一種增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制協議的製作方法

2024-03-22 21:44:05

專利名稱：一種增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制協議的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線區域網(WLAN)中的媒體接入控制(MAC)協議， 特別涉及在無基礎結構的單跳WLAN網絡中的分布式接入方法。
背景技術：
在傳統的協議中，在無基礎結構的網絡中，只能採用基於競爭的接入 策略，而基於輪詢的接入策略只能用於有基礎結構的網絡中。IEEE 802.11(e) 標準被廣泛應用於WLAN網絡中。802.11定義了基於競爭的分布式協調功 能(DCF)和基於輪詢的點協調功能(PCF)。 DCF可以用於無接入點(AP) 的環境中，節點通過載波偵聽多址接入/碰撞避免(CSMA/CA)機制競爭 信道。當站點有幀需要發送時，首先偵聽信道，如果信道空閒連續DCF幀 間間隔(DIFS)，則直接發送。接收方收到數據幀後將等待短暫幀間間隔
(SIFS)後予以響應。如果信道忙，則需要延遲發送。直到檢測到信道空 閒連續DIFS時間後，進入一個退避過程。它在一個競爭窗口 (CW)中隨 機選擇一個整數作為退避時隙數，當退避時隙數為零時才可以發送。在每 個時隙中，如果信道空閒則將退避時隙數減1，如果信道忙則將退避時隙 數掛起。第一次選擇退避時隙數時，競爭窗口 CW設為最小值Of^，當發送 幀時發生衝突後，將CW增倍並以最大值C『^為上限進行重傳。重傳達到 最大次數仍然失敗則丟棄該幀。以上的退避過程成為二進位指數退避策略
(BEB)。在DCF中所有業務的信道競爭參數C『m, 、 C『皿和DIFS都是 相同的。 一個典型的數據傳輸序列分為兩種模式。 一種是基本模式，即發 送方傳輸數據幀(Data)，接收方傳輸確認幀(ACK)。 一種是改進型的用於解決隱藏節點問題的模式，發送方首先傳輸請求發送幀(RTS)，接收方 響應清楚發送幀(CTS)，接著雙方按照基本模式進行數據幀的傳輸。
PCF協議則只能用於有AP的環境，AP通過輪詢方式來調度節點的傳 輸，是沒有競爭的。802.11e進一步定義了增強型分布式信道接入(EDCA) 協議(對DCF協議的改進)和混合協調功能控制的信道接入(HCCA)協 議(對PCF協議的改進)。802.11e按照優先級由高到低的順序定義了四類 業務語音業務(VO)、視頻業務(VI)、盡最大努力傳輸業務(BE)和 後臺業務(BK)。 EDCA將DCF中的信道競爭參數按照優先級設置成不同。 DIFS變成了任意幀間間隔(AIFS)，成為一個根據業務類型而異的值。雖 然EDCA通過業務區分的機制在一定程度上提高了實時業務的服務質量 (QoS)性能，但是這種競爭模式在高業務負載下不可避免地造成了嚴重 的衝突，從而限制了網絡容量，降低了業務的QoS性能。PCF和HCCA協 議無競爭的特性能很好的解決這個問題，但是它不能用於無AP的分布式 環境。而且，由於基於調度的輪詢算法不能準確地預測被輪詢節點的隊列 狀態，因此當所輪詢站點無幀發送的時候將造成不必要的開銷，而基於競 爭的協議卻不存在這個問題。 ，

發明內容
本發明的目的是提供一種增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制 協議，該控制協議可以增加網絡容量，提高業務的QoS性能。
本發明提供的增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制協議，包括 請求接入階段和數據傳輸階段的信道接入；
請求接入階段包括下述過程 (Al)判斷本業務流是否為尚未接入網絡的新業務流，若是則轉入步 驟(A2)，否則轉入步驟(A9);在判斷的同時並行執行步驟(A5);(A2)等待信道連續空閒DCF幀間間隔DIFS，當信道連續空閒DIFS 時，轉入步驟(A3);
(A3)以恆定競爭窗口進行退避過程，當退避時隙數減到0時，轉入 步驟(A4);
(A4)發送接入網絡請求幀，並設置接入網絡請求幀超時計時器；當 接收到ACK幀時，確認本業務流已成功接入網絡，轉入步驟(A9);當接 入網絡請求幀計時器超時時，準備重傳接入網絡請求幀，轉入步驟(A2);
(A5)持續偵聽信道，該步驟持續整個請求接入階段階段；當接收到 接入網絡請求幀時，執行步驟(A6);
(A6)解析接收到的接入網絡請求幀，將幀中含有的業務流的信息填 入自己每個業務流的鄰居信息列表中，並把其當前狀態設為非激活狀態； 轉入步驟(A7);
(A7)判斷本業務流是否為本超幀中負責發送信標幀的業務流，若是 則轉入步驟(A8)，否則轉入步驟(Al);
(A8)等待短暫幀間間隔SIFS後向發送接入網絡請求幀的業務流回復 ACK幀；轉入步驟(Al);
(A9)等待信道連續空閒r。^+O^C7，當信道連續空閒7)，+O^C7時
結束請求接入階段，轉入數據傳輸階段；其中，r。w和^分別表示DIFS和 一個時隙的時間長度；
數據傳輸階段包括下述過程
(B1)判斷本業務流是否為下一個傳輸業務流，若是則轉入步驟(B3)， 否則轉入步驟(B8);在判斷的同時並行執行步驟(B2);
(B2)持續偵聽信道，該步驟持續整個數據傳輸階段；當接收到數據 幀，則轉入步驟(B5);當接收到發給自己的RTS幀，則轉入步驟(B12); 當在允許競爭階段時有幀到達，則轉入步驟(B14);當在允許競爭階段時
檢測到信道忙，則轉入步驟(B15);(B3)等待信道連續空閒DIFS，若檢測到信道連續空閒DIFS且有數 據幀發送，轉入步驟(B4);
(B4)根據局部調度算法選擇下一傳輸業務流，完成數據幀的傳輸及 確認；當接收到ACK幀時，確認數據幀成功發送，轉入步驟(Bl);當數 據幀計時器超時，則重傳數據幀直至成功發送後轉入步驟(Bl);
(B5)解析幀，獲悉下一傳輸業務流，並更新鄰居信息列表中當前傳 輸業務流的相關隊列信息；
(B6)判斷該數據幀是否發向本業務流，若是則轉入步驟(B7)，否 則轉入步驟(Bl);
(B7)等待SIFS後發送ACK幀作為回復，轉入步驟(Bl);
(B8)等待信道連續空閒M+cT，之後轉入步驟(B9);
(B9)判斷隊列中是否有幀發送，若是則轉入步驟(BIO)，否則轉入 步驟(B13);
(B10)進行二進位指數退避過程，當退避時隙數減到0時，轉入步驟 (Bll);
(B11)發送RTS幀，當成功接收到CTS幀時，轉入步驟(B4); (B12)等待SIFS後發送CTS幀作為回復； (B13)進入允許競爭階段；
(B14)等待信道連續空閒DIFS，當信道連續空閒DIFS後，轉入步 驟(Bll);
(B15)結束允許競爭階段。
本發明在無基礎結構的單跳WLAN網絡中設計有效的MAC協議，從 而增加網絡容量，提高業務的QoS性能。假設在單跳WLAN網絡中每個 站點都能互相偵聽到其他站點。本發明相比現有技術具有如下優點-
首先，本發明提出了一種混合接入策略。雖然802.1 l(e)協議提供了DCF(EDCA)和PCF(HCCA)的混合接入模式，但是它們是獨立存在的實體， 而且兩者的共存只能在有AP的網絡中實現。而在本發明提出的協議中， 兩者可以在無AP的分布式WLAN網絡中緊密結合和互補。
其次，本發明通過設計代理輪詢的策略，證明了在無基礎結構的分布 式網絡中基於輪詢接入的可行性，並使得信道以一種更緊湊的方式被利用， 信道衝突減小，系統吞吐量增大，業務的QoS性能顯著提高。
再次，本發明設計的局部調度策略採用的基於條件業務區分的算法相 比於傳統的絕對業務區分的算法，在網絡負載不足以威脅到實時業務的 QoS性能時，對於低優先級業務提高了公平性，從而進一步增大系統吞吐
最後，本發明設計的局部調度策略通過採用基於周期性輪詢的策略作 為基於預測的策略的補充，解決了由於預測錯誤造成的問題(也是基於輪 詢策略的固有問題)，使其對於不同的業務到達模型具有穩健型。


圖1為本發明提供的分布式媒體接入控制協議的主體流程圖2為各業務流本地維護的鄰居信息列表所含信息項；
圖3為請求接入階段(RAS)信道接入的流程圖4為請求接入階段(RAS)信道接入的示例圖5為數據傳輸階段(DAS)信道接入的流程圖6為數據傳輸階段(DAS)信道接入的示例圖7為局部調度算法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為DPHA協議的系統結構圖。時間被劃分為超幀，每個超幀由一個信標幀(Beacon)、 一個請求接入階段(RAS)和數據傳輸階段(DAS)組成 並周期性地重複。上個超幀結束時當選的下一個傳輸業務流將傳輸本輪超 幀中的信標幀。RAS階段用於新到達業務流競爭發送接入網絡請求幀。DAS 階段是數據幀傳輸的階段。在此階段中，數據幀的傳輸主要採用基於輪詢 的接入策略來避免信道衝突，同時採用基於競爭的接入策略作為補充來解 決輪詢決策發生錯誤時的問題。本發明提出的基於競爭的接入策略稱為代 理輪詢策略，即當前傳輸業務流根據本發明提出的局部調度策略代理AP 選擇下一個傳輸的業務流，並在數據幀的頭部中聲明。被選擇的下一個傳 輸業務流在傳輸前又將選擇下一傳輸業務流，從而使得網絡中的業務流按 照接力方式依次傳輸。
每個業務流本地維護一個鄰居信息列表。圖2顯示了各業務流本地維 護的鄰居信息列表所含信息項，其中包含MAC地址、當前狀態(活動狀 態還是非活動狀態)、業務流類型(AC)、業務流編號(TSID)、數據幀平均到 達間隔(MIT)、公布的隊列長度(RTT)、上次傳輸時間(LTT)、公布的等待時 間(RWT)、上次輪詢錯誤的時間(LPT)。由於一個站點可能含有多個並行的 業務流，鄰居信息列表採用TSID來標識同一站點中的不同業務流，因此 MAC地址和TSID聯合起來唯一標識一個業務流。每當業務流偵聽到信道 上的傳輸時，就更新鄰居信息列表中的相應信息，以便用於局部調度算法 中。下面結合圖3和圖5分別對RAS和DAS兩個階段作更詳細的說明。
所有業務流一旦檢測到信標幀後即進入RAS階段。每個新到達業務流 通過一個恆定競爭窗口(CW)的退避過程發送接入網絡請求幀，其中含有 AC、 TSID和MIT。由發送信標幀的業務流回復ACK包。網絡中的所有業 務流偵聽到接入網絡請求幀後將該業務流的信息填入鄰居信息列表中，並 把其當前狀態設為未激活狀態。新接入的業務流必須等待一個激活間隔後 才能變為激活狀態，在此期間它將偵聽信道並完善自己的鄰居信息列表， 以保證它在被輪詢到之前具有充分的鄰居信息來選擇下一個傳輸業務流。當信道空閒連續[M+C『^後將進入DAS階段。其中rD^和^r分別表 DIFS和一個時隙的時間長度。
如圖3所示，RAS階段包括下述過程 (AO判斷本業務流是否為尚未接入網絡的新業務流，若是則轉入步 驟(A2)，否則轉入步驟(A9);在判斷的同時並行執行步驟(A5)。
(A2)等待信道連續空閒DIFS，當信道連續空閒DIFS時，轉入步驟 (A3)。
等待信道連續空閒DIFS的實施步驟為設定時長為DIFS的計時器。若 在計時器未超時之前信道變忙，則取消計時器，直到信道再次空閒時觸發 計時器。計時器超時則該過程結束。
(A3)以恆定競爭窗口 CW進行退避過程。當退避時隙數減到0時， 轉入步驟(A4)。
退避過程的具體實施過程為在[O， CW)中隨機選擇一個整數值作為 退避時隙數。在每個時隙中，如果信道空閒則將退避時隙數減1，若信道 忙則掛起退避過程，直到信道再次空閒連續DIFS後以上次掛起時剩餘的退 避時隙數作為初始值恢復退避過程。假設業務類型i的到達率服從均值為義, 的泊松分布，CW按照如下公式選取
formula see original document page 13(El)
其中Beacon Interval為超幀時間，可以根據IEEE 802.11中的規範來設置。
(A4)發送接入網絡請求幀，其中含有AC、 TSID和MIT這些業務信 息，同時設置一個接入網絡請求幀超時計時器。令7^,和r,^分別表示SIFS 時間和ACK傳輸時間，則超時計時器時長為7:^+7^『當接收到ACK幀 時，確認本業務流已成功接入網絡，轉入步驟(A9);當接入網絡請求幀計 時器超時時，準備重傳接入網絡請求幀，轉入步驟(A2)。
(A5)持續偵聽信道，該步驟持續整個RAS階段。當接收到接入網絡請求幀時，執行步驟(A6)。
(A6)解析接收到的接入網絡請求幀，將幀中含有的業務流的信息填 入自己每個業務流的鄰居信息列表中，並把其當前狀態設為非激活狀態。 轉入步驟(A7)。
新接入的業務流必須等待一個激活間隔後才能變為激活狀態，在此期 間它將偵聽信道並完善自己的鄰居信息列表，以保證它在被輪詢到之前具 有充分的鄰居信息來選擇下一個傳輸業務流。激活間隔可以設為超幀時間。
(A7)判斷本業務流是否為本超幀中負責發送信標幀的業務流，若是 則轉入步驟(A8)，否則轉入步驟(Al)。
(A8)等待SIFS後向發送接入網絡請求幀的業務流回復ACK幀。轉 入步驟(Al)。
(A9)等待信道連續空閒r,. + Of *a，當信道連續空閒r,+C『cr時 結束RAS階段，轉入DAS階段。
圖4示意了 RAS階段的過程。業務流1被選中發送信標幀，此後進入 RAS階段。業務流1等待信道連續空閒T,，+C『c7。業務流2和3尚未接 入網絡，因此它們以常數窗口開始退避過程。它們的退避時隙數同時減到 0，同時發送接入網絡請求幀，致使衝突發生，業務流l取消7^s+Cr^計 時器。業務流2和3發現接入網絡請求幀超時，則準備重傳接入網絡請求 幀。它們等待信道連續空閒DIFS，業務流2的退避時隙數首先減到0，發 送接入網絡請求幀，此時業務流3的退避過程被掛起。業務流1成功接收 到接入網絡請求幀，等待SIFS後向業務流2發送ACK幀作為回復。業務 流2接收到ACK幀後確認已成功接入網絡。信道空閒後，業務流1和2 等待信道連續空閒^M+C『^^。業務流3等待信道連續空閒DIFS後恢復 退避過程，退避結束後發送接入網絡請求幀，業務流1和2取消7^s+C『^" 計時器，業務流1發送ACK幀。當業務流3接收到業務流1發送的ACK幀時，所有的業務流均己接入網絡。它們同時等待信道連續空閒
rD/ra+c『CT。 r，s+of^計時器超時，RAs階段結束。
DAS階段是數據幀傳輸的階段。被選中的下一個業務流將在當前傳輸 結束的DIFS時間後開始傳輸。DAS階段採用一種代理輪詢的策略，即當 前傳輸業務流根據局部調度策略代理AP選擇下一個傳輸的業務流，並在 數據幀的頭部中聲明。被選擇的下一個傳輸業務流在傳輸時又將選擇下一 傳輸業務流，從而使得網絡中的業務流按照接力方式依次傳輸。
由於局部調度策略是基於預測隊列長度的，預測錯誤可能導致被調度 的下一個傳輸業務流無幀可發。為了避免信道在該節點有幀到達之前持續 空閒，本發明採用基於競爭的策略來解決這種情況。當信道空閒DIFS時間 後，每個節點都設置一個長度為一個時隙的定時器。如果在定時器超時之 前檢測到信道忙，則說明被調度的節點已經開始發送數據幀。否則說明被 調度的業務流無幀可發，則信道進入允許競爭階段(CES)。有幀發送的業務 流在該階段將通過BEB的退避策略競爭信道， 一旦信道變忙，CES階段結 束。如果所有業務流都沒有幀發送，信道持續空閒，如果某業務流有幀在 CES階段到達，則該業務流可以不需要退避直接競爭信道。可見，通過基 於競爭的策略，信道能以一種更緊湊更有效的方式被使用。
如圖5所示，DAS階段的執行步驟包括 (B1)判斷本業務流是否為下一個傳輸業務流，若是則轉入步驟(B3), 否則轉入步驟(B8);在判斷的同時並行執行步驟(B2)。
(B2)持續偵聽信道，該步驟持續整個DAS階段。當接收到DATA 幀，則轉入步驟(B5);當接收到發給自己的RTS幀，則轉入步驟(B12); 當在允許競爭階段時有幀到達，則轉入步驟(B14);當在允許競爭階段時 檢測到信道忙，則轉入步驟(B15)。
(B3)等待信道連續空閒DIFS，若檢測到信道連續空閒DIFS且有DATA幀發送，轉入步驟(B4)。
(B4)根據局部調度算法選擇下一傳輸業務流，完成DATA幀的傳輸 及確認。局部調度算法的具體步驟將在圖7中詳細說明。DATA幀的傳輸 及確認具體步驟如下
發送DATA包並偵聽信道，設定DATA包超時計時器。DATA包頭捎 帶下一個傳輸業務流的MAC地址、TSID和自己的一些隊列信息公布的 隊列長度(RQL)、 MIT、公布的等待時間(RWT)和該數據包的傳輸時 間。其中RQL和RWT將採用如下的計算方法隊列中將至少有一個包， 即即將發送的包。RQL將被設為當前的隊列長度減1。如果當前的隊列長 度大於l，則RWT將被設為隊列中第二個包的等待時間，否則將被設為隊 列中包頭的等待時間。等待時間為當前時間減去包到達隊列的時間。當接 收到ACK幀時，確認DATA幀成功發送，轉入步驟(Bl);當DATA幀計 時器超時，則重傳DATA幀直至成功發送後轉入步驟(Bl)。
(B5)解析幀，獲悉下一傳輸業務流，並更新鄰居信息列表中當前傳 輸業務流的相關隊列信息。
其中LTT被設為DATA幀傳輸結束時間減去DATA幀頭所含的該 DATA幀所用的時間。網絡中各業務流的鄰居信息列表不同將不會影響調 度的有效性，因為每個業務流只需要根據局部信息選擇下一個傳輸業務流， 不需要統一的全局信息。此外，每個業務流的時間不同步也不會引起問題， 因為每個業務流的局部調度策略是基於自己的局部時間來執行的。
(B6)判斷該DATA幀是否發向本業務流，若是則轉入步驟(B7)， 否則轉入步驟(Bl)。
(B7)等待SIFS後發送ACK幀作為回復，轉入步驟(Bl)。
(B8)等待信道連續空閒7^s+^，之後轉入步驟(B9)。
(B9)判斷隊列中是否有幀發送，若是則轉入步驟(B10),否則轉入 步驟(B13)。(B10)進行二進位指數退避過程，當退避時隙數減到O時，轉入步驟
(Bll)。按照IEEE802.11e中的規範來選取C^,"、 C『_ 。 ( OF她、C『^在 背景介紹裡面己說明)
(B11)發送RTS幀，當成功接收到CTS幀時，轉入步驟(B4)。 (B12)等待SIFS後發送CTS幀作為回復。 (B13)進入允許競爭階段。
(B14)等待信道連續空閒DIFS，當信道連續空閒DIFS後，轉入步 驟(Bll)。
(B15)結束允許競爭階段。
圖6示意了 DAS階段的過程。業務流2為被選中的下一個傳輸業務流。 它等待信道連續空閒DIFS後向業務流1發送DATA幀，並在幀頭中指定 下一個傳輸業務流為業務流3。業務流1和3等待信道連續空閒7^s+cT， 當檢測到信道忙後，取消 ^s+"計時器。業務流1等待SIFS後發送ACK 幀。業務流2接收到ACK幀後確認DATA幀成功發送。信道空閒後，業務 流3也完成了如上的數據傳輸。此時下一個傳輸業務流為1。業務流1無 幀可發，此時業務流2和3的7^s+c7計時器超時，進入允許競爭階段。它 們均有幀要發送，同時開始退避過程，並同時發送RTS幀，從而導致衝突， 同時允許競爭階段結束。業務流2和3發現RTS幀計時器超時(時長為 T +:r )，準備重傳RTS幀。它們等待信道連續空閒7^s + "後，開始退 避,過程。業務流2成功發送RTS幀，此後與業務流1完成CTS-DATA-ACK 的傳輸，並指定下一個傳輸業務流為業務流3。業務流3等待信道連續空 閒DIFS後完成數據的成功傳輸，並指定下一個傳輸業務流為業務流l。此
時所有業務均無幀可發，進入允許競爭階段。若干時間後，業務流1有幀 到達，等待信道連續空閒DIFS後成功發送RTS幀(無需退避過程)，允許 競爭階段結束。此後業務流1與業務流3完成了 CTS-DATA-ACK的傳輸。以下來介紹局部調度算法。如圖7所示，局部調度算法的執行步驟包
括
(Cl)遍歷鄰居信息列表，判斷是否存在處於活動狀態的業務流，若 是則轉入步驟(C2)，否則選擇自己作為下一個傳輸業務流，算法結束。
(C2)判斷網絡中是否存在剛被激活的業務流，若是則隨機選擇一個
剛被激活的業務流作為下一個傳輸業務流，算法結束；否則轉入步驟(C3)。 (C3)判斷網絡中是否存在同時滿足丄/r > o和"r+/w""g /"rm;"/ s cr的
業務流，若是則隨機選擇一個同時滿足"r > 0和"r + f 。肌"g "terra/《C71的業 務流作為下一個傳輸業務流，算法結束；否則轉入步驟(C4)。
其中Polling Interval為輪詢間隔，cr為當前時間。Polling Interval可以 設置為MIT，由此可以保證被周期性輪詢的業務流被輪詢時隊列中不會積 累過多的幀。
(C4)對滿足Z/T^的業務流計算其相關隊列變量預測的隊列長度
(EQL)、預測的等待時間(EWT)和預測的下個包到達時間(ENAT)。
隊列變量的計算方法如下
(C41)依次讀取NIL表項。對於以前已經成功發送過的站點(即 LTT>0)，檢查其公布的隊列長度(RQL)。
如果RQL大於零，轉入步驟(C42)，否則轉入步驟(C43)。 (C42)計算EQL和EWT如下formula see original document page 18其中，LTT為上次傳輸時間，CT為當前時間，RWT為公布的等待時
間；formula see original document page 19
(E4)
(C43)計算EQL如下formula see original document page 19 如果EQL為零，則計算ENAT如下
否則，計算EWT如下formula see original document page 19(E6)
(C5)根據條件服務區分機制選擇下一個傳輸業務流，算法結束。
條件服務區分機制具體描述如下
(C51)判斷是否存在滿足E2i^77^w。w的業務流。其中Threshold為一 個隊列長度的門限。若是則轉入步驟(C52)，否則轉入步驟(C53)。
(C52)按照IEEE 802.11e標準定義的業務優先級選擇。
(C521)如果有語音業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟(C5211)， 否則轉入步驟(C522)。
(C5211)選擇符合該條件的語音業務流中EQL最大的業務流。如果 有多個語音業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的業務流。 算法結束。
(C522)如果有視頻業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟(C5221 )， 否則轉入步驟(C523)。
(C5221)選擇符合該條件的視頻業務流中EQL最大的業務流。如果 有多個視頻業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的業務流。 算法結束。
(C523)如果有盡力而為業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟 (C5231),否則轉入步驟(C524)。
(C5231)選擇符合該條件的盡力而為業務流中EQL最大的業務流。如果有多個盡力而為業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的 業務流。算法結束。
(C524)說明有背景業務流的EQL大於Threshold,選擇符合該條件 的背景業務流中EQL最大的業務流。如果有多個背景業務流的EQL同時 為最大值，選擇其中EWT最大的業務流。算法結束。
(C53)判斷是否存在滿足0<^^<*^。《的業務流。若是則選擇符合
該條件的業務流中EWT最大的站業務流，否則選擇ENAT最小的業務流。
步驟(C4)用於處理由於非理想業務到達模型導致的隊列預測錯誤。 LPT記錄的是上次輪詢錯誤的時間，即如果一個業務被輪詢時無幀發送， 則LPT設為被輪詢的時間，此後如果成功發送幀則重設為0。步驟(C4) 周期性地輪詢上次輪詢時無幀可發而至今仍未發送幀的業務流，這類業務 流從LPT以後每隔至少Polling Interval時間被輪詢一次。如果它在下次被 輪詢的時間(NPT, WPr2￡Pr+戶。/""g /她rra/)再次導致輪詢錯誤，則LPT將被 更新為NPT。 一旦它通過被輪詢或競爭的方式成功地發送了幀，則LPT將 會被重置為0。對於上述這種導致輪詢錯誤且至今尚未成功發送的業務流， 本調度策略採用周期性的輪詢方式，而不再對其採用基於預測的策略。因 為如果對該類業務流仍然採用預測的方式，很會導致持續的預測錯誤，使 得該類業務流持續被選擇為下次傳輸業務流直到該業務流有幀到達，從而 導致信道持續處於競爭階段CES，增大了衝突率。而通過周期性的輪詢方 式，該類業務流在(LPT， NPT)時間內將不會被輪詢到。)
步驟(C5)採取了條件服務區分機制，即在所有類型業務的隊列長度 均低於一個門限時不採取業務區分，在僅有一類業務隊列長度高於門限時 優先服務該類業務，在有多於一類業務隊列長度高於門限時才引入業務區 分優先服務高優先級的業務。Threshold值是業務區分的門限，當實時業務 的隊列長度大於或等於Threshold值時將優先得到發送機會，因此實時業務 的時延上限為(Threshold-l"MIT。假設i為業務類型編號，VO、 VI、 BE、BK業務的i分別為0-3， DBi為各類業務允許的最大時延，那麼Threshold 可以被設置為
7T /^/zoW = min
,=o,i
+i
(e7)
權利要求
1. 一種增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制協議，包括請求接入階段和數據傳輸階段的信道接入；請求接入階段包括下述過程(A1)判斷本業務流是否為尚未接入網絡的新業務流，若是則轉入步驟(A2)，否則轉入步驟(A9)；在判斷的同時並行執行步驟(A5)；(A2)等待信道連續空閒DCF幀間間隔DIFS，當信道連續空閒DIFS時，轉入步驟(A3)；(A3)以恆定競爭窗口進行退避過程，當退避時隙數減到0時，轉入步驟(A4)；(A4)發送接入網絡請求幀，並設置接入網絡請求幀超時計時器；當接收到ACK幀時，確認本業務流已成功接入網絡，轉入步驟(A9)；當接入網絡請求幀計時器超時時，準備重傳接入網絡請求幀，轉入步驟(A2)；(A5)持續偵聽信道，該步驟持續整個請求接入階段階段；當接收到接入網絡請求幀時，執行步驟(A6)；(A6)解析接收到的接入網絡請求幀，將幀中含有的業務流的信息填入自己每個業務流的鄰居信息列表中，並把其當前狀態設為非激活狀態；轉入步驟(A7)；(A7)判斷本業務流是否為本超幀中負責發送信標幀的業務流，若是則轉入步驟(A8)，否則轉入步驟(A1)；(A8)等待短暫幀間間隔SIFS後向發送接入網絡請求幀的業務流回復ACK幀；轉入步驟(A1)；(A9)等待信道連續空閒TDIFS+CW*σ，當信道連續空閒TDIFS+CW*σ時結束請求接入階段，轉入數據傳輸階段；其中，TDIFS和σ分別表示DIFS和一個時隙的時間長度；數據傳輸階段包括下述過程(B1)判斷本業務流是否為下一個傳輸業務流，若是則轉入步驟(B3)，否則轉入步驟(B8)；在判斷的同時並行執行步驟(B2)；(B2)持續偵聽信道，該步驟持續整個數據傳輸階段；當接收到數據幀，則轉入步驟(B5)；當接收到發給自己的RTS幀，則轉入步驟(B12)；當在允許競爭階段時有幀到達，則轉入步驟(B14)；當在允許競爭階段時檢測到信道忙，則轉入步驟(B15)；(B3)等待信道連續空閒DIFS，若檢測到信道連續空閒DIFS且有數據幀發送，轉入步驟(B4)；(B4)根據局部調度算法選擇下一傳輸業務流，完成數據幀的傳輸及確認；當接收到ACK幀時，確認數據幀成功發送，轉入步驟(B1)；當數據幀計時器超時，則重傳數據幀直至成功發送後轉入步驟(B1)；(B5)解析幀，獲悉下一傳輸業務流，並更新鄰居信息列表中當前傳輸業務流的相關隊列信息；(B6)判斷該數據幀是否發向本業務流，若是則轉入步驟(B7)，否則轉入步驟(B1)；(B7)等待SIFS後發送ACK幀作為回復，轉入步驟(B1)；(B8)等待信道連續空閒TDIFS+σ，之後轉入步驟(B9)；(B9)判斷隊列中是否有幀發送，若是則轉入步驟(B10)，否則轉入步驟(B13)；(B10)進行二進位指數退避過程，當退避時隙數減到0時，轉入步驟(B11)；(B11)發送RTS幀，當成功接收到CTS幀時，轉入步驟(B4)；(B12)等待SIFS後發送CTS幀作為回復；(B13)進入允許競爭階段；(B14)等待信道連續空閒DIFS，當信道連續空閒DIFS後，轉入步驟(B11)；(B15)結束允許競爭階段。
2、根據權利要求1所述的分布式媒體接入控制協議，其特徵在於步 驟(B4)中，根據下述局部調度算法選擇下一傳輸業務流(Cl)遍歷鄰居信息列表，判斷是否存在處於活動狀態的業務流，若 是則轉入步驟(C2)，否則選擇自己作為下一個傳輸業務流，算法結束；(C2)判斷網絡中是否存在剛被激活的業務流，若是則隨機選擇一個剛被激活的業務流作為下一個傳輸業務流，算法結束；否則轉入步驟(C3); (C3 )判斷網絡中是否存在同時滿足丄"> o和丄iT + iW/,"g s CT的業務流，若是則隨機選擇一個同時滿足丄"> o和"r+P。腸g 7"^"vW《cr的業 務流作為下一個傳輸業務流，算法結束；否則轉入步驟(C4);其中Polling Interval為輪詢間隔，cr為當前時間；(C4)對滿足"7^o的業務流，當公布的隊列長度RQL大於零時，按 照式I、式II計算預測的隊列長度EQL和預測的等待時間EWT:formula see original document page 4當隊列長度RQL等於零，按照式III計算EQL:formula see original document page 4如果EQL為零，按照式IV計算預測的下個包到達時間ENAT，否則按照 式V計算EWT:formula see original document page 4(IV)其中，RQL為公布的隊列長度，CT為當前時間，LTT為上次傳輸時間， RWT為公布的等待時間，MIT為數據幀平均到達間隔；(C5)根據條件服務區分機制選擇下一個傳輸業務流。
3、根據權利要求2所述的分布式媒體接入控制協議，其特徵在於步驟(C5)中，條件服務區分機制包括下述過程(C51)判斷是否存在滿足^ez2 7^^z。w的業務流；其中Threshold為一 個隊列長度的門限；若是則轉入步驟(C52)，否則轉入步驟(C53);(C52)按照IEEE 802.11e標準定義的業務優先級選擇；(C521)如果有語音業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟(C5211)， 否則轉入步驟(C522);(C5211)選擇符合該條件的語音業務流中EQL最大的業務流；如果 有多個語音業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的業務流； 算法結束；(C522)如果有視頻業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟(C5221)， 否則轉入步驟(C523);(C5221)選擇符合該條件的視頻業務流中EQL最大的業務流；如果 有多個視頻業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的業務流； 算法結束；(C523)如果有盡力而為業務流的EQL大於Threshold,轉入步驟 (C5231),否則轉入步驟(C524);(C5231)選擇符合該條件的盡力而為業務流中EQL最大的業務流； 如果有多個盡力而為業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的 業務流；算法結束；(C524)說明有背景業務流的EQL大於Threshold,選擇符合該條件的背景業務流中EQL最大的業務流；如果有多個背景業務流的EQL同時為最大值，選擇其中EWT最大的業務流；算法結束；(C53)判斷是否存在滿足o〈^^^7^d。w的業務流；若是則選擇符合該條件的業務流中EWT最大的站業務流，否則選擇ENAT最小的業務流。
全文摘要
本發明公開了一種增加無線區域網容量的分布式媒體接入控制協議，代理輪詢混合接入協議。本發明設計了一種基於輪詢的接入策略來避免信道衝突，即當前傳輸業務流根據本協議設計的局部調度策略代理AP選擇下一個傳輸的業務流，使得網絡中的業務流按照接力方式依次傳輸。同時本發明採用基於競爭的接入策略作為補充來解決輪詢決策錯誤時的問題。本發明的局部調度策略提出一種基於條件業務區分機制，在網絡負載較低時提高了低優先級業務的公平性。局部調度策略在基於預測隊列信息的策略的基礎上，進一步採用基於周期性輪詢的策略作為補充以及時更正錯誤輪詢決策，從而能適應各種業務到達模型。本發明顯著地增大了網絡容量，具有良好的性能。
文檔編號H04L29/06GK101286980SQ20081004776
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月14日 優先權日2008年5月14日
發明者幹 劉, 荻 吳, 朱光喜 申請人:華中科技大學