CN101582836B - 拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统。本发明方法包括：接收下游节点发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；其中，所述各接入类别数据对应的拥塞价格由下游节点根据下游节点的各接入类别数据的传输情况确定；根据所述拥塞价格确定各接入类别数据的最优化发送速率；根据所述最优化发送速率调整各接入类别数据的发送速率。通过本发明，可减少拥塞发生的概率，在保证高优先级业务的质量的基础上，有效降低低优先级业务的丢包率。

Description

拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统 

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统。 

背景技术

EDCA(Enhanced Distributed Channel Access，增强分散式通道存取)作为无线Mesh(网状)网络的主要接入控制技术，在严格优先级机制基础上，对各种业务在统一的机制下实施拥塞控制，当面对实时流媒体业务的需求时，EDCA机制遇到了巨大的挑战。在网络带宽接近饱和同时又存在多个优先级较高的流媒体业务流竞争接入时，EDCA机制会导致网络的竞争环境急剧恶化，大量分组丢失，吞吐率下降，分组延时增加。 

现有技术一提出了一种基于模糊逻辑控制的拥塞控制策略，该控制策略以802.11s草案中的Hop-by-Hop(跳对跳)拥塞控制机制为基础，该策略的基本原理是：每个MP(Mesh point，网格节点)都需监测本地信道情况，当拥塞发生时能够检测出来；上游节点接收到来自一个下游MP的拥塞控制请求后，这个上游节点将启动本地速率控制来减轻下游节点所遭受的拥塞；如果接收到来自一个邻居MP的邻居拥塞通告后，启动本地速率控制来减轻邻居节点所遭受的拥塞。该策略中，拥塞检测是采用模糊逻辑控制进行的。模糊控制机制的输入是节点输入速率和输出速率的差值(ΔSTR AC)以及队列长度LAC的度量值；选用正态分布作为输入参数的隶属度函数，经过隶属度函数模糊化输入量，再经过策略所定义的模糊推理和模糊规则得到确定的模糊输出，输出表示为C={发送拥塞控制请求帧，发送邻居拥塞控制通告帧}＝{0，1}。之后的拥塞控制过程就是基于这样的模糊逻辑输出进行的。 

在对现有技术一的研究和实践过程中，发明人发现现有技术一中至少存在以下问题：在进行速率控制时，只是简单的考虑业务优先级，当存在多个优先级较高的流媒体业务流竞争接入时，会导致低优先级业务大量分组丢失。 

现有技术二中，采用早期802.11s草案中定义的拥塞控制流程，即拥塞检测、拥塞控制请求、本地速率控制。但检测拥塞是通过简单的接收速率和发送速率的差来判断，而且在进行本地速率控制的过程采用直接对AIFS(Arbitration Interframe Space，仲裁帧间间隔)增大或减小调节MAC(MediumAccess Control，媒体接入控制)层实际发送速率。 

在对现有技术二的研究和实践过程中，发明人发现现有技术二中至少存在以下问题：只是简单进行速率控制或简单考虑业务优先级，当存在多个优先级较高的流媒体业务流竞争接入时，会导致低优先级业务大量分组丢失。 

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统，能够兼顾业务间公平性并减少拥塞发生的概率，在保证高优先级业务的质量的基础上，有效降低低优先级业务的丢包率。 

为解决上述技术问题，本发明所实施例是通过以下技术方案实现的： 

本发明一个实施例提供了一种拥塞控制的方法，包括： 

接收下游节点发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；其中，所述下游节点根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数，根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及各接入类别数据的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格； 

根据各接入类别数据的拥塞价格和所述比例阈值，确定各接入类别数据对应的最优化发送速率； 

根据所述最优化发送速率调整各接入类别数据的发送速率。 

本发明一个实施例提供了与上述方法对应的一种无线网状网节点，作为数据链路中的上游节点。 

本发明一个实施例还提供了一种作为数据链路中的下游节点的无线网状网节点，所述节点包括： 

接收单元，用于接收上游节点发送的各接入类别的数据； 

价格单元，用于根据所述接收单元中各接入类别数据的传输情况，确定各接入类别数据对应的拥塞价格； 

发送单元，用于将所述价格单元确定的拥塞价格携带在拥塞通告帧中发送给上游节点； 

所述价格单元包括： 

拥塞确定单元，用于根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数； 

价格确定单元，用于根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及所述拥塞确定单元确定的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格。 

本发明一个实施例提供了一种无线网状网系统，包括上述数据链路上的上游节点和下游节点。 

以上技术方案可以看出，下游节点根据下游节点的各接入类别数据的传输情况确定拥塞价格，将确定的拥塞价格反馈给上游节点，从而引导上游节点根据拥塞价格确定各接入类别数据的最优化发送速率，并且根据最优化发送速率调整各接入类别数据的发送速率。因此当下游节点反馈的拥塞价格高时，上游节点可通过降低发送速率，缓解下游节点的拥塞程度，在保证高优先级业务的质量的基础上，降低由于发生拥塞引起的低优先级数据的丢包率；当下游节点反馈的拥塞价格低时，上游节点可通过增大发送速率，提高下游节点的资源利用率。 

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的拥塞控制方法流程图； 

图2为本发明一个实施例提供的拥塞控制装置示意图； 

图3为本发明一个实施例提供的拥塞控制装置示意图； 

图4为本发明一个实施例提供的无线网状网系统示意图。 

具体实施方式

本发明实施例提供了拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统，用于通过本地节点对拥塞情况进行估价并反馈给上游节点，引导上游节点对不同的业务进行相应的速率控制，从而降低发送低优先级业务数据时的丢包率。为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面列举实施例进行详细说明。 

实施例一： 

参见图1，为本发明的一个实施例提供的拥塞控制方法流程图，包括： 

S101：下游节点检测本地传输情况； 

S102：下游节点根据检测结果判断是否发生拥塞，若发生拥塞，进入步骤S103，否则，返回步骤S101；其中拥塞判断的方式可以参考现有技术，此处不再赘述。 

S103：下游节点根据所述本地传输情况，确定各接入类别数据对应的拥塞价格。 

其中，根据所述本地传输情况，获得各接入类别数据对应的拥塞价格，可以通过如下关系式实现，参考公式1： 

${\mathrm{\λ}}_i=P_i\×e^{[P_{\mathrm{cong}\_i}*(\frac{V_{\mathrm{in}\_i}^j}{V_{\mathrm{in}}^j}-w_i)]}$ 公式1 

公式1中，i表示数据的AC(access category，接入类别)；λ_i表示接入类别为i的数据的拥塞价格；P_i表示接入类别为i的数据的初始价格或者基本价格，P_{cong_i}表示发生拥塞时接入类别为i的数据的调整价格；V_{in_i} ^j表示第j个上游节点向下游节点发送的数据中，第i类数据输入下游节点的速率；V_in ^j表示第j个上游节点向下游节点发送的所有数据的输入速率；V_{in_i} ^j/V_in ^j表示第j个上游节点向下游节点发送的第i类数据的输入速率与第j个上游节点向下游节 点发送的所有数据的输入速率之比，这两个输入速率是在一定统计时间内统计得到的平均速率；w_i表示预先设置的第i类数据输入速率与总的数据输入速率之比的理想值； 

是一个拥塞参数，表示拥塞程度。其中，P_i和P_{cong_i}可利用网络仿真工具经过多次仿真仿真实验，选择可以使系统性能最佳的经验值获得，例如通过不断变化步长得到一个关系曲线，曲线上最高点对应的取值如表1所示： 

表1定价参数的经验值 

接入类别i	AC0	AC1	AC2	AC3
					Pi	1.7	1.3	1.1	0.9
Pcong_i	2.9	2.6	2.3	2.0

S104：下游节点通过拥塞通告帧将步骤S103获得的各接入类别数据对应拥塞价格反馈给上游节点。 

S105：上游节点接收携带拥塞价格的拥塞通告帧。 

S106：上游节点根据拥塞通告帧中携带的拥塞价格，确定最优化发送速率。其中，上游节点根据各接入类别数据对应的拥塞价格，确定最优化发送速率可以通过如下公式实现，参考公式2： 

$x_i=\frac{w_i}{{\mathrm{\λ}}_i\ln 2}$ 公式2 

公式2中，λ_i表示第i类数据的拥塞价格，w_i表示第i类数据输入速率与总的数据输入速率之比的理想值；考虑到上游节点的网卡速率具有一定的范围，需进一步限定最优化发送速率的值，例如当上游网卡的上限为11兆时，限定最优化发送速率x_i＜11。公式2建立的依据如下：令U_i(x_i)-λx_i＝0，其中0＜x_i＜11(表示上游节点网卡的最小发送速度为0；最大发送速度为11)，对 U_i(x_i)-λ_ix_i＝0求偏导获得 $\frac{\∂U_i\left(x_i\right)}{\∂\left(x_i\right)}={\mathrm{\λ}}_i;$ 将U_i(x_i)＝w_ilogx_i代入 $\frac{\∂U_i\left(x_i\right)}{\∂\left(x_i\right)}={\mathrm{\λ}}_i,$ 获得所述上游节点的最优化发送速率 $x_i=\frac{w_i}{{\mathrm{\λ}}_i\ln 2}.$

S107：上游节点根据步骤S106获得的最优化发送速率进行发送速率的调整。 

其中，上游节点根据最优化发送速率进行发送速率的调整过程为：首先，根据步骤S106确定的最优化发送速率x_i，计算对应的接入概率，参考公式3；根据接入概率与最小竞争窗口的关系式 ${\mathrm{CW}}_{\min \_i}=\frac{2}{p_i}-1,$ 获得最小的竞争窗口CW_{min_i}，其中，CW_{min_i}表示接入类别为i的数据对应的最小竞争窗口值，p_i表示接入类别为i的数据对应的接入概率；然后根据所述最小竞争窗口CW_{min_i}对发送速率进行调整。 

$p_i=\frac{x_i[\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{p}_k(1-P_{-k})T^{\mathrm{suc}}+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{p}_k{P}_{-k}{T}^{\mathrm{col}}+1-P]}{(1-P_{-i})L}$ 公式3 

公式3中，T^suc表示成功传送的时间；T^col表示碰撞时间；T^col和T^suc表示相对于空闲时间的归一化结果；L表示帧长度，假设各个业务的帧长度相同，则有 $P=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{p}_j,$ 并且 $P_{-K}=\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{p}_j.$ 其中，P表示总的传输概率， $P_{-K}=1-P_K=\underset{j=k}{\mathrm{\Σ}}{p}_j.$

其中，接入概率与最小竞争窗口的关系式 ${\mathrm{CW}}_{\min \_i}=\frac{2}{p_i}-1$ 建立的依据如下：对于第i类数据，空闲时间间隔周期为AIFSN[i]，发送第i类数据时，等待间隔时间AIFSN[i]后，为了避免与该第i类数据具有相同AIFSN[i]的其它类别的数据抢占信道，需要退避一段时间，该退避时间为区间(CW_{min_i}，CW_{max_i})内的一个值；其中，CW_{min_i}表示最小竞争窗口，CW_{max_i}表示最大竞争窗口。由此可见，该退避时间的取值越小，发送第i类数据的间隔时间就越短，接入概 率就越大，而当CW_{min_i}较小的时候，退避时间取较小值的可能性就越大，从而可知，接入概率的大小主要是由最小竞争窗口CW_{min_i}决定的，并且它们之间的关系可近似用公式 ${\mathrm{CW}}_{\min \_i}=\frac{2}{p_i}-1$ 来表示。 

以上各步骤完成了一次速率控制，在完成上述步骤后，还可以进一步返回步骤S101，下游节点继续检测本地传输情况。 

本实施例中，由于拥塞情况越严重拥塞价格越高，成本敏感的用户就会降低他们对优先级的要求；高QoS(Quality of Service，服务质量)要求的业务对拥塞情况比较敏感，拥塞价格比低QoS要求的业务的拥塞价格要高，这样成本敏感的用户就会降低他们的服务要求。因此，下游节点通过对传输路径上拥塞情况的严重性以及不同服务质量要求的业务进行评估，得到各个接入类别数据对应的拥塞价格，当拥塞价格高时，反馈给上游节点，可以抑制上游节点的发送速率，缓解拥塞程度，降低由于发生拥塞引起的低优先级数据的丢包率；当下游节点资源利用不足时，降低拥塞价格，反馈给上游节点，鼓励上游节点增大发送速率，提高下游节点资源利用率。因此，下游节点可以动态的引导上游节点的发送速率，上游节通过点通过调节发送速率，使下游节点提高节点资源利用率；或者缓解拥塞程度，在保证高优先级业务的质量的基础上，有效降低低优先级业务的丢包率。 

实施例二： 

参见图2，为本发明一个实施例提供的拥塞控制装置示意图，包括： 

接收单元201，用于接收下游节点发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；其中，所述各接入类别数据对应的拥塞价格由下游节点根据下游节点的各接入类别数据的传输情况确定；例如，对于接入类别为i的数据对应的拥塞价格，可以通过公式1实现，具体可以参考本发明其他实施例，在此不再赘述； 

确定单元202，用于根据所述接收单元201接收的拥塞通告帧中的拥塞价格确定各接入类别数据的最优化发送速率； 

调整单元203，用于根据确定单元202确定的最优化发送速率，调整各接入类别数据的发送速率；例如，对于接入类别为i的数据，根据确定单元202确定的最优化发送速率x_i，计算对应的接入概率，参考公式3；根据接入概率与最小竞争窗口的关系式 ${\mathrm{CW}}_{\min \_i}=\frac{2}{p_i}-1,$ 获得最小的竞争窗口CW_{min_i}；然后根据所述最小竞争窗口CW_{min_i}对发送速率进行调整。 

其中，所述确定单元202包括： 

速率确定单元，用于根据各接入类别数据的拥塞价格和各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的比例阈值，确定各接入类别数据对应的最优化发送速率。例如，对于接入类别为i的数据对应的最优化发送速率可以通过如下公式实现，参考公式2。 

其中，所述调整单元203包括： 

概率确定单元204，用于根据各接入类别数据的最优化发送速率和成功传送时间以及碰撞时间，确定各接入类别数据的接入概率；例如，对于接入类别为i的数据对应的接入概率可通过如下公式实现，参考公式3； 

窗口确定单元205，用于根据所述概率确定单元204确定的接入概率确定各接入类别数据的最小竞争窗口值；例如，对于接入类别为i的数据对应的最小竞争窗口值可通过关系式 ${\mathrm{CW}}_{\min \_i}=\frac{2}{p_i}-1$ 来实现； 

窗口调整单元206，用于根据所述窗口确定单元205确定的最小竞争窗口值，调整各接入类别数据的最小竞争窗口。 

本实施例中的装置可以是无线网状网中的节点。 

本实施例提供的装置，根据接收的下游节点发送的各个接入类别的数据的拥塞价格，调整各个接入类别的数据的发送速率，当接收的拥塞价格高时，减小发送速率，从而减轻下游节点的拥塞程度；拥塞价格低时，从而增大发送速率，提高下游节点资源的利用率。 

实施例三： 

参见图3，为本发明一个实施例提供的拥塞控制装置示意图，包括： 

接收单元301，用于接收上游节点发送的各接入类别的数据； 

价格单元302，用于根据所述接收单元301中各接入类别数据的传输情况，确定各接入类别数据对应的拥塞价格；例如，对于接入类别为i的数据对应的拥塞价格，可以通过公式1实现； 

发送单元303，用于将所述价格单元302确定的拥塞价格携带在拥塞通告帧中发送给上游节点。 

其中，所述价格单元302包括： 

拥塞确定单元304，用于根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数；例如，对于接入类别为i的数据，通过第j个上游节点向下游节点发送的所有数据的输入速率V_in ^j、第j个上游节点向下游节点发送的第i类数据的输入速率V_in ^j、以及预先设置的第i类数据输入速率与总的数据输入速率之比的理想值w_i，确定拥塞参数 

价格确定单元305，用于根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及所述拥塞确定单元304确定的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格；例如，通过接入类别为i的数据的基本价格P_i、发生拥塞时接入类别为i的数据的调整价格P_{cong_i}、以及拥塞参数 

确定接入类别为i的数据的拥塞价格 ${\mathrm{\λ}}_i=P_i\×e^{[P_{\mathrm{cong}\_i}*(\frac{V_{\mathrm{in}\_i}^j}{V_{\mathrm{in}}^j}-w_i)]}.$

本实施例中的装置可以是无线网状网中的节点。 

本实施例提供的装置，通过对传输路径上拥塞情况的严重性以及不同服 务质量要求的业务进行评估，动态的引导上游节点的发送速率，当拥塞价格高时，反馈给上游节点，可以抑制上游节点的发送速率，缓解拥塞程度，降低由于发生拥塞引起的低优先级数据的丢包率；当节点资源利用不足时，降低拥塞价格，反馈给上游节点，鼓励上游节点增大发送速率，从而提高节点资源利用率。 

实施例四： 

参见图4，为本发明一个实施例提供的无线网状网系统示意图，包括数据链路上的上游节点401和下游节点402； 

其中，下游节点402，用于接收上游节点401发送的各接入类别的数据；根据所述各接入类别数据的传输情况，确定各接入类别数据对应的拥塞价格；将所述拥塞价格携带在拥塞通告帧中发送给上游节点；其中，拥塞价格可参考实施例一中的公式1来实现，在此不再赘述； 

上游节点401，用于接收下游节点402发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；根据所述拥塞通告帧中的拥塞价格确定各接入类别数据的最优化发送速率；根据所述最优化发送速率，调整各接入类别数据的发送速率。其中，接收的拥塞通告帧中携带的各接入类别数据对应的拥塞价格可参考实施例一中的公式1；确定最优化发送速率的过程可参考实施例一中的公式2来实现；根据最优化发送速率，调整各接入类别数据的发送速率的过程可参考实施例一中的公式3来实现，在此不再赘述。 

在其它实施例中，下游节点402可以是包含实施例三中的装置的无线网状网节点，上游节点401可以是包含实施例二中的装置的无线网状网节点。 

本实施例提供的系统，下游节点通过对传输路径上拥塞情况的严重性以及不同服务质量要求的业务进行评估，将评估得到的各个接入类别数据对应的拥塞价格反馈上游节点，当上游节点接收的当拥塞价格高时，降低上游节点的发送速率，缓解下游节点的拥塞程度，从而降低了由于发生拥塞引起的低优先级数据的丢包率；当上游节点接收的拥塞价格低时，上游节点增大发送速率，从而提高了下游节点的资源利用率。 

以上实施例可以看出，下游节点通过对传输路径上拥塞情况的严重性以及不同服务质量要求的业务进行评估，向上游节点动态反馈评估获得的拥塞价格，引导上游节点的对发送速率进行调整，当下游节点反馈的拥塞价格高时，上游节点降低发送速率，缓解下游节点的拥塞程度，从而在保证高优先级业务的质量的基础上，降低了由于发生拥塞引起的低优先级数据的丢包率；当下游节点反馈的拥塞价格低时，上游节点增大发送速率，从而提高了下游节点的资源利用率。 

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。 

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。 

以上对本发明所提供的一种拥塞控制的方法、无线网状网节点和系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (6)

1.一种拥塞控制的方法，其特征在于，包括：

接收下游节点发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；其中，所述下游节点根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数，根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及各接入类别数据的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格；

根据各接入类别数据的拥塞价格和所述比例阈值，确定各接入类别数据对应的最优化发送速率；

根据所述最优化发送速率调整各接入类别数据的发送速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述最优化发送速率调整各接入类别数据的发送速率，包括：

根据各接入类别数据的最优化发送速率和成功传送时间以及碰撞时间，确定各接入类别数据的接入概率；

根据各接入类别数据的接入概率确定各接入类别数据的最小竞争窗口值；

根据所述最小竞争窗口值，调整各接入类别数据的最小竞争窗口。

3.一种无线网状网节点，其特征在于，所述节点包括：

接收单元，用于接收下游节点发送的携带了各接入类别数据对应的拥塞价格的拥塞通告帧；其中，所述下游节点根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数，根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及各接入类别数据的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格；

确定单元，用于根据所述接收单元接收的拥塞通告帧中的拥塞价格确定各接入类别数据的最优化发送速率；所述确定单元包括：速率确定单元，用于根据各接入类别数据的拥塞价格和各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的比例阈值，确定各接入类别数据对应的最优化发送速率；

调整单元，用于根据所述确定单元确定的最优化发送速率，调整各接入类别数据的发送速率。

4.如权利要求3所述的节点，其特征在于，所述调整单元包括：

概率确定单元，用于根据各接入类别数据的最优化发送速率和成功传送时间以及碰撞时间，确定各接入类别数据的接入概率；

窗口确定单元，用于根据所述概率确定单元确定的接入概率确定各接入类别数据的最小竞争窗口值；

窗口调整单元，用于根据所述窗口确定单元确定的最小竞争窗口值，调整各接入类别数据的最小竞争窗口。

5.一种无线网状网节点，其特征在于，所述节点包括：

接收单元，用于接收上游节点发送的各接入类别的数据；

价格单元，用于根据所述接收单元中各接入类别数据的传输情况，确定各接入类别数据对应的拥塞价格；

发送单元，用于将所述价格单元确定的拥塞价格携带在拥塞通告帧中发送给上游节点；

所述价格单元包括：

拥塞确定单元，用于根据各接入类别数据占其发送节点的总发送数据量的实际比例和预设的比例阈值，确定各接入类别数据的拥塞参数；

价格确定单元，用于根据各接入类别数据对应的基本价格和调整价格，以及所述拥塞确定单元确定的拥塞参数，确定各接入类别数据的拥塞价格。

6.一种无线网状网系统，包括数据链路上的上游节点和下游节点，其特征在于：

所述下游节点采用权利要求5所述的结构；

所述上游节点采用权利要求3所述的结构。

Images