CN102224713B - 用于估算剩余带宽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带宽估算方法，其可容易地在网络节点上实施，并且通过估算可用通信能力而能做出更好的路由选择(例如在路由选择中优选具有更高剩余带宽的链路)，和/或估算流许可控制(例如仅在有足够可用的通道剩余带宽时接收新流)。
Description
技术领域
本发明涉及一种剩余带宽的估算方法，以计算无线网格网络中的剩余带宽。
背景技术
无线网格网络(WMN)是由无线节点构成的通信网络，其中有至少两条可与每个节点都进行通信的路径。无线网格网络基础架构包括由无线链路互连的接入点/网格路由器节点。无线网格网络通过网格网关节点与其它有线网络、如因特网或企业局域网相连。由于无线网格架构由不需要如在传统的无线局域网情况下经线缆连接到接线端口的对等式无线电装置构成，因此无线网格架构是在特定覆盖区域中提供高带宽无线网络中的最重要步骤。
在通过使用WMN布置来提供更好的服务质量中，一个关键步骤是估算无线网络链路/路径的业务量处理能力。网络链路/路径能力和系统的当前处理量之间的差异表示了在当前条件下仍可满足的额外用户需求。该差异被认为是剩余带宽，并且在Ad Hoc无线网络体系的领域中已经对其进行了预先讨论。
阻碍WMN的发展和广泛使用的一个主要问题是，缺乏能够容易地在网络节点上实施的精确业务量处理能力估算方法。WMN使用了基于802.11的相互竞争以分享无线电资源的无线链路，这些链路上的通信倾向于动态地改变效果，例如外部干扰、冲突和无线信道衰减。在这些条件下，与有线的情况相比，预测无线链路在其现有负荷之上能够处理多大的业务量更加困难。因此在WMN中，对于有效的路由和资源管理来说，准确估算无线链路的可用业务量处理能力（在本领域中其正式命名为剩余带宽）变得非常重要。
IEEE802.11的基本接入法为借助于基于CSMA/CA的分布式协调功能(DCF)。关于无线网络中的剩余带宽估算问题有两种基本方法：1)主动式（或侵入式）方法；和2)被动式（或非侵入式）方法。在主动式方法中，发送试探分组以检测链路特征或饱和无线链路，接着基于发生在饱和点处的延迟变化来估算剩余带宽。另一技术为在相邻的节点业务量[3]中插入“HELLO”分组。这些分组将局部可用的带宽信息携带到其它节点，使得可推论出接下来用于剩余带宽估算中的争用等级。主动式方法的主要缺点是其因外部控制分组而导致的显著的总开销。
由于没有将额外的试探分组插入到系统中，用于剩余带宽估算的被动式方法为非侵入式的。本领域中的一种常用方法称为“收听”方法，其基于收听信道活动来推论出信道闲置率。可通过克服与补偿和冲突相关的过度估算的平滑常数或加权因子来调整该比率。接着将该调整后的闲置率乘以物理数据传输速率，以获得剩余带宽。但是，由于802.11无线网络特征，由经验确定的加权因子会在估算过程中导致严重的不准确。另一称为“时间测量”方法[6]的被动式技术是基于测量花费在成功地完成数据分组传输的时间。接着根据分组大小对该测量延迟进行归一化，并且取其倒数值作为剩余带宽。但是，由于接近饱和，该技术无法模拟系统动态中的变化。因此，它不能将会降低内链路和内流竞争效果的能力考虑进来。
发明内容
本发明的目的是开发一种用于估算剩余带宽的方法，其可在网络节点上容易地实施，并且能够正确地估算准确的业务量处理能力。
根据本发明提供了一种用于估算剩余带宽的方法，其特征在于以下步骤：计算主链路信道衰减传输失败的几率、竞争链路的数量以及在竞争链路上每单位时间的成功分组传输的数量；基于闲置时间计算主链路上的失败几率；基于冲突行为计算主链路上的失败几率；比较已基于闲置时间和冲突行为而获得的主链路上的失败几率；当基于闲置时间和冲突行为的主链路上的失败几率彼此相等时使用主链路分组传输的数量作为假定的业务量等级，并且计算剩余带宽；当基于闲置时间和冲突行为而得到的主链路上的失败几率彼此不相等时，增加主链路上的分组传输的数量，并且返回到基于闲置时间计算主链路上的失败几率的步骤。
根据一个实施例，采用分时模型来基于闲置时间计算主链路上的失败几率。
根据一个实施例，采用冲突动态率来基于冲突行为计算主链路上的失败几率。
根据一个实施例，通过最大允许数量处所获得的主链路业务量等级和主链路上的现有真实业务量等级之间的差异来计算剩余带宽。
根据一个实施例，所述方法用于估算针对基于802.11协议的无线局域网络的业务量。
根据一个实施例，所述方法适用于基于802.11协议的无线局域网络。
根据一个实施例，所述方法用于估算针对基于802.11协议的无线网格网络的业务量。
根据一个实施例，所述方法适用于基于802.11协议的无线网格网络。
附图说明
在附图中示出了一种实施用以达到本发明目的的用于估算剩余带宽的方法，其中：
图1是用于估算剩余带宽的方法的流程图。
具体实施方式
在作为本发明主题的估算剩余带宽的方法中，测量网络活动并获得关于网络操作的相关统计，这是通过利用无线节点的接收/监听在无线信道上传播但不指向其自身的DATA-ACK消息的固有能力（来自802.11协议的本质）来实现的。在本发明的方法中，根据分析估算技术来计算无线链路剩余带宽。由于剩余带宽根据这些计算的结果来估算，因此其能够具有关于通信带宽的充足性的更好的路由判定（例如在路由判定中具有更高剩余带宽的链路应当是优选的），和/或具有对于流许可控制过程的可用性预测（例如仅在有足够可用的通道剩余带宽时接收新流）。
用于估算剩余带宽的方法(1)包括以下步骤：
计算主链路信道衰减传输失败的几率、竞争链路的数量以及在竞争链路上每单位时间的成功分组传输的数量(101)，
基于闲置时间方法计算主链路上的失败几率(102)，
基于冲突行为计算主链路上的失败几率(103)，
比较已基于闲置时间方法和冲突行为而获得的主链路上的失败几率(104)，
当基于闲置时间方法和冲突行为所推论出的主链路上的失败几率彼此相等时使用主链路分组传输的数量作为假定的业务量等级(105)，并且计算剩余带宽(107)，
当基于闲置时间方法和冲突行为所获得的主链路上的失败几率彼此不相等时，增加在主链路上的分组传输的数量，并且返回到步骤102，(106)。
在本发明的剩余带宽估算方法(1)中，通过使用计算得出的主链路冲突几率来计算主链路信道的与衰减相关的失败几率，所述计算得出的主链路冲突几率通过测量主链路的源节点和总体计算分组传输率而得到。这是由于分组传输失败包括主链路冲突事件、隐藏节点效应和信道衰减。除此之外，在用于执行主链路源节点测量的更新周期中，通过使用由主链路发射机节点所监听的DATA-ACK分组来计算竞争链路的数量以及竞争链路上每单位时间的成功分组传输的数量。在该测量过程中，根据DATA-ACK对的来源和目标节点地址将其分类。竞争链路上的信道衰减传输失败率作为额外信息嵌入到在等级3协议中使用的“HELLO”分组中，并且周期性地发送到相邻节点。因此，主链路从发射机节点所接收的“HELLO”分组的内容中推断出在与之享有同一争用域的竞争链路上的信道衰减传输失败率。
在802.11DCF方法中，当在链路中发生饱和条件时，所有可用的主链路即时资源都被用完，以用于补偿目的或主链路处的分组传输活动或竞争链路处的分组传输活动。为了估算在假定饱和点处的主链路分组传输失败几率，使用了分时模型，其中假定主链路在饱和点处操作并且假定竞争链路在饱和等级之下。在所建议的模型中，使用了在网络中发送分组的大小（以比特计）、链路的物理速率（以比特/秒计）和802.11指数补偿机制的标准参数。作为一优选的选择，也可将基于隐藏节点的传输失败几率结合到关于估算假定饱和点处的主链路和竞争链路的分组失败率的模型中。此外，为了通过使用主链路饱和点处的分组传送几率和基于隐藏节点的冲突几率来估算主链路在假定饱和点处的传输失败几率，采用了冲突动态模型，其中通过将非饱和竞争链路的依从802.11标准的后补偿行为和排队理论概念相结合来计算竞争链路的传送几率。该替代模型也使用了主链路分组失败几率、竞争链路的数量和竞争链路上每单位时间的成功分组传输的数量，以估算主链路在假定饱和点处的传输失败几率。
由于冲突几率（基于竞争链路或隐藏节点的冲突）根据主链路业务量等级而以动态方式增加或减少，因此在分时模型和冲突动态模型中均考虑了主链路传输失败几率。源于信道失败的分组传输失败率与业务量无关，并且不会因此而增加。总之，在假定饱和点处，考虑到现存的条件和业务量数据，主链路具有特定的分组传输失败几率，并且因此应观察到的是，当假定增加主链路业务量时，在两个采取独立方法的模型中用于主链路传输失败几率的估算会汇集到相同数值。由于主链路在前文提及的饱和点处将发生汇集现象，可成功地预测在饱和主链路上的成功分组传输的最大量与在汇集点处的假定主链路业务量等级相等。
简单地说，在该方法中，假设增加主链路中的成功分组传输值，并且通过主链路分时模型和主链路-竞争链路冲突模型所产生的冲突几率估算预计将汇集为相同的值。因此，将主链路上的成功分组传送的最大允许数量估算为在该方法结束的点处的假定业务量等级。通过计算在所最大允许数量处所获得的主链路业务量等级和在主链路上的现存真实业务量等级之间的差异，得到主链路上的剩余带宽估计。
本发明的用于剩余带宽估算的方法可适用于基于802.11协议的无线局域网络（单跳）和无线网格网络（多跳网络）。此外，可将所述方法用于估算在基于802.11协议的无线局域网络（单跳）和无线网格网络（多跳网络）上的业务量。
可对根据本发明的用于剩余带宽估算的方法(1)的实施例进行修改；本发明的范围不限于这些实施例。主要在权利要求中公开了本发明。
Claims (8)
1.一种用于估算剩余带宽的方法(1)，其特征在于以下步骤：
计算主链路信道衰减传输失败的几率、竞争链路的数量以及在竞争链路上每单位时间的成功分组传输的数量(101)，
基于闲置时间计算主链路上的失败几率(102)，
基于冲突行为计算主链路上的失败几率(103)，
比较已基于闲置时间和冲突行为而获得的主链路上的失败几率(104)，
当基于闲置时间和冲突行为的主链路上的失败几率彼此相等时使用主链路分组传输的数量作为假定的业务量等级(105)，并且计算剩余带宽(107)，
当基于闲置时间和冲突行为而得到的主链路上的失败几率彼此不相等时，增加主链路上的分组传输的数量，并且返回到基于闲置时间计算主链路上的失败几率的步骤(106)。
2.根据权利要求1所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，采用分时模型来基于闲置时间计算主链路上的失败几率(102)。
3.根据权利要求1所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，采用冲突动态率来基于冲突行为计算主链路上的失败几率(103)。
4.根据权利要求1所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，通过最大允许数量处所获得的主链路业务量等级和主链路上的现有真实业务量等级之间的差异来计算剩余带宽(107)。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，所述方法用于估算针对基于802.11协议的无线局域网络的业务量。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，所述方法适用于基于802.11协议的无线局域网络。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，所述方法用于估算针对基于802.11协议的无线网格网络的业务量。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的用于剩余带宽估算的方法(1)，其特征在于，所述方法适用于基于802.11协议的无线网格网络。
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Granted publication date: 20140507 Termination date: 20161125 |
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