CN102958101A - 一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信终端，公开了一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法。在本发明中，物联网中的无线通信终端在发送数据包时通过在一定时间内判断发送失败的数据包数目来判断当前无线信道是否拥塞；当信道拥塞时，通过取得的随机数设定为定时器时长，启动定时器，待定时器超时后再次发送数据；当发送失败时，增加定时器的时长为现有时长的2倍，启动定时器，待超时后重试发送；如果再次失败，把定时器时长在现有时长的基础上再延长2倍，启动定时器，超时后继续重试发送；直至发送成功或者超过最大重试次数。这样就避开了当无线通信终端发送数据失败时马上重试造成的网络风暴效应，分散了无线通信终端的发送请求，提高数据发送成功率。

Description

一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法

技术领域

本发明涉及无线通信终端，特别涉及一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法。

背景技术

物联网的概念自1999年提出，目标是建设一个基于互联网、传统电信网络等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。无线通信终端作为物联网数据传输系统的核心，已经广泛应用到车载、消费类电子、医疗、电力等各行各业。利用移动通信运营商提供的公共移动无线网络覆盖，无线通信终端搭建了应用终端和物联网后台之间的数据交互平台：接收后台指令传递给终端，同时将终端传感器的信息及时反馈给后台。

公共移动无线网络（GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、LTE）都采用蜂窝通信的机制，通过将覆盖区域分为大量相连的小区，每个小区都只使用部分无线资源（无线频率，或者无线扰码）。在这种背景下，每个小区在同一时间内只能支持有限的通信信道。

无线通信终端依赖于公共移动无线网络回传信息，如果物联应用要求所有的无线通信终端集中上报信息（例如智能电表统计某一个时间具体时刻的全部小区电量），突发的呼叫请求或者数据请求将导致无线通信网络长时间的拥塞，严重情况下甚至还会造成无线通信网络的瘫痪，最终导致物联网不能正常运作。

现有技术中，物联网中的无线通信终端由于应用场合的特殊性（例如：长期运行在无人值守环境中智能电表），一旦发生信道拥塞导致的数据发送失败，只能依赖于终端后续自检出错后，重新发送数据请求。

这里简单介绍现有技术中，无线通信终端发送数据的流程，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，终端应用请求发送数据。

步骤102，通过射频电路发送一帧数据包。

步骤103，在本步骤中判断是否发送成功。如果发送成功，则执行步骤105；否则执行步骤104重试。

步骤104，在上一步骤中判断发现数据发送失败时，把该数据重新加入待发送队列。

步骤105，在步骤103中判断发现数据发送成功时，在本步骤中判断是否需要继续发送其他数据包。如果需要继续发送后续数据包，返回步骤102继续发送；否则执行步骤106。

步骤106，当判断无线通信终端不需要继续发送数据包时，关闭射频发送电路节省电量。

经分析发现，现有技术中的无线通信终端采用多次重传的方法来降低数据发送失败概率，但是所属无线蜂窝小区已经发生信道拥塞的情况下，无线通信终端的不断重试只会进一步加重系统的负担，造成网络上的风暴效应，不仅不能解决问题，反而会导致系统性能变的更差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种物联网中的无线通信终端在发送数据请求遇到无线信道拥塞时主动规避信道拥塞的方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法，包含以下步骤：

无线通信终端在发送数据时通过判断是否收到确认帧和收到的确认帧的结果，根据在一定时间内数据发送失败的次数来判断无线信道是否拥塞；

当无线信道拥塞时，终端通过产生随机数来设定启动定时器的时长并启动定时器，定时器超时后重新尝试发送数据；当再次发送失败时，终端通过增加定时器的时长来避开信道拥塞的时刻，直至发送成功或者超过最大重试次数。

本发明实施方式相对于现有技术而言，无线通信终端在发送数据时，先将数据不断加入到“待发送队列”，另外创建一个单独的线程负责从“待发送队列”中不断取出数据通过射频电路发送；然后等待远端网络侧返回的发送结果判断是否发送成功，如果在规定的时长内没有收到网络侧返回的确认帧，也认为发送失败；对于发送失败的数据包，判断没有超过最大重试次数后进行重试，如果超过最大重试次数，则认为该数据包发送失败，累加到“发送失败次数”计数器；当在一定时间内发送失败次数达到设定的上限时，则认为当前无线信道拥塞。

当无线信道拥塞时，终端不是马上重新发送该数据包，而是通过终端产生的随机数设定为定时器时长，并启动该定时器，当定时器超时后，终端尝试再次重发该数据包；当重新发送该数据包失败且还没有达到最大重试次数门限值时，终端在现有定时器时长的基础上延长2倍时间为定时器时长并启动定时器，超时后再次重试发送；如果还是发送失败，再把定时器时长在最新的定时器时长的基础上延长2倍并启动定时器，超时后尝试发送；直到发送成功或者重试次数超过设定的门限。

在上述实施方式中，判断发送数据重试次数的门限值可以通过终端平台设定，初始值默认为3次；在一定时间内发送失败帧数门限值和时间范围也可以通过终端平台设定，在该时间范围内发送失败帧数达到门限值时认为信道拥塞。

本发明利用无线通信终端在发送数据时通过判断是否收到确认帧和收到的确认帧的结果，根据在一定时间内数据发送失败帧数来判断无线信道是否拥塞；当信道拥塞时，通过取得的随机数设定为定时器时长，启动该定时器，待定时器超时后再次发送数据；当发送再次失败时，增加定时器的时长为现有定时器时长的2倍，启动定时器，超时后重试发送；如果再次发送失败，把定时器时长在现有时长的基础上再延长2倍，启动定时器，超时后重试；直至发送成功或者超过最大重试次数。这样就避开了当无线通信终端发送数据失败时马上重试造成网络风暴效应，分散了无线通信终端的发送请求，提高了数据发送成功率。

附图说明

图1是现有技术中处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施方式的系统框图；

图3是根据本发明实施方式中的信道拥塞检测流程的流程图；

图4是根据本发明实施方式中的信道拥塞规避流程的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的实施方式涉及一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法，具体流程如图2所示，包含以下步骤：

步骤201，无线通信终端上的应用程序通过射频电路发送数据。

步骤202，信道拥塞检测流程通过检测数据包是否发送成功和一定时间内数据包发送失败的帧数来判断当前无线信道是否出现拥塞。

步骤203，当发现当前无线信道拥塞时，信道拥塞规避流程通过终端产生的随机数作为定时器时长并启动定时器，待定时器超时后发送数据，避免失败后立即重传使已经拥塞的无线信道更加繁忙。

步骤204，无线通信终端结束数据发送。

在本实施方式中，信道拥塞检测流程负责检测当前无线通信信道是否发生拥塞。物联网中的无线通信终端在发送数据时，把每一帧数据包加入到“待发送队列”，终端中创建一个单独的线程负责从“待发送队列”中直接取出待发送数据通过射频电路发送；在本流程中通过判断是否收到确认帧和确认帧是否正确来判断当前一帧是否传输成功；当传输失败且没有达到重试次数门限时重新传输该数据包，否则认为传输失败并累加到“发送失败帧数”计数器；根据一段时间内发送失败的帧数判断当前信道是否发生拥塞。

具体步骤如图3所示：

步骤301，终端应用请求发送数据。

步骤302，终端把待发送的每一帧数据包加入到“待发送队列”。

步骤303，查询“待发送队列”中是否有待发送的数据。本方法中创建单独的线程负责查询“待发送队列”和从队列中取数据发送，创建线程的方法为公知技术，这里不再赘述。

步骤304，本步骤中判断当前“待发送队列”是否为空。如果为空； 则返回步骤303继续查询队列；如果队列不为空，则执行步骤305。

步骤305，在上述步骤中判断发现“待发送队列”不为空，本步骤从队列中取出一帧数据包发送，负责发送的线程与步骤303中创建的是同一个线程。

步骤306，终端通过自身的射频电路发送数据包。

步骤307，终端发送数据包后，等待网络侧发送的确认帧。

步骤308，终端判断是否收到确认帧。无线通信协议规定，发送的非广播和组播数据包，对方都会回应确认帧以表示是否正确收到该数据包。如果收到确认帧，执行步骤309；否则，执行步骤310。

步骤309，收到确认帧后，通过解析该确认帧判断对方是否已经收到之前发出去的数据包。如果判断发现对方正常收到数据包，则返回步骤303继续查询“待发送队列”；如果对方收到数据包失败，则执行步骤310。

步骤310，当在上述步骤中没有收到确认帧或者经过解析确认帧发现数据发送失败时，在本步骤中判断是否超过重试发送次数门限。如果超过重试次数门限，则进入步骤311；否则返回步骤306重新尝试发送该数据包。该门限值默认为3次，可以由终端平台设置，设置方法为行业内公知技术，这里不再详述。

步骤311，上述步骤中发送超过重试次数时，认为该帧数据发送失败， “发送失败帧数”计数器加1。

步骤312，根据在一定时间内数据包经过重试发送失败的帧数判断当前信道是否拥塞。本方法中判断在1秒之内数据包发送失败超过100次认为信道发生拥塞。如果已经发生信道拥塞，执行步骤313，否则返回步骤311继续等待、累加。具体的统计时间范围和发送失败帧数门限值通过终端平台可以设定。

步骤313，经过判断发现已经发生无线信道拥塞，进入信道拥塞规避流程。

当发现无线信道拥塞时，进入信道拥塞规避流程。在信道拥塞规避流程中，终端通过产生的随机数作为定时器的时长，然后启动该定时器，等待定时器超时后再次重新发送该数据包，这样就避开了在同一时间发送数据造成的信道更加繁忙。当重试发送数据失败后，终端把该定时器的时长延长为原来的2倍，启动定时器等待超时后再次重试；如果还是发送失败，终端把该定时器的时长在刚才已经延长的基础上再延长2倍，启动定时器，等待超时后重新发送数据，直至数据发送成功或者超过最大重试次数。

具体流程如图4所示，包括如下步骤：

步骤401，无线信道发生拥塞。

步骤402，终端产生随机数，随机数的范围为1ms（毫秒）到MaxDelayTime ms之间。把该随机数设定为定时器的超时时长。随机数的最大范围MaxDelayTime通过终端平台设定，本方法中设定为10ms。终端产生随时数的过程为现有技术中的公知技术。

步骤403，启动定时器，等待该定时器超时。每个终端平台中都有创建和启动定时器的通用方法，且为每个终端平台的公开技术，这里不针对该方法详述。

步骤404，定时器超时后，再重新尝试发送数据；而不是在数据发送失败后在统一的时间间隔内重试发送。

步骤405，判断数据是否发送成功。通过在上一流程中步骤308和309的方法即可判断。当数据发送成功时，执行步骤409；否则，执行步骤406。

步骤406，当在上一步骤中发现数据发送失败时，在本步骤中判断是否超过最大重试次数。如果超过最大重试次数，则执行步骤408；否则执行步骤407。

步骤407，在定时器超时后发送数据失败，在此步骤中设置定时器时长为上一次时长的2倍，再次避开拥塞时刻。

步骤408，在步骤405中发现数据发送失败且在步骤406中判断已经超过最大重试次数后，在本步骤中丢弃该数据包，等待其他机会重新发送。

步骤409，当在步骤405中发现成功发送了数据包，或者在步骤408中丢弃发送失败的数据包后，在此步骤中进行其他后续数据包的发送。

上述流程只是针对在正常情况下发送一帧数据包失败时规避信道拥塞的流程，对于多帧数据包，循环执行此流程即可。

上述步骤，即完成了物联网中的无线通信终端在发送数据包时通过在一定时间内判断发送失败的数据包数来判断当前无线信道是否拥塞；当信道拥塞时，通过取得的随机数设定定时器时长，待定时器超时后再次发送数据；当发送失败时，增加定时器的时长为现有时长的2倍，超时后重试发送；如果再次失败，把定时器时长在现有时长的基础上再延长2倍，超时后继续重试发送；直至发送成功或者超过最大重试次数。这样就避开了当无线通信终端发送数据失败时马上重试造成的网络风暴效应，分散了无线通信终端的发送请求，提高数据发送成功率。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (2)

1.一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法，其特征在于，包含以下步骤：

无线通信终端在发送数据时通过判断是否收到确认帧和收到的确认帧的结果，根据在一定时间内数据发送失败的次数来判断无线信道是否拥塞；

当无线信道拥塞时，终端产生随时数，把该随机数的值设定为定时器的时长，启动定时器，待定时器超时后再次重新发送；当重试失败时，在现有定时器时长的基础上延长2倍时间为定时器时长，再次启动定时器，待定时器超时后重新尝试发送；如果再次发送失败，把定时器时长在最新时长的基础上再延长2倍，启动定时器，超时后重新发送；直到发送成功或者超过最大重试次数。

2.根据权利要求1所述的一种无线通信终端上规避无线信道拥塞的方法，其特征在于：

无线通信终端在发送数据时把待发送的数据不断加入到“待发送队列”，终端创建一个单独的线程负责检测“待发送队列”是否为空，并从“待发送队列”中取出数据通过射频电路发送。

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