CN113453269B - 一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法。所述方法具体为:利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,确定由固定统计窗口得出的信道负载值;将滑动窗口的负载统计值与固定窗口的负载统计值进行平均确定最终的负载统计值,根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值;退避窗口长度结合数据分组的优先级、信道预测值与优先级门限的阈值、固定窗口以及滑动窗口的时间长度,确定退避窗口的长度设置。本发明将滑动窗口与固定窗口结合提高了预测值对时间的敏感程度,能更加准确的反应某一时刻的实际负载情况。
Description
技术领域
本发明涉及信道负载统计技术领域,是一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法。
背景技术
在无线网络中,不同的MAC协议对于网络系统中信息的传输效率、传输的成功率以及数据的时延有着不同的影响。CSMA(Carrier Sense Multiple Access)是一种带有信道载波侦听功能的多址接入协议。
在CSMA协议中,网络中的所有用户共享传输介质。在发送端节点有数据要进行发送时,节点会首先监听信道并检测网络上是否有其他的节点正在发送信息,如果有将信道状态设置为“忙”,如果没有则将信道设置为“空闲”。当信道状态为“忙”,节点将进行退避,一般采用二进制指数退避重传算法;如果信道为“空闲”,节点将开始发送数据,并确认接收端节点成功接收信息。
在CSMA中也存在一定的问题,在信道侦听时只设置了“忙”和“空闲”两个状态,当网络的负载很大时,会导致部分节点一直进行退避而产生较大的延迟,甚至由于数据分组退避次数过多而被丢弃,导致数据分组的成功到达率降低。为了解决之一问题,可以将信道的负载程度进行更加准确的统计,同时将根据业务的要求将数据分为多个优先级,进行信道的检测以及数据的发送。这种方法能够在一定程度上提高高优先级业务的成功到达率并且降低延迟。
因此,设计有效的信道负载检测方法以及确定合适的退避窗口是保证高优先级数据快速、准确、成功发送的关键。信道负载统计的准确程度与各优先级门限设置的合理性影响着不同优先级数据包的发送与否,进而影响信息分组的到达率。同时,退避窗口的长度也影响着数据分组的延迟,进而限制了网络的性能。
发明内容
本发明为降低信道冲突,保证数据发送的实时性以及高优先级数据拥有相对较高的成功传输概率,本发明提供了一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,本发明提供了以下技术方案:
一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,包括以下步骤;
步骤1:利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的向前一个时间窗口Tstatic内的负载统计值记为LoadT;
步骤2:在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,确定由固定时间窗口统计的负载;
步骤3:发送节点准备进行数据发送的时刻进行统计,提取队列中最高优先级数据分组信息,确定信息发送的时刻t至t-Tdynamic的由滑动窗口统计信道负载,记为Load_dynamic,Tdynamic为滑动窗口的长度;
步骤4:将步骤2中得到的由固定时间窗口统计的负载值Load_static和步骤三中的统计数据发送时刻t至t-Tdynamic时间由滑动窗口统计信道负载Load_dynamic进行时间的统一,分别记为Load_static’和Load_dynamic’,计算平均值作为最终时刻的负载预测值;
步骤5:根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值;
步骤6:在每次发送数据前,进行信道负载的预测值与当前数据包优先级的门限的比较,当信道负载的预测值低于优先级门限时,则进行数据分组的发送;反之,则进行时间退避;
步骤7:退避窗口长度结合数据分组的优先级、信道预测值与优先级门限的阈值、固定窗口以及滑动窗口的时间长度,确定退避窗口的长度设置。
优选地,所述步骤1具体为:
利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的向前一个时间窗口内的负载统计值记为LoadT,节点开机进入网络,网络中的业务按照一定的规则分为n个优先级,将优先级编号为0到n-1,其中,0的优先级最高,n-1的优先级最低;每一个优先级的数据包都有一个排队队列,节点内部在接收到上层传递的数据分组后,将节点插入到相应的优先级队列中,当在进行信息发送时,节点按照从高优先级到优先级的顺序提取信息分组进行发送。
优选地,所述步骤2具体为:
采用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的向前一个时间窗口Tstatic内的负载统计值记为LoadT,即从T-Tstatic时刻到T时刻的信道负载,在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,在进行信道负载预测时,确定固定窗口信道负载统计值,通过下式表示固定窗口信道负载统计值:
其中,aI>aI-1,aI表示靠近T时刻的统计值对T时刻信道负载预测值的影响,I为向前的关联的时间Tstatic的个数,LoadT-I×Tstatic为T-I×Tstatic时刻由一个时间窗口Tstatic统计的信道负载。
优选地,通过下式确定最终时刻的负载预测值:
其中,Load_ave(t)表示对信道负载情况的预测。
优选地,根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值,其中最低优先级的阈值在不区分优先级的情况下数据成功到达率为99%时,计算得到的负载预测值;根据整个网络的业务类型和业务总量估计网络的最大负载,根据各优先级的业务比例确定每一优先级的门限阈值记为Load_threshold(pi),pi表示各个优先级。
优选地,通过下式确定退避窗口的长度设置:
其中,Tbackoff为退避窗口的长度设置。
本发明具有以下有益效果:
本发明将滑动窗口与固定窗口结合提高了预测值对时间的敏感程度,能更加准确的反应某一时刻的实际负载情况;引入实际负载与优先级门限阈值的差值所占据的比例,能够更好的体现出此时实际信道与允许发送信息的信道之间的差距,同时与合适的TSLOT搭配结合,能够在一定程度上减小回退的时间。
附图说明
图1为基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法流程图;
图2为信道负载预测值的示意图;
图3为仿真得到的各优先级数据成功到达率;
图4为仿真得到的各优先级数据的延迟。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明进行了详细说明。
具体实施例一:
根据图1所示,本发明提供一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,包括以下步骤:
一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,包括以下步骤;
步骤1:利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的向前一个时间窗口Tstatic内的负载统计值记为LoadT;
所述步骤1具体为:
利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的统计值记为LoadT,节点开机进入网络,网络中的业务按照一定的规则分为n个优先级,将优先级编号为0到n-1,其中,0的优先级最高,n-1的优先级最低;每一个优先级的数据包都有一个排队队列,节点内部在接收到上层传递的数据分组后,将节点插入到相应的优先级队列中,当在进行信息发送时,节点按照从高优先级到优先级的顺序提取信息分组进行发送。
步骤2:在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,确定由固定时间窗口统计的负载;
所述步骤2具体为:
采用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的统计值记做Loadti,即从T-Tstatic时刻到T时刻的信道负载。在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,在进行信道负载预测时,确定固定窗口信道负载统计值,通过下式表示固定窗口信道负载统计值:
其中,aI>aI-1,aI表示靠近T时刻的统计值对T时刻信道负载预测值的影响,I为向前的关联的时间T的个数,LoadT-I×Tstatic为T-I×Tstatic时刻由固定窗口统计的信道负载。
步骤3:发送节点准备进行数据发送的时刻进行统计,提取队列中最高优先级数据分组信息,确定信息发送的时刻t至t-Tdynamic的由滑动窗口统计信道负载,记为Load_dynamic,Tdynamic为滑动窗口的长度;
步骤4:将步骤2中得到的由固定时间窗口统计的负载值Load_static和步骤三中的统计数据发送时刻t至t-Tdynamic时间由滑动窗口统计信道负载Load_dynamic进行时间的统一,分别记为Load_static’和Load_dynamic’,计算平均值作为最终时刻的负载预测值;
通过下式确定最终时刻的负载预测值:
其中,Load_ave(t)表示对信道负载情况的预测。根据图2所示,可以确定Load_static和Load_dynamic的计算示意图。
步骤5:根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值;根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值,其中最低优先级的阈值在不区分优先级的情况下数据成功到达率为99%时,计算得到的负载预测值;根据整个网络的业务类型和业务总量估计网络的最大负载,根据各优先级的业务比例确定每一优先级的门限阈值记为Load_threshold(pi),pi表示各个优先级,i为0到n-1中的某一值。
步骤6:在每次发送数据前,进行信道负载的预测值与当前数据包优先级的门限的比较,当信道负载的预测值低于优先级门限时,则进行数据分组的发送;反之,则进行时间退避;
步骤7:退避窗口长度结合数据分组的优先级、信道预测值与优先级门限的阈值、固定窗口以及滑动窗口的时间长度,确定退避窗口的长度设置。通过下式确定退避窗口的长度设置:
其中,Tbackoff为退避窗口的长度设置。上式的第一部分表示当前负载值与该优先级门限的差值在该优先级阈值与上一优先级阈值的差值中所占的比例,能够表示此时信道负载与可以优先级门限之间的差距,如果差距很大则需要较长的时间才能使负载达到可以进行该信息发送的值,则需要进行相对较长时间的退避。(1+pi)将退避时间与优先级相关联,可以高优先级的数据包有较短的时延。TSLOT可以根据Tstatic与Tdynamic的值进行设置,避免过小倒是信道负载变化不大,或过大导致信息的时延变大。当数据分组为最高优先级时,由于没有上一优先级门限值,将默认式子第一部分为1。
当信息分组进行退避时,如果节点有更高优先级的数据分组要发送,需要立即结束退避过程并判断新到达的数据分组是否可以发送,重复上述步骤。如果在退避结束前没有其他高优先级数据分组需要发送,则在结束退避后重复上述判断,进行信息分组的发送。
下面通过仿真验证本发明的可行性。仿真条件设置如下表1和表2
表1、真条件
表2、优先级业务比例
按照上述参数进行仿真结果如图3和图4所示,其中图3为各优先级业务数据分组的成功达到率,图4为各优先级业务分组的时间延迟。从图中我们可以看到,高优先即分组具有较高的成功到达率以及较小延迟,能够满足高优先级业务的需求
以上所述仅是一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法的优选实施方式,一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化,这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,其特征是:包括以下步骤;
步骤1:利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的统计值记为LoadT;
步骤2:在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,确定由固定时间窗口统计的负载;
步骤3:发送节点准备进行数据发送的时刻进行统计,提取队列中最高优先级数据分组信息,确定信息发送的时刻t至t-Tdynamic的由滑动窗口统计信道负载,记为Load_dynamic,Tdynamic为滑动窗口的长度;
步骤4:将步骤2中得到的由固定时间窗口统计的负载值Load_static和步骤三中的统计数据发送时刻t至t-Tdynamic时间由滑动窗口统计信道负载Load_dynamic进行时间的统一,分别记为Load_static’和Load_dynamic’,计算平均值作为最终时刻的负载预测值;
步骤5:根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值;
根据各优先级数据在业务中所占的比例,计算各优先级的门限阈值,其中最低优先级的阈值在不区分优先级的情况下数据成功到达率为99%时,计算得到的负载预测值;根据整个网络的业务类型和业务总量估计网络的最大负载,根据各优先级的业务比例确定每一优先级的门限阈值记为Load_threshold(pi),pi表示各个优先级,i为0到n-1中的某一值;
步骤6:在每次发送数据前,进行信道负载的预测值与当前数据包优先级的门限的比较,当信道负载的预测值低于优先级门限时,则进行数据分组的发送;反之,则进行时间退避;
步骤7:退避窗口长度结合数据分组的优先级、信道预测值与优先级门限的阈值、固定窗口以及滑动窗口的时间长度,确定退避窗口的长度设置;
通过下式确定退避窗口的长度设置:
其中,Tbackoff为退避窗口的长度设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,其特征是:所述步骤1具体为:
利用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的统计值记为LoadT,节点开机进入网络,网络中的业务按照一定的规则分为n个优先级,将优先级编号为0到n-1,其中,0的优先级最高,n-1的优先级最低;每一个优先级的数据包都有一个排队队列,节点内部在接收到上层传递的数据分组后,将节点插入到相应的优先级队列中,当在进行信息发送时,节点按照从高优先级到优先级的顺序提取信息分组进行发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于优先级的信道负载统计以及退避窗口设置方法,其特征是:所述步骤2具体为:
采用固定窗口统计进行当前信道的负载统计,将一个静态窗口的长度设置为Tstatic,每间隔Tstatic进行一次信道负载统计,将在T时刻的统计值记做LoadT,即从T-Tstatic时刻到T时刻的信道负载,在T时刻时,将前M×Tstatic向关联,M为向前关联的固定窗口的个数,根据统计时刻与T时刻之间的时间距离对各个统计值进行加权平均,在进行信道负载预测时,确定固定窗口信道负载统计值,通过下式表示固定窗口信道负载统计值:
其中,aI>aI-1,aI表示靠近T时刻的统计值对T时刻信道负载预测值的影响,I为向前的关联的时间T的个数,LoadT-I×Tstatic为T-I×Tstatic时刻由固定窗口统计的信道负载。
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