CN117119470B - Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，涉及无线设备调度技术领域，以AP平均吞吐量、公平性和数据延迟来评估AP的性能确定AP频段分配，以预期服务时间为第一筛选条件、碰撞概率为第二筛选条件、平均信道占用率为第三筛选条件确定各AP在分配的频段下的网速，以各AP的数据延迟为第一筛选条件、平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络；当作为controller的AP的类别下降后，从新选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网，解决了现有的同步信道的接入的问题，本发明适用于Easymesh环境中分布式多链路中controller的选取。

Description

Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法
技术领域
本发明涉及无线设备调度技术领域，特别涉及Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法。
背景技术
随着家庭无线网络的普及，入户光纤网络提速以及越来越多的智能设备通过AP接入互联网，往往单一AP覆盖范围受到限制，Mesh组网应运而生，Mesh分布式路由通过组网生成一种网状网络，既可以采用有线直插组网，也可以通过无线进行组网，多AP的Mesh组网极大地扩展了信号覆盖范围。
针对无线Mesh网络中架设成本高和必须是同一厂商或指定系列才能进行独立组网的问题，推出了EasyMesh标准，为WiFi组网设备提供的一个标准化认证项目。
Wi-Fi技术中可用的越来越宽的信道提供了更高的吞吐量并减少了延迟，然而由于子频带完全同步问题、功耗问题、主信道拥塞等问题，宽信道的使用是不够有效的。多链路设备(MLD Mluti-Link Device)是由只有一个到LLC层接口的几个附属Wi-Fi设备组成(每个设备都有一个到无线媒体的PHY接口)。上层协议将MLD视为单个设备，且MLD只有一个MAC地址，并且这些序列号是从同一序列号空间唯一生成的。此解决方案简化了碎片化数据包的重组、重复检测和动态链路切换,此外MLD的工作方式即为多链路操作(MLO Multi-Link Opreation)。
多链路操作(MLO)的一个重要优势是MLD能够通过多个链路异步执行信道访问和传输数据，在不同的频段同时进行传输和接收。然而，由于MLD内的附属设备共享相同的天线或天线位于彼此相邻的频带内，因此如果链路位于同一频带内，它们可能会干扰。为了解决这个问题，提出了同步传输。同步传输以更少的信道接入导致的吞吐量降低为代价，避免了这个问题。跨设备干扰的另一个潜在解决方案是在预期接收器的传输期间禁止传输。
多链路操作(MLO)可以显著提高吞吐量、延迟和可靠性，但引发了许多与异步和同步信道访问相关的问题。异步操作需要优化，而同步信道的接入问题又悬而未决。
发明内容
本发明所解决的技术问题：本发明提供一种Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，解决现有的同步信道的接入的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，包括以下步骤：
S1、筛选可用AP，组成多链路通信网络；
S2、设置不同频段分配策略，计算出各AP平均吞吐量、公平性和数据延迟用于评估各AP在不同频段分配策略下的性能，并根据AP性能，确定各AP的频段分配；
S3、以预期服务时间为第一筛选条件、碰撞概率为第二筛选条件、平均信道占用率为第三筛选条件确定频带的分配方法，确定各AP在分配的频段下的网速分配；
S4、在已确定的各AP在分配的频段下的网速的前提下，以各AP的数据延迟为第一筛选条件、平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络；
S5、当作为controller的AP的类别下降后，则自动切换为附属网络，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网。
进一步的，S2中，通过将平均吞吐量、公平性和数据延迟进行加权计算，获得加权计算结果，用所述加权计算结果评估各AP性能。
进一步的，S2中，所述频段分配策略包括具有单个RTS接受的两个接入频段、具有单个RTS接受的单个接入频段和具有多个RTS接受的两个接入频段。
进一步的，S4中，以各AP的数据延迟为第一筛选条件对可用AP进行分类包括按延迟从低到高排序的前N个AP为A类，所述A类为数据延时最小类。
进一步的，S4中，以各AP的平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类包括在数据延迟的同一类中，按吞吐量从高到低排序的前M个AP为1类，所述1类为平均吞吐量最大类。
进一步的，在类别中的AP若转为不可用状态，则从类别中剔除。
本发明的有益效果：本发明Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，以AP平均吞吐量、公平性和数据延迟来评估各AP的性能确定其频段分配，并以预期服务时间为第一筛选条件、碰撞概率为第二筛选条件、平均信道占用率为第三筛选条件确定频带的分配方法，确定各AP在分配的频段下的网速，以各AP的数据延迟为第一筛选条件、平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络；当作为controller的AP的类别下降后，则自动切换为附属网络，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网，以此来确保同步信道的接入时的性能，解决了现有的同步信道的接入的问题。
附图说明
图1是本发明Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法的流程示意图。
具体实施方式
针对在easymesh环境中唯一controller的架构下实现对同步信道接入问题，提出了以下优化方案。
本发明Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，如附图1所示，包括以下步骤：
S1、筛选可用AP，组成多链路通信网络；
S2、设置不同频段分配策略，计算出各AP平均吞吐量、公平性和数据延迟用于评估各AP在不同频段分配策略下的性能，并根据AP性能，确定各AP的频段分配；
具体的，通过将平均吞吐量、公平性和数据延迟进行加权计算，获得加权计算结果，用所述加权计算结果评估各AP性能，权值根据需求确定，平均吞吐量计算公式为 其中SACG,C指平均吞吐量，C指设备类型，UC指C类型设备的数量，Si指第i个C类型设备的上行链路吞吐量；公平性通过Jain的公平指数计算，计算公式为：其中JFI指公平性，n指纳入考虑的传输设备数量，Sj指第j个设备的上行链路吞吐量；以此，为各AP设置不同的频段分配策略，比如，具有单个RTS接受的两个接入频段、具有单个RTS接受的单个接入频段和具有多个RTS接受的两个接入频段这三种频段分配策略，从而计算出各AP在这三种频段分配策略下的性能，以此通过AP性能，选出最合适AP的频段，从而针对AP为其分配性能最佳的频段。
S3、以预期服务时间为第一筛选条件、碰撞概率为第二筛选条件、平均信道占用率为第三筛选条件确定各AP在分配的频段下的网速；
具体的，对于频段下的网速分配，优先考虑第一筛选条件预期服务时间，在预期服务时间相同的情况下，再考虑第二筛选条件碰撞概率，在碰撞概率相同的情况下再考虑第三筛选条件平均信道占用率，即预期服务时间越短，网速越快，在预期服务时间相同的情况下，碰撞概率越小网速越快，在预期服务时间和碰撞概率均相同的情况下，平均信道占用率越低网速越快。
预期服务时间计算公式为其中E[DS]指预期服务时间，E[B]指每次传输的回退持续时间的期望值，ρ指平均通道占用率，P指信道碰撞的概率，TC指发送碰撞时长，TS指成功传输的时长，σ指空的回退持续时间；平均通道占用率的计算公式为/>其中Pe指空的回退概率，PS指传输成功的概率，PC指回退发生碰撞的概率，信道碰撞概率P的计算公式为P＝1-(1-τ′)N＝1-Pe，其中N表示竞争者个数，τ′指N个竞争者在退避的链路上的传输概率，上述计算公式及推导详见Delay Analysisof IEEE 802.11be Multi-Link Operation Under Finite Load的第三部分。
S4、在已确定的各AP在分配的频段下的网速的前提下，以各AP的数据延迟为第一筛选条件、平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络；
具体的，以各AP的数据延迟为第一筛选条件对可用AP进行分类包括按延迟从低到高排序的前N个AP为A类，所述A类为数据延时最小类。具体的一种方式为：按延时从低到高排序，将AP分为3类，其中排序前三分之一为A类，中三分之一为B类，尾三分之一为C类，其中在A类中的AP如果其延迟相比于A类中的其他延迟相差一个或多个数量级时，将所述AP自动调整至下一类中。以各AP的平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类包括在数据延迟的同一类中，按吞吐量从高到低排序的前M个AP为1类，所述1类为平均吞吐量最大类，具体的一种方式为：在数据延迟的同一类中，按吞吐量从高到低排序，其中排序前三分之一为1类，中三分之一为2类，尾三分之一为3类，在某一类中，如果有AP的平均吞吐量低于该类中其他的AP的平均吞吐量的一半，则将该AP自动调整至下一类中。由此，A1类中的AP是所有可用AP中延迟较低且平均吞吐量较大的优质AP，再从A1类中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络，以此来满足同步信道的接入的需求。
S5、当作为controller的AP的类别下降后，则自动切换为附属网络，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网。
具体的，当作为controller的AP被调出A1类时，自动将其切换为附属网络，并在A1类中重新选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网，以确保通信主网的延时和平均吞吐量。
特别的，在类别中的AP若转为不可用状态，则从类别中剔除。

Claims (6)

1.Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，所述Easymesh环境中包括多个AP，其中一个AP作为controller管理其余AP，其特征在于，包括以下步骤：
S1、筛选可用AP，组成多链路通信网络；
S2、设置不同频段分配策略，计算出各AP平均吞吐量、公平性和数据延迟用于评估各AP在不同频段分配策略下的性能，并根据AP性能，确定各AP的频段分配；
S3、以预期服务时间为第一筛选条件、碰撞概率为第二筛选条件、平均信道占用率为第三筛选条件确定各AP在分配的频段下的网速；
S4、在已确定的各AP在分配的频段下的网速的前提下，以各AP的数据延迟为第一筛选条件、平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为controller，确立为通信主网，其余AP作为附属网络；
S5、当作为controller的AP不在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中，则自动切换为附属网络，并在数据延时最小类别下的平均吞吐量最高类别中选出公平性最优的AP作为新的controller，确立为新的通信主网。
2.根据权利要求1所述的Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，其特征在于，S2中，通过将平均吞吐量、公平性和数据延迟进行加权计算，获得加权计算结果，用所述加权计算结果评估各AP性能。
3.根据权利要求1所述的Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，其特征在于，S2中，所述频段分配策略包括具有单个RTS接受的两个接入频段、具有单个RTS接受的单个接入频段和具有多个RTS接受的两个接入频段。
4.根据权利要求1所述的Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，其特征在于，S4中，以各AP的数据延迟为第一筛选条件对可用AP进行分类包括按延迟从低到高排序的前N个AP为A类，所述A类为数据延时最小类。
5.根据权利要求1所述的Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，其特征在于，S4中，以各AP的平均吞吐量为第二筛选条件对可用AP进行分类包括在数据延迟的同一类中，按吞吐量从高到低排序的前M个AP为1类，所述1类为平均吞吐量最大类。
6.根据权利要求1所述的Easymesh环境中分布式多链路调度机制的平衡方法，其特征在于，在类别中的AP若转为不可用状态，则从类别中剔除。
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