根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法
2023-05-03 13:48:51 3
根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法
【專利摘要】本發明公開了一種根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法，主要解決現有技術靜態設置最小競爭窗口值導致網絡性能下降的問題。其實現步驟是：1）節點發送當前數據包，並記錄其成功發送的重傳次數；2）將記錄的重傳次數與設置的兩個門限值比較：當重傳次數小於第一門限值時，設置最小競爭窗口值為通信標準中默認的最小競爭窗口值；當重傳次數大於第一門限值，且小於第二門限值時，設置最小競爭窗口值為通信標準中默認最小競爭窗口值的α倍；當重傳次數大於第二門限值時，設置最小競爭窗口值為通信標準中默認最小競爭窗口值的β倍；3）最小競爭窗口值設置完後，節點繼續競爭信道。本發明減小了節點發送數據的時延，提高了通信網絡的性能。
【專利說明】根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於通信【技術領域】，更進一步涉及無線區域網領域中分布式協調功能DCF動態設置節點最小競爭窗口值的方法。可用以在無線區域網中保證業務通過量的前提下，減小鏈路傳輸時間，提高數據包成功發送的概率，有效提升無線區域網的性能。
【背景技術】
[0002]目前使用最為廣泛的無線區域網WLANs標準一IEEE802.11主要有兩種接入機制，即基於競爭的分布式協調功能DCF和無競爭的點接入功能PCF。其中DCF是基於載波監聽多址接入/碰撞避免CSMA/CA的，並且使用了二進位指數退避算法來減少節點間數據包發生碰撞的概率。針對二進位指數退避算法中，每次成功傳輸後，節點的競爭窗口值被重新設置為最小競爭窗口值的做法。很多研究者都提出，這樣會導致在業務量很大的情況下加劇擁塞狀況。而且，一次成功傳輸並不能準確地反應信道擁塞情況，所以一次成功傳輸後競爭窗口值被設置為最小值，可能會惡化網絡性能。
[0003]所以，很多研究者根據網絡狀況，來動態設置節點的最小競爭窗口值。當網絡的狀況好時，為節點設置較小的最小競爭窗口值；當網絡的狀況不好時，為節點設置較大的最小競爭窗口值。所以，在根據網絡狀況設置節點最小競爭窗口值的過程中，需要一個合適的方法來獲取準確的網絡狀況，即需要合適的網絡狀況衡量方法。現有的網絡狀況衡量方法，主要涉及有以下幾種:
[0004]1.根據平均衝突率因子來衡量網絡狀況。如電子科技大學周雯在其2010年的碩士畢業論文「IEEE802.1le增強型分布式信道接入EDCA中競爭窗口的動態退避算法研究」中使用平均衝突因子來衡量網絡狀況，根據平均衝突因子將網絡狀態劃分為低負荷狀態、中負荷狀態和高負荷狀態，在不同的狀態下設置不同的競爭窗口值，採用不同的退避機制以提聞系統性能。
[0005]2.根據某一更新周期內信道繁忙的時間佔整個時間段的比率，即時隙利用率來衡量網絡狀況。如朱豔飛，宋順林，姜自雷在計算機應用研究2011，pp.1102-1104發表的「一種基於802.1le動態自適應調整競爭窗口的算法」，就是先使用時隙利用率來衡量網絡狀態，再動態調整競爭窗口，以降低信道接入的衝突，提高網絡的性能。
[0006]3.根據一定時間段內發送失敗的次數與嘗試發送的次數之比，即一段時間內傳輸失敗的概率來衡量網絡狀況。如 Der-Jiunn Deng and Chih-Heng Ke:Contention WindowOptimization for IEEE802.1lDCF Access Control, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2008, vol.7，n0.12，pp.5129-5135將傳輸失敗概率作為衡量網絡狀態的工具。
[0007]以上網絡狀況衡量方法，都需要實時監控信道和額外的計算工作，這樣不僅為動態設置節點最小競爭窗口值算法帶來了高複雜度，而且計算帶來的時間延遲會影響節點最小競爭窗口值動態設置的準確性。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提出一種根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法，以減小節點最小競爭窗口值的設置複雜度，提高最小競爭窗口值的準確性。
[0009]實現本發明目的的技術思路是:根據上次成功傳輸的數據包的重傳次數，設置下一傳輸數據包的最小競爭窗口值，如果上一個數據包成功傳輸前的重傳次數較大，則為節點設置的最小競爭窗口值較大，否則，為節點設置的最小競爭窗口值較小。具體步驟包括如下:
[0010](I)網絡中的每個節點通過競爭得到接入信道，發送當前數據包，並記錄成功發送當前數據包所經歷的重傳次數η ;
[0011](2)設置兩個重傳次數門限值thl和th2, thl〈th2 ;將記錄的重傳次數η與第一門限值thl進行比較，如果η < thl，即網絡處於輕負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值，並執行步驟(5)，否則執行步驟(3)；
[0012](3)將記錄的重傳次數η與第二門限值th2進行比較，如果thl〈n ( th2，即網絡處於中負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的α倍，α>1，並執行步驟(5)，否則執行步驟(4);
[0013](4)若n>th2，即信道處於重負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的β倍，β>α ；
[0014](5)最小競爭窗口值設置成功後,在O到最小競爭窗口值區間內隨機選擇一個整數作為節點退避計數器的值，觸發每個節點繼續競爭信道。
[0015]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0016]1.本發明採用當前數據包成功發送時所經歷的重傳次數來衡量網絡狀況，以動態設置節點最小競爭窗口值，不需要實時監控信道和額外的計算工作，使得本發明具有算法複雜度低並且能設置合適的最小競爭窗口值的優點。
[0017]2.本發明採用動態設置節點最小競爭窗口值的方法，克服了二進位指數退避機制中一次成功傳輸後將節點競爭窗口值設置為ΙΕΕΕ802.11標準中規定的最小競爭窗口值而加重網絡擁塞情況的問題，降低了數據在鏈路上傳輸時因碰撞造成傳輸失敗的概率，提高了網絡性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的流程圖；
[0019]圖2為本發明與現有技術的數據發送時延仿真圖。
【具體實施方式】
[0020]結合附圖對本發明實現步驟和效果作進一步的詳細描述。
[0021]步驟1，記錄發送當前數據包所經歷的重傳次數η。
[0022]網絡中的每個節點通過競爭得到接入信道，第一次發送當前數據包，若在短幀間間隔SIFS時間後能收到來自目的節點的確認幀ACK，則數據包為成功發送，且重傳次數η=0,否則，數據包發送失敗，節點需要重新競爭信道，節點通過競爭獲得信道後，再次發送當前數據包，若發送成功，則重傳次數n=l，否則節點繼續競爭信道，以重傳當前數據包，直到當前數據包被成功發送；
[0023]將第一次發送當前數據包到當前數據包被成功發送過程中數據包被重傳的次數η記錄下來。
[0024]步驟2,設置兩個重傳次數門限值thl和th2。
[0025]現有技術中重傳次數門限值的設置，通常是將實際網絡輕度業務量時數據包重傳次數設置為第一門限值thl，而將實際網絡中度業務量時數據包重傳次數設置為第二門限值 th2，且 thl〈th2 ；
[0026]步驟3，將記錄的重傳次數與設置的重傳次數門限值比較，確定最小競爭窗口值。
[0027]3a)將記錄的重傳次數η與第一門限值thl進行比較，如果η≤thl，即網絡處於輕負荷狀態，信道未達到擁塞，不需要增大最小競爭窗口值，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值，並執行步驟4，否則執行步驟3b)；
[0028]3b)將記錄的重傳次數η與第一門限值th2比較，如果thl〈n≤th2，即網絡處於中負荷狀態，即信道為中度擁塞，需要小幅度增大最小競爭窗口值，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的α倍，α >1，執行步驟4，否則執行步驟3c);
[0029]3c)若n>th2，即網絡處於重負荷狀態，信道為重度擁塞，需要設置較大的最小競爭窗口值，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的β倍，β> α，即比網絡中度負荷狀態時設置的最小競爭窗口值大。
[0030]步驟4，節點繼續競爭信道。
[0031]最小競爭窗口值設置完成後，在O到最小競爭窗口值區間內隨機選擇一個整數作為節點退避計數器的值，信道空閒分布式幀間間隔DIFS時間後，節點開始退避，繼續競爭信道。
[0032]本發明的效果可通過以下仿真進一步說明:
[0033]1.仿真條件
[0034]仿真軟體:米用NS-2.34 (Network Simulator)；
[0035]仿真場景:由無線客戶節點向一個無線接入點發送數據。每個無線客戶節點都有大量數據包要發送，即業務量比較大的場景；
[0036]業務產生模型:為恆定比特速率(Constants Bit Rate, CBR)，周期為5s ；
[0037]數據包:大小為500位元組，傳輸速率為1Mbps，重傳次數為無限重傳；
[0038]RTS/CTS門限大於256位元組，傳輸模型為自由空間傳播模型，傳輸範圍250米，所有節點均在其他節點的通信範圍之內且靜止不動，不存在隱藏終端和暴露終端問題。仿真設置參數如下表所示。
[0039]
【權利要求】
1.一種根據重傳次數動態設置節點最小競爭窗口值的方法，包括如下步驟: (1)網絡中的每個節點通過競爭得到接入信道，發送當前數據包，並記錄成功發送當前數據包所經歷的重傳次數n ; (2)設置兩個重傳次數門限值thl和th2，thl〈th2;將記錄的重傳次數η與第一門限值thl進行比較，如果η≤thl，即網絡處於輕負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值，並執行步驟(5)，否則執行步驟(3); (3)將記錄的重傳次數η與第二門限值th2進行比較，如果thl〈n≤th2，即網絡處於中負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的α倍，α >1，並執行步驟(5)，否則執行步驟(4)； (4)若n>th2，即信道處於重負荷狀態，則設置最小競爭窗口值為IEEE802.11標準中默認的最小競爭窗口值的β倍，β>α ; (5)最小競爭窗口值設置成功後，在O到最小競爭窗口值區間內隨機選擇一個整數作為節點退避計數器的值，觸發每個節點繼續競爭信道。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(1)中的成功發送，是指節點第一次發送當前數據包後，若在短幀間間隔SIFS時間後能收到來自目的節點的確認幀ACK，則數據包為成功發送，且重傳次數η=0，否則，數據包發送失敗，節點需要重新競爭信道，節點通過競爭獲得信道後，再次發送當前數據包，若發送成功，則重傳次數η=1，否則節點繼續競爭信道，以重傳當前數據包，直到當前數據包被成功發送。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(1)中重傳次數η，是指節點從第一次發送當前數據包到當前數據包被成功發送過程中數據包被重傳的次數。
【文檔編號】H04W28/18GK103856303SQ201410122920
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】蔡雪蓮, 朱麗娜, 劉會影, 張海洋, 李長樂 申請人:西安電子科技大學