CN103118385B - 处理增强型分布式信道访问中内部碰撞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理增强型分布式信道访问中内部碰撞的方法，解决现有技术存在的内部碰撞导致的对低优先级不公平的问题。本发明具体实现步骤是，首先高优先级队列直接发送数据，然后低优先级队列根据高优先级队列数据发送是否成功选择重新退避或者发送数据，最后根据节点中待发送队列的数量决定是否结束发送数据。仿真结果证明，本发明使节点发送数据的时延更小，在保障业务通过量的同时满足业务对时延的服务质量需求；使节点发送数据发生外部碰撞的概率更低，减小数据在链路上传输时因外部碰撞造成传输失败的次数，提高通信网络的性能。

Description

处理增强型分布式信道访问中内部碰撞的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线局域网领域中处理增强型分布式信道访问(Enhanced Distributed Channel Access，EDCA)中内部碰撞的方法。本发明可以在无线局域网中保证业务通过量的前提下，减小链路传输时间，提高数据包成功发送的概率，有效提升无线局域网的性能。

背景技术

目前，随着无线局域网应用越来越广泛，人们开始期望无线局域网能够像有线网络一样，提供服务质量保障。然而，由于无线信道速率低、出错率高并且冲突难以检测，无线局域网一直难以提供服务质量保证。为此，IEEE802.11协议组历经多年，终于在2005年11月发布了IEEE802.11e协议，为无线局域网提供了MAC层的QoS保障。但是IEEE802.11e协议存在着一定的不公平问题。

湖南大学的专利申请“一种服务质量敏感的802.11e多媒体数据分组调度方法”(申请号CN201110043498.6，公开号CN102075440A)公开了一种服务质量敏感的802.11e多媒体数据分组调度方法。该方法根据不同多媒体数据业务时延敏感性要求，按照实时媒体业务流的等待时间，计算多种媒体业务流的数据调度紧急度，然后基于多媒体业务流的紧急度对EDCA各个AC参数进行调整，改变个AC队列优先级，增加紧急业务AC队列竞争到信道访问权的概率，使紧急业务拥有更多的机会访问信道，保证不同业务流之间的公平性。但是该方法仍然存在的不足是，首先，该方法增加了通信网络发生外部碰撞的概率；其次，在数据发送节点内部发生碰撞时，该方法没有考虑节电内部竞争对于数据传输的影响，造成业务传输过程中内部碰撞导致的对低优先级不公平的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种处理增强型分布式信道访问中内部碰撞的方法。本发明依据无线局域网的实际应用，充分考虑数据发送的公平性问题，在保证高优先级数据正常发送的前提下，增加低优先级数据的发送机会，有效提升无线局域网的性能。

本发明实现上述目的的具体思路是：当节点内两个或两个以上队列同时发送数据时，认为发生内部碰撞，在发生内部碰撞后，高优先级队列直接发送，低优先级队列保持其内部退避计数器的值为0，如果高优先级队列的数据发送成功，则低优先级队列的数据在信道空闲短帧帧间间隔(short inter frame space，SIFS)后直接发送；如果高优先级队列的数据发送失败，则低优先级队列重新竞争信道。以此为低优先级队列提供了更多的发送机会。

本发明实现上述目的的具体步骤包括如下：

(1)选择最高优先级待发送队列发送数据：

节点比较其内部待发送队列的优先级，将优先级最高的待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据，其余待发送队列保持其内部退避计数器的值为0；

(2)判断数据发送是否成功：

节点通过载波监听信道判断发送的数据是否成功，如果成功，则执行步骤(4)，否则，则执行步骤(3)；

(3)重新竞争信道：

将节点内待发送队列的竞争窗口增大一倍，在0至竞争窗口区间内随机选择一个数作为待发送队列内部退避计数器的值，触发待发送队列重新竞争信道；

(4)判断是否只存在一个待发送队列：

节点通过检查所有队列内部退避计数器的值是否为0，判断是否只存在一个待发送队列，如果是，则执行步骤(5)，否则认为仍存在多个待发送队列，执行步骤(1)；

(5)完成数据发送：

待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用优先级最高的待发送队列直接发送数据，其余待发送队列保持其内部退避计数器的值为0不变的方法，为低优先级数据提供了更多的发送机会，克服了现有技术中内部碰撞导致的对低优先级不公平的问题，使得本发明具有了在保障业务通过量的同时满足业务对时延的要求的优点。

2、本发明采用优先级最高的待发送队列在信道空闲短帧帧间间隔后发送数据的方法，克服了现有技术中通信网络发生外部碰撞的概率较高的问题，使得本发明具有了数据在链路上传输时因外部碰撞造成传输失败的概率降低，网络性能得到提高的优点。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明与现有技术的数据发送时延仿真图；

图3为本发明与现有技术的数据发生外部碰撞次数仿真图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步的详细描述。

步骤1，选择最高优先级待发送队列发送数据。

节点比较其内部待发送队列的优先级，将优先级最高的待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据，其余待发送队列保持其内部退避计数器的值为0。

当非最高优先级待发送队列的内部退避计数器退避到0时，内部退避计数器不触发该队列发送数据，也不选择新的值重新退避，而是暂时停止工作，不触发任何操作。

步骤2，判断是否发送成功。

发送站点传输过程中仍继续监听媒体，以监测是否存在冲突。假如发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号幅度，由此判断出冲突的存在。一旦检测到冲突，就认为发送没有成功。若发送成功则执行步骤4，否则执行步骤3。

步骤3，重新竞争信道

将节点内待发送队列的竞争窗口增大一倍，在0至竞争窗口区间内随机选择一个数作为待发送队列内部退避计数器的值，启动内部退避计数器，当退避计数器的值减小到0时，触发待发送队列重新竞争信道。

步骤4，判断是否只存在一个待发送队列

节点通过检查所有队列内部退避计数器的值是否为0，判断是否只存在一个待发送队列。如果队列内部退避计数器的值为0，则该队列为待发送队列。如果节点内只有一个队列的内部退避计数器的值为0，则只存在一个待发送队列，执行步骤5，否则执行步骤1。

步骤5，完成数据发送

待发送队列通过监听信道载波功率判断信道是否为空闲，当信道载波功率超过门限值则认为信道为忙，当信道载波功率低于门限值则认为信道为空闲。当待发送队列判断信道空闲时间等于短帧帧间间隔时触发数据发送操作，待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据。

下面结合图2和图3仿真图对本发明效果做进一步的描述。

附图2是本发明和现有技术时延比较图，附图3是本发明和现有技术外部碰撞次数比较图。

1.仿真条件和内容

图2和图3采用的仿真软件是NS-2.34(Network Simulator)；仿真采用方法为本发明和现有技术的专利申请文件“一种服务质量敏感的802.11e多媒体数据分组调度方法”中提出的方法；仿真场景是无线客户节点向一个无线接入点发送数据。每个无线客户节点同时产生四个数据包，每个优先级各一个，业务产生模型为恒定比特速率(Constants Bit Rate，CBR)，周期为10s，数据包大小为256字节，传输速率为1Mbps，重传次数为无限重传，RTS/CTS门限大于256字节，传输模型为自由空间传播模型，传输范围250米，所有节点均在其他节点的通信范围之内且静止不动，不存在隐藏终端和暴露终端问题。仿真设置参数如下表所示。

队列优级	业务类型	帧间间隔	最小窗口	最大窗口	传输机会
						0	语音	2	7	15	3.008毫秒
1	视频	2	15	31	1.504毫秒
						2	尽力而为	3	31	1023	0
3	背景业务	7	31	1023	0

2.仿真结果分析

图2中的横坐标表示无线客户节点的数量，纵坐标表示时延，单位为秒。图2中以三角形标示的曲线为使用现有技术传输数据的仿真结果曲线，以黑圆点标示的曲线为使用本发明传输数据的仿真结果曲线。

从图2中可见，以三角形标示的曲线使用现有技术传输数据时，发送数据的时延较大，以黑圆点标示的曲线使用本发明传输数据时，发送数据的时延明显减小。其减小的原因是，当节点发生内部碰撞时，低优先级队列没有立刻重新退避，如果高优先级的数据发送成功，低优先级队列在信道空闲短帧帧间间隔后立刻获得信道发送数据。由此减少了低优先级队列重新退避的次数，降低了数据的时延。所以，本发明能够减小发送数据的时延，满足业务对时延的需求。

图3中横坐标表示无线客户节点的数量，纵坐标表示发生外部碰撞的数量。图3中以三角形标示的曲线为使用现有技术传输数据的仿真结果曲线，以黑圆点标示的曲线为使用本发明传输数据的仿真结果曲线。

从图3中可见以三角形标示的曲线使用现有技术传输数据时，发送数据发生外部碰撞的数量较多，以黑圆点标示的曲线使用本发明传输数据时，发送数据发生外部碰撞的数量较少。其原因是，当发生内部碰撞后，低优先级队列没有立刻重新退避，如果高优先级的数据发送成功，低优先级队列在信道空闲短帧帧间间隔后立刻获得信道发送数据。这样节点还占有信道，此时低优先的数据包不会与其他节点的数据包发生碰撞。所以，本发明能够减小发送数据发生外部碰撞的数量，提高通信网络的性能。

Claims (1)

1.处理增强型分布式信道访问中内部碰撞的方法，其步骤包括如下：

(1)选择最高优先级待发送队列发送数据：

节点比较其内部待发送队列的优先级，将优先级最高的待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据，当非最高优先级待发送队列的内部退避计数器退避到0时，内部退避计数器不触发该队列发送数据，也不选择新的值重新退避，而是暂时停止工作，不触发任何操作；

(2)判断数据发送是否成功：

节点通过载波监听信道判断发送的数据是否成功，如果成功，则执行步骤(4)，否则，则执行步骤(3)；

(3)重新竞争信道：

将节点内待发送队列的竞争窗口增大一倍，在0至竞争窗口区间内随机选择一个数作为待发送队列内部退避计数器的值，启动内部退避计数器，当退避计数器的值减小到0时，触发待发送队列重新竞争信道；

(4)判断是否只存在一个待发送队列：

节点通过检查所有队列内部退避计数器的值是否为0，判断是否只存在一个待发送队列，如果是，则执行步骤(5)，否则认为仍存在多个待发送队列，执行步骤(1)；

(5)完成数据发送：

待发送队列在信道空闲短帧间隔后发送数据。