自組網的緩衝區調優方法與流程
2024-04-15 21:01:05
1.本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種自組網的緩衝區調優方法。
背景技術：
2.基於csma/ca的802.11技術在無線自組網中變得越來越普遍。為了支持豐富的多媒體應用，如高清視頻對講和視頻會議，對自組網的帶寬的需求越來越高。常用的802.11n支持高達150mbps的無線速率，但是，這並不代表上層吞吐量也能達到同樣的速率，僅mac(multiple access channel，多址接入信道)層的開銷就能顯著影響整體吞吐量，並且，僅僅提高物理層和mac效率不能保證高系統級吞吐量，還需要考慮mac和物理層之間的交互效率。
3.為了保證速率一般會設置緩衝區，相關技術中，一般的做法是將鏈路的帶寬乘以此鏈路的流的平均延遲(往返時間)，即帶寬-延遲乘積(bdp，bandwidth-delay product)作為緩衝區大小的參考係數。
4.然而，上述方法未考慮802.11無線信道的特點：1)網絡平均服務速率(帶寬)依賴於網絡節點數量和其對應的業務流量；2)即使在固定的數據流量下，由於競爭的特性，節點傳輸的數據包的時間也是隨機變化的。由於這兩方面的原因，導致計算的緩衝區大小不能實時適應當前情況，在數據流量劇烈變化時，會導致排隊延遲增加、收斂性不佳的問題。
技術實現要素：
5.本發明為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種自組網的緩衝區調優方法。
6.為達上述目的，本發明的實施例提出了一種自組網的緩衝區調優方法，包括以下步驟：設置目標排隊時延t'、突發超額參數c、緩衝區最大長度q
max
和緩衝區最小長度q
min
；記錄每個數據包到達mac層網絡接口隊列的時間ts和接收數據包的節點返回ack(acknowledge character，確認字符)消息的時間te，根據ts和te計算每個數據包的平均服務時間t
serv
；根據所述目標排隊時延t'和所述平均服務時間t
serv
計算數據包對應的bdp；根據所述突發超額參數c、所述緩衝區最大長度q
max
和所述bdp計算當前第一緩衝區大小q1；設置緩衝區大小的增加步長a'和減小步長b'；以第一預設時間t為時間間隔，測量緩衝區空閒時間ti；根據所述第一預設時間t、所述緩衝區空閒時間ti、所述增加步長a'和所述減小步長b'計算緩衝區大小的更新閾值q
new
；根據所述緩衝區大小的更新閾值q
new
、所述緩衝區最大長度q
max
和所述緩衝區最小長度q
min
獲取當前第二緩衝區大小q2；根據所述當前第一緩衝區大小q1和所述當前第二緩衝區大小q2獲取當前緩衝區大小q。
7.本發明上述提出的自組網的緩衝區調優方法還可以具有如下附加技術特徵：
8.根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式計算每個數據包的平均服務時間t
serv
：t
serv
＝(1-w)t
serv
+w(t
e-ts)；其中，t
serv
為所述平均服務時間，w為平滑權重，ts為數據包到達mac層網絡接口隊列的時間，te為接收數據包的節點返回ack消息的時間。
9.根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式計算當前第一緩衝區大小q1：q1＝min(bdp+c，q
max
)；其中，q1為所述當前第一緩衝區大小，t
serv
為所述平均服務時間，c為所述突發超額參數，q
max
為所述緩衝區最大長度，t'為所述目標排隊時延。
10.根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式計算緩衝區大小的更新閾值q
new
：q
new
＝q+a't
i-b'(t-ti)；其中，q
new
為所述緩衝區大小的更新閾值，q為待更新緩衝區大小，a'為所述緩衝區大小的增加步長，b'為所述緩衝區大小的減小步長，ti為所述緩衝區空閒時間，t為所述第一預設時間。
11.根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式獲取當前第二緩衝區大小q2：其中，q2為所述當前第二緩衝區大小，q
new
為所述緩衝區大小的更新閾值，q
max
為所述緩衝區最大長度，q
min
為緩衝區最小長度。
12.根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式獲取當前緩衝區大小q：q＝min(q1，q2)；其中，q為當前緩衝區大小，q1為所述當前第一緩衝區大，q2為所述當前第二緩衝區大小。
13.本發明的有益效果：
14.本發明基於數據包的平均服務時間計算數據包對應的bdp計算緩衝區大小，且監控緩衝區空閒時間對緩衝區大小進行反饋控制，在數據流量劇烈變化時也具有良好的收斂性，可在實現高鏈路利用的同時最小化排隊延遲。
附圖說明
15.圖1是根據本發明一個實施例的自組網的緩衝區調優方法的流程圖。
具體實施方式
16.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
17.圖1是根據本發明一個實施例的自組網的緩衝區調優方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
18.s1，設置目標排隊時延t'、突發超額參數c、緩衝區最大長度q
max
和緩衝區最小長度q
min
。
19.具體地，接收到數據包的節點可以根據數據包的rtt(round-trip time，往返時間)計算目標排隊時延t'，也可以簡單設置為固定值200ms(近似rtt的最大值)。設置合理的突發超額數據包c，根據實際經驗c＝200能滿足大部分網絡條件，設置緩衝區最大長度q
max
(例如400)和緩衝區最小長度q
min
，此參數根據實際情況設定即可。
20.s2，記錄每個數據包到達mac層網絡接口隊列的時間ts和接收數據包的節點返回
ack消息的時間te，根據ts和te計算每個數據包的平均服務時間t
serv
。
21.s3，根據目標排隊時延t'和平均服務時間t
serv
計算數據包對應的bdp。
22.具體地，節點通過本節點的數據包服務時間來計算服務速率，對每個上層到來的數據包進行如下處理：記錄數據包到達mac層網絡接口隊列的時間ts；等待接收到該數據包對端返回的ack消息，表示該數據包被正確接收，記錄服務結束時間(接收數據包的節點返回ack消息的時間te)。
23.使用指數平均方式計算數據包平均服務時間t
serv
，具體根據以下公式計算每個數據包的平均服務時間t
serv
：
24.t
serv
＝(1-w)t
serv
+w(t
e-ts)；
25.其中，t
serv
為平均服務時間，w為平滑權重，ts為數據包到達mac層網絡接口隊列的時間，te為接收數據包的節點返回ack消息的時間。
26.平滑權重w根據實際情況設置，w可以為0.001，1/t
serv
表示為站點業務服務速率，t'/t
serv
為對應的bdp。
27.s4，根據突發超額參數c、緩衝區最大長度q
max
和bdp計算當前第一緩衝區大小q1。
28.進一步地，根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式計算當前第一緩衝區大小q1：
29.q1＝min(bdp+c，q
max
)；
[0030][0031]
其中，q1為當前第一緩衝區大小，t
serv
為平均服務時間，c為突發超額參數，q
max
為緩衝區最大長度，t'為目標排隊時延。
[0032]
計算結果使得當前第一緩衝區大小始終和bdp正相關，當服務速率下降時，緩衝區大小減小，服務速率上升時，緩衝區大小增加，以此保證穩定的排隊時間t'。同時為了對抗tcp(transmission control protocol，傳輸控制協議)短時突發數據流的影響，加入突發超額參數c。
[0033]
s5，設置緩衝區大小的增加步長a'和減小步長b'。
[0034]
具體地，a'和b'可以根據實際情況設定，例如，a'＝10，b'＝1。
[0035]
s6，以第一預設時間t為時間間隔，測量緩衝區空閒時間ti。
[0036]
具體地，以t秒為時間間隔，t根據實際情況提前設定，測量緩衝區空閒時間ti，繁忙時間為t-ti。
[0037]
s7，根據第一預設時間t、緩衝區空閒時間ti、增加步長a'和減小步長b'計算緩衝區大小的更新閾值q
new
。
[0038]
進一步地，根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式計算緩衝區大小的更新閾值q
new
：
[0039]qnew
＝q+a't
i-b'(t-ti)；
[0040]
其中，q
new
為緩衝區大小的更新閾值，q為待更新緩衝區大小(更新前當前緩衝區的大小)，a'為緩衝區大小的增加步長，b'為緩衝區大小的減小步長，ti為緩衝區空閒時間，t為第一預設時間。
[0041]
根據閾值更新規則，當a'ti＝b't(-ti)，q收斂，鏈路利用率為(t-ti)/t＝1/(1+b'/
a')，b'/a'越小，鏈路利用率越大。
[0042]
s8，根據緩衝區大小的更新閾值q
new
、緩衝區最大長度q
max
和緩衝區最小長度q
min
獲取當前第二緩衝區大小q2。
[0043]
根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式獲取當前第二緩衝區大小q2：
[0044][0045]
其中，q2為當前第二緩衝區大小，q
new
為緩衝區大小的更新閾值，q
max
為緩衝區最大長度，q
min
為緩衝區最小長度。
[0046]
s9，根據當前第一緩衝區大小q1和當前第二緩衝區大小q2獲取當前緩衝區大小，根據當前緩衝區大小q進行緩衝區大小的更新。
[0047]
根據本發明的一個實施例，具體根據以下公式獲取當前緩衝區大小q：
[0048]
q＝min(q1，q2)；
[0049]
其中，q為當前緩衝區大小，q1為當前第一緩衝區大，q2為當前第二緩衝區大小。
[0050]
具體地，結合步驟s4和步驟s8的計算結果，2獲取當前緩衝區大小，根據當前緩衝區大小q進行緩衝區大小的更新。當信道條件變化時，通過步驟s2測量帶寬調整緩衝區大小，收斂時間依賴w。步驟s2收斂後，結果穩定在一個值附近，通過步驟s6來進一步減小多路復用的冗餘，以獲得最佳的緩衝大小配置。
[0051]
綜上所述，根據本發明實施例的自組網的緩衝區調優方法，基於數據包的平均服務時間計算數據包對應的bdp計算緩衝區大小，且監控緩衝區空閒時間對緩衝區大小進行反饋控制，在數據流量劇烈變化時也具有良好的收斂性，可在實現高鏈路利用的同時最小化排隊延遲。
[0052]
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
[0053]
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0054]
流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用於實現定製邏輯功能或過程的步驟的可執行指令的代碼的模塊、片段或部分，並且本發明的優選實施方式的範圍包括另外的實現，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執行功能，這應被本發明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。
[0055]
在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用
於實現邏輯功能的可執行指令的定序列表，可以具體實現在任何計算機可讀介質中，以供指令執行系統、裝置或設備(如基於計算機的系統、包括處理器的系統或其他可以從指令執行系統、裝置或設備取指令並執行指令的系統)使用，或結合這些指令執行系統、裝置或設備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執行系統、裝置或設備或結合這些指令執行系統、裝置或設備而使用的裝置。計算機可讀介質的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，可攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(ram)，只讀存儲器(rom)，可擦除可編輯只讀存儲器(eprom或閃速存儲器)，光纖裝置，以及可攜式光碟只讀存儲器(cdrom)。另外，計算機可讀介質甚至可以是可在其上列印所述程序的紙或其他合適的介質，因為可以例如通過對紙或其他介質進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然後將其存儲在計算機存儲器中。
[0056]
應當理解，本發明的各部分可以用硬體、軟體、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟體或固件來實現。
[0057]
本技術領域的普通技術人員可以理解實現上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，該程序在執行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
[0058]
此外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。所述集成的模塊如果以軟體功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。
[0059]
上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。