CN100596086C - 无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无线局域网通信技术领域的无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，包括如下步骤：步骤一，当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，基站做出响应，用户根据基站回复的指示进行下一步操作；步骤二，基站判断用户请求类型；步骤三，如果是一个新用户请求加入网络，基站根据目前网络冲突概率对网络进行调整；步骤四，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整；步骤五，基站将步骤三和步骤四的调整结果反馈给网络中的各个节点。本发明在各种不同的情景下，可以使网络多容纳50%-100%的用户数，并且在相同的网络用户数下，可以使通话延迟降低50%。

Description

无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的方法，特别是一种无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法。

背景技术

近年来网络电话因为其部署简单，通话价格低廉而被越来越广泛应用。随着电子设备成本的逐渐下降，基于电气电子工程师协会802.11协议标准的无线局域网络被广泛的应用于教室、机场、办公室内。然而传统的电气电子工程师协会802.11使用的是基于冲突竞争机制的媒体介入控制技术(MAC)，即分布式协调技术(DCF)。虽然说分布式协调技术可以很好的支持尽力传输业务(Best EffortTraffic)，但是它会带来巨大的传输时延和时延抖动。因此它不适合对服务质量要求严格的实时语音传输。

经对现有技术文献的检索发现，A.Veres等在《IEEE Journal on SelectAreas Communication vol.19，no.10，pp.2081-2093，Oct.2001》(电气电子工程师协会通信领域期刊，2001年10月出版，第19卷，第10期，第2081-2093页)上发表的“Supporting service differentiation in wireless packetnetworks using distributed control”(应用分布式控制实现无线网络对不同服务的支持)，该文中提出一种基于不同服务等级的媒体接入控制方法，具体方法为将不同的业务分为不同的级别，按照级别高低接入网络传输，其不足在于实现复杂，与现有的无线网络设备应用的协议不符合，因此不能被广泛的应用的现有的无线网络中。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，使其在网络冲突概率Pc(局域网中两个节点在同一时隙发送的概率)增大的情况下增加传输间隔，在网络冲突概率减小的情况下减小传输间隔，从而使网络始终处在非饱和状态，并且信道利用率最大，使其实现当一个新用户加入不影响已存在用户的通话质量时，允许该用户加入网络，当一个新用户加入降低已存在用户的通话质量时，禁止此用户进入网络。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一，当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，基站做出响应，用户根据基站回复的指示进行下一步操作；

所述步骤一，具体如下：

①新用户在加入网络和老用户离开网络时，主动向基站发出请求；

②基站如正确收到请求，则回复用户确认信息，否则不回复；

③用户如果收到基站的回复确认信息后，新用户等待基站调整结果，老用户自动离开网络，否则继续向基站发送请求。

步骤二，基站分析用户发送的请求包的内容，判断该用户是请求加入网络的新用户还是准备离开网络的老用户；

步骤三，如果是一个新用户请求加入网络，基站根据目前网络冲突概率对网络进行调整；

所述基站根据网络冲突概率对网络进行调整，具体如下：

①计算网络冲突概率以及网络临界饱和时的冲突概率；

所述计算网络冲突概率，具体为：

若网络中有n个用户正在通话，每个用户在任意一个时隙内的传输概率为τ，则有

$\left\{\begin{array}{c}{p}_i={(1-\mathrm{\τ})}^n\\ p_s=\mathrm{n\τ}{(1-\mathrm{\τ})}^{n-1}\\ p_c=1-p_i-p_s\end{array}\right.$ 式一

其中：p_i为网络空闲的概率，p_s为网络成功传输的概率，p_c为网络冲突概率；

根据802.11网络的基于冲突避免的媒体接入控制，基站得到网络的繁忙概率p_b，而p_b＝1-p_i，根据网络中现有用户数n，可以得到网络的冲突概率p_c以及每个用户在任意一个时隙内的传输概率τ，

$\left\{\begin{array}{c}{p}_c=1-(1-p_b)-\mathrm{n\τ}\frac{1-p_b}{1-\mathrm{\τ}}\\ \mathrm{\τ}=1-\sqrt[n]{1-p_b}\end{array}\right.$ 式二

其中：p_c为网络冲突概率、p_b为网络繁忙概率、n为现有用户数、τ为每个用户在任意一个时隙内的传输概率。

②如果网络冲突概率小于网络临界饱和时的冲突概率，则允许这个用户接入网络；

③如果网络冲突概率大于网络临界饱和时的冲突概率p′_c，并且网络用户的传输间隔大于或等于50毫秒，则拒绝这个用户加入到网络中；

④如果网络冲突概率大于网络临界饱和时的冲突概率p′_c，并且网络用户的传输间隔小于50毫秒，则网络中所有用户的传输间隔增大5-15毫秒，并允许新用户加入到网络中。

步骤四，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整；

所述基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①将网络中所有老用户的传输间隔减小5-15毫秒；

②计算网络的冲突概率，计算方法同步骤三中的第三步；

③如果网络的冲突概率大于网络临界饱和时的冲突概率p_c，则令网络中所有老用户的传输间隔增大5-15毫秒。

步骤五，基站将步骤三和步骤四的调整结果反馈给网络中的各个节点。

所述步骤五，具体如下：

①基站将允许或拒绝的命令发送给请求加入网络的新用户；

②如果允许加入，新用户开始与基站建立连接；

③如果不允许加入，新用户不再往基站发送请求，申请接入到其他基站中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提出了一种基于的电气电子工程师协会802.11无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，此控制方法不需要改动现有的电气电子工程师协会802.11协议标准，并且采用分布式的方法快速计算网络冲突概率。应用这种算法，在各种不同的情景下，可以使网络多容纳50％-100％的用户数，并且在相同的网络用户数下，可以使通话延迟降低50％。

附图说明

图1为本发明基于网络冲突概率新用户加入网络工作流程图；

图2为本发明基于网络冲突概率老用户离开网络工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例基于电气电子工程师协会802.11网络的数据速率是2Mbps，基本速率为2Mbps，最小命令窗口大小为32，最大命令窗口的值为1024，网络的最小时隙为20微秒，DIFS为20微秒，SIFS为10微秒，EIFS为364微秒，ACK为248微秒语音数据长度为80字节每帧，当传输间隔为20毫秒时，每个数据包长为160字节。

本实施例包括如下具体步骤：

步骤一，当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，具体如下：

①新用户在加入网络和老用户离开网络时，主动向基站发出请求；

②基站如正确收到请求，则回复用户确认信息，否则不回复；

③用户如果收到基站的回复确认信息后，新用户等待基站调整结果，老用户自动离开网络，否则继续向基站发送请求。

步骤二，基站通过分析用户发送的请求包的内容，判断该用户是请求加入网络的新用户还是准备离开网络的老用户。

步骤三，如图1所示，如果是一个新用户请求加入网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①计算网络的冲突概率，具体为：

每个用户在任意一个时隙内的传输概率为τ，则有：

$\left\{\begin{array}{c}{p}_i={(1-\mathrm{\τ})}^n\\ p_s=\mathrm{n\τ}{(1-\mathrm{\τ})}^{n-1}\\ p_c=1-p_i-p_s\end{array}\right.$ 式一

其中：p_i为网络空闲的概率，p_s为网络成功传输的概率，p_c为网络冲突概率；

根据802.11网络的基于冲突避免的媒体接入控制，基站得到网络的繁忙概率p_b，而p_b＝1-p_i，可以得到网络的冲突概率p_c以及每个用户在任意一个时隙内的传输概率τ，

$\left\{\begin{array}{c}{p}_c=1-(1-p_b)-\mathrm{n\τ}\frac{1-p_b}{1-\mathrm{\τ}}\\ \mathrm{\τ}=1-\sqrt[n]{1-p_b}\end{array}\right.$ 式二

其中：p_c为网络冲突概率、p_b为网络繁忙概率、n为现有用户数、τ为每个用户在任意一个时隙内的传输概率。

所述计算网络临界饱和时的冲突概率，具体为：定义B_avg为系统平均带宽2Mbps，T_s为一次成功传输所用的平均时间，T_c为一次传输冲突所浪费的平均时间，T_i为系统一次空闲时隙，得到系统最大支持的用户数为：

$N=\frac{p_s{T}_p}{p_s{T}_s{+p}_c{T}_c+p_i{T}_i}\×\frac{B_{\mathrm{avg}}/0.9}{R_{\mathrm{codec}}\×2}$ 式三

其中p_i为网络空闲的概率，p_s为网络成功传输的概率，p_c为网络冲突概率，R_codec为语音编码速率，T_p为传送一个数据包的时间，T_p＝帧长度×每个数据包的帧的数目/R_data，其中R_data为网络中数据传输速率2Mbps，所以T_p＝80μs，T_s，T_c，T_i由系统参数确定如下：

T_S＝DIFS+DATA+SIFS+ACK

T_c＝DATA+EIFS    式四

T_i＝SlotTime

其中DATA是传输数据包(包括网络协议头和媒体接入控制头)的时间为464微秒，DIFS、SIFS、ACK、EIFS均为802.11网络协议确定参数，计算得：T_S＝50+464+10+248＝772μs，T_c＝464+364＝828μs，T_i＝20μs，

其中，τ为每个用户在任意一个时隙内的传输概率，p为条件冲突概率，W为最小命令窗口，W＝32，最大命令窗口为1024，2^mW＝1024，因此m＝5。

联立式一、三、四并令N＝n(此时网络到达临界饱和状态)，可以求得网络临界饱和时的冲突概率p′_c＝0.0953，局域网最多支持语音通话数N＝10。

②如果冲突概率小于0.0953，则允许这个用户接入网络；

③如果冲突概率大于0.0953，并且网络用户的传输间隔大于或等于50毫秒，则拒绝这个用户加入到网络中；

④如果冲突概率大于0.0953，并且网络用户的传输间隔小于50毫秒，则网络中所有用户的传输间隔增大5毫秒，并允许新用户加入到网络中。

步骤四，如图2所示，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①网络中所有用户的传输间隔减小5毫秒；

②计算网络的冲突概率；

③如果网络的冲突概率大于0.0953，则令网络中所有用户的传输间隔增大5毫秒。

步骤五，基站将最终调整结果反馈给网络中的各个节点，具体如下：

①基站将允许或拒绝的命令发送给请求加入网络的新用户；

②第二步，如果允许加入，新用户开始与基站建立连接；

③如果不允许加入，新用户不再往基站发送请求，申请接入到其他基站中。

本实施例可以使网络多容纳50％-80％的用户数，并且在相同的网络用户数下，可以使通话延迟降低60％。

实施例2

本实施例基于电气电子工程师协会802.11网络的数据速率是2Mbps，基本速率为2Mbps，最小命令窗口大小为64，最大命令窗口的值为1024，网络的最小时隙为20微秒，语音数据长度为80字节每帧，当传输间隔为20毫秒时，每个数据包长为160字节。在上述网络参数下，局域网最多支持11个语音通话。

本实施例包括如下具体步骤：

步骤一、当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，具体如下：

①用户在加入网络或离开网络时，主动向基站发出请求；

②基站如正确收到请求，则回复用户确认信息，否则不回复；

③用户如果收到基站的回复确认信息后，新用户等待基站调整结果，老用户自动离开网络，否则继续向基站发送请求；

步骤二，基站通过分析用户发送的请求包的内容，判断该用户是请求加入网络的新用户还是准备离开网络的老用户。

步骤三，如图1所示，如果是一个新用户请求加入网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①计算网络的冲突概率以及网络临界饱和时的冲突概率，计算方法同时实施例1，根据式一、三、四，求得网络临界饱和时的冲突概率p′_c＝0.0571；

②如果冲突概率小于0.0571，则允许这个用户接入网络；

③如果冲突概率大于0.0571，并且网络用户的传输间隔大于或等于50毫秒，则拒绝这个用户加入到网络中；

④如果冲突概率大于0.0571，并且网络用户的传输间隔小于50毫秒，则网络中所有用户的传输间隔增大10毫秒，并允许新用户加入到网络中。

步骤四，如图2所示，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①网络中所有用户的传输间隔减小10毫秒；

②计算网络的冲突概率；

③如果网络的冲突概率大于0.0571，则令网络中所有用户的传输间隔增大10毫秒。

步骤五，基站将最终调整结果反馈给网络中的各个节点，具体如下：

①基站将允许或拒绝的命令发送给请求加入网络的新用户；

②如果允许加入，新用户开始与基站建立连接；

③如果不允许加入，新用户不再往基站发送请求，申请接入到其他基站中。

本实施例可以使网络多容纳60％-90％的用户数，并且在相同的网络用户数下，可以使通话延迟降低50％。

实施例3

本实施例基于电气电子工程师协会802.11网络的数据速率是11Mbps，基本速率为11Mbps，最小命令窗口大小为31，最大命令窗口的值为1024，网络的最小时隙为20微秒，语音数据长度为80字节每帧，当传输间隔为20毫秒时，每个数据包长为160字节。在上述网络参数下，局域网最多支持14个语音通话。

本实施例包括如下具体步骤：

步骤一，当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，具体如下：

①用户在加入网络或离开网络时，主动向基站发出请求；

②基站如正确收到请求，则回复用户确认信息，否则不回复；

③用户如果收到基站的回复确认信息后，新用户等待基站调整结果，老用户自动离开网络，否则继续向基站发送请求；

步骤二，基站通过分析用户发送的请求包的内容，判断该用户是请求加入网络的新用户还是准备离开网络的老用户。

步骤三，如图1所示，如果是一个新用户请求加入网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①计算网络的冲突概率以及网络临界饱和时的冲突概率，计算方法同实施例1，根据式一、二、三，求得网络临界饱和时的冲突概率p′_c＝0.1196；

②如果冲突概率小于0.1196，则允许这个用户接入网络；

③如果冲突概率大于0.1196，并且网络用户的传输间隔大于或等于50毫秒，则拒绝这个用户加入到网络中；

④如果冲突概率大于0.1196，并且网络用户的传输间隔小于50毫秒，则网络中所有用户的传输间隔增大15毫秒，并允许新用户加入到网络中。

步骤四，如图2所示，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体如下：

①网络中所有用户的传输间隔减小15毫秒；

②计算网络的冲突概率；

③如果网络的冲突概率大于0.1196，则令网络中所有用户的传输间隔增大15毫秒。

步骤五，基站将最终调整结果反馈给网络中的各个节点，具体如下：

①基站将允许或拒绝的命令发送给请求加入网络的新用户；

②如果允许加入，新用户开始与基站建立连接；

③如果不允许加入，新用户不再往基站发送请求，申请接入到其他基站中。

本实施例可以使网络多容纳70％-100％的用户数，并且在相同的网络用户数下，可以使通话延迟降低40％。

Claims (4)

1、一种无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，当网络中有新用户加入或者老用户通话结束离开时，向基站发送加入或离开请求，基站做出响应，用户根据基站回复的指示进行下一步操作；

步骤二，基站分析用户发送的请求包的内容，判断该用户是请求加入网络的新用户还是准备离开网络的老用户；

步骤三，如果是一个新用户请求加入网络，基站计算网络冲突概率并对网络进行调整，具体步骤包括：

3.1)计算网络的冲突概率以及网络临界饱和时的冲突概率；

3.2)如果网络的冲突概率小于网络临界饱和时的冲突概率，则允许这个用户接入网络；

3.3)如果网络的冲突概率大于网络临界饱和时的冲突概率，并且网络用户的传输间隔大于或等于50毫秒，则拒绝这个用户加入到网络中；

3.4)如果网络冲突概率大于网络临界饱和时的冲突概率，并且网络用户的传输间隔小于50毫秒，则网络中所有用户的传输间隔增大5毫秒-15毫秒，并允许新用户加入到网络中；

步骤四，如果是一个老用户请求离开网络，基站根据网络状况对网络进行调整，具体步骤包括：

4.1)将网络中所有老用户的传输间隔减小5毫秒-15毫秒；

4.2)计算网络的冲突概率；

4.3)如果网络的冲突概率大于0.1，则令网络中所有老用户的传输间隔增大5-15毫秒；

步骤五，基站将步骤三和步骤四的调整结果反馈给网络中的各个节点。

2、根据权利要求1所述的无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，其特征是，所述步骤一，具体为：

①新用户在加入网络和老用户离开网络时，主动向基站发出请求；

②基站如正确收到请求，则回复用户确认信息，否则不回复；

③用户如果收到基站的回复确认信息后，新用户等待基站调整结果，老用户自动离开网络，否则继续向基站发送请求。

3、根据权利要求1所述的无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，其特征是，所述计算网络的冲突概率，具体为：

若网络中有n个用户正在通话，每个用户在任意一个时隙内的传输概率为τ，则有

$\left\{\begin{array}{c}{p}_i={(1-\mathrm{\τ})}^n\\ p_s=\mathrm{n\τ}{(1-\mathrm{\τ})}^{n-1}\\ p_c=1-p_i-p_s\end{array}\right.$

其中：p_i为网络空闲的概率，p_s为网络成功传输的概率，p_c为网络冲突概率；

根据802.11网络的基于冲突避免的媒体接入控制，基站得到网络的繁忙概率p_b，而p_b＝1-p_i，根据网络中现有用户数n，得到网络的冲突概率p_c以及每个用户在任意一个时隙内的传输概率τ，

$\left\{\begin{array}{c}{p}_c=1-(1-p_b)-\mathrm{n\τ}\frac{1-p_b}{1-\mathrm{\τ}}\\ \mathrm{\τ}=1-\sqrt[n]{1-p_b}\end{array}\right.$

其中：p_c为网络冲突概率、p_b为网络繁忙概率、n为现有用户数、τ为每个用户在任意一个时隙内的传输概率。

4、根据权利要求1所述的无线语音传输局域网的自适应传输间隔接入控制方法，其特征是，所述步骤五，具体如下：

①基站将允许或拒绝的命令发送给请求加入网络的新用户；

②如果允许加入，新用户开始与基站建立连接；

③如果不允许加入，新用户不再往基站发送请求，申请接入到其他基站中。

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