专利名称：：多步信道预约多址接入协议中分组延迟的修正方法
技术领域：
：本发明涉及通信
技术领域：
，特别是一种多址接入协议中的分组延迟的修正方法。
背景技术：
：IEEE802.il标准是目前无线局域网多址接入技术公认的国际标准。该标准定义了两种多址接入协议方式其一是全分布式的分布式协调功能(DCF)，另外一个是集中式的点协调功能(PCF)。DCF是基于载波侦听与冲突回避机制的一种多址随机接入策略。由于其实现简单，DCF被业界广泛采用。随着技术的飞速发展，近年来基于IEEE802.11的无线局域网技术得到了广泛的应用。一方面，随着越来越多的用户使用这一技术，正EE802.11无线局域网所工作频段的频谱资源变得越来越紧张。另一方面，IEEE802.il标准所推荐使用的分组冲突解决方法在网络用户数多以及通信信道质量差的情况下不能有效的控制分组冲突的发生。频繁的分组冲突，将导致系统的信道利用率大幅度下降。为了改进正EE802.11多址接入协议的性能，具备一个高效而可靠的分组冲突解决方法是至关重要的。然而在目前已有的大多数冲突解决方法中，通信终端均相互独立的产生各自的退避计数器初值，于是分组冲突便不可避免，尤其是在系统业务量较大的情况下。在美国BaldwinR.博士和韩国ChoiJ.博士所分别提出的接入策略中，发送终端在发送当前数据分组的同时，把接下来的数据分组将要使用的退避计数器的初值预先广播出去。这样相应的时隙便被预约下来，从而避免了其他发送终端使用同一时隙进行数据发送。但他们提出的信道预约算法均只是做一步预约，即通过发送当前数据分组，仅完成对接下来的一个数据分组所即将使用的时隙进行预约。众所周知，传输差错在无线通信信道上是不可避免的。在有些情况下，这样的传输差错率还比较高。当无线信道传输特性较为恶劣时，一步预约算法便不能保证广播出去的信道预约信息被尽可能多的其他发送终端所获取。这样也就无法进一步避免分组冲突的发生。仿真实验表明，一步预约算法的性能对信道传输差错非常敏感，随着信道传输差错率的增加而显著下降。为解决IEEE802.11无线局域网中分组冲突问题，申请号为200710017816.5的发明专利申请中提出了一种基于多步信道预约的分组冲突解决方法。考虑一个单跳的无线局域网，即如果信道通信质量良好，基本服务区内的所有通信终端均可以相互"听到"其他终端在信道上的传输活动。设发送终端A正在向终端B发送数据分组4，角标"""表示该数据分组的序号。为避免发生分组冲突，在发送4J寸，A将在其发送队列中等待发送的其他后续分组4+,，4^,...,4+将要使用的退避计数器初值一+1，^一+2,...,^，插入到当前即将要发送的分组4的头部信息域中，具体预约的时隙位置可以通过这些退避计数器初值计算出来。这样，在发送4的同时将其后续的m个分组所对应的《个退避计数器初值事先广播出去，从而起到了信道预约之目的。服务区中的其他发送终端在接收到^后，从其中提取出退避计数器初值_+1,A_+2，...，^—。+m，并计算出相应的预约时隙的绝对位置，从而避免在这些时隙上发送分组。通过这样的预约机制，可以保证广播的信道预约信息以很高的成功率被周边的其他发送终端所获取，进而避免分组冲突的发生。采用该方法能有效提高网络频谱资源的利用率。然而采用该方法的分组冲突解决方法，虽可以大幅度的降低分组冲突概率，但分组传输延迟抖动，即分组传输延迟相对平均分组延迟的变化量也会随之增大。在分组延迟的平均值一定的情况下，较大的分组延迟抖动将导致业务流服务质量的下降。
发明内容为了克服现有技术由于较大的分组延迟抖动导致业务流服务质量下降的不足，本发明提出了一种分组延迟的修正方法，可以有效的减小分组延迟的抖动量。本发明的思路是控制当发送终端进行新的信道时隙预约时，其所新近预约的时隙同其前一个预约时隙间的所有信道时隙中，已被其他发送终端所预约的时隙个数，使其尽可能不超过当前服务区中总的发送终端个数iV。当发送终端A，将要发送一个数据分组时，本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤步骤一、搜索新的预约时隙为尚未有预约信道时隙与其对应的那些在发送终端的队列中等待发送的数据分组寻找与之相对应的新的预约时隙，包括以下步骤1.在1到C『隨-l间以均匀分布的方式随机产生一个整数6，艮<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中c『^为最小竞争窗尺寸。2.以时隙位置递增的方式搜索满足要求的有效空闲时隙，所述的有效空闲时隙是指其自身以及其前后相邻的2p个时隙均为空闲时隙的一个时隙，其中p的取值综合考虑虚拟冲突回避方法的效果和信道的利用率两个方面，一般取p-2为宜。从发送终端所预约的前一个时隙位置的下一个空闲时隙开始，在其维护的信道预约窗中，以时隙位置递增的方式搜索有效空闲时隙。如当前所指时隙为有效空闲时隙，将有效空闲时隙计数器^加1。如当前所指时隙为其他终端所预约的时隙，便将己检测到被预约时隙计数器&加1。所述的信道预约窗是为了记录下服务区内信道被预约的状态，每个发送终端均自行维持的一个长度为1024xm位的位数组，该位数组的每一位指示出相应的时隙是否已被预约。3.当发送终端有效空闲时隙计数器6。="便立即停止搜索过程。最近搜索到的有效空闲时隙便可作为新的预约时隙；或当发送终端的已检测到被预约时隙计数器~=^，搜索过程将在搜索到下一个有效空闲时隙时立刻停止，且该有效空闲时隙便可作为新的预约时隙。步骤二、发送终端在其维护的信道预约窗中将新近搜索到的预约时隙标记为已被预约状态。步骤三、计算新的退避计数器初值。将新近搜索到的预约时隙在信道预约窗中的位置同其前一个预约时隙所对应的位置相减，差值作为新产生的退避计数器初值，并将所得初值填写到相应的退避计数器中。步骤四、将产生好的退避计数器初值填写到即将发送的数据分组的头信息域中，并将该数据分组发送出去。本发明的有益效果是在保证了多步信道预约性能的同时，由于采用了分组延迟的控制方法，通过设置相邻预约时隙间被预约时隙的个数，并充分利用有效时隙的概念，达到有效地降低分组延迟抖动的目的。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明对分组延迟修正前后概率分布对比的示意图。图2是z时刻发送终端A所维护的"信道预约窗"及退避计数器示意图。具体实施例方式通信终端在不同时刻可能处于两种不同的状态，即发送分组状态和监听信道状态。当通信终端处于发送分组状态时，使用本方法来减小分组延迟的抖动量。考虑一个发送终端A。当其1号退避计数器的值递减至0时，根据IEEE802.11DCF的规定，这时A将发送队列中的第一个数据分组。A在将数据分组发送出去之前，需要完成对接下来的w个分组(不包括当前将要立刻发送的分组)的发送进行预约。这样的预约是通过计算出最多M个退避计数器的初值，并伴随着当前分组的发送广播出去而完成的。为了叙述方便，设当前要发送的分组为4。假设在发送其前面分组(,.(Q1)时，已经完成了对后续分组^+,(iq、)的预约(也就是说，这m,个分组已有退避计数器初值与之分别对应)。又设发送分组^时，A的发送队列中还剩下气.个分组等待发送(显然m,j巧)，因此A还应计算出minK气)-个退避计数器初值(也即需要搜索mi咖，wj-M,个新的预约时隙)。在发送当前分组的同时，发送终端A总共需广播出去)个退避计数器初值。以下，针对通信终端处于发送分组状态，对分组延迟的修正方法的详细实现步骤加以说明。步骤一、搜索min(/n,气)-气个新的预约时隙。为尚未有预约信道时隙与其对应的那些在发送终端的队列中等待发送的数据分组寻找与之相对应的新的预约时隙。为严格起见，以下用伪代码说明搜索一个新的预约时隙的具体过程(搜索每个新的预约时隙的过程均相同。因此，以下只给出搜索一个新预约时隙的方法)语句l:在1到C^。-1间以均匀分布方式随机产生一个整数6(即B"OF自-l)。语句2:将"有效空闲时隙计数器"6,初始化为0。语句3:将"已检测到被预约时隙计数器"6,初始化为0。语句4:设前一个被发送终端所预约的时隙在信道预约窗中的位置为"将时隙指针CP指向位置为"l的时隙。语句5:判断时隙指针CP所指向的信道时隙是否为"有效空闲时隙"。如果该时隙以及其前后相邻的2p个时隙均为空闲时隙，则判断其为"有效空闲时隙"，并将"有效空闲时隙计数器"^加1。语句6:如果时隙指针CP所指向的信道时隙不是"有效空闲时隙"，并且该时隙已被其他发送终端所预约，则将"已检测到被预约时隙计数器"^加1。语句7:如果^=6，则时隙指针CP的当前位置A'作为新的预约时隙的位置。之后，转移至语句10以结束搜索过程。语句8:如果6,=^，则搜索下一个"有效空闲时隙"(设该"有效空闲时隙"的位置为r)。最后将"作为新的预约时隙的位置。之后，转移至语句10以结束搜索过程。语句9:时隙指针CP加1，并转移至语句5进行下一个时隙的判断。语句10:搜索过程结束(之后，可能转移至语句1开始下一个预约时隙的搜索过程)。以上搜索过程重复mi咖,;0-次，便可以搜索到所有气)-^个新的预约时隙。步骤二、发送终端在其维护的"信道预约窗"中将新近搜索到的min(M,气)-^个预约时隙标记为"己被预约"。步骤三、将每个新近搜索到的预约时隙在"信道预约窗"中的位置同其前一个预约时隙所对应的位置相减，差值作为该新产生的退避计数器初值，并将该初值填写到相应的退避计数器中。步骤四、将产生好的退避计数器初值(一共有min(M,气)个)填写到即将发送的数据分组的头信息域中，并将该数据分组发送出去。方法实施例设采用三步信道预约的情况下(即^=3)，在时刻f发送终端A处于发送数据分组状态。其信道预约窗、当前时隙指针以及三个退避计数器的状态如图2所示。设此时发送终端队列中有气=5个数据分组等待发送，且队列最前面的两个数据分组(即^=2)已有相应的预约时隙与之相对应(即时隙2和时隙4)。这样，在发送当前数据分组前，还需搜索min(M，)-=11^(3,5)-2=1个新的预约时隙。设图2中时隙6，12，14，16以及22已被其他发送终端所预约。进一步，设服务区中发送终端共有3个，艮PiV-3。搜索新的预约时隙前，需进行一些初始化工作以均匀分布的方式随机产生整数6=4(1S"C^,-1);将计数器4和6,分别初始化为0;搜索指针CP指向时隙5。本实现举例中，设最小竞争窗尺寸0^,=31。由于时隙5为空闲时隙，且其临近2p"个时隙并非全为空闲时隙，因此保持计数器6。和6,的值不变(即此时4=0和&-0)。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙6)。由于时隙6已被其他发送终端所预约，因此计数器h加l(即此时6￡=0和&=1)。因为&=1，且小于/V-3，因此搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙7)。虽然时隙7为空闲时隙，但其临近2p"个时隙并非全为空闲时隙，以此保持计数器^=0和^=1的值不变，且搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加K指向时隙8)。虽然时隙8为空闲时隙，但其临近2/^4个时隙并非全为空闲时隙，以此保持计数器4=0和~=1的值不变，且搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙9)。由于时隙9为空闲时隙，且其临近2p-4个时隙均为空闲时隙，因此计数器A加1(即此时4=1和^=1)。由于fc,"，顾搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙10)。虽然时隙10为空闲时隙,但其临近2;^4个时隙并非全为空闲时隙，以此保持计数器6。=1和&,-1的值不变，且搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙11)。虽然时隙11为空闲时隙，但其临近2/7=4个时隙并非全为空闲时隙，以此保持计数器6。=1和^=1的值不变，且搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙12)。由于时隙12已被其他发送终端所预约，因此计数器^加1(此时4=1和&=2)。由于6,W，因此搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙13)。虽然时隙13为空闲时隙，但其临近2p-4个时隙并非全为空闲时隙，以此保持计数器6。=1和^=2的值不变，且搜索过程继续。接下来，搜索指针CP加1(指向时隙14)。由于时隙14已被其他发送终端所预约，因此计数器^加1(此时6。=1和&=3)。由于^-W，因此当再次搜索到一个"有效空闲时隙"时，该搜索过程便可结束(即便此时6,W)。基于以上搜索过程的描述，可知当搜索指针CP指向时隙19时，便得到了另一个"有效空闲时隙"。因此，时隙19便是搜索到的新的预约时隙。于是，发送终端将时隙19标记为"已被预约"状态。将时隙19于其前一个预约时隙(即时隙4)的位置差15作为新近产生的退避计数器初值，并将该初值填写到第三个退避计数器中。所有以上工作完成后，发送终端将三个退避计数器初值2、2、和15填写到将要发送的数据分组的相应的头信息域中，并最终将该数据分组发送出去。通过仿真给出本方法所能达到的技术效果。仿真中，系统主要参数设置是参照了正EE802.11b的规定。在IEEE802.1lb中，MAC头信息+FCS帧校验序列=224比特。在本方法中还需要附加10xw+3比特的数据域用来广播发送终端对信道时隙的预约信息；PHY头部开销=192ACK=112bits+PHY头部开销；信道传输速率i=11Mbps;信道传输延迟=l户；空闲时隙长度cr=20卢；SIFS长度=10^;DIFS长度=50戸。仿真中发送终端数w-ioQ，不考虑将数据分组进一步进行拆分的情况，所有数据分组的有效数据载荷为2000字节，最小竞争窗尺寸c『，-31，所有无线信道的分组传输差错率均设置为^=0.0。因为在无差错信道条件下，更容易看出分组延迟修正的效果。最大信道预约步数m-3。图1对比了三种不同情况下分组延迟的概率分布。第一种情况对应着信道预约时仅使用单步信道预约方式。在单步信道预约方式下，不存在分组延迟抖动量的增大问题。因此，其所对应的分组延迟的概率分布非常集中，即大部分集中在0.1秒到0.24秒间。第二种情况对应着多步信道预约的情况。可以看出，在未使用延迟修正的情况下，多步信道预约机制将不可避免的造成分组延迟抖动量的增大(即延迟分布范围达到0.0秒到0.54秒间)。第三种情况对应着采用分组延迟修正算法后的多步信道预约的情况。可以看出，分组延迟的抖动量得到了明显的减小。从概率分布曲线上看，第三种情况和第一种情况下的概率分布曲线几乎重叠。说明，采用延迟修正后，在多步信道预约情况下，分组延迟抖动量加大的问题得到了彻底的解决。进一步，下表给出了三种情况下分组平均延迟和分组延迟标准方差的数值，延迟抖动量的大小可由分组延迟的标准方差来反应。方差越小，说明延迟抖动越小。可以看出，具有分组延迟修正的多步信道预约机制，在控制延迟抖动量方面的性能甚至还略优于单步信道预约的情况。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1、多步信道预约多址接入协议中分组延迟的修正方法，其特征在于包括下述步骤(a)为尚未有预约信道时隙与其对应的那些在发送终端的队列中等待发送的数据分组寻找与之相对应的新的预约时隙；(b)发送终端在其维护的信道预约窗中将新近搜索到的预约时隙标记为已被预约状态；(c)将新近搜索到的预约时隙在信道预约窗中的位置同其前一个预约时隙所对应的位置相减，差值作为新产生的退避计数器初值，并将所得初值填写到相应的退避计数器中；(d)将产生好的退避计数器初值填写到即将发送的数据分组的头信息域中，并将该数据分组发送出去。2、根据权利要求1的多步信道预约多址接入协议中分组延迟的修正方法，其特征在于所述的步骤(a)包括下述步骤(a)在1到CWmin-1间以均匀分布的方式随机产生一个整数6，即l《b《CWmin-1，其中CWmin为最小竞争窗尺寸；(b)从发送终端所预约的前一个时隙位置的下一个空闲时隙开始，在其维护的信道预约窗中，以时隙位置递增的方式搜索有效空闲时隙；如当前所指时隙为有效空闲时隙，将有效空闲时隙计数器、加1;如当前所指时隙为其他终端所预约的时隙，便将已检测到被预约时隙计数器br加1;(c)当发送终端有效空闲时隙计数器be＝b便立即停止搜索过程。最近搜索到的有效空闲时隙便可作为新的预约时隙；或当发送终端的已检测到被预约时隙计数器br＝N，搜索过程将在搜索到下一个有效空闲时隙时立刻停止，且该有效空闲时隙便可作为新的预约时隙。全文摘要本发明公开了一种多步信道预约多址接入协议中分组延迟的修正方法，为尚未有预约信道时隙与其对应的那些在发送终端的队列中等待发送的数据分组寻找与之相对应的新的预约时隙；发送终端在其维护的信道预约窗中将新近搜索到的预约时隙标记为已被预约状态；将新近搜索到的预约时隙在信道预约窗中的位置同其前一个预约时隙所对应的位置相减，差值作为新产生的退避计数器初值，并将所得初值填写到相应的退避计数器中；将产生好的退避计数器初值填写到即将发送的数据分组的头信息域中，并将该数据分组发送出去。本发明在保证了多步信道预约性能的同时，有效地降低分组延迟抖动。文档编号H04L1/20GK101345611SQ20081015006公开日2009年1月14日申请日期2008年6月18日优先权日2008年6月18日发明者波李申请人:西北工业大学