CN102595520B

CN102595520B - 无线局域网中的发送速率调整方法和使用该方法的装置

Info

Publication number: CN102595520B
Application number: CN201210026685.8A
Authority: CN
Inventors: 韦安营; 范成龙
Original assignee: Beijing Autelan Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Autelan Technology Co ltd; Beijing Hua Xinaotian Network Technology Co ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: CN102595520A

Abstract

提供了一种无线局域网中的发送速率调整方法和使用该方法的装置，所述方法在现有的速率适配方法中引入了与同信道活跃设备相关的冲突因子，从而可以考虑相同无线信道中的多无线通信设备带来的影响，提高了多用户时无线局域网的性能，给用户带来较好的用户体验。

Description

无线局域网中的发送速率调整方法和使用该方法的装置

技术领域

本申请涉及无线通信，更具体地，涉及一种在无线局域网(WLAN)中的发送速率调整方法和使用该方法的装置。

背景技术

无线局域网技术是一种使用无线电磁波传递信号的技术。根据无线电磁波的传播特性，在离无线信号源较近的地方信号会比较强，而随着信号传播到远方，信号强度会逐渐降低。为了使信号覆盖较大范围，802.11技术采用了不同的调制方法，近处采用高阶调制，数据的发送速率较高，远处采用低阶调制，数据的发送速率较低。802.11b标准支持4种发送速率：1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。802.11a标准支持8种发送速率：6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps。802.11g标准支持12种发送速率，即，802.11a的8种发送速率加上802.11b的4种发送速率。802.11n标准支持多达28种速率。虽然802.11标准支持多发送速率，但是802.11标准并没有规定在哪种情况下使用哪种发送速率。根据一般的规律，为了得到好的吞吐量性能，最好使用高速率。然而，高速率抗干扰能力低，如果由于干扰而造成通信不成功，则反而影响系统吞吐量的性能。也就是说，高速率和抗干扰性能基本是一对矛盾。在合适的条件找到最佳的通信速率一直是WLAN中非常热点的技术。

在现有技术中，通常考虑以下几个因素来调整发送速率。

(1)丢包率(packet loss rate)和丢帧率(Frame loss rate)，即，在一个时间周期内，统计丢包率或丢帧率来确定是否调整发送速率。

(2)使用探测包来探测新的合适的发送速率，即，使用与当前发送速率不同的速率发送探测包，统计探测包的成功率、ATT等，从而确定下一个时间窗口的合适的发送速率。

(3)连续的发送成功统计。统计一段较长时间内的丢包率，从而决定是提高发送速率，还是降低发送速率。一般的门限例如为：如果丢包率低于10％则调高发送速率，如果丢包率高于33％则降低发送速率。

(4)根据信号噪声比(SNR)来确定是否调整发送速率。

(5)长期平滑评估。自动速率回退(ARF)算法是一种用于实际网络中的速率自适应算法。它利用发送方传输时连续成功或者连续失败作为判断信道好坏的标志，进而进行速率调整。当发送方收到ACK时，则该数据帧传输成功，当发送方未收到ACK，则表示传输失败。在ARF中，当连续10帧发送成功或定时器超时，就发送一个探测帧，若该探测帧成功，则提高一档发送速率；若连续两帧发送失败或者探测帧发送失败，则降低一档发送速率进行数据发送。除了ARF算法之外，还可采用诸如自适应自动速率回退(AARF)算法来进行长期的平滑评估。

现有技术的发送速率调整方法主要考虑五种因素，即，丢包率/丢帧率、探测包、连续统计、SNR和长期平滑评估。每种因素都有周期和门限值的调整。但是所有这些方法都不能保证最佳发送速率。在802.11b、802.11g标准的时候，这种缺点并不明显，但是在更高速率的802.11n标准下，吞吐量可以达到150M以上，一个接入点(AP)可以接入几十个用户站(STA)，这时，由于没有考虑到相同无线信道中的用户站的数量对于发送速率的影响，使用以上的速率调整方法对于无线局域网的性能提升并不显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调整无线通信设备的发送速率的方法，所述方法可包括：(a)测量无线通信设备的发送速率调整因素；(b)确定是否应该调整发送速率；(c)当在步骤(b)确定应该调整发送速率时，对调整发送速率的判定次数进行计数，并统计相同无线信道中的活跃无线通信设备的数量，调整发送速率的判定次数是提高发送速率的判定次数或降低发送速率的判定次数；(d)根据步骤(c)统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来得到冲突因子的值；(e)根据步骤(d)得到的冲突因子的值和步骤(b)得到的调整发送速率的判定次数的值来确定是否调整发送速率，并在调整发送速率之后将调整发送速率的判定次数的计数值清零，其中，冲突因子具有预定取值范围，在步骤(d)中，当步骤(c)统计的活跃无线通信设备的数量大于门限值时，将冲突因子的值增加一个步长，当步骤(c)统计的活跃无线通信设备的数量小于所述门限值时，将冲突因子的值减少一个步长，在步骤(e)中，当冲突因子的值大于第一预定值或者提高发送速率的判定次数大于第二预定值时，提高发送速率，当冲突因子的值小于第一预定值，或者冲突因子的值大于第一预定值且降低发送速率的判定次数大于第二预定值时，降低发送速率。

根据本发明的一方面，所述发送速率调整因素是无线通信设备的丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比和长期平滑评估中的至少一个。

根据本发明的一方面，所述方法还包括：步骤(c)统计与接入点关联的活跃无线通信设备和没有关联到接入点的同信道的邻近活跃无线通信设备的数量，或者步骤(c)仅统计同信道的邻近活跃无线通信设备的数量。

根据本发明的一方面，冲突因子的取值范围为{0，1，2}中的枚举值，所述门限值为9，所述第一预定值为1，所述第二预定值为3。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于调整无线通信设备的发送速率的装置，包括：测量单元，测量无线通信设备的发送速率调整因素，并统计相同无线信道中的活跃无线通信设备的数量；判定单元，根据测量单元测量的发送速率调整因素判定是否应该调整无线通信设备的发送速率；计数器，对判定单元判定的调整发送速率的判定次数进行计数，调整发送速率的判定次数为提高发送速率的判定次数或降低发送的速率判定次数；速率调整控制单元，根据测量单元统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来得到冲突因子的值，并根据冲突因子的值和计数器计数的调整发送速率的判定次数的值来确定是否调整发送速率，并在调整发送速率之后将调整发送速率的判定次数的计数值清零，其中，冲突因子具有预定取值范围，当测量单元统计的活跃无线通信设备的数量大于门限值时，速率调整控制单元将冲突因子的值增加一个步长，当测量单元统计的活跃无线通信设备的数量小于所述门限值时，将冲突因子的值减少一个步长，当冲突因子的值大于第一预定值或者提高发送速率的判定次数大于第二预定值时，速率调整控制单元提高发送速率，当冲突因子的值小于第一预定值，或者冲突因子的值大于第一预定值且降低发送速率的判定次数大于第二预定值时，速率调整控制单元降低发送速率。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明实施例的无线局域网中的发送速率调整方法的流程图；

图2是示出根据本发明实施例的用于调整无线通信设备的发送速率的装置的框图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是示出根据本发明实施例的无线局域网中的发送速率调整方法的流程图。

如图1所示，在步骤S110，测量无线通信设备的发送速率调整因素。这里，发送速率调整因素可以是无线通信设备的丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比、长期平滑评估。然而，这五个因素仅仅是本发明可以采用的确定是否提高或降低发送速率的示例性调整因素，本领域的技术人员可采用任意的现有技术中的发送速率调整因素之一或者现有技术中的发送速率调整因素中的至少两个的任意组合。

接下来，在步骤S120，确定是否应该调整发送速率。也就是说，如果通过诸如丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比、长期平滑评估的发送速率调整因素确定应该提高或降低发送速率，则进行到步骤S130。否则，返回到步骤S110继续测量发送速率调整因素。

在步骤S130，将调整发送速率的判定次数(即，提高发送速率的判定次数或降低发送速率的判定次数)加1，并统计相同无线信道中活跃无线通信设备的数量。这里，如果根据本发明实施例的用于调整发送速率的装置位于接入点(AP)中，则可统计与该AP关联的活跃无线通信设备和没有关联到该AP的同信道邻近的活跃无线通信设备的数量；如果根据本发明实施例的用于调整发送速率的装置位于用户站设备(STA)中，则仅统计同信道邻近的活跃STA。

然后，在步骤S140，根据步骤S130统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来得到冲突因子。在无线局域网中，STA在发送报文之前首先会侦听信道，如果信道空闲，则等待一个固定时间，然后随机回退一定时隙并发送报文。在回退的时候，采用固定的算法，通常是第一次回退在[1，15]之间选择一个数字。理论上，如果超过15个STA同时进行通信，则第一次通信发生冲突的概率是100％，则该次通信是无效通信。另外，如果STA的数量很多，下一次通信发生冲突的概率仍然很高，因此在STA数量较多时，应该采用高发送速率，并且较快地提高发送速率且较慢地降低发送速率。为此，在本发明中引入了冲突因子来实现这一技术效果。

具体地，如果在步骤S130统计的活跃无线通信设备的数量大于门限值，则将冲突因子增加一个步长，反之，则减少一个步长。例如，根据实施例，可将冲突因子的值限定为{0，1，2}，将活跃无线通信设备的数量门限值限定为9，则当活跃无线通信设备数量大于9个时，表明冲突比较大，因此，冲突因子增加一个步长。反之，当活跃无线通信设备数量小于9时，将冲突因子的值减少一个步长。也就是说，当冲突因子当前的值为2而活跃无线通信设备的数量小于9时，冲突因子的值减少为1，而如果此时活跃无线通信设备的数量大于9，冲突因子的值仍然为最大值2；当冲突因子的值为0而活跃无线通信设备的数量大于9时，冲突因子的值增加为1，而如果此时活跃无线通信设备的数量小于9，冲突因子的值仍然为最小值0，以此类推。应理解，在这里提到的活跃无线通信设备的数量的门限值以及冲突因子的取值范围仅仅是示意性的，可根据实际网络环境和要求来设置冲突因子的取值范围以及所述门限值。

接下来，在步骤150，根据在步骤S140得到的冲突因子的值和步骤S120计数的调整发送速率的判定次数来确定是否调整发送速率。如果确定将调整发送速率(提高或降低发送速率)，则在调整发送速率之后，在步骤S160将调整发送速率的判定次数的计数值清零。如果确定不调整发送速率，则返回到步骤S110重复上述的过程。

具体地，如果在步骤S140得到的冲突因子大于预定值或者在步骤S120计数的提高发送速率的判定次数的计数值大于另一预定值，则提高无线通信设备的发送速率，并将提高发送速率的判定次数的计数值清零；如果在步骤S140得到的冲突因子小于所述预定值，或者在步骤S140得到的冲突因子大于所述预定值且在步骤S120计数的降低发送速率的判定次数的计数值大于所述另一预定值，则降低无线通信设备的发送速率，并将降低发送速率的判定次数的计数值清零。否则，返回到步骤S110继续执行以判断是否应该调整发送速率。这里，根据优选实施例，如果冲突因子的值为{0，1，2}中的枚举值，调整发送速率的判定次数(即，提高发送速率的判定次数或降低发送速率的判定次数)的阈值为3，可实现较好的性能。

图2是示出了根据本发明实施例的用于调整无线通信设备的发送速率的装置200的框图。

如图2所示，根据本发明的调整无线通信设备的发送速率的装置200包括：测量单元210、判定单元220、计数器230和速率调整控制单元240。

测量单元210测量无线通信设备的发送速率调整因素，例如，丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比或长期平滑评估中的至少一个。测量单元210还统计相同无线信道中的活跃无线通信设备的数量。这里，如果根据本发明实施例的用于调整发送速率的装置位于AP中，则可统计与该AP关联的活跃无线通信设备和没有关联到该AP的同信道邻近的活跃无线通信设备的数量，如果根据本发明实施例的用于调整发送速率的装置位于STA中，则统计同信道的邻近的活跃STA的数量。

判定单元220根据测量单元210测量的发送速率调整因素判定是否应该调整无线通信设备的发送速率。计数器230对判定单元220的判定结果(即，调整发送速率的判定次数)进行计数。

速率调整控制单元240根据测量单元210统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来调整冲突因子。如果判定单元220判定应该提高发送速率，则速率调整控制单元240确定测量单元210统计的相同无线信道中的活跃无线通信设备数量是否大于门限值。如果活跃无线通信设备数量大于所述门限值，则将冲突因子的值增加一个步长，反之，则将冲突因子的值减少一个步长。接下来，速率调整控制单元240根据冲突因子的值和计数器230计数的调整发送速率的判定次数来确定是否调整发送速率。如果冲突因子的值大于一预定值或者计数器230计数的提高发送速率的判定次数大于另一预定值，则速率调整控制单元240控制无线通信设备提高发送速率，并控制将计数器230的计数清零。如果冲突因子的值小于所述预定值，或者冲突因子的值大于所述预定值且计数器230计数的降低发送速率的判定次数大于所述另一预定值，则速率调整控制单元240控制无线通信设备降低发送速率，并控制计数器230将计数清零。

根据本发明的示例性实施例的用于无线通信设备的发送速率调整方法考虑了相同无线信道中的多无线通信设备带来的影响，在无线通信设备较多，冲突因子较大时，积极提速并较慢地降速；在无线通信设备较少冲突因子较小时，谨慎提速。因此，能够显著提高多用户时无线局域网的性能，给用户带来较好的用户体验。

尽管已经参照本发明的实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种调整无线通信设备的发送速率的方法，包括：

(a)测量无线通信设备的发送速率调整因素；

(b)确定是否应该调整发送速率；

(c)当在步骤(b)确定应该调整发送速率时，对调整发送速率的判定次数进行计数，并统计相同无线信道中的活跃无线通信设备的数量，所述调整发送速率的判定次数为提高发送速率的判定次数或降低发送速率的判定次数；

(d)根据步骤(c)统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来得到冲突因子的值；

(e)根据步骤(d)得到的冲突因子的值和步骤(c)得到的调整发送速率的判定次数的值来确定是否调整发送速率，并在调整发送速率之后将调整发送速率的判定次数的计数值清零，

其中，冲突因子具有预定取值范围，在步骤(d)中，当步骤(c)统计的活跃无线通信设备的数量大于门限值时，将冲突因子的值增加一个步长，当步骤(c)统计的活跃无线通信设备的数量小于所述门限值时，将冲突因子的值减少一个步长，

在步骤(e)中，当冲突因子的值大于第一预定值或者提高发送速率的判定次数大于第二预定值时，提高发送速率，当冲突因子的值小于第一预定值，或者冲突因子的值大于第一预定值且降低发送速率的判定次数大于第二预定值时，降低发送速率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述发送速率调整因素是无线通信设备的丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比和长期平滑评估中的至少一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)统计与接入点关联的活跃无线通信设备和没有关联到接入点的同信道的邻近活跃无线通信设备的数量，或者步骤(c)仅统计同信道的邻近活跃无线通信设备的数量。

4.如权利要求1所述的方法，其中，冲突因子的取值范围为{0,1,2}中的枚举值，所述门限值为9，所述第一预定值为1，所述第二预定值为3。

5.一种用于调整无线通信设备的发送速率的装置，包括：

测量单元，测量无线通信设备的发送速率调整因素，并统计相同无线信道中的活跃无线通信设备的数量；

判定单元，根据测量单元测量的发送速率调整因素判定是否应该调整无线通信设备的发送速率；

计数器，对判定单元判定的调整发送速率的判定次数进行计数，所述调整发送速率的判定次数是提高发送的速率判定次数或降低发送速率的判定次数；

速率调整控制单元，根据测量单元统计的相同无线信道中活跃无线通信设备的数量来得到冲突因子的值，并根据冲突因子的值和计数器计数的调整发送速率的判定次数的值来确定是否调整发送速率，并在调整发送速率之后将调整发送速率的判定次数的计数值清零，

其中，冲突因子具有预定取值范围，当测量单元统计的活跃无线通信设备的数量大于门限值时，速率调整控制单元将冲突因子的值增加一个步长，当测量单元统计的活跃无线通信设备的数量小于所述门限值时，将冲突因子的值减少一个步长，

当冲突因子的值大于第一预定值或者提高发送的速率判定次数大于第二预定值时，速率调整控制单元提高发送速率，当冲突因子的值小于第一预定值，或者冲突因子的值大于第一预定值且降低发送的速率判定次数大于第二预定值时，速率调整控制单元降低发送速率。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述发送速率调整因素是无线通信设备的丢包率/丢帧率、探测包成功率、连续发包成功率、信号噪声比和长期平滑评估中的至少一个。

7.如权利要求5所述的装置，其中，测量单元统计与接入点关联的活跃无线通信设备和没有关联到接入点的同信道的邻近活跃无线通信设备的数量，或者仅统计同信道的邻近活跃无线通信设备的数量。

8.如权利要求5所述的装置，其中，冲突因子的取值范围为{0,1,2}中的枚举值，所述门限值为9个，所述第一预定值为1，所述第二预定值为3。