專利名稱：在無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在IEEE802.11無線局域網中保證為高優(yōu)先級用戶提供較好的帶寬的實現(xiàn)方法，屬于無線通信中無線網絡的性能改進與增強技術領域。
背景技術：
近年來，由于無線通信能夠為用戶提供方便、快捷的接入手段，無線通信技術日益受到業(yè)內人們的關注，并得到飛速發(fā)展。無線局域網作為無線本地接入的一種重要手段，在軍工和民用方面都具有廣泛的應用前景。有關無線局域網協(xié)議的性能改進自然成為人們關注的熱點。為此，美國電氣和電子工程師學會IEEE在1999年制定了無線局域網的標準IEEE802.11，以提供寬帶的、支持異步或同步服務的網絡。IEEE802.11的基本接入方式是異步共享信道的分布式對等接入方式(DCF，Distributed Coordination Function)。這種接入方式是假設所有的站點都以相同的概率接入信道，其實現(xiàn)方案是以一個初始競爭窗口值接入信道，一旦遭遇碰撞，該窗口值指數(shù)退避，實現(xiàn)緩解碰撞。這種機制具有一定的自適應特性；但在站點數(shù)較多、競爭劇烈的重負載情況下，系統(tǒng)性能低下。
另外，由于在當前無線網絡中需要支持多種不同的服務質量，例如有的用戶需要在重負載下仍然能夠得到帶寬保證。因此，以不同概率接入信道以保證高優(yōu)先級用戶的服務質量就成為必然的發(fā)展趨勢，例如IEEE802.11新近制定的EDCF草案就是為了保證高優(yōu)先級用戶的服務質量。這些機制通?？偸遣扇奚蛢?yōu)先級用戶帶寬的方法，這種方法在輕負載下能夠達到一定的帶寬保證效果，但是會犧牲整個系統(tǒng)的利用率；在重負載下的情況性能更趨惡劣，高優(yōu)先級用戶的帶寬常常得不到有效保證。根據(jù)申請人的檢索，尚未在以往的文獻中發(fā)現(xiàn)有較好的機制來支持不同概率接入時，在保證高優(yōu)先級用戶的服務質量的同時，還能使系統(tǒng)吞吐量逼近最優(yōu)的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種在IEEE802.11無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，同時，還要保證系統(tǒng)的利用率。該方法可以較好地解決現(xiàn)有無線網絡技術存在的缺陷。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在IEEE802.11無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于通過測量網絡擁塞狀態(tài)，對不同優(yōu)先級的站點分別賦予不同的自適應參數(shù)，即分別具有不同的初始競爭窗口的調節(jié)范圍，同時每個站點根據(jù)碰撞情況在本站點允許的初始競爭窗口調節(jié)范圍內調整初始競爭窗口的大小，即自適應調節(jié)該站點的接入概率，控制各個站點的傳輸，從而在重負載情況下，使得高優(yōu)先級用戶的帶寬得到保證，同時，提高系統(tǒng)的總吞吐量。
該方法包括下列具體操作步驟A、測量網絡擁塞狀態(tài)用每個站點在每個虛擬傳送周期內的平均碰撞時長與平均空閑時長之比的負載因子1的數(shù)值表示當前網絡碰撞和擁塞狀況，將實際測量的負載因子1數(shù)值與其最優(yōu)值lopt進行比較，并將比較結果存入計數(shù)器；再以該站點成功傳送的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m作為比較次數(shù)，即在包含m個成功傳送的虛擬傳送周期總時長Lp里，對實測的每次成功傳送的負載因子1都與其最優(yōu)值lopt進行逐次比較，并以比較結果計數(shù)器的最后數(shù)值作為測量結果；B、根據(jù)測量結果調整本站點的初始競爭窗口值蠐Winit根據(jù)比較結果計數(shù)器的數(shù)值大小來判斷網絡狀況，計數(shù)器數(shù)值大，說明負載因子1大，網絡處于擁塞，則將初始競爭窗口值加倍擴大，以減小碰撞；反之，計數(shù)器數(shù)值小，說明負載因子1小，網絡處于空閑，則將初始競爭窗口值減半縮小，以增大接入信道概率；改變后的初始競爭窗口大小如果落在本站點允許的初始競爭窗口范圍之外，則將其調整到該范圍之內；C、通過數(shù)據(jù)包捎帶方式，將該站點經過上述調整后的初始競爭窗口值發(fā)布到網絡中；接收站點判斷數(shù)據(jù)包中捎帶到本站點的窗口數(shù)值是否在該類用戶初始競爭窗口調節(jié)范圍之內，若未在該范圍之內，則將其調整到該范圍之內；以保證相同優(yōu)先級的各個站點都是用相同的初始競爭窗口值接入信道；再返回步驟A進行循環(huán)操作。
所述的步驟A進一步包括下列具體操作步驟A1、初始化參數(shù)將負載因子1的初始值設為最優(yōu)值lopt＝0.86，以及將比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器分別置零；A2、檢測網絡碰撞情況每次成功交換數(shù)據(jù)之前，計算當前負載因子l數(shù)值；具體計算方法是統(tǒng)計每個虛擬傳送周期內平均碰撞時間長度與平均空閑時間長度之比；且在每次計算負載因子之后，將比較次數(shù)計算器加1；A3、判斷負載因子l是否接近最優(yōu)值0.86判斷負載因子l是否大于0.86+觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器加1后，進入A4操作步驟；若否，再判斷負載因子l是否小于0.86-觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器減1后，進入A4操作步驟；若否，直接進入A4操作步驟；A4、在比較次數(shù)計數(shù)器的數(shù)值達到m之后，判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，或者小于其下限門限值-m/2，若滿足上述條件，則需要對該站點的初始競爭窗口值進行調節(jié)。
所述的步驟B進一步包括下列具體操作步驟B1、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，若是，將初始競爭窗口值加倍后，進入B3操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；B2、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否小于其下限門限值-m/2，若是，將初始競爭窗口值減半后，進入B3操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；B3、判斷調節(jié)后的初始競爭窗口是否在本站點允許的初始競爭窗口范圍內，若調節(jié)后的下限門限值小于下界，則直接將其調節(jié)為下限門限值，若調節(jié)后的上限門限值大于上界，則直接將其調節(jié)為上限門限值；分別對比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器置零；
所述的步驟C進一步包括下列具體操作步驟在每個站點進行m次成功傳送后，將上述調整后的初始競爭窗口值作為該站點調節(jié)后的捎帶窗口值Wpiggyback，并由最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包捎帶出去；所述的捎帶窗口值Wpiggyback是在最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包的起始端增設的一個字節(jié)，用于該站點在數(shù)據(jù)包中向其他站點捎帶廣播本站點調整后的初始競爭窗口值，以便所有正常檢測到該數(shù)據(jù)包成功發(fā)送的其它各個站點都能根據(jù)該數(shù)據(jù)包的捎帶窗口值Wpiggyback來更新自己的初始競爭窗口值。
所述的步驟C中的接收站點在收到捎帶窗口的活動站點的初始競爭窗口后的調整方法為如果捎帶窗口大于該接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界，則直接將該數(shù)值設置為其初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界；如果捎帶窗口小于該接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界，則直接將該數(shù)值設置為其初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界；否則，直接將該接收站點的初始競爭窗口設置成數(shù)據(jù)包中捎帶過來的窗口值。
所述的一個字節(jié)的捎帶窗口值Wpiggyback的第一個比特是標識位，該標識位為1表示其為捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀，標識位為0表示其為不捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀；后面七個比特是窗口因子，該窗口因子表示調節(jié)后的初始競爭窗口值Winit+1，其數(shù)值為(窗口最小值Wmin+1)的倍數(shù)。
所述的窗口最小值Wmin為31。
所述的帶寬優(yōu)先站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，α×(Wmin+1)-1]，其他站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，Wmax]；其中α為控制帶寬的參數(shù)，調整α的大小可以獲得不同的優(yōu)先接入站點的吞吐量。
所述的比較次數(shù)計數(shù)器中的m值是根據(jù)初始競爭窗口Winit數(shù)值進行計算得到的，其計算結果如下當初始競爭窗口值Winit分別為31、63、127、255、511、1023時，對應的低優(yōu)先級用戶的比較次數(shù)m分別為25、12、6、3、2、1；高優(yōu)先級用戶的比較次數(shù)m則為低優(yōu)先級用戶的4倍。
本發(fā)明是一種在IEEE802.11無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，該方法是對不同優(yōu)先站點賦予不同的自適應參數(shù)，即不同的初始競爭窗口的調節(jié)范圍，同時，每個站點根據(jù)碰撞情況在本站點允許的范圍內調整初始競爭窗口的大小，即自適應調節(jié)該站點的接入概率，能夠達到保證高優(yōu)先級站點帶寬和提高系統(tǒng)整體吞吐量的雙贏目的。
在現(xiàn)有技術和文獻中都沒有發(fā)現(xiàn)有較好的協(xié)議或規(guī)程能夠支持不同概率的無線站點接入局域網時，能使系統(tǒng)整體吞吐量逼近最優(yōu)的方法。通常的協(xié)議或規(guī)程在輕負載下能夠達到一定的帶寬保證效果，但是會犧牲系統(tǒng)整體利用率；在重負載下的性能更趨惡劣。本發(fā)明的優(yōu)點和效果正是在很大程度上克服了傳統(tǒng)方法的這些不足之處，在重負載下也能為高優(yōu)先級用戶提供良好的帶寬保證，系統(tǒng)整體吞吐量也得到提高。


圖1是本發(fā)明中虛擬傳送周期的時序示意圖。
圖2是本發(fā)明中在數(shù)據(jù)包中捎帶初始競爭窗口時的各個站點時序示意圖。
圖3是本發(fā)明初始競爭窗口周期刷新過程中的各個站點時序示意圖。
圖4是本發(fā)明實現(xiàn)方法的總體流程圖。
圖5是本發(fā)明測量網絡擁塞狀態(tài)操作步驟的流程圖。
圖6是本發(fā)明根據(jù)測量結果調整本站點的初始競爭窗口和利用數(shù)據(jù)包捎帶方式，將該調整后的初始競爭窗口值發(fā)布到網絡中，供接收站點根據(jù)數(shù)據(jù)包中的捎帶窗口數(shù)值調整其初始競爭窗口的操作步驟的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細描述本發(fā)明方法的工作機理和具體操作步驟。
本發(fā)明的實現(xiàn)方法主要是基于IEEE802.11無線局域網協(xié)議DCF接入模式，在無線局域網IEEE802.11協(xié)議中，站點之間競爭接入信道是通過窗口指數(shù)退避機制完成的。當站點接入信道時，需要先察看信道空閑時間，如果兩個DCF幀發(fā)送序列之間的最小間隔超過分布式幀間距(DIFS，Distributed-InterFrame-Space，在IEEE802.11協(xié)議的直擴方式中DIFS為50μs)，則立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程；否則，等待別的站點發(fā)送完之后，退避d個時隙后才開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。d的取值是在
之間隨機選取。其中W表示競爭窗口的大小。W初始值為Winit，在IEEE802.11協(xié)議中使用該參數(shù)用于控制站點接入信道概率。此后每次遭遇碰撞就產生窗口退避，W值加倍。如果兩個或多個站點選擇在同一個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)包，則數(shù)據(jù)包會發(fā)生重疊，導致這兩個或多個數(shù)據(jù)包均不能被接收端正常接收，這種情況稱為站點之間發(fā)生碰撞。一個好的無線局域網協(xié)議的一個重要指標就是多站點競爭時造成的碰撞較少。顯然，初始競爭窗口值越小，站點接入概率就越大，站點之間就越容易發(fā)生碰撞；反之，初始競爭窗口值越大，站點接入概率就越小，站點之間就越不容易發(fā)生碰撞。
參見圖2，人們將所有發(fā)出請求發(fā)送控制幀RTS(Request-To-Send)之后沒有觀測到表示一次握手成功的、對該RTS幀的反饋響應信號CTS(Clear-To-Send)的情況和發(fā)出數(shù)據(jù)幀DATA之后沒有觀測到反饋響應信號ACK的情況都認為是碰撞。本發(fā)明采用負載因子l的數(shù)值來反映當前網絡的碰撞和擁塞情況。負載因子l是每個站點在每個虛擬傳送周期(Virtual transmissiontime)t_v(對一個站點而言，虛擬傳送周期定義為兩次成功傳送數(shù)據(jù)包的時間差)內的平均碰撞時長t_coll_avg與平均空閑時長t_idle_avg之比(參見圖1)。圖1表示在一個站點的虛擬傳送周期t_v內，碰撞長度測為t_coll，空閑時長測為t_free(圖中用符號#表示之)，其他站點成功傳送的時長為t_succ，本站點成功傳送時長為t_pack。圖2中分布式幀間距DIFS表示兩個DCF幀發(fā)送序列之間的最小間隔，SIFS(Short-InterFrame-Space)表示在一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送序列里數(shù)據(jù)幀和控制幀之間的間隔，在IEEE802.11的直擴方式中DIFS為50μs，SIFS則為10μs。
在每一個虛擬傳送周期t_v中，循環(huán)計算負載因子l的公式如下所示平均碰撞時長t_oll_avg＝λ×t_coll_avg+(1-λ)×t_coll；
平均空閑時長t_free_avg＝λ×t_free_avg+(1-λ)×t_free；負載因子l＝t_coll_avg/t_free_avg。
式中λ是平滑抖動的參數(shù)，其取值范圍
。
經過理論計算，在單概率接入信道和多概率接入信道情況下，負載因子l的最優(yōu)值lopt均可認為在
區(qū)域之間；在本發(fā)明中取其值為0.86。將l與0.86比較大小以判斷碰撞情況。如果負載因子l數(shù)值大于0.86+門限值σ(該參數(shù)是考慮到無線通信環(huán)境的擾動干擾因素而設置的，通常可設為0.2左右)，則比較結果計數(shù)器加1；否則，如果小于0.86-門限值σ，則比較結果計數(shù)器減1。如果在發(fā)送捎帶窗口的周期時長Lp內，即m次成功發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間內，經過m次測量比較之后，比較結果計數(shù)器的數(shù)值大于m/2，則判斷網絡擁塞；此時，若比較結果計數(shù)器的數(shù)值小于-m/2，則判斷網絡空閑。這里的m是本發(fā)明中在初始化時在比較次數(shù)計數(shù)器中設置的數(shù)值，m值也是本發(fā)明根據(jù)初始競爭窗口Winit數(shù)值進行計算得到的，因為其計算過程相當繁瑣，這里不再贅述，本發(fā)明只是提供了若干個計算結果供用戶選用。
本發(fā)明的方法就是根據(jù)各個站點在經過m次測量和比較負載因子之后的比較結果計數(shù)器的數(shù)值來判斷網絡是否處于擁塞狀態(tài)，再對不同優(yōu)先級的站點重新賦予不同的初始競爭窗口值，即分別進行自適應調節(jié)來控制各個站點的傳輸，使得在重負載情況下高優(yōu)先級用戶的帶寬得到保證，同時，提高系統(tǒng)的吞吐量。
參見圖4，具體說明本發(fā)明實現(xiàn)方法的三個主要操作步驟1、測量網絡擁塞狀態(tài)本發(fā)明用負載因子l的數(shù)值來反映當前網絡的碰撞和擁塞情況。具體做法是將實際測量的負載因子1數(shù)值與其最優(yōu)值lopt進行比較，并將比較結果存入計數(shù)器；再以發(fā)送捎帶窗口的周期時長Lp內，該站點成功傳送的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m作為比較次數(shù)，即在Lp內包含的成功傳送的m個虛擬傳送周期里，對實測的負載因子1與其最優(yōu)值lopt進行m次比較以后的比較結果計數(shù)器的最后數(shù)值作為測量結果。
圖5是該第1操作步驟測量網絡擁塞狀況的進一步細化說明流程圖
11、初始化參數(shù)將負載因子1的初始值設為最優(yōu)值lopt＝0.86，以及將兩個計數(shù)器(比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器)分別置零；12、檢測網絡碰撞情況每次成功交換數(shù)據(jù)之前，計算當前負載因子l數(shù)值；具體計算方法是統(tǒng)計每個虛擬傳送周期內平均碰撞時間長度與平均空閑時間長度之比；且在每次計算負載因子之后，將比較次數(shù)計算器加1；13、判斷負載因子l是否接近最優(yōu)值0.86判斷負載因子l是否大于0.86+觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器加1后，進入14操作步驟；若否，再判斷負載因子l是否小于0.86-觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器減1后，進入A4操作步驟；若否，直接進入14操作步驟；14、在比較次數(shù)計數(shù)器的數(shù)值達到m之后，判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，或者小于其下限門限值-m/2，若滿足上述條件，則需要對該站點的初始競爭窗口值進行調節(jié)。
2、根據(jù)測量結果調整本站點的初始競爭窗口值Winit根據(jù)比較結果計數(shù)器的數(shù)值大小來判斷網絡狀況，計數(shù)器數(shù)值大，說明負載因子1大，網絡處于擁塞，則將初始競爭窗口值加倍擴大，以減小碰撞；反之，計數(shù)器數(shù)值小，說明負載因子1小，網絡處于空閑，則將初始競爭窗口值減半縮小，以增大接入信道概率。圖6中的前三步操作是該第2操作步驟的進一步細化說明流程圖21、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，若是，將初始競爭窗口值加倍后，進入23操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；22、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否小于其下限門限值-m/2，若是，將初始競爭窗口值減半后，進入23操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；23、判斷調節(jié)后的初始競爭窗口是否在本站點允許的初始競爭窗口范圍內，若調節(jié)后的下限門限值小于下界，則直接將其調節(jié)為下限門限值，若調節(jié)后的上限門限值大于上界，則直接將其調節(jié)為上限門限值；分別對比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器置零。
3、通過數(shù)據(jù)包捎帶方式，將該站點經過上述調整后的初始競爭窗口值發(fā)布到網絡中，在接收站點判斷數(shù)據(jù)包中捎帶到本站點的窗口數(shù)值是否在該類用戶初始競爭窗口調節(jié)范圍之內，若未在該范圍之內，則將其調整到該范圍之內；以保證相同優(yōu)先級的各個站點都是用相同的初始競爭窗口值接入信道。圖6中的后兩步操作是該第3操作步驟的進一步細化說明流程圖24、利用數(shù)據(jù)包捎帶方式，將該站點經過調整后的初始競爭窗口值發(fā)布到網絡中。
在每個站點進行m次成功傳送后，將上述調整后的初始競爭窗口值作為該站點調節(jié)后的捎帶窗口值Wpiggyback，并由最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包捎帶出去；該捎帶窗口值Wpiggyback是在最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包的起始端增設的一個字節(jié)(參見圖2)，用于該站點在數(shù)據(jù)包中向其他站點捎帶廣播本站點調整后的初始競爭窗口值，以便所有正常檢測到該數(shù)據(jù)包成功發(fā)送的其它各個站點都能根據(jù)該數(shù)據(jù)包的捎帶窗口值Wpiggyback來更新自己的初始競爭窗口值。該一個字節(jié)的捎帶窗口值Wpiggyback的第一個比特是標識位，該標識位為1表示其為捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀，標識位為0表示其為不捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀；后面七個比特是窗口因子，該窗口因子表示調節(jié)后的初始競爭窗口值Winit+1，其數(shù)值為(窗口最小值Wmin+1)的倍數(shù)。窗口最小值Wmin為31。例如Winit＝127，則在窗口值捎帶時W字段為10000100。其中首位標識位為1表示其為捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀，其窗口因子(二進制0000100)是窗口最小值的4倍，即Winit＝4×(Wmin+1)-1＝4×(31+1)-1＝127。
25、在接收站點判斷數(shù)據(jù)包中捎帶到本站點的窗口數(shù)值是否在該類用戶站點的初始競爭窗口調節(jié)范圍之內，若未在該范圍之內，則將其調整到該范圍之內。具體調整方法為如果捎帶窗口大于接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界，則直接將該數(shù)值設置為該站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界；如果捎帶窗口小于接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界，則直接將該數(shù)值設置為該站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界；否則，直接將該接收站點的初始競爭窗口設置成數(shù)據(jù)包中捎帶過來的窗口值。
參見圖3所示的本發(fā)明窗口刷新周期的示意，圖中每一個計算負載因子的方框對應于圖1中的一個虛擬傳送周期。如果經過m次成功傳送后，發(fā)現(xiàn)每次成功傳送后所測量的總共m個負載因子l數(shù)值有MAX_counter個大于最優(yōu)值lopt+門限值σ或者是有MAX_counter個小于最優(yōu)值lopt-門限值σ，則進行相應的初始競爭窗口調整，并捎帶至其他站點；否則窗口參數(shù)不變，此時同樣需要將本站點的初始競爭窗口捎帶至其他站點。l值有MAX_counter個大于最優(yōu)值lopt+門限值σ，或者是有MAX_counter個小于最優(yōu)值lopt-門限值σ，說明無線局域網處于過于擁塞或者過于空閑的狀況。本發(fā)明就是通過以上比較方法來判定無線局域網是否處于過于擁塞或者過于空閑的狀況，從而決定是否需要調整各個站點的初始競爭窗口值。
本發(fā)明設置帶寬優(yōu)先站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，α×(Wmin+1)-1]，即[31，α×(31+1)-1]。其他站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，Wmax]，即[31，1023]。其中α為控制帶寬的參數(shù)，調整α的大小可以獲得不同的優(yōu)先接入站點的吞吐量。為了防止優(yōu)先接入站點將小窗口捎帶到盡力而為站點，本發(fā)明對優(yōu)先接入站點的窗口更新周期m(即比較次數(shù)計數(shù)器中的m值)設置為一般接入站點的4倍左右。每個優(yōu)先接入站點得到保證的帶寬值Sg可以用相應的方程組估算。本發(fā)明還推薦提供根據(jù)初始競爭窗口Winit數(shù)值進行計算得到的一般接入站點的窗口更新周期m(即比較次數(shù)計數(shù)器中的m值，因為計算過程相當繁瑣，故省略之。高優(yōu)先級用戶的m值為低優(yōu)先級用戶的4倍)

本發(fā)明的實現(xiàn)方法已經在計算機上進行了仿真模擬試驗，試驗是成功的，下面簡單說明試驗數(shù)據(jù)中α參數(shù)與高優(yōu)先級業(yè)務用戶獲得的帶寬Sg之間的關系。調整α的大小可以獲得不同的優(yōu)先接入站點吞吐量Sg。
例如取Wmax＝1023，Wmin＝31，α＝2.0時，根據(jù)計算可以得到一個高優(yōu)先級用戶所得到保證的帶寬Sg＝0.0867S(S是系統(tǒng)總的帶寬容量)。
假設當前系統(tǒng)可用帶寬為S＝1.3Mb/s，當滿足11.67Ng+No≤134.59條件時，優(yōu)先接入用戶帶寬可保證在Sg＝110Kb/s左右。
權利要求
1.一種在IEEE802.11無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于通過測量網絡擁塞狀態(tài)，對不同優(yōu)先級的站點分別賦予不同的自適應參數(shù)，即分別具有不同的初始競爭窗口的調節(jié)范圍，同時每個站點根據(jù)碰撞情況在本站點允許的初始競爭窗口調節(jié)范圍內調整初始競爭窗口的大小，即自適應調節(jié)該站點的接入概率，控制各個站點的傳輸，從而在重負載情況下，使得高優(yōu)先級用戶的帶寬得到保證，同時，提高系統(tǒng)的總吞吐量。
2.根據(jù)權利要求1所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于包括下列具體操作步驟A、測量網絡擁塞狀態(tài)用每個站點在每個虛擬傳送周期內的平均碰撞時長與平均空閑時長之比的負載因子l的數(shù)值表示當前網絡碰撞和擁塞狀況，將實際測量的負載因子l數(shù)值與其最優(yōu)值lopt進行比較，并將比較結果存入計數(shù)器；再以該站點成功傳送的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m作為比較次數(shù)，即在包含m個成功傳送的虛擬傳送周期總時長Lp里，對實測的每次成功傳送的負載因子l都與其最優(yōu)值lopt進行逐次比較，并以比較結果計數(shù)器的最后數(shù)值作為測量結果；B、根據(jù)測量結果調整本站點的初始競爭窗口值Winit根據(jù)比較結果計數(shù)器的數(shù)值大小來判斷網絡狀況，計數(shù)器數(shù)值大，說明負載因子l大，網絡處于擁塞，則將初始競爭窗口值加倍擴大，以減小碰撞；反之，計數(shù)器數(shù)值小，說明負載因子l小，網絡處于空閑，則將初始競爭窗口值減半縮小，以增大接入信道概率；改變后的初始競爭窗口大小如果落在本站點允許的初始競爭窗口范圍之外，則將其調整到該范圍之內；C、通過數(shù)據(jù)包捎帶方式，將該站點經過上述調整后的初始競爭窗口值發(fā)布到網絡中；接收站點判斷數(shù)據(jù)包中捎帶到本站點的窗口數(shù)值是否在該類用戶初始競爭窗口調節(jié)范圍之內，若未在該范圍之內，則將其調整到該范圍之內；以保證相同優(yōu)先級的各個站點都是用相同的初始競爭窗口值接入信道；再返回步驟A進行循環(huán)操作。
3.根據(jù)權利要求2所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的步驟A進一步包括下列具體操作步驟A1、初始化參數(shù)將負載因子l的初始值設為最優(yōu)值lopt＝0.86，以及將比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器分別置零；A2、檢測網絡碰撞情況每次成功交換數(shù)據(jù)之前，計算當前負載因子l數(shù)值；具體計算方法是統(tǒng)計每個虛擬傳送周期內平均碰撞時間長度與平均空閑時間長度之比；且在每次計算負載因子之后，將比較次數(shù)計算器加1；A3、判斷負載因子l是否接近最優(yōu)值0.86判斷負載因子l是否大于0.86+觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器加1后，進入A4操作步驟；若否，再判斷負載因子l是否小于0.86-觸發(fā)門限σ？若是，則比較結果計數(shù)器減1后，進入A4操作步驟；若否，直接進入A4操作步驟；A4、在比較次數(shù)計數(shù)器的數(shù)值達到m之后，判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，或者小于其下限門限值-m/2，若滿足上述條件，則需要對該站點的初始競爭窗口值進行調節(jié)。
4.根據(jù)權利要求2所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的步驟B進一步包括下列具體操作步驟B1、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否大于其上限門限值m/2，若是，將初始競爭窗口值加倍后，進入B3操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；B2、判斷比較結果計數(shù)器的數(shù)值是否小于其下限門限值-m/2，若是，將初始競爭窗口值減半后，進入B3操作步驟，若否，順序執(zhí)行后續(xù)操作步驟；B3、判斷調節(jié)后的初始競爭窗口是否在本站點允許的初始競爭窗口范圍內，若調節(jié)后的下限門限值小于下界，則直接將其調節(jié)為下限門限值，若調節(jié)后的上限門限值大于上界，則直接將其調節(jié)為上限門限值；分別對比較次數(shù)計數(shù)器和比較結果計數(shù)器置零；
5.根據(jù)權利要求2所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的步驟C進一步包括下列具體操作步驟在每個站點進行m次成功傳送后，將上述調整后的初始競爭窗口值作為該站點調節(jié)后的捎帶窗口值Wpiggyback，并由最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包捎帶出去；所述的捎帶窗口值Wpiggyback是在最后一個成功傳送的數(shù)據(jù)包的起始端增設的一個字節(jié)，用于該站點在數(shù)據(jù)包中向其他站點捎帶廣播本站點調整后的初始競爭窗口值，以便所有正常檢測到該數(shù)據(jù)包成功發(fā)送的其它各個站點都能根據(jù)該數(shù)據(jù)包的捎帶窗口值Wpiggyback來更新自己的初始競爭窗口值。
6.根據(jù)權利要求2或5所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的步驟C中的接收站點在收到捎帶窗口的活動站點的初始競爭窗口后的調整方法為如果捎帶窗口大于該接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界，則直接將該數(shù)值設置為其初始競爭窗口調節(jié)范圍的上界；如果捎帶窗口小于該接收站點初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界，則直接將該數(shù)值設置為其初始競爭窗口調節(jié)范圍的下界；否則，直接將該接收站點的初始競爭窗口設置成數(shù)據(jù)包中捎帶過來的窗口值。
7.根據(jù)權利要求5所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的一個字節(jié)的捎帶窗口值Wpiggyback的第一個比特是標識位，該標識位為1表示其為捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀，標識位為0表示其為不捎帶窗口的數(shù)據(jù)幀；后面七個比特是窗口因子，該窗口因子表示調節(jié)后的初始競爭窗口值Winit+1，其數(shù)值為(窗口最小值Wmin+1)的倍數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的窗口最小值Wmin為31。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的帶寬優(yōu)先站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，α×(Wmin+1)-1]，其他站點的初始競爭窗口值范圍為[Wmin，Wmax]；其中α為控制帶寬的參數(shù)，調整α的大小可以獲得不同的優(yōu)先接入站點的吞吐量。
10.根據(jù)權利要求3或4所述的保證高優(yōu)先級用戶的帶寬的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的比較次數(shù)計數(shù)器中的m值是根據(jù)初始競爭窗口Winit數(shù)值進行計算得到的，其計算結果如下當初始競爭窗口值Winit分別為31、63、127、255、511、1023時，對應的低優(yōu)先級用戶的比較次數(shù)m分別為25、12、6、3、2、1；高優(yōu)先級用戶的比較次數(shù)m則為低優(yōu)先級用戶的4倍。
全文摘要
一種在IEEE802.11無線局域網中保證高優(yōu)先級用戶帶寬的實現(xiàn)方法，是通過測量網絡擁塞狀態(tài)，對不同優(yōu)先級的站點分別賦予不同的自適應參數(shù)，即分別具有不同的初始競爭窗口的調節(jié)范圍，同時每個站點根據(jù)碰撞情況在本站點允許的初始競爭窗口調節(jié)范圍內調整初始競爭窗口的大小，即自適應調節(jié)該站點的接入概率，控制各個站點的傳輸，從而在重負載情況下，使得高優(yōu)先級用戶的帶寬得到保證，同時，還能夠保證系統(tǒng)的整體利用率，即提高系統(tǒng)的總吞吐量。該方法較好地解決了現(xiàn)有無線局域網中當站點數(shù)較多、競爭劇烈的重負載情況下，為了保證高優(yōu)先級用戶的服務質量，總是采取犧牲低優(yōu)先級用戶帶寬和系統(tǒng)整體性能低下的缺陷。
文檔編號H04L12/26GK1529471SQ200310100480
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者彭泳, 程時端, 金躍輝, 王文東, 張雷, 彭 泳 申請人:北京郵電大學