1 CATV網絡上行傳輸的原理

CATV網絡的上行傳輸是一個多點對單點的傳輸[1]，必須考慮共享媒體的接入控制問題。DOCSIS是由美國電纜實驗室開發的應用于CATV網絡的媒體接入控制規范，現在已經被業界普遍采用。DOCSIS規定CATV網絡的上行傳輸采用FDMA和TDMA。DOCSIS將上行信道按頻率分成幾個子信道，在每個子信道內采用TDMA，按時間將其劃分成很小的時段，叫做微時隙，規定每個站點只能在規定的時隙內傳輸。時隙主要分為兩種類型：競爭時隙和授權時隙。每個將要進行上行傳輸的站點首先在競爭時隙內向頭端發送請求，頭端收到并處理請求后，向站點發送授權信息(MAP)，站點收到授權信息后等待在授權的時隙內傳輸。因為可能有多個站點同時接入同一個競爭時隙，造成傳輸沖突。沖突解決算法的優劣直接影響到整個上行傳輸的接入延遲等特性，因此研究沖突解決算法有重要的意義。

2 沖突解決算法
2.1 二進制指數后退算法
DOCSIS采用的沖突解決算法是二進制指數后退算法(binary exponential backoff, BEB)[2]，原理如下：
1) 當發生沖突，backoff = random(0, exp(2, BS＋k))；
2) 站點等待backoff個時隙后嘗試重傳。
變量BS為后退開始值，由頭端規定，變量k是站點重傳的次數，變量backoff是站點重傳前需要等待的時隙數，函數exp(2, k)計算2的k次冪，函數random(x，y)得到一個隨機數r且x2.2 BEB不適合DOCSIS的原因
BEB最初應用于IEEE 802.3，并不完全適合DOCSIS。首先，IEEE 802.3的站點自身具備檢測沖突的能力。當發生沖突時，站點立刻能檢測到，然后按照沖突解決算法進行后退，等待重傳。但是DOCSIS的站點不能檢測沖突，當發生沖突時，站點并不知道，只有當新的MAP到來后，站點發現沒有自己的請求授權或掛起信息，才知道上次的請求發送沖突了，DOCSIS的站點此時才能按照沖突解決算法進行后退，等待重傳。由于每次的請求和授權階段時間較長且固定，所以如果發送請求能盡量避免發生沖突，那么接入延遲特性就會相對較好。

圖1所示是IEEE 802.3與DOCSIS的接入方式比較。圖中可以看出，IEEE 802.3的站點可以在任何時候接入信道，而DOCSIS的站點在一次MAP之內只能接入一次，如果沖突，必須等待下一次的MAP到來。這說明當DOCSIS的站點沖突時，其接入時延會超出一次MAP的時間，它不象IEEE 802.3的站點可以立刻按照沖突解決算法進行后退，等待重傳。
2.3 逆向二進制指數后退算法
基于上面的分析，現在提出一種全新的沖突解決算法——逆向二進制指數后退算法(backward binary exponential backoff, BBEB)，原理如下：
1) 當發生沖突，backoff = random(0, exp(2, BS－k))；
2) 站點等待backoff個時隙后嘗試重傳。
由于后退開始BS設置較大，所以站點第一次發生沖突的概率較小。如果發生沖突，后退窗口變小，所有發生沖突的站點可以選擇接入較早的時隙。

基于DOCSIS的沖突解決算法的研究