CN100446497C - 用于分配退让时间间隔的方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，本发明是一种计算机实施的、用于分配一个退让间隔时间给一个处于一个载波侦听多路访问(CSMA)网络中的网络访问中间设备的方法。首先确定同时试图通过所述网络访问中间设备访问所述网络的设备的数量。然后，根据同时试图通过所述网络访问中间设备访问所述网络的设备的数量确定所述退让时间间隔，并分配给所述网络访问中间设备。

Description

用于分配退让时间间隔的方法

技术领域

本发明涉及网络通信设备领域。更具体地说，本发明是关于一种电脑实施的、用于分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备的方法。

背景技术

载波侦听多路访问(CSMA)是一种常用于现有电脑网络情形中的网络访问方法。用以解决访问冲突的CSMA方法是基于一个系统，该系统中每一个相冲突的设备在一个被称为“争夺窗口”的时间周期内随机抽取一个“退让时间”间隔。在一个冲突侦测方法中，这个退让时间间隔就是每一个冲突的设备在探测到传输冲突之后、再次尝试访问网络媒体之前将等待的时间周期。因此，抽取到最短退让时间间隔的设备将被称为冲突之后第一个访问网络媒体的设备。而在一个冲突避免的方法中，这个退让时间间隔就是某一设备在探测到网络活性之后、尝试传输之前将等待的时间周期。

目前，CSMA方法使用一个均匀的概率分布方式来分配给每个直接访问网络媒体的设备一个退让时间间隔。这意味着每一个直接访问网络媒体的设备都具有平等的机会抽到最短的退让时间间隔。然而，可能发生的情况是，一个直接访问设备作为并联的间接访问设备的中间设备访问网络媒体。在这种情况下，即使该中间访问设备代表并联的间接设备起作用，它还是象一个单一的直接访问设备那样与其他直接访问设备相竞争。因此，与其它直接访问网络的设备相比，通过这些中间访问设备间接地连接到网络的设备并不具有同等的访问网络媒体的机会。这在无线或射频(RF)网络中是一个问题，因为可使用的带宽有限，特别是在使用两个或两个以上的无线工作组桥路来将多个局域网连接在一起的网络中。

举一个例子，在一个具有两个相互竞争的直接访问设备的CSMA网络中，每一个设备都有50％的机会抽到最短的退让时间间隔，因为每一个设备使用了同样的均匀概率分布。抽到最短退让时间间隔的直接访问设备将会是退让时间间隔结束后最先访问网络的设备。这用数学公式来表达就是：

P＝1/D

其中P代表抽到最短退让时间间隔的概率，而D是试图访问网络的直接访问设备的数量。在有两个直接访问设备的例子中，一个给定的设备抽到最短退让时间间隔的概率是1/2。

如果直接访问设备中的一个作为用于N个间接访问设备的网络访问中间设备起作用，相互竞争的设备的数量实际上是4个(该直接访问设备和3个间接访问设备)。

因为该网络访问中间设备并非为自己，而是代表N个间接访问设备而试图访问网络，它不应该作为决定概率分布的一个因子。因此，每一个相互竞争的设备实际上应该有1/4的概率会抽到最短退让时间间隔。然而，因为平均的概率分布仅应用于直接访问设备，所以每一个直接访问设备仍然具有1/2的概率最先访问网络。因此，直接访问设备具有1/2的概率最先访问网络，而3个间接访问设备中的每一个仅具有1/6的概率最先访问网络。这个网络访问机会的差异随着网络中直接或间接访问设备增加而增加。

因此，现有技术中的用于分配退让时间间隔给一个网络访问中间设备的方法是有缺陷的，因为它们并没有给连接在其上的间接访问设备公平的访问CSMA网络的机会。特别是，用于分配退让时间间隔的平均概率分布并没有考虑到可能与直接访问设备相竞争的、通过一个中间设备访问网络的多个并联的间接访问设备。这是成问题的，因为它降低了试图通过一个中间设备访问CSMA网络的设备的通信速度。

发明内容

本发明的实施例是关于一种方法，该方法用于分配一个退让时间间隔给网络访问中间设备，该中间设备给予间接访问设备平等的访问CSMA网络媒体的机会。具体地说，本发明是运用一种非均匀的概率分布来将一个退让时间间隔分配给一个作为并联的间接访问设备的中间设备起作用的直接访问设备。当分配一个退让时间间隔给中间设备时，该非均匀概率分布考虑了多个并联的间接访问设备。

在一个实施例中，本发明是一种电脑实施的、用于分配一个退让时间间隔给载波侦听多路访问(CSMA)网络中的一个访问中间设备的方法。同时试图通过所述访问中间设备访问上述网络的客户端设备的数量首先被确定。然后根据同时试图访问上述网络的客户端设备的数量确定退让时间间隔。

附图说明

以下结合附图(该附图也作为说明书的一部分)，通过具体实施例对本发明的原理作进一步说明。除非特别说明，本说明书所引用的附图不应理解为对本发明的范围的限定。

图1为一个典型的CSMA网络的框图，本发明的实施例可以在该CSMA网络上使用。

图2为根据本发明的一个实施例的、由电脑实施的用于分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备的流程图。

图3是根据本发明的一个实施例的流程图，更为详尽地描述了一种抽取一个非平均的随机退让时间间隔的方法。

图4为本发明的实施例的曲线图，显示了分别给1，10，20和30个客户端设备计算的典型的概率分布。

具体实施方式

结合附图，本发明的具体实施例将被详细阐述。虽然本发明将通过这些实施例被具体描述，应当理解本发明不应仅仅局限于这些实施例。相反，本发明应当涵盖权利要求所限定的、在本发明的精神和范围内的替换、修改或等同物。此外，在以下对本发明的具体描述中，给出了很多具体细节以便于对本发明进行彻底理解。但是，本发明的实施例可以不牵涉到这些具体细节而付诸实施。在其他情况下，人们所熟知的方法、程序、组件和电路没有被具体描述，以免不必要的使发明的特点变得模糊。

图1是一个典型的CSMA网络100的框图，本发明的实施例可以在该CSMA网络上使用。按照本发明的实施例，网络100可以是一个无线射频网络。图1中，一个局域网110通过访问节点120与无线PC网卡130和访问中间设备150无线连接。该无线PC网卡130可以是例如，和一台个人电脑系统相连接的一个无线网卡。在一个实施例中，网络访问中间设备150是一个无线工作组桥路。访问节点120，无线PC网卡130，以及访问中间设备150都可以认为是直接访问设备，因为它们直接访问网络媒体(比如无线射频传送)。此外，客户端160、170和180通过网络访问中间设备150连接到网络媒体。客户端160、170和180被认为是间接访问设备，因为它们并不直接访问网络媒体，而是依靠网络访问中间设备150代为访问。换句话说，网络访问中间设备150为并联的乙太网设备(例如客户端160、170和180)提供了向网络100的无线访问。

本发明的实施例是关于一种用于分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备(例如网络访问中间设备150)的方法。按照本发明的实施例，一种非均匀的概率分布被应用于代表并联的客户端设备的、试图访问一个CSMA网络的网络访问中间设备(例如设备150)。换句话说，通过设备150竞争网络访问的间接访问设备的数量越大，则设备150抽到最短退让时间间隔的机会就越大。值得重视的是，当局域网110中并联的客户端将访问节点120作为一个访问中间设备来访问网络100时，本发明的方法也可以用于访问节点120。

参考图1，如果客户端140、160、170和180同时竞争网络访问，网络访问中间设备150将使用一种概率分布，该概率分布提供给它比单一的直接访问设备更多的访问网络的概率。这样一来，本发明就为间接访问设备(例如客户端160、170和180)提供了更多平等地与直接访问设备(例如客户端140)竞争网络访问的机会。

优选的，两种方法中的一种被用于访问节点120和网络访问中间设备150之间的数据交换。传统上，来自一个客户端设备(例如客户端设备160)的数据框在被从网络访问中间设备150发送之前，是封装于第二个数据框之内的。当访问节点120在一个叫做解封装的过程中收到该数据，上述过程被反向进行。在解封装之后，来自客户端160的原始数据在局域网110上被传输。然而，第二个数据框在其报头包含了网络访问中间设备150的媒体访问控制地址(MAC地址)，而不是客户端160的MAC地址。因此，从访问节点120的角度来看，该数据框是来自网络访问中间设备150。这可以导致传输的显著的延误，因为数据框必须被封装/解封装，而较大的数据框要花更长的时间来传输。

在另一种用于交换数据的方法中，来自客户端160的数据框并不是由网络访问中间设备150封装在第二个数据框之中。因此，从访问节点120的角度来看，客户端160被当作一个独立的物理无线站台处理。然而实际上，客户端设备160以及客户端设备170和180都是通过一个单一的物理无线站台(例如网络访问中间设备150)进行通信的虚拟无线站台。本发明的实施例可以被用于使用任一个上述用于交换数据的方法的网络，以便于为并联的相互竞争的间接访问设备提供更公平的网络访问机会。

图2为根据本发明的一个实施例的、由电脑实施的用于分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备的流程图。为了清楚起见，以下讨论将使用图1的框图连同图2的流程图200，以便清楚地描述该发明的一个实施例。

在图2的210步骤中，几个同时试图通过一个网络访问中间设备访问网络的客户端设备被确定。参考图1，正试图通过网络访问中间设备访问网络100的客户端设备的数量(例如客户端160、170和180)被确定。在本发明的一个实施例中，确定客户端设备(例如客户端170、180以及图1中的180)的数量包括确定在网络访问中间设备150的传送排队中的客户数量。然而，虽然本发明的实施例给出了确定在网络访问中间设备150的传送排队中的客户数量，但本发明的方法同样也非常适合于使用其它方法来确定同时试图访问网络的客户端设备的数量。

在图2的220步骤中，退让时间间隔根据同时试图访问网络的客户端设备的数量来决定。根据本发明的实施例，一个非均匀的概率分布被用于决定网络访问中间设备150的退让时间间隔。当一个均匀概率分布被用于每一个相互竞争的直接访问设备时，每一个相互竞争的直接访问设备具有同等的机会抽到最短退让时间间隔。如上所述，这使得间接访问设备在同直接访问设备相互竞争网络访问时处于不利的地位。但是本发明根据有多少间接访问设备正在竞争网络访问，促进分配一个较大的概率分布给网络访问中间设备。特别是当较大数量的间接访问设备同时通过网络访问设备150相互竞争网络访问时，则该网络访问中间设备150抽到更短的退让时间间隔的概率就会增加。

在图2的230步骤中，退让时间间隔被分配给网络访问中间设备。在步骤220中确定的退让时间间隔被分配给网络访问中间设备。这样一来，本发明根据同时试图访问网络的客户端设备的数量分配退让时间间隔。因此，本发明的实施例给予并联的间接访问设备更为公平的访问网络的机会。

图3是根据本发明的一个实施例的流程图，更为详尽地描述了一种抽取一个非均匀的随机退让时间间隔的方法。

在图3的步骤310中，各种数量的相互竞争的客户端设备的概率分布被计算。在下面的讨论中，给出了计算概率分布的公式。虽然本发明使用下面的公式进行叙述，本发明也完全可以在本步骤中使用多种其它概率公式。下面的公式计算了选择一个特定的最小值的概率，表达为：

P(MV＝T)

在本发明的一个实施例中，在一段连续空间中的非空区间内获得一个值的概率被计算，而不是试图得到一个单一的值的概率被计算。因此，该问题被表示为由M个机器选取的属于[t...t+h]区间中的最小值的概率，其中h为任意正数，以使t+h的值小于争夺窗口。然后控制h的值就可以解决时间段的选择。所以，在M次独立抽取数中的最小值(MV)属于一个给定的区间[t...t+h]。M的值代表了间接访问设备如果被允许独立地抽取退让时间间隔时可获得的抽取的次数。

该值可以描述为两个独立事件的结合：

事件A：没有属于[0...t]的值，和

事件B：知道A之后，至少有一个值属于[t...t+h]

运用乘法规则，使用如下的等式：

P(A∩B)＝P(A)×P(B|A)

为了计算P(A)和P(B|A)，首先假设某一设备抽取的数值属于一段连续的空间。于是这个数值的概率密度就是：

如果x∈[0...CW]

于是，某一值属于一个给定的区间[a...b]的概率就是：

$P(x\∈\[a...b\])=\frac{b-a}{\mathrm{CW}}$

如果M个设备都是自己独立抽取的，那么所有的值属于区间[a...b]的概率是：

$P(\∩\underset{j=1}{M}{x}_j\∈\[a...b\])=\frac{{(b-a)}^M}{{\mathrm{CW}}^M}$

如果MV是产生出的最小值，这就意味着没有值属于[0...t]。这也就是说所有值都属于[t...CW]。于是事件A的概率是：

$P\left(A\right)=\frac{{(\mathrm{CW}-t)}^M}{{\mathrm{CW}}^M}$

然而，如果MV存在，这也意味着至少有一个值属于[t...t+h]。因为MV属于[t...CW]，于是B知道A的概率就是所有[t...CW]中的值属于[t+h...CW]的概率相对1的补数：

$P\left(B\right|A)=1-\frac{{(\mathrm{CW}-t-h)}^M}{{(\mathrm{CW}-t)}^M}$

将这些值代入公式P(A∩B)＝P(A)×P(B|A)，其结果是：

$P(A\∩B)=P\left(A\right)\×P\left(B\right|A)=\frac{{(\mathrm{CW}-t)}^M-{(\mathrm{CW}-t-h)}^M}{{\mathrm{CW}}^M}$

离散值可以通过选择h＝1来计算，如果T是一个属于[0...CW-1]的整数，最后的公式就是：

$P(\mathrm{MV}=T)=\frac{{(\mathrm{CW}-T)}^M-{(\mathrm{CW}-T-1)}^M}{{\mathrm{CW}}^M}$

举例来说，对于两个客户端(例如图1中的客户端160和170)抽取数值分别为0、1、2和3的整数d1和d2。共有16对不同的以0、1、2或3为最小值的组合(d1，d2)。在这16对组合中，有7对中含有0：(0，0)，(0，1)，(0，2)，(0，3)，(1，0)，(2，0)和(3，0)，

这样就使得抽到最小值(MV)为0的机会为7/16。

在余下的9对组合中，有5对中含有数值1：

(1，1)，(1，2)，(1，3)，(2，1)和(3，1)，这样就使得抽到最小值1的机会为5/16。

在余下的4对中，3对含有数值2：

(2，2)，(2，3)和(3，2)，这样就使得抽到最小值2的机会为3/16。

最后，只有一个机会抽到仅含有3的一对数值(3，3)。

这可以由以下公式得到：

$P(\mathrm{MV}=T)=\frac{{(\mathrm{CW}-T)}^M-{(\mathrm{CW}-T-1)}^M}{{\mathrm{CW}}^M}$

通过设CW＝4，M＝2，T＝(1，2，3或4)

P(MV)＝0＝(4-0)²-(4-1)²/4²＝(16-9)/16＝7/16

P(MV)＝1＝(4-1)²-(4-2)²/4²＝(9-4)/16＝5/16

P(MV)＝2＝(4-2)²-(4-3)²/4²＝(4-1)/16＝3/16

P(MV)＝3＝(4-3)²-(4-4)²/4²＝(1-0)/16＝1/16

从上面的例子里可以看出，对于一个较大的中间访问设备的组(M)，抽到最长的最小退让时间间隔的机会相对减少。而且，中间访问设备的组越大，则抽到最短的最小退让时间间隔的机会就会增加。因此，通过提供一个非均匀的概率分布方式，本发明增加了网络访问中间设备抽到更短的退让时间间隔的概率。

图4为本发明的实施例的曲线图，显示了分别给1个客户端设备410，10个客户端设备420，20个客户端设备430和30个客户端设备440计算的典型的概率分布。垂直的“P”轴显示了相应的水平“T”轴上的值会是n个设备的最短退让时间间隔的概率。图中分别显示了1个、10个、20个和30个客户端设备的概率分布的形状。对于1个设备来说，它具有一个均匀的概率分布。随着客户端设备数量的增加，抽到更短的退让时间间隔的概率也随着增加。然而由于概率分布的形状，它有一个实际的极限。

如图4所示，在第一个1/8的争夺窗口中，20个客户端抽取退让时间间隔的概率为95％，而30个客户端抽取退让时间间隔的概率为99％。因此，增加客户端的数量到超过30个不大可能显著地增加抽到更短的退让时间间隔的概率。所以，在本发明的一个实施例中，使用一个给定的网络访问中间设备的客户端设备的最大数量设定到约30个。

在图3的步骤320中，概率的分布用来产生一系列的离散值。在每一个子表中的数量将具有与某一给定客户端设备数量的概率分布基本上相同的概率特性。在一个实施例中，对于每一个可能的客户端设备数量，产生了32个离散值的表格。这使得表格中总共有32×30个值。在一个实施例中，对于每一个客户端设备数量的值M，该表格通过增加最后离散值的值来排序：

T[0，M]＝P(R＝0|M)，T[1，M]＝T[0，M]+P(R＝1|M)...T[j，M]＝T[j-1，M]，等

在图3的步骤330中，正在通过一个网络访问中间设备相互争夺访问网络的客户端设备(M)的当前数量被确定。如上所述，在一个实施例中，客户端设备的当前数量是在网络访问中间设备150的传送排队中的客户端设备的数量。通常，相互竞争访问网络的客户端设备的实际数量要比连接到网络访问中间设备150的总数要少。因此，有必要精确地反映仅实际上试图访问网络的客户端数量。在一个实施例中，这通过确定排在网络访问中间设备150的传送队列中的客户端数量来实现。

在图3的步骤340中，步骤330中的离散值之一被随机地选取。一旦当前客户端设备(M)的数量被确定，一个退让时间间隔就从步骤320中所描述表格的相应子表格中选取。例如，如果有10个客户端设备同时争相通过网络访问中间设备150访问网络，就会使用一个含有类似于图4的分布420的概率分布的离散值的子表格。如果有30个客户端设备同时争相通过网络访问中间设备150访问网络，就会使用一个含有类似图4中的分布440的概率分布方式的离散值的子表格。

本发明的一个实施例使用一个随机数值产生器来随机地选择子表格中的一个离散值，该子表格对应于竞争网络访问的客户端设备的数量。该随机数值产生器首先会使用一个均匀的概率分布抽取一个在0和2¹⁶之间的数值“UR”，该数值UR将在子表格中以下列条件进行搜索：

R＝j if T[j-1，M]＜UR＜T[j，M]with T[j-1，M]＝0 for j＝0

在图3的步骤350中，步骤340中随机抽取的离散值被分配到网络访问中间设备150作为退让时间间隔。这样，一个退让时间间隔被分配给网络访问中间设备150使得它获得比其它单一直接访问设备更大的抽到更短退让时间间隔的概率。这样就给那些通过网络访问中间设备150访问网络的客户端设备提供了更为公平的机会。

作为一段简短的总结，本文公开了一种运用电脑实施的分配一个退让时间间隔给一个在CSMA网络中的网络访问中间设备的方法。同时试图通过所述网络访问中间设备访问网络的客户端设备的数量首先被确定，然后根据同时试图通过网络访问中间设备访问网络的客户端设备的数量来确定退让时间间隔，再将其分配给所述网络访问中间设备。

这样本发明的一个优选实施例被描述，即一种电脑实施的、分配一个退让时间间隔给网络访问中间设备的方法。虽然本发明是通过特定的实施例被描述，但是应该理解本发明不应仅限于这些，而应该由以下的权利要求进行限定。

Claims (9)

1、在一个载波侦听多路访问网络中，一种电脑实施的、分配一个退让时间间隔给网络访问中间设备的方法，其特征在于包括：

确定同时试图通过所述网络访问中间设备访问所述网络的客户端设备的数量，所述客户端设备的数量是当前正在所述网络访问中间设备的传送队列中的所述客户端设备的数量；

根据同时试图通过所述网络访问中间设备访问所述网络的客户端设备的数量，使用一个非均匀的概率分布，确定所述退让时间间隔；和

将所述退让时间间隔分配给所述网络访问中间设备。

2、如权利要求1所述的分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备的方法，其特征在于，所述的确定所述的退让时间间隔包括计算一个非均匀的概率分布，该概率分布中所述退让时间间隔与同时试图通过所述网络访问中间设备访问所述网络的所述客户端设备的数量成反比。

3、如权利要求2所述的分配一个退让时间间隔给一个网络访问中间设备的方法，其特征在于，所述的确定所述退让时间间隔还包括根据所述概率分布产生一系列的离散值。

4、一种用于产生一个最小退让时间间隔的方法，该退让时间间隔用于多个试图通过一个连接于一个载波侦听多路访问网络的网络访问中间设备进行同步通信的客户端设备，其特征在于，该方法包含：

确定试图通过所述网络访问中间设备进行同步通信的、相互竞争的设备的数量，所述客户端设备的数量是当前正在所述网络访问中间设备的传送队列中的所述客户端设备的数量；

计算一个非均匀的概率分布，其中一个给定的最小退让时间间隔的概率根据所述相互竞争的设备的数量而计算；

使用一个随机数值产生器从一系列离散值中选取所述退让时间间隔，所述离散值具有与所述非均匀的概率分布基本上相同的概率特性；和

将所述退让时间间隔分配给所述网络访问中间设备。

5、如权利要求4所述的产生一个用于多个客户端设备的最小退让时间间隔的方法，其特征在于，所述载波侦听多路访问网络是一个无线射频网络。

6、如权利要求4所述的产生一个用于多个客户端设备的最小退让时间间隔的方法，其特征在于，还包括计算一个最小退让时间间隔，其中一个给定的最小退让时间间隔的概率与所述相互竞争的设备的数量成反比。

7、如权利要求4所述的产生一个用于多个客户端设备的最小退让时间间隔的方法，其特征在于，还包括为每一个所述相互竞争的设备的数量值计算一个唯一的非均匀的概率分布。

8、在一个将多个客户端设备连接到载波侦听多路访问网络媒体的网络访问中间设备上，一种用于为所述网络访问中间设备确定一个退让时间间隔的方法，其特征在于包括：

确定当前正在通过所述网络访问中间设备竞相访问载波侦听多路访问网络媒体的客户端设备的当前的数量，所述客户端设备的数量是当前正在所述网络访问中间设备的传送队列中的所述客户端设备的数量；

计算一个用于所述客户端设备的当前数量的非均匀的概率分布，其中所述退让时间间隔的长度与所述客户端设备的当前数量成反比：和

使用所述非均匀的概率分布来产生一系列的离散值，并随机指定所述离散值中的一个作为所述网络访问中间设备的所述退让时间间隔。

9、如权利要求8所述的用于为所述网络访问中间设备确定一个退让时间间隔的方法，其特征在于，所述网络媒体为无线射频网络媒体，且所述方法包括确定当前正在竞争访问所述无线射频网络媒体的所述客户端设备的当前数量。

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