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CSMAca算法.doc


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CSMAca算法
D
每个设备在使用时隙 CSMA/CA 算法访问信道时都要维护 3 个变量:NB、CW和 BE。
NB: 表示在竞争信道中 CSMA/CA 算法已执行随机退避的次数,NB 的取值范围为[0,4],节点在下一次竞争开始时 NB 的值初始化为 0;
CW:表示竞争窗口的长度,表示允许发送前要求信道连续空闲的次数,其取值范围为[0,31],每次尝试发送前 CW值初始化为 2,并且每次探测到信道忙时也复位为 2;
BE:表示退避指数,即设备在评估信道前要退避的时间阶数。BE 取值范围[min(2,mac Min BE),a Max BE],取BE 初始化值为 2 和 mac Min BE 属性之间的相对小者。若 mac Min BE=0,则初始信道接入时必然导致数据冲突,在使用 CSMA/CA 算法的过程中设备接收到的数据被丢弃。
下图 是时隙 CSMA/CA 算法的流程图:
当节点有数据发送时,就要使用 CSMA/CA 算法进行信道访问,算法的第一步是对三个参数进行初始化设置,然后节点在[0~2mac Min BE-1]区间内随机退避几个单位时隙周期,在退避时隙结束后,立即执行信道扫描(CCA),若信道空闲,则 CW 值减 1 。当连续两次都检测到空闲则表示信道空闲。若检测信道不空闲则 CW 值置为 2,NB的值加 1,BE 的值在允许范围内加 1,若超过最大值,则不再增加。此时要判断 NB的值是不是已经达到设置的最大值,若不是则返回并退避 2BE-1 个时隙后执行 CCA,若是则此次信道接入失败。
时隙 CSMA/CA 定义了 3 种信道空闲监测模式:载波检测,能量门限检测,载波联合能量检测。
1> 载波检测——若检测到符合 IEEE 调制和扩频特征的信号,则表示信道忙,否则信道空闲。
2>能量门限检测——直接检测信道信号的能量强度,若能量值大于设定的门限值表示信道忙,否则信道空闲。
3>载波联合能量检测——检测到信道中同时出现以上两个特征时,表示信道忙,否则信道空闲。
一个设备所采用的 CCA 模式由物理层 PIB 属性 phy CCAMode 决定,协议规定CCA 中 ED 门限不得超过接收灵敏度 10d B,CCA 检测时间为 8 个符号周期。
不同的参数对网络吞吐量的影响
1. 最大退避次数(NB)对吞吐率的影响
CSMA/CA 算法中 NB 值表示信道接入前退避的次数,NB 的值初始化0,最大值为 MAC 层属性设置的 mac Max CSMABackoffs 值。当 NB 值达到最大值时信道还没有检测到连续的 2 次空闲,则表示尝试信道接入失败。所以 NB
的值的影响由mac Max CSMABackoffs 值 表 现 出 来 。 它 的 默 认 值 为
4 , 我 们 设 置mac Max CSMABackoffs 值为 2,3,4,5 分别进行仿真,得到下图 :

当节点的网络负载较小时,竞争信道的节点比较少,数据不易产生冲突,网络的平均吞吐率的增长率比较大;随着仿真时间的增加,发送数据的节点增多,网络负载变大,竞争信道的节点比较多,网络的数据碰撞比较大,网络的平均吞吐量的增长率降低。当设置最大退避次数较小时,成功竞争到信道的概率降低,所以随着最大退避次数的增加,网络的平均吞吐量也相应地增大。
2. 退避指数 BE 的初始化对 Zig Bee 网络吞吐率的影响
当分析 BE 的值时要考虑两个参数的影响:一个是 min BE;另一个是 max BE。min BE 是每次尝试信道接入时设置的初始值,min BE 的默认值为 3,分别设置min BE 的值为 2,3,4 进行网络仿真。分析数据得到吞吐量的仿真如下图 :
min BE 值固定时,网络吞吐量逐渐增长到一个稳定的值,但是 min BE 的默认值不是最佳值,随着 min BE 值的增加,增大了退避时隙(0~2BE-1)的范围,减小了数据碰撞的概率。网络稳定时,min BE 取 4 时网络的吞吐量比取其他两值大。
max BE 默认值为 5,仿真时设置其值为4,5,6。吞吐量的增长率随着网络运行时间的增长而减小,最终到达一个稳定值。退避指数较大碰撞较小,在一定程度上提高网络的吞吐量。
在 IEEE 的 MAC 层中规定所有节点的初始指数一致(mac Min BE)。退避时间在初始范围[0~2mac Min BE-1]内随机选取。BE 变化范

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  • 上传人Alone-丁丁
  • 文件大小4.80 MB
  • 时间2021-08-22