DCF是IEEE802.11MAC中每個節(jié)點都必須具有的最基本的接入方式，其主要技術(shù)是載波偵聽多點接入沖突避免(CSMA/CA)機(jī)制及二進(jìn)制指數(shù)退避(BEB)算法,。

    當(dāng)節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時,，首先檢測信道，如果信道空閑時間大于或等于DIFS,，則節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù),；否則節(jié)點推遲數(shù)據(jù)發(fā)送，執(zhí)行二進(jìn)制指數(shù)退避：每當(dāng)信道競爭成功,，節(jié)點的競爭窗口重置為最小值,，每次沖突競爭窗口值加倍，即：

其中,，m為最大退避階數(shù),；CW_min和CW_max由物理層特征決定,，分別稱為最小競爭窗口和最大競爭窗口。競爭窗口的初始值為CWmin,。

    針對BEB退避機(jī)制中的初始競爭窗口不能隨著節(jié)點數(shù)變化選擇其最佳值,，目前很多的研究都致力于對DCF的性能的研究和優(yōu)化^[1-5]。其中參考文獻(xiàn)[3-5]基于Markov模型^[6-7]為不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)確定其最佳競爭窗口,，但對于節(jié)點中所有數(shù)據(jù)(第一次退避數(shù)據(jù)或者沖突重傳的數(shù)據(jù))退避處理的過程都是完全一樣的,。因此，本文提出了一個具有不同退避過程的兩級退避的接入?yún)f(xié)議(OCW-DCF),并運用Markov模型對OCW-DCF 協(xié)議的性能進(jìn)行了分析,。

1 Markov模型描述

    OCW-DCF協(xié)議的退避機(jī)制具有一種競爭窗口和兩級不同的退避過程：快速退避(計數(shù)器不凍結(jié))和正常退避,。其Markov模型如圖1所示。除具有凍結(jié)狀態(tài)及信道忙閑概率外,，模型還引入了退避判斷狀態(tài)(-1,0)和反映網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸情況的概率p_c,。

    圖1中Markov模型的一步轉(zhuǎn)移概率為：

    聯(lián)合式(3)、式(4),，得一個隨機(jī)時隙網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點可能發(fā)送數(shù)據(jù)的概率：

    假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有n個節(jié)點,，則任意時隙節(jié)點檢測到信道為忙的概率：

    聯(lián)立式(5)、式(6),、式(9),，當(dāng)節(jié)點數(shù)為n、競爭窗口W已知時,，可求得τ的數(shù)值解,。

2 Markov模型分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)歸一化吞吐量分析

    設(shè)歸一化吞吐量S為信道成功傳輸MAC數(shù)據(jù)幀的時間占總傳輸時間的比值：

其中，T_a為有效MAC數(shù)據(jù)幀的平均傳輸時間,。一個時隙的實際平均長度由3部分組成：空閑的系統(tǒng)時隙?滓,；由于成功數(shù)據(jù)傳輸而導(dǎo)致信道忙的平均時間T_s；由于傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突而導(dǎo)致信道忙的平均時間T_c,。

    設(shè)PHY=PHY_hdr,T_a=MAC_hdr+MAC_data, δ為傳輸延時,， DCF有兩種信道接入模式：基本接入模式和RTS/CTS接入模式，根據(jù)IEEE802.11協(xié)議規(guī)范^[8],，其T_s和T_c分別為：

    (1)基本接入模式： 

    由式(10),、 (11)、 (12)可得基本接入模式和RTS/CTS接入模式的S的數(shù)值解,。

2.2 信道接入延時分析

    信道接入延時由退避過程中退避計數(shù)器的值遞減及凍結(jié)所需時間組成：

其中空閑系統(tǒng)時隙σ由物理特性決定，因數(shù)據(jù)成功傳輸而檢測到信道忙的概率因數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生沖突而檢測到信道忙的概率p_b,c=p_b-p_b,s,。

    根據(jù)圖1的Markov模型,，狀態(tài)(-1，0)時,，節(jié)點不退避：D_-1=0,；

    快速退避階段，計數(shù)器的值不凍結(jié)：

    當(dāng)n及W確定，聯(lián)合式(14),、式(15),、式(16)可求得不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下的D的數(shù)值解。

2.3 最佳競爭窗口分析

    由式(10)中S的表達(dá)式進(jìn)一步得：

3 仿真分析

    假設(shè)所有MAC幀都具有固定長度,，模型的仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示,。

    圖2~圖5分別為不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下OCW-DCF采用基本接入模式和RTS/CTS的S與W以及D與W的關(guān)系。

    由圖2所示,， OCW-DCF協(xié)議能達(dá)到的最大吞吐量比參考文獻(xiàn)[3]中m=2時的兩級退避下的高,，而與DCF/CCW的相同。由圖2和圖3對比結(jié)果知,，OCW-DCF采用基本模式的最大歸一化吞吐量比RTS/CTS的大,。

    由圖4所示，基本接入模式下,， OCW-DCF協(xié)議的最小平均信道接入延時遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DCF/CCW協(xié)議的,。從圖4和圖5的對比結(jié)果，OCW-DCF采用基本接入模式的最小延時遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RTS/CTS的,。

    OCW-DCF協(xié)議具有非常小的信道平均接入延時,，且能根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸情況確定其最佳競爭窗口。OCW-DCF協(xié)議采用基本接入模式的總體性能比RTS/CTS模式的好,。

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