CN103856303A - 根据重传次数动态设置节点最小竞争窗口值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根据重传次数动态设置节点最小竞争窗口值的方法，主要解决现有技术静态设置最小竞争窗口值导致网络性能下降的问题。其实现步骤是：1）节点发送当前数据包，并记录其成功发送的重传次数；2）将记录的重传次数与设置的两个门限值比较：当重传次数小于第一门限值时，设置最小竞争窗口值为通信标准中默认的最小竞争窗口值；当重传次数大于第一门限值，且小于第二门限值时，设置最小竞争窗口值为通信标准中默认最小竞争窗口值的α倍；当重传次数大于第二门限值时，设置最小竞争窗口值为通信标准中默认最小竞争窗口值的β倍；3）最小竞争窗口值设置完后，节点继续竞争信道。本发明减小了节点发送数据的时延，提高了通信网络的性能。

Description

根据重传次数动态设置节点最小竞争窗口值的方法

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分布式协调功能DCF动态设置节点最小竞争窗口值的方法。可用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

目前使用最为广泛的无线局域网WLANs标准—IEEE802.11主要有两种接入机制，即基于竞争的分布式协调功能DCF和无竞争的点接入功能PCF。其中DCF是基于载波监听多址接入/碰撞避免CSMA/CA的，并且使用了二进制指数退避算法来减少节点间数据包发生碰撞的概率。针对二进制指数退避算法中，每次成功传输后，节点的竞争窗口值被重新设置为最小竞争窗口值的做法。很多研究者都提出，这样会导致在业务量很大的情况下加剧拥塞状况。而且，一次成功传输并不能准确地反应信道拥塞情况，所以一次成功传输后竞争窗口值被设置为最小值，可能会恶化网络性能。

所以，很多研究者根据网络状况，来动态设置节点的最小竞争窗口值。当网络的状况好时，为节点设置较小的最小竞争窗口值；当网络的状况不好时，为节点设置较大的最小竞争窗口值。所以，在根据网络状况设置节点最小竞争窗口值的过程中，需要一个合适的方法来获取准确的网络状况，即需要合适的网络状况衡量方法。现有的网络状况衡量方法，主要涉及有以下几种：

1.根据平均冲突率因子来衡量网络状况。如电子科技大学周雯在其2010年的硕士毕业论文“IEEE802.11e增强型分布式信道接入EDCA中竞争窗口的动态退避算法研究”中使用平均冲突因子来衡量网络状况，根据平均冲突因子将网络状态划分为低负荷状态、中负荷状态和高负荷状态，在不同的状态下设置不同的竞争窗口值，采用不同的退避机制以提高系统性能。

2.根据某一更新周期内信道繁忙的时间占整个时间段的比率，即时隙利用率来衡量网络状况。如朱艳飞，宋顺林，姜自雷在计算机应用研究2011，pp.1102-1104发表的“一种基于802.11e动态自适应调整竞争窗口的算法”，就是先使用时隙利用率来衡量网络状态，再动态调整竞争窗口，以降低信道接入的冲突，提高网络的性能。

3.根据一定时间段内发送失败的次数与尝试发送的次数之比，即一段时间内传输失败的概率来衡量网络状况。如Der-Jiunn Deng and Chih-Heng Ke:ContentionWindow Optimization for IEEE802.11DCF Access Control,IEEE Transactions onWireless Communications,2008,vol.7,no.12,pp.5129-5135将传输失败概率作为衡量网络状态的工具。

以上网络状况衡量方法，都需要实时监控信道和额外的计算工作，这样不仅为动态设置节点最小竞争窗口值算法带来了高复杂度，而且计算带来的时间延迟会影响节点最小竞争窗口值动态设置的准确性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种根据重传次数动态设置节点最小竞争窗口值的方法，以减小节点最小竞争窗口值的设置复杂度，提高最小竞争窗口值的准确性。

实现本发明目的的技术思路是：根据上次成功传输的数据包的重传次数，设置下一传输数据包的最小竞争窗口值，如果上一个数据包成功传输前的重传次数较大，则为节点设置的最小竞争窗口值较大，否则，为节点设置的最小竞争窗口值较小。具体步骤包括如下：

（1）网络中的每个节点通过竞争得到接入信道，发送当前数据包，并记录成功发送当前数据包所经历的重传次数n；

（2）设置两个重传次数门限值th1和th2，th1<th2；将记录的重传次数n与第一门限值th1进行比较，如果n≤th1，即网络处于轻负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值，并执行步骤（5），否则执行步骤（3）；

（3）将记录的重传次数n与第二门限值th2进行比较，如果th1<n≤th2，即网络处于中负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的α倍，α>1，并执行步骤（5），否则执行步骤（4）；

（4）若n>th2，即信道处于重负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的β倍，β>α；

（5）最小竞争窗口值设置成功后，在0到最小竞争窗口值区间内随机选择一个整数作为节点退避计数器的值，触发每个节点继续竞争信道。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明采用当前数据包成功发送时所经历的重传次数来衡量网络状况，以动态设置节点最小竞争窗口值，不需要实时监控信道和额外的计算工作，使得本发明具有算法复杂度低并且能设置合适的最小竞争窗口值的优点。

2.本发明采用动态设置节点最小竞争窗口值的方法，克服了二进制指数退避机制中一次成功传输后将节点竞争窗口值设置为IEEE802.11标准中规定的最小竞争窗口值而加重网络拥塞情况的问题，降低了数据在链路上传输时因碰撞造成传输失败的概率，提高了网络性能。

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。

具体实施方式

结合附图对本发明实现步骤和效果作进一步的详细描述。

步骤1，记录发送当前数据包所经历的重传次数n。

网络中的每个节点通过竞争得到接入信道，第一次发送当前数据包，若在短帧间间隔SIFS时间后能收到来自目的节点的确认帧ACK，则数据包为成功发送，且重传次数n=0，否则，数据包发送失败，节点需要重新竞争信道，节点通过竞争获得信道后，再次发送当前数据包，若发送成功，则重传次数n=1，否则节点继续竞争信道，以重传当前数据包，直到当前数据包被成功发送；

将第一次发送当前数据包到当前数据包被成功发送过程中数据包被重传的次数n记录下来。

步骤2，设置两个重传次数门限值th1和th2。

现有技术中重传次数门限值的设置，通常是将实际网络轻度业务量时数据包重传次数设置为第一门限值th1，而将实际网络中度业务量时数据包重传次数设置为第二门限值th2，且th1<th2；

步骤3，将记录的重传次数与设置的重传次数门限值比较，确定最小竞争窗口值。

3a）将记录的重传次数n与第一门限值th1进行比较，如果n≤th1，即网络处于轻负荷状态，信道未达到拥塞，不需要增大最小竞争窗口值，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值，并执行步骤4，否则执行步骤3b)；

3b）将记录的重传次数n与第一门限值th2比较，如果th1<n≤th2，即网络处于中负荷状态，即信道为中度拥塞，需要小幅度增大最小竞争窗口值，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的α倍，α>1，执行步骤4，否则执行步骤3c）；

3c）若n>th2，即网络处于重负荷状态，信道为重度拥塞，需要设置较大的最小竞争窗口值，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的β倍，β>α，即比网络中度负荷状态时设置的最小竞争窗口值大。

步骤4，节点继续竞争信道。

最小竞争窗口值设置完成后，在0到最小竞争窗口值区间内随机选择一个整数作为节点退避计数器的值，信道空闲分布式帧间间隔DIFS时间后，节点开始退避，继续竞争信道。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：

1.仿真条件

仿真软件：采用NS-2.34（Network Simulator）；

仿真场景：由无线客户节点向一个无线接入点发送数据。每个无线客户节点都有大量数据包要发送，即业务量比较大的场景；

业务产生模型：为恒定比特速率（Constants Bit Rate，CBR），周期为5s；

数据包：大小为500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。

最小竞争窗口	最大竞争窗口	α	β	th1	th2
						31	1024	2	4	2	5

2.仿真内容和结果

利用以上仿真场景和仿真条件，对本发明和现有的二进制指数退避算法进行仿真，得到本发明和现有技术二进制指数退避算法的时延比较图，如附图2所示。

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中以正方形标示的曲线为使用现有技术二进制指数退避算法传输数据的仿真结果曲线，以三角形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，以正方形标示的曲线使用现有二进制指数退避算法传输数据时，发送数据的时延较大，以三角形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：当网络负荷较轻的时候，通过设置较小的最小竞争窗口值，使得节点能较快接入信道；当网络处于中度负荷状态时，通过设置比较大的最小竞争窗口值，在短时间内节点延缓接入信道，从而缓解信道的拥塞情况；当网络处于重度负荷状态时，通过设置一个更大的最小竞争窗口值，在较长时间内节点延缓接入信道，从而能更大程度的缓解信道拥塞情况。

仿真表明，本发明能够减小发送数据的时延，满足业务对时延的需求。

Claims (3)

1.一种根据重传次数动态设置节点最小竞争窗口值的方法，包括如下步骤：

（1）网络中的每个节点通过竞争得到接入信道，发送当前数据包，并记录成功发送当前数据包所经历的重传次数n；

（2）设置两个重传次数门限值th1和th2，th1<th2；将记录的重传次数n与第一门限值th1进行比较，如果n≤th1，即网络处于轻负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值，并执行步骤（5），否则执行步骤（3）；

（3）将记录的重传次数n与第二门限值th2进行比较，如果th1<n≤th2，即网络处于中负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的α倍，α>1，并执行步骤（5），否则执行步骤（4）；

（4）若n>th2，即信道处于重负荷状态，则设置最小竞争窗口值为IEEE802.11标准中默认的最小竞争窗口值的β倍，β>α；

（5）最小竞争窗口值设置成功后，在0到最小竞争窗口值区间内随机选择一个整数作为节点退避计数器的值，触发每个节点继续竞争信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤（1）中的成功发送，是指节点第一次发送当前数据包后，若在短帧间间隔SIFS时间后能收到来自目的节点的确认帧ACK，则数据包为成功发送，且重传次数n=0，否则，数据包发送失败，节点需要重新竞争信道，节点通过竞争获得信道后，再次发送当前数据包，若发送成功，则重传次数n=1，否则节点继续竞争信道，以重传当前数据包，直到当前数据包被成功发送。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤（1）中重传次数n，是指节点从第一次发送当前数据包到当前数据包被成功发送过程中数据包被重传的次数。

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