Ad Hoc网络中公平信道访问的增强二进制指数退避算法

算法介绍

Ad Hoc网络中，多个设备共享同一信道，因此设备需要通过一个公平而高效的方式来访问信道，以避免等待时间过长或信道容量不足的情况。增强二进制指数退避算法（Enhanced Binary Exponential Backoff Algorithm）是一种常见的信道访问算法，其主要思想是，在冲突发生时按指数级别增加重试延迟时间。然而，原始的二进制指数退避算法在高负载情况下仍然存在较大的延迟。为此，增强二进制指数退避算法引入了额外的竞争窗口（Contention Window，CW），以更好地控制设备的访问速度，提高信道的利用率和公平性。

算法实现

import random

class EnhancedBinaryExponentialBackoff:
    def __init__(self, cw_min, cw_max, collision_counter):
        self.cw_min = cw_min  # 最小竞争窗口大小
        self.cw_max = cw_max  # 最大竞争窗口大小
        self.collision_counter = collision_counter  # 冲突计数器
        self.current_cw = cw_min  # 当前竞争窗口大小

    def next_delay(self):
        """
        计算下一个重试的延迟时间
        """
        delay = random.randint(0, self.current_cw - 1)  # 在当前竞争窗口范围内随机生成延迟时间
        self.collision_counter += 1  # 冲突计数器加一
        self.current_cw = min(self.cw_max, 2 ** self.collision_counter * self.cw_min)  # 更新竞争窗口大小
        return delay

    def reset(self):
        """
        重置冲突计数器和竞争窗口大小
        """
        self.collision_counter = 0
        self.current_cw = self.cw_min

算法使用

ebeba = EnhancedBinaryExponentialBackoff(cw_min=4, cw_max=1024, collision_counter=0)

while True:
    # 尝试访问信道
    if successful:
        # 重置冲突计数器
        ebeba.reset()
    else:
        # 计算下一个重试的延迟时间
        delay = ebeba.next_delay()
        # 等待一段时间后再次尝试访问信道
        do_something_else(delay)

算法分析

增强二进制指数退避算法通过引入竞争窗口的概念，增加了设备访问信道的灵活性。在低负载情况下，竞争窗口较小，设备可以快速访问信道，提高信道利用率。而在高负载情况下，竞争窗口逐渐增大，设备的访问速度逐渐降低，保证公平性。同时，冲突计数器的增加还能够更好地检测网络拥堵，重新调整竞争窗口大小，以适应环境变化。因此，增强二进制指数退避算法是一种高效而公平的信道访问算法。