CN102573088B - 一种ieee802.11网络的时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

一种IEEE802.11网络的时隙分配方法，多个时隙连起来的一段时间叫做一个混合时隙，一个混合时隙中时隙的数目小于等于当前网络业务量的数目，将高优先级的业务作为一个独立的时隙混合入一个混合时隙，将至少两个低优先级业务合并为一个独立的时隙混合入一个混合时隙；在一个混合时隙中，每个时隙的开始都分配给一个或多个特定的业务用来发包，时隙的分配是根据每个业务的优先级来完成的，优先级越高的业务，发包的时隙越靠前，优先级最低的业务，发包的时隙在最后。本发明大大提高吞吐量、在高优先级业务方面降低延时和丢包率、提升EDCA性能。

Description

一种IEEE802.11网络的时隙分配方法

技术领域

本发明涉及无线网络通信领域，尤其是一种IEEE802.11网络的时隙分配方法。

背景技术

IEEE802.11为当今主流的MAC层协议，为了支持不同业务中服务质量的要求，IEEE又提出了802.11e来增强其性能，这个协议提供了不同服务的区分机制，包括实时、非实时的语音、视频等服务。面对种类繁多的服务，优化802.11e协议的性能，合理分配无线资源成为向多媒体业务提供服务质量保证的关键。

根据IEEE802.11e草案，对于不同的服务质量要求，EDCA划分了不同的4中业务，它们称之为接入种类(AC，Access Category)。包括AC_BK(Background traffic)、AC_BE(Best Effort Traffic)、AC_VI(Video traffic)以及AC_VO(Voice Traffic).

802.11e中的退避过程的基础是载波侦听多址接入/冲突避免(CSMA/CA)机制，在CSMA/CA中，发送节点要定时监测信道状态，如果监听到网络中没有数据正在传送，那么再等待一段附加时间，然后选择一个随机的时隙继续监听，如果监听到无线信道仍旧没有数据正在发送，就发送数据。成功接收到数据的节点在接受成功之后会发一个ACK帧给发送节点。如果这个ACK帧被发送节点收到，则表示发送过程完成。如果发送节点没有收到ACK帧，或者发送的数据没有被接收节点完整地收到，或者ACK确认帧发送失败，则发送节点需要在等待一段时间后重传所要发送的数据。

节点在传输数据帧前和成功传输数据帧后，都要进行退避。通常采用二进制指数退避算法来确定退避时间。一个完整的退避过程从最小的竞争窗口CWmin开始。在[0，CWmin-1]内等概率的选择一个退避间隔进入退避过程。如果发生碰撞，将其节点的竞争窗增大一倍，并随机选择新的退避间隔，进入下一轮竞争。二进制指数退避算法竞争窗大小为CW＝(CW_min+1)2^m，其中m为退避过程中的第m阶。竞争窗口不会无限制地增大，协议规定了竞争窗口所能达到的最大值CWmax和数据帧所能经历的最大重传次数。节点通过监听无线信道的忙闲情况，来调整其计数器的值。如果某一时隙内信道空闲，那么退避计数器的值就减一。当信道忙时，退避计数器就处于挂起状态，不做改变。当退避计数器的值减少到零时，节点发送存放在其缓存区中的数据帧。

据二进制指数退避过程和CSMA/CA竞争机制，网络中的每个节点可以观测到信道处于三种状态之一：信道空闲、有节点成功传输、信道中发生碰撞。可以将每个状态分别看成是一个虚拟时隙，随着退避过程的变化，节点所监测到的信道状态也在三种虚拟时隙中转化。虚拟时隙定义了信道某一状态所持续的时间。图1表示了所观察到的信道状况。其中T_e、T_s、T_c分别表示信道处于空闲状态、有节点成功传输状态和有碰撞发生状态时所经历的时间。

对于基本机制，Ts和Tc可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Ts}=H+E\left[p\right]+\mathrm{SIFS}+\mathrm{ACK}+\mathrm{AIFS}\\ \mathrm{Tc}=H+E^{*}\left[p\right]+\mathrm{SIFS}+\mathrm{ACK}\_\mathrm{Timeout}\end{array}\right.$

其中，H为各协议层附加在数据帧头的信息长度，E[P]为发送成功的数据帧的平均长度，E*[p]为碰撞中最大数据帧长度的期望值，AIFS、ACK、AIFS、ACK_Timeout为一些系统配置参数。

IEEE802.11e草案中定义了4个接入类别(AC)：VAC_BK(Background traffic)、AC_BE(Best Effort Traffic)、AC_VI(Videotraffic)以及AC_VO(Voice Traffic).图2描述了IEEE802.11e EDCA默认的时隙分配方法。

发明内容

为了克服已有IEEE802.11网络的时隙分配方法的吞吐量受限、不利于高优先级业务的及时准确处理、EDCA性能较差的不足，本发明提供一种大大提高吞吐量、在高优先级业务方面降低延时和丢包率、提升EDCA性能的IEEE802.11网络的时隙分配方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种IEEE802.11网络的时隙分配方法，多个时隙连起来的一段时间叫做一个混合时隙，一个混合时隙中时隙的数目小于等于当前网络业务量的数目，将高优先级的业务作为一个独立的时隙混合入一个混合时隙，将至少两个低优先级业务合并为一个独立的时隙混合入一个混合时隙；

在一个混合时隙中，每个时隙的开始都分配给一个或多个特定的业务用来发包，时隙的分配是根据每个业务的优先级来完成的，优先级越高的业务，发包的时隙越靠前，优先级最低的业务，发包的时隙在最后；

当不同前后时隙的业务均想在一个混合时隙中发包时，只有优先级最高的业务所在的时隙才能获得发包的机会；如果两个不同优先级的业务在同一个时隙，则会发生碰撞；在一个混合时隙中，只有在所有站点中靠前时隙的业务均不发包的情况下，有靠后时隙的业务站点才能获得发包的机会

本发明的有益效果主要表现在：大大提高吞吐量、在高优先级业务方面降低延时和丢包率、提升EDCA性能。

附图说明

图1为802.11e中站点所观察到的信道状况的示意图。

图2为IEEE802.11e EDCA默认的时隙分配的示意图。

图3为本发明的混合时隙的分配的示意图。

图4为归一化吞吐量的比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种IEEE802.11网络的时隙分配方法，几个时隙连起来的一段时间叫做一个混合时隙，一个混合时隙中时隙的数目小于等于当前网络业务量的数目，可以将高优先级的业务作为一个独立的时隙混合入一个混合时隙，也可以将两个和多个低优先级业务合并为一个时隙，混合入一个混合时隙。在一个混合时隙中，每个时隙的开始都分配给一个或多个特定的业务用来发包。

在一个混合时隙中，每个时隙的开始都分配给一个或多个特定的AC用来发包。时隙的分配是根据每个AC的优先级来完成的，优先级越高的业务，发包的时隙越靠前；优先级最低的业务，发包的时隙在最后。每一个站点在一个混合隙中，最多只有一次发包的机会。因此，在一个混合时隙中，如果一个传送靠前时隙的业务的站点已经开始发包，那么当其他靠后时隙站点在指定的时隙中准备发包时，就会发现信道已经繁忙，不能发包。这样，当不同前后时隙的站点均想在一个混合隙中发包时，只有优先级最高的业务才能获得发包的机会。在一个混合隙中，只有在其他靠前时隙的站点均不发包的情况下，靠后时隙业务的站点才能获得发包的机会。这种方法在一个混合时隙中提供优先级服务，保证在一个超时隙中，高优先级业务优先获得发包的机会。

本实施例的WLAN网络中，802.11e的一种时隙分配机制，通过降低MAC层中的碰撞概率，为站点提供了更好的QoS服务。

为达到上述目的，本发明提供了一种802.11e网络中的时隙分配方法，本文以IEEE802.11e草案中的四个接入种类为例，提供了一种时隙的分配方法，如图3所示，AC_VO、AC_VI被分配到了第一、第二时隙，而AC_BK和AC_BE被分配到了最后的同一个时隙.假设一个时隙的时间间隔为2ms，则一个混合时隙的时间间隔为6ms。此方法包括以下步骤：

在一个混合时隙开始时，如果某个AC_VO的计数器已经为0，则发送数据，这样，由于AC_VI会检测到信道繁忙，于是即使计数器已为0，在第二个时隙时就不发送数据。AC_BK和AC_BE会检测到信道繁忙，即使计数器已为0，在第三个时隙时也不发送数据。所以在这个混合时隙中任何站点的AC_VI、AC_BK和AC_BE都不允许发送数据。如果在一个混合时隙中，第一个时隙中任何一个站点的AC_VO都无数据发送，则在第二个时隙轮到AC_VI检测信道时会发现信道空闲，于是任何一个AC_VI计数器已经为0的站点都会试图发送数据，同理AC_BK和AC_BE会检测第二个时隙时信道繁忙，于是在第三个时隙时，即使计数器已为0，也会停止发送数据。如果在一个混合时隙中，在第一个时隙中任何一个站点的AC_VO都无数据发送且第二个时隙中任何一个站点的AC_VI都无数据发送，于是任何一个AC_BK或AC_BE计数器已经为0的站点都会试图发送数据。

当站点处于等待状态时，它的倒计数器是以混合隙为单位来减小的。当信道空闲的时间达到一个混合时隙时，站点的计数器减1；如果信道空闲时间不满1个混合时隙时，计数器保持原值不变。

Claims (1)

1.一种IEEE802.11网络的时隙分配方法，其特征在于：多个时隙连起来的一段时间叫做一个混合时隙，一个混合时隙中时隙的数目小于等于当前网络业务量的数目，将高优先级的业务作为一个独立的时隙混合入一个混合时隙，将至少两个低优先级业务合并为一个独立的时隙混合入一个混合时隙；

在一个混合时隙中，每个时隙的开始都分配给一个或多个特定的业务用来发包，时隙的分配是根据每个业务的优先级来完成的，优先级越高的业务，发包的时隙越靠前，优先级最低的业务，发包的时隙在最后；

每一个站点在一个混合隙中，最多只有一次发包的机会；这种方法在一个混合时隙中提供优先级服务，保证在一个超时隙中，高优先级业务优先获得发包的机会；如果两个不同优先级的业务在同一个时隙，则会发生碰撞；在一个混合时隙中，只有在所有站点中靠前时隙的业务均不发包的情况下，有靠后时隙的业务站点才能获得发包的机会。