CN101299687B - 一种无线局域网可用带宽测量的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线局域网可用带宽测量的方法和系统，所述方法包括：步骤1，探测模块在检测周期内监听接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，并估计用于竞争信道的时长；步骤2，依据所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长计算所述检测周期的周期内占用带宽；步骤3，判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，执行步骤4，否则，执行步骤1；步骤4，依据最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽获得可用带宽。从而，在无需改变现有无线局域网设备的情况下，能够监测可用带宽。

Description

一种无线局域网可用带宽测量的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线局域网领域，尤其涉及一种无线局域网可用带宽测量的方法及系统。

背景技术

IEEE 802.11协议的无线局域网使用共享信道模式，关联在同一接入点(AP)的所有移动终端共同分享无线局域网的总带宽。

在IEEE 802.11中，DCF(Distributed Coordination Function，分布协调功能)通信模式是无线局域网中采用的一种媒体接入控制的方法，其中包括虚拟载波监听机制。虚拟载波监听机制是利用NAV(网络分配矢量)来实现虚拟的载波监听，以避免无线链路上的冲突。其中，NAV表示当前信道的可能占用时间，移动终端根据在信道上监听到的MAC(媒体接入控制)帧中时长字段(Duration/ID)，更新自身记录的NAV值，从而获知无线网络的未来空闲时刻。一个采用RTS/CTS(发送请求/允许发送)机制的分段数据传输的NAV设置如图1所示。站点1向站点2发送数据，图1中DIFS(帧间隔时隙)和SIFS(短帧时隙)为IEEE 802.11中规定的间隔时隙，数据分片1为站点1发送的第一个分段数据帧，ACK1为站点2接收到数据分片1后回复的确认帧，数据分片2为站点1发送的第二个分段数据帧，ACK2为站点2接收到数据分片2后回复的确认帧。图1中的竞争窗口为DCF通信模式下，在信道空闲DIFS时长后，用于竞争信道的窗口。

通用的802.11无线网卡有三种工作模式：管理模式(Infrastructurenetworks)、Ad-hoc模式(Independent networks)和监听模式(monitor)。无线局域网一般使用管理模式的网络结构，移动终端的无线网卡工作在管理模式下，通过接入点进行数据包的收发。在这种模式下，非当前接入点的数据帧不会上传到移动终端的无线网卡驱动中。在监听模式下的无线网卡能接收当前信道上的所有数据帧，但不能发送任何数据帧。

在无线局域网中，单个移动终端享用的网络服务质量会随所在网络数据流量的增多而下降，因而无线局域网可用带宽的测量和获取尤为重要。无线网络管理需要获知各局域网的可用带宽。以高服务质量为目标的移动切换和业务流分级处理也需要获知无线局域网的可用带宽。比如，不知道网络带宽的移动终端切向信号最强的接入点后，可能会因接入点的负载过重而无法享受到优质的网络服务。又如，以音视频即时通信为代表的实时业务和文件传输、E-MAIL等传统业务对带宽的要求迥然不同，获知了网络可用带宽的移动终端能够通过业务流分级处理实现对网络资源的合理调配。

现有技术中测量无线局域网可用带宽的一种方法为，在接入点上进行当前无线网络可用带宽的计算，并将结果通过信标(beacon)告知当前无线网络中的所有移动终端，Cheng Wei Lee，Li Ming Chen，Meng Chang Chen andYeali Sunny Sun，“A Framework of Handoffs in Wireless Overlay NetworksBased on Mobile IPv6”，IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，vol.23，issue 11，pp.2118-2128，Nov.2005。该方法需要依赖IEEE 802.11e中所定义的QBSS(QoS Basic Service Set，服务质量基本服务集)结构，而且只能统计当前接入点的流量，无法计算相同或相邻信道上周围接入点的流量对当前网络的影响。文中给出了WLAN剩余带宽的计算公式

residual_bandwidth＝throughput×(1-α×channel_Utilization)×(1-Frame_Loss_Rate)

其中，throughput为无线局域网内移动终端所共享的实际吞吐量，channel Utilization为AP感知的无线媒体忙的时间与总时间的比率，Frame Loss Rate为丢帧率，α反映802.11的MAC开销，为1.25。

现有技术中测量无线局域网可用带宽的另一种方法为，在移动终端上修改无线网卡的链路层，利用802.11中的网络分配矢量(NAV)，推算所在网络的可用带宽，Chuanxiong Guo，Zihua Guo，Qian Zhang and Wenwu Zhu，“ASeamless and Proactive End-to-End Mobility Solution for Roaming AcrossHeterogeneous Wireless Networks”，IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，vol.22，issue 5，pp.834-848，Jun.2004和Chen Chen，Changxing Pei，Liunai An，“Available Bandwidth Estimation inIEEE802.11b Network Based on Non-Intrusive Measurement”，SeventhInternational Conference on Parallel and Distributed Computing，Applications and Technologies，pp.229-233，Dec.2006。但是，该方法需要移动终端长时间监听无线信道，会影响移动终端通过无线局域网接口与外界的通信。而且，这两篇文献中所提的测量方法过于理想化，还处于仿真实验阶段，与实际应用之间存在一定差距。

第一篇文献假设在竞争信道上各时间槽空闲的概率相等，并在此基础上进行推导，提出可用带宽计算公式

$\mathrm{BW}=B_0-L\frac{\mathrm{NAV}}{T_s+\frac{T_c(N-1)}{2}}$

其中，B₀为系统总带宽，L为平均帧长，NAV为测量时间内网络分配矢量所占用的时长，Ts为被成功传送的帧的传送时长，Tc为发生冲突的时长，N为无线局域网中平均尝试发送帧的节点个数。此方法不仅计算量大，而且有些参数不易获得，比如：冲突时长、节点个数。

第二篇文献认为某移动终端的可用带宽可以计算为

${\mathrm{AB}}_{S_i}=\frac{\mathrm{\Δ}-\underset{j}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{NAV}}_j+\mathrm{DIFS})-{\mathrm{Backoff}}_{S_i}}{\mathrm{\Δ}}\×C$

其中，Δ为测量时间，NAV_j为第j个网络节点所发帧中时长字段的时长总和，DIFS为DCF模式下的帧间隔时隙，C为链路容量，Backoff_Si为该移动终端的退避计数器的值。但是，该方法只是简单地把网络节点所发帧中时长字段的时长总和作为NAV占用信道的时间，这种计算方法存在大量的重复叠加，会过高地估计无线信道的占用率。此外，文中没有给出Backoff_Si的具体涵义和计算方法，且只考虑了本节点退避，不符合802.11共享信道的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种无线局域网可用带宽测量的方法及系统，使得不需要对现有接入点进行改动便可实现对无线局域网可用带宽的测量。

本发明公开了一种无线局域网可用带宽测量的方法，包括：

步骤1，探测模块在检测周期内监听接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，并估计用于竞争信道的时长；

步骤2，依据所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长计算所述检测周期的周期内占用带宽；

步骤3，判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，执行步骤4，否则，执行步骤1；

步骤4，依据最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽获得可用带宽。

所述步骤2进一步包括，将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为所述检测周期的周期内占用带宽；

所述步骤4进一步包括，取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和所述上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为所述可用带宽。

所述步骤1中估计在检测周期内用于竞争信道的时长的过程进一步包括：

步骤31，记录所述检测周期内竞争信道成功的数据帧的个数；

步骤32，估计用于竞争信道的平均退避时长；

步骤33，将所述平均退避时长、帧间隔时隙和发送请求帧传送时长的和同所述竞争信道成功的数据帧的个数相乘，所得值作为所述在检测周期内用于竞争信道的时长。

所述步骤1前还包括，

步骤41，设置用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量的网络分配矢量变量，将所述网络分配矢量变量初始化为0；

所述步骤1进一步包括：

步骤42，设置用于记录所述检测周期内的帧传送时长的时长变量，和用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数的数据帧数量变量，将所述时长变量和数据帧数量变量初始化为0；

步骤43，在监听到帧时，判断所述网络分配矢量变量的值是否大于本次同上次监听到帧的时间间隔；

步骤44，如果大于，则将所述网络分配矢量变量的值更新为所述网络分配矢量变量的值与所述时间间隔的差值，否则，更新所述网络分配矢量变量的值为0，并将所述数据帧数量变量的值加一；

步骤45，将所述时长字段记录的时长减去所述网络分配矢量变量的值得差值，将所述时长变量的值加所述差值，并更新所述网络分配矢量变量的值为所述时长字段记录的时长；

步骤46，判断监听时长是否到达所述检测周期，如果是，则所述时长变量的值为所述帧传送时长，所述数据帧数量变量的值为所述竞争信道成功的数据帧的个数，否则，执行步骤43。

所述方法还包括：

步骤51，移动终端通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息，以获得可用带宽；

步骤52，所述探测模块接收到所述邻居请求消息后，向所述移动终端回复包含带宽响应选项的邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值；

步骤53，所述移动终端接收所述邻居通告消息。

所述邻居请求消息包含带宽请求选项，所述带宽请求选项中包含所述移动终端请求带宽的接入点的媒体接入控制地址，所述邻居通告消息的带宽响应选项中还包含确认标志位，

所述步骤52还包括，

步骤61，所述探测模块判断所述带宽请求选项中媒体接入控制地址是否为所述探测模块监听的接入点的媒体接入控制地址，如果是，则置位所述确认标志位为1，否则，置位所述确认标志位为0；

所述步骤53还包括，

步骤62，所述移动终端接收到所述邻居通告消息后，检查所述确认标志位是否为1，如果是，则解析所述带宽响应选项，获得所述可用带宽的值，否则，丢弃所述邻居通告消息。

本发明还公开了一种无线局域网可用带宽测量的系统，包括接入点和移动终端，所述系统还包括探测模块，所述探测模块包括：监听模块、计算模块、判断模块和带宽模块，

所述监听模块，用于在检测周期内监听所述接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，并估计用于竞争信道的时长；

所述计算模块，用于依据所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长计算所述检测周期的周期内占用带宽；

所述判断模块，用于判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，运行所述带宽模块计算可用带宽，否则，运行所述监听模块和计算模块进行监听和计算；

所述带宽模块，用于依据最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽获得测量的可用带宽。

所述计算模块进一步用于将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为所述检测周期的周期内占用带宽；

所述带宽模块进一步用于取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和所述上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为测量的可用带宽。

所述监听模块进一步用于记录所述检测周期内竞争信道成功的数据帧的个数，估计用于竞争信道的平均退避时长，将所述平均退避时长、帧间隔时隙和发送请求帧传送时长的和同所述竞争信道成功的数据帧的个数相乘，所得值作为所述在检测周期内用于竞争信道的时长。

所述监听模块进一步包括：

初始化模块，用于设置用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量的网络分配矢量变量，用于记录所述检测周期内的帧传送时长的时长变量，和用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数的数据帧数量变量，并在所述初始化模块第一次被运行时，将所述网络分配矢量变量初始化为0，在所述初始化模块每次被运行时，将时长变量和数据帧数量变量初始化为0；

间隔判断模块，用于在监听到帧时，判断所述网络分配矢量变量的值是否大于本次同上次监听到帧的时间间隔，如果大于，则将所述网络分配矢量变量的值更新为所述网络分配矢量变量的值与所述时间间隔的差值，否则，更新所述网络分配矢量变量的值为0，并将所述数据帧数量变量的值加一；

时长更新模块，用于将所述时长字段记录的时长减去所述网络分配矢量变量的值得差值，将所述时长变量的值加所述差值，并更新所述网络分配矢量变量的值为所述时长字段记录的时长；

检测确定模块，用于判断监听时长是否到达所述检测周期，如果到达，所述时长变量的值为所述帧传送时长，所述数据帧数量变量的值为所述竞争信道成功的数据帧的个数，如果未到达，运行所述间隔判断模块和时长更新模块继续进行监听和记录。

所述移动终端，用于在通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息，并接收所述探测模块回复的邻居通告消息；

所述探测模块还用于，在接收到所述邻居请求消息后，向所述移动终端回复包含带宽响应选项的所述邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值。

所述邻居请求消息包含带宽请求选项，所述带宽请求选项中包含所述移动终端请求带宽的接入点的媒体接入控制地址，所述邻居通告消息的带宽响应选项中还包含确认标志位；

所述探测模块还用于，判断所述带宽请求选项中媒体接入控制地址是否为所述探测模块监听的接入点的媒体接入控制地址，如果是，则置位所述确认标志位为1，否则，置位所述确认标志位为0；

所述移动终端还用于，在接收到所述邻居通告消息后，检查所述确认标志位是否为1，如果是，则解析所述带宽响应选项，获得所述可用带宽的值，否则，丢弃所述邻居通告消息。

本发明的有益效果在于，不需要对现有的通用网络设施进行改动便可测量无线局域网的可用带宽，并且不增加无线局域网的网络负载，可用带宽的测量不仅考虑了被监听接入点的流量，而且还涉及了相同或相邻信道上周边接入点流量对被监听接入点可用带宽的影响；移动终端在获取无线局域网可用带宽时，正常通信不受影响，而且移动终端在短时间内即可获得无线局域网的可用带宽。

附图说明

图1是DCF通信模式下采用RTS/CTS机制的分段数据帧传送的NAV设置的示意图；

图2是本发明的测量可用带宽方法的流程图；

图3是本发明的获得可用带宽方法的流程图；

图4是本发明的系统结构图；

图5是获得检测周期内帧传送时长和数据帧数量方法的流程图；

图6是移动终端获得带宽值的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明的测量无线局域网可用带宽方法的流程图如图2所示。

步骤S201，探测模块在检测周期内监听接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，并估计用于竞争信道的时长，其中，所述帧传送时长为在检测周期内用于帧传送的累积总共时长；

步骤S202，将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为所述检测周期的周期内占用带宽；

步骤S203，判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，执行步骤S204，否则，执行步骤S201；

步骤S204，取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为测量的可用带宽，执行步骤S201。

设时间平滑窗口大小为N，如果已监听的检测周期的数量等于N，则取已监听的N个检测周期的周期内占用带宽的平均值；如果已监听的检测周期的数量大于N，则取距离当前时刻最近的N个检测周期的周期内占用带宽的平均值。

本发明的获得可用带宽方法的流程如图3所示。

步骤S301，移动终端通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息；

步骤S302，所述探测模块接收所述邻居请求消息，向所述移动终端回复包含带宽响应选项的邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值；

步骤S303，所述移动终端接收所述邻居通告消息。

本发明的系统结构如图4所示，包括接入点、探测模块和移动终端。探测模块402监测接入点401所在信道，探测模块405监测接入点404所在信道。探测模块可以和接入点通过有线网络连接，如探测模块402与接入点401，也可以和接入点通过无线网络连接，如探测模块405与接入点404。移动终端403通过无线局域网进行通信，移动终端403同接入点401或接入点404或无线局域网中的其他接入点关联。如果接入点401和接入点404在同一个信道上且有基本相同的覆盖区域，那么探测模块402和探测模块405可以合并为一个探测模块。

探测模块包括：

监听模块，用于在检测周期内监听所述接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，并估计用于竞争信道的时长；

计算模块，用于将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为所述检测周期的周期内占用带宽；

判断模块，用于判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，使用带宽模块计算可用带宽，否则，运行监听模块和计算模块进行监听和计算；    

带宽模块，用于取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为测量的可用带宽。

监听模块进一步用于记录所述检测周期内竞争信道成功的数据帧的个数，估计用于竞争信道的平均退避时长，将所述平均退避时长、帧间隔时隙和发送请求帧传送时长的和同所述竞争信道成功的数据帧的个数相乘，所得值作为所述在检测周期内用于竞争信道的时长。

监听模块进一步包括：

初始化模块，用于设置用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量的网络分配矢量变量，用于记录所述检测周期内的帧传送时长的时长变量，和用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数的数据帧数量变量，并在所述初始化模块第一次被运行时，将所述网络分配矢量变量初始化为0，在所述初始化模块每次被运行时，将时长变量和数据帧数量变量初始化为0；

间隔判断模块，用于在监听到帧时，判断所述网络分配矢量变量的值是否大于本次同上次监听到帧的时间间隔，如果大于，则将所述网络分配矢量变量的值更新为所述网络分配矢量变量的值与所述时间间隔的差值，否则，更新所述网络分配矢量变量的值为0，并将所述数据帧数量变量的值加一；

时长更新模块，用于将所述时长字段记录的时长减去所述网络分配矢量变量的值得差值，将所述时长变量的值加所述差值，并更新所述网络分配矢量变量值为所述时长字段记录的时长；

检测确定模块，判断监听时长是否到达所述检测周期，如果到达，所述时长变量的值为所述帧传送时长，所述数据帧数量变量的值为所述竞争信道成功的数据帧的个数，如果未到达，运行所述间隔判断模块和时长更新模块进行监听和记录。

移动终端403，用于在通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息，并接收探测模块回复的邻居通告消息，以获得可用带宽的值。

探测模块，还用于接收所述邻居请求消息，向所述移动终端403回复包含带宽响应选项的邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值。

所述邻居请求消息包含带宽请求选项，所述带宽请求选项中包含所述移动终端请求带宽的接入点的媒体接入控制地址，所请求带宽的接入点可以为移动终端所关联的接入点或其他的接入点。如果所述移动终端请求带宽的接入点为多个，则可以在一个邻居请求消息中包含多个带宽请求选项。所述邻居通告消息的带宽响应选项中还包含确认标志位；

探测模块还用于判断所述带宽请求选项中媒体接入控制地址是否为所述探测模块监听的接入点的媒体接入控制地址，如果是，则置位所述带宽响应选项中的确认标志位为1，否则，置位所述带宽响应选项中的确认标志位为0；

移动终端403还用于在接收到所述邻居通告消息后，检查所述确认标志位是否为1，如果是，则解析所述带宽响应选项，获得所述可用带宽的值，否则，丢弃所述邻居通告消息。

探测模块402和探测模块405均可以为具有处于监听模式下的无线网卡的任何计算机，并且该计算机通过有线网卡或另一个无线网卡与接入点进行连接。处于监听模式下的两块无线网卡分别负责监听接入点401和接入点404所在的信道，将监听到的所有帧传给各自的无线网卡驱动，所述帧包括无线局域网中接入点的数据帧、控制帧和管理帧，该接入点包括被监听的接入点和邻近可接收到其发送帧的接入点。

无线网卡驱动模拟虚拟载波监听机制，并获得每个检测周期的周期内占用带宽的方法流程如图5所示。

在本实施例中检测周期为1秒。

变量NAV(网络分配矢量变量)，用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量，单位为微妙；

变量data_num(数据帧数量变量)，用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数；

变量NAVsum(时长变量)，用于记录所述检测周期内的帧传送时长，单位为微妙。

时间间隔，为探测模块402本次同上次监听到帧的时间间隔，该帧可以为数据帧、控制帧或管理帧。

步骤S501，将变量NAV初始化为0；

步骤S502，将变量data_num和NAVsum初始化为0；

步骤S503，探测模块监听接入点所在信道上的帧，监听到帧后读取帧中时长字段，获得信道未来被占据的时长Duration；

步骤S504，判断变量NAV的值是否大于时间间隔，如果大于，执行步骤S505，否则，执行步骤S506；

步骤S505，将变量NAV的值更新为变量NAV的当前值减去时间间隔的差值，执行步骤S507；

步骤S506，更新变量NAV的值为0，并将变量data_num的值加1，执行步骤S507；

步骤S507，将Duration减去NAV变量的值得差值，将NAVsum变量的值加该差值，并更新变量NAV的值为Duration；

步骤S508，判断监听的时间是否到达1秒，如果到达，则执行步骤S509，否则，执行步骤S503；

步骤S509，根据公式

$\mathrm{bandwidth}\left(t\right)=\frac{\mathrm{NAVsum}\left(t\right)+(\mathrm{DIFS}+\mathrm{AverageBackoffTime}+\mathrm{RTS})\×\mathrm{data}\_\mathrm{num}\left(t\right)}{1000000}\×\mathrm{OverallBandwidth}$

计算周期内占用带宽，其中，bandwidth(t)为检测周期的周期内占用带宽；DIFS为802.11协议规定的帧间隔时隙；AverageBackofftime为平均退避时长；RTS为RTS帧的传送时长，OverallBandwidth为根据协议开销估算的最大持续吞吐量。计算完周期内占用带宽后，执行步骤S502。

按如下公式计算平均退避时长，

AverageBackoffTime＝SlotTime×2^(1-α)×log ₂ ^{MinCwin+α×log} ₂ ^MaxCwin其中， $0\≤\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{NAVsum}\left(t\right)+(\mathrm{DIFS}+\mathrm{SlotTime}\×\mathrm{MinCwin}+\mathrm{RTS})\×\mathrm{data}\_\mathrm{num}\left(t\right)}{1000000}\≤1$

SlotTime为时隙时长，MinCwin为最小竞争窗口大小，MaxCwin为最大竞争窗口大小，该三个参数的取值根据应用的无线局域网协议进行设置，本实施例中设置的值如表1所示。

WLAN协议	SIFS	SlotTime	MinCwin	MaxCwin
					802.11a	9μs	9μs	15	1023
802.11b	10μs	20μs	31	1023
					802.11g，无802.11b终端	10μs	9μs	15	1023
802.11g，有802.11b终端	10μs	20μs	31	1023

表1

DIFS＝SIFS+2×SlotTime

RTS帧长为20字节。IEEE 802.11协议定义，基本速率集是基本服务集(BSS)中所有终端都能从无线媒体上接收帧的数据速率集合，所有控制帧(包括RTS帧)及广播、多播帧都应以基本速率发送。实际中，基本速率为协议规定的最小数据速率。加上物理层开销，RTS帧的传送时长如表2所示。

	802.11a	802.11b	802.11g
				前导时间	20μs	144μs	20μs
PLCP头时间	4μs	48μs	4μs
				信号延长时间	0	0	6μs
RTS发送时间	27μs	160μs	27μs
				总计	51μs	352μs	57μs

表2

OverallBandwidth可依据接入点所用物理层协议来确定。依据不同的协议，具体数值的设置如表3所示。

WLAN协议	协议的最大数据速率	Overall Bandwidth
			802.11a	54Mbps	30Mbps
802.11b	11Mbps	6Mbps
			802.11g，无保护	54Mbps	30Mbps
802.11g，有保护	54Mbps	15Mbps

表3

设置时间平滑窗口的大小为N，由于本实施例中检测周期为1秒，所以统计得当前时刻前N秒的平均已用带宽。根据公式

$\mathrm{occupied}\_\mathrm{bandwidth}\left(t\right)=\min \{\frac{1}{N}\underset{t=T-N+1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bandwidth}\left(t\right),\mathrm{CeilingBandwidth}\}$

计算占用带宽，其中occupied_bandwidth(t)为占用带宽，T为当前时刻，CeilingBandwidth为上限带宽。CeilingBandwidth可以事先通过实际测量得到，其方法是：在被测WLAN内，用一台接入终端以最大数据速率向WLAN外另一台主机(如：被测WLAN的接入路由器)发送数据流，接收方正确接收的数据流量即为CeilingBandwidth。

上限带宽减去占用带宽的差值为可用带宽的值。

移动终端403应用IPv6协议规定的邻居请求消息和邻居通告消息获得可用带宽的流程如图6所示。其中，带宽请求选项和带宽响应选项为本发明新增的选项。

步骤S601，移动终端403同接入点401关联后接入无线局域网，或者，移动终端403同无线局域网内的其他接入点关联而接入无线局域网；

步骤S602，移动终端403发送邻居请求消息，该邻居请求消息中包含带宽请求选项，该带宽请求选项中指明移动终端403所请求带宽的接入点的MAC地址；

步骤S603，探测模块402接收该邻居请求消息，生成包含带宽响应选项的邻居通告消息，将接入点401的MAC地址和可用带宽的值写入该带宽响应选项中，检查该邻居请求消息的带宽请求选项中接入点MAC地址是否为接入点401的MAC地址，接入点401为被探测模块402监听的接入点，如果是，则执行步骤S604，否则，执行步骤S605；

步骤S604，置位该邻居通告消息的带宽响应选项中确认标志位(A)为1，执行步骤S606；

步骤S605，置位该邻居通告消息的带宽响应选项中确认标志位(A)为0，执行步骤S606；

步骤S606，探测模块402发送该邻居通告消息；

步骤S607，移动终端403接收该邻居通告消息，检查该邻居通告消息的带宽响应选项中的确认标志位(A)是否为1，如果是，则执行步骤S608，否则，执行步骤S609；

步骤S608，解析并获得带宽响应选项中的无线局域网当前可用带宽的值；

步骤S609，丢弃该邻居通告消息。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (8)

1.一种无线局域网可用带宽测量的方法，其特征在于，包括：

步骤1，探测模块在检测周期内监听接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，记录所述检测周期内竞争信道成功的数据帧的个数，估计用于竞争信道的平均退避时长，将所述平均退避时长、帧间隔时隙和发送请求帧传送时长的和同所述竞争信道成功的数据帧的个数相乘，所得值作为在检测周期内用于竞争信道的时长；

步骤2，将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为检测周期的周期内占用带宽；

步骤3，判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，执行步骤4，否则，执行步骤1；

步骤4，取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为可用带宽。

2.如权利要求1所述的无线局域网可用带宽测量的方法，其特征在于，

所述步骤1前还包括，

步骤41，设置用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量的网络分配矢量变量，将所述网络分配矢量变量初始化为0；

所述步骤1进一步包括：

步骤42，设置用于记录所述检测周期内的帧传送时长的时长变量，和用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数的数据帧数量变量，将所述时长变量和数据帧数量变量初始化为0；

步骤43，在监听到帧时，判断所述网络分配矢量变量的值是否大于本次同上次监听到帧的时间间隔；

步骤44，如果大于，则将所述网络分配矢量变量的值更新为所述网络分配矢量变量的值与所述时间间隔的差值，否则，更新所述网络分配矢量变量的值为0，并将所述数据帧数量变量的值加一；

步骤45，将所述时长字段记录的时长减去所述网络分配矢量变量的值得差值，将所述时长变量的值加所述差值，并更新所述网络分配矢量变量的值为所述时长字段记录的时长；

步骤46，判断监听时长是否到达所述检测周期，如果是，则所述时长变量的值为所述帧传送时长，所述数据帧数量变量的值为所述竞争信道成功的数据帧的个数，否则，执行步骤43。

3.如权利要求1或2所述的无线局域网可用带宽测量的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤51，移动终端通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息，以获得可用带宽；

步骤52，所述探测模块接收到所述邻居请求消息后，向所述移动终端回复包含带宽响应选项的邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值；

步骤53，所述移动终端接收所述邻居通告消息。

4.如权利要求3所述的无线局域网可用带宽测量的方法，其特征在于，所述邻居请求消息包含带宽请求选项，所述带宽请求选项中包含所述移动终端请求带宽的接入点的媒体接入控制地址，所述邻居通告消息的带宽响应选项中还包含确认标志位，

所述步骤52还包括，

步骤61，所述探测模块判断所述带宽请求选项中媒体接入控制地址是否为所述探测模块监听的接入点的媒体接入控制地址，如果是，则置位所述确认标志位为1，否则，置位所述确认标志位为0；

所述步骤53还包括，

步骤62，所述移动终端接收到所述邻居通告消息后，检查所述确认标志位是否为1，如果是，则解析所述带宽响应选项，获得所述可用带宽的值，否则，丢弃所述邻居通告消息。

5.一种无线局域网可用带宽测量的系统，包括接入点和移动终端，其特征在于，所述系统还包括探测模块，所述探测模块包括：监听模块、计算模块、判断模块和带宽模块，

所述监听模块，用于在检测周期内监听所述接入点所在信道的帧，读取所述帧中时长字段，记录帧传送时长，记录所述检测周期内竞争信道成功的数据帧的个数，估计用于竞争信道的平均退避时长，将所述平均退避时长、帧间隔时隙和发送请求帧传送时长的和同所述竞争信道成功的数据帧的个数相乘，所得值作为在检测周期内用于竞争信道的时长；

所述计算模块，用于将所述帧传送时长和所述用于竞争信道的时长相加后除以所述检测周期，再同总带宽相乘，所得值作为检测周期的周期内占用带宽；

所述判断模块，用于判断已监听的检测周期的数量是否不小于预设的时间平滑窗口大小，如果是，运行所述带宽模块计算可用带宽，否则，运行所述监听模块和计算模块进行监听和计算；

所述带宽模块，用于取最近所述时间平滑窗口大小数量的检测周期的周期内占用带宽的平均值和上限带宽中的较小值作为占用带宽，所述上限带宽减去所述占用带宽的差值为可用带宽。

6.如权利要求5所述的无线局域网可用带宽测量的系统，其特征在于，

所述监听模块进一步包括：

初始化模块，用于设置用于模拟虚拟载波监听机制中网络分配矢量的网络分配矢量变量，用于记录所述检测周期内的帧传送时长的时长变量，和用于记录所述竞争信道成功的数据帧的个数的数据帧数量变量，并在所述初始化模块第一次被运行时，将所述网络分配矢量变量初始化为0，在所述初始化模块每次被运行时，将时长变量和数据帧数量变量初始化为0；

间隔判断模块，用于在监听到帧时，判断所述网络分配矢量变量的值是否大于本次同上次监听到帧的时间间隔，如果大于，则将所述网络分配矢量变量的值更新为所述网络分配矢量变量的值与所述时间间隔的差值，否则，更新所述网络分配矢量变量的值为0，并将所述数据帧数量变量的值加一；

时长更新模块，用于将所述时长字段记录的时长减去所述网络分配矢量变量的值得差值，将所述时长变量的值加所述差值，并更新所述网络分配矢量变量的值为所述时长字段记录的时长；

检测确定模块，用于判断监听时长是否到达所述检测周期，如果到达，所述时长变量的值为所述帧传送时长，所述数据帧数量变量的值为所述竞争信道成功的数据帧的个数，如果未到达，运行所述间隔判断模块和时长更新模块继续进行监听和记录。

7.如权利要求5或6所述的无线局域网可用带宽测量的系统，其特征在于，

所述移动终端，用于在通过关联接入无线局域网后，发送邻居请求消息，并接收所述探测模块回复的邻居通告消息；

所述探测模块还用于，在接收到所述邻居请求消息后，向所述移动终端回复包含带宽响应选项的所述邻居通告消息，所述带宽响应选项中包含所述可用带宽的值。

8.如权利要求7所述的无线局域网可用带宽测量的系统，其特征在于，所述邻居请求消息包含带宽请求选项，所述带宽请求选项中包含所述移动终端请求带宽的接入点的媒体接入控制地址，所述邻居通告消息的带宽响应选项中还包含确认标志位；

所述探测模块还用于，判断所述带宽请求选项中媒体接入控制地址是否为所述探测模块监听的接入点的媒体接入控制地址，如果是，则置位所述确认标志位为1，否则，置位所述确认标志位为0；

所述移动终端还用于，在接收到所述邻居通告消息后，检查所述确认标志位是否为1，如果是，则解析所述带宽响应选项，获得所述可用带宽的值，否则，丢弃所述邻居通告消息。

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