T_c表示信道感知到冲突持续的平均时间，T_c＝T_DIFS+T_RTS，T_DIFS表示帧间隔DIFS的时间长度，T_RTS表示传输RTS分组的时间长度，σ表示一个空时隙；${p^{*}}_{c,i}\approx 1-\frac{e^{-1/K}}{(1-{\tau }_{\mathrm{ap},i}^{*})}---\left(12\right)$式(12)中p^*_c,i表示节点i的冲突概率，$p_{f,i}^{*}={p^{*}}_{c,i}+(1-{p^{*}}_{c,i})·\overline{P_{e,i}}---\left(13\right)$式(13)中表示节点i的总错误概率；${W_i}^{*}\approx \frac{2(1-2p_{f,i}^{*})}{{{\tau }^{*}}_{\mathrm{ap},i}·(1-2p_{f,i}^{*})+{{\tau }^{*}}_{\mathrm{ap},i}·p_{f,i}^{*}·[1-{\left(2p_{f,i}^{*}\right)}^{m_i}]}---\left(14\right)$式(14)中W_i^*表示节点i的最小竞争窗口大小，m_i表示节点i的本次传输退避时隙个数，利用公式（14）可以计算出节点i成功发送本次分组后，下次竞争信道时的最小竞争窗口；步骤3：将计算出的最佳传输模式与最小竞争窗口W_i^*分别写入CTS头中新引入的传输模式域和最小竞争窗口域，接收节点发送CTS分组；步骤4：若接收节点正确接收到数据分组，就会给发送节点返回ACK确认分组；若接收节点没有正确接收到数据分组，则不做任何反应。