CN107889159A - 一种基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法、无线局域网 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线网络传输技术领域，公开了一种基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法、无线局域网，在AP端设置两个计时器Tnew和Told，分别记录下一次和本次Beacon Interval的时长；同时，在AP端设置两个计数器Nnew和Nold，分别用来记录本次和上一次Beacon Interval结束时在此周期内该AP成功认证关联的STA的数量；比较Nnew和Nold，动态调整beacon interval。本发明降低了在关联认证过程中的网络拥塞；通过动态调整beacon interval，降低或提高单位时间内发送关联认证帧的STA数目，从而降低网络拥塞。

Description

一种基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法、无 线局域网
技术领域
本发明属于无线网络传输技术领域，尤其涉及一种基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法、无线局域网。
背景技术
无线局域网(WLAN)是指以无线信道作为传输媒介的计算机局域网，以接入速率高、部署灵活、综合费用较低、终端普及性好等优点获得了广泛应用。802.11协议簇是国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准，其主要描述OSI模型的最低两层，即数据链路层和物理层。随着无线网络的迅速发展，802.11目前得到了大规模的普及和发展，被广泛应用在各类电子产品、无线网络中。然而随着配备有WLAN标准的无线通信设备的爆炸式增长，出现海量用户进行接入和数据传输的情况，对于现有的接入技术和协议都是极大的考验。802.11网络主要分为两种工作模式，独立基本服务集和基础结构型基本服务集；更加普遍使用的是基于基础结构型基本服务集(InfrastructureBSS)。在采用这种模式的WLAN中，工作站点(STA)接入网络接入点(AP)之前，必须先侦听网络的存在；STA首先要通过扫描过程发现周边的InfrastructureBSS网络，再通过认证关联过程建立与AP的逻辑连接关系；完成认证关联前提的扫描过程又被分为主动扫描和被动扫描两种模式。在被动扫描过程中，信标帧(Beacon帧)扮演着极为重要的角色，携带着AP的信息并在WLAN网络系统所支持的信道上由AP进行广播；STA在WLAN网络系统信道列表所列的各个信道之间不断切换以搜寻其附近AP周期性广播的Beacon帧，目的是获取接入该BSS所需要的基本参数。Beacon帧的发送间隔(BeaconInterval)，会较大程度上影响认证关联的效果。如果该间隔减小，即Beacon帧发送的更加频繁，可以使得STA有更大的可能性接收到Beacon帧，从而有更多的STA被允许认证关联接入。但是被允许认证关联接入的STA在同一时段对同一个AP发出认证关联请求，会造成竞争加剧和拥塞现象。如果将该间隔增大，即Beacon帧发送频率降低，STA有更小的可能行收到Beacon帧，一段时间内仅有少量的STA去认证关联同一个AP，可以减缓拥塞，但是完成认证关联的通过量被降低。当前WLAN网络系统中的BeaconInterval通常为固定值(一般设置为100毫秒)。面对WLAN发展导致的海量用户场景时形成的认证关联通过率低下问题，通常都是由人工手动调整该参数，以匹配具体情况，但是这种方式效率低下，可操作性差，一次调整不能适应多种用户数量情况，而且不一定获得最好的关联状况，不利用网络对用户的良好服务。但改进后的关联拥塞避免方法采用自适应动态调整BeaconInterval，AP端会根据当前的关联情况自动调整Beacon Interval，而不需要人为干预，大大提高了关联的成功率。
综上所述，现有技术存在的问题是：当前WLAN网络系统中的Beacon Interval通常为固定值面，对WLAN发展导致的海量用户场景时形成的认证关联通过率低下，可操作性差，不利用网络对用户的良好服务。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法、无线局域网。
本发明是这样实现的，一种基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法，所述基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法包括以下步骤：
(1)AP端设置计时器Tnew和计时器Told，分别记录下一次和本次Beacon Interval的时长；
(2)在AP端设置两个计数器Nnew和Nold，分别用来记录本次和上一次BeaconInterval结束时在周期内AP成功认证关联的STA的数量；
(3)比较Nnew和Nold，如果Nnew<Nold，将Tnew调整为(1+k)Told，如果Nnew≥Nold，则将将Tnew调整为(1-k)Told。
进一步，所述计时器的时间为T0。
进一步，在每个BeaconInterval结束之后，执行BeaconInterval的动态调整，动态调整表达式为：
其中，k为调整因子，取值为k∈(0,0.1)。
进一步，在每个BeaconInterval结束时，执行BeaconInterval的动态调整之后，修改AP端参数记录，按以下方式调整：
Told＝Tnew；
Nold＝Nnew。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法的无线局域网。
本发明改变了以往BeaconInterval是固定值的关联认证过程，根据比较前后两个BeaconInterval内成功关联的STA的数量，动态调整下一个BeaconInterval的长度，使得下一个BeaconInterval内成功关联的STA的数目的期望值有所增加。通过在AP端对BeaconInterval进行自适应的动态调整，可以在大量STA同时要求接入的情况下，增大BeaconInterval，以使得STA收到Beacon的概率下降，进而减少同时向一个AP发出关联认证请求的STA的数目，进而降低拥塞；而在少量STA同时要求接入的情况下，缩短BeaconInterval，以使得STA收到Beacon的概率提高，进而在信道允许的情况下提高同时向一个AP发出认证关联请求的STA的数目，进而提高成功关联的数量。通过附图3可以看出，对比与以往BeaconInterval是固定的关联认证过程，基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法能够有效提高关联认证的通过率。由此证明了本方法的正确性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法实现流程图。
图3是本发明实施例提供的仿真示意图。由仿真示意图可以看出，对比与以往BeaconInterval是固定的关联认证过程，基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法能够有效提高关联认证的通过率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明用于当海量用户接入InfrastructureBSS网络时，降低在认证关联过程中大量STA同时向一个AP发送关联请求帧所造成的碰撞，避免网络802.11网络的拥塞。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法包括以下步骤：
S101：在AP端设置两个计时器，分别记录下一次和本次BeaconInterval的时长；
S102：在AP端设置两个计数器，分别用来记录本次和上一次BeaconInterval结束时在此周期内该AP成功认证关联的STA的数量；
S103：比较计数器，动态调整beaconinterval。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的本发明实施例提供的基于动态调整BeaconInterval的关联拥塞避免方法包括以下步骤：
步骤一：AP端初始化工作；
在AP端设置两个计时器Tnew和Told，分别记录下一次和本次BeaconInterval的时长。同时，在AP端设置两个计数器Nnew和Nold，分别用来记录本次和上一次BeaconInterval结束时在此周期内该AP成功认证关联的STA的数量。根据通常WLAN配置参数，初始设置Tnew＝Told＝100ms，Nnew＝Nold＝0；
步骤二：记录Nnew；
在每个BeaconInterval结束时，记录本次BeaconInterval计时周期内AP成功认证关联的STA的数目，并将值记为Nnew；
步骤三：动态调整BeaconInterval；
在每个BeaconInterval结束之后，执行BeaconInterval的动态调整，具体的动态调整表达式为：
其中，k为调整因子，取值范围定义为k∈(0,0.1)。为了加快调整步长，在此可以取值k＝0.05；
步骤四：修改AP端参数：
在每个BeaconInterval结束时，执行BeaconInterval的动态调整之后，修改AP端参数记录，按以下方式调整：
Told＝Tnew；
Nold＝Nnew。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
依据以上实施步骤进行仿真：横坐标是待与AP关联的STA的个数，纵坐标表示一个Beacon Interval周期内与AP成功关联的STA个数占所有STA数目的比值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法，其特征在于，所述基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法包括以下步骤：
(1)AP端设置计时器Tnew和计时器Told，分别记录下一次和本次Beacon Interval的时长；
(2)在AP端设置两个计数器Nnew和Nold，分别用来记录本次和上一次Beacon Interval结束时在周期内AP成功认证关联的STA的数量；
(3)修改AP端参数。
2.如权利要求书1所述的基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法，其特征在于，所述计时器的时间为T0。
3.如权利要求书1所述的基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法，其特征在于，在每个Beacon Interval结束之后，执行Beacon Interval的动态调整，动态调整表达式为：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>
其中，k为调整因子，取值为k∈(0,0.1)。
4.如权利要求书1所述的基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法，其特征在于，在每个Beacon Interval结束时，执行Beacon Interval的动态调整之后，修改AP端参数记录，按以下方式调整：
Told＝Tnew；
Nold＝Nnew。
5.一种应用权利要求1～4任意一项所述基于动态调整Beacon Interval的关联拥塞避免方法的无线局域网。
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