一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关的制作方法
【专利摘要】一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，该智能网关对接收的相应数据进行优化处理并转发，智能网关中设有上行缓冲区和下行缓冲区，上行缓冲区用于对智能网关接收的数据进行优化分析，并将优化分析后的数据转发给下行缓冲区；下行缓冲区将接收到的数据进行再次的优化分析，然后转发给接收数据的有线网络或无线网络。采用本发明后，能够在不同误码率和上下行数据流数目的情况下，保持上下行数据流的平均吞吐量保持基本相同，在公平性方面的改进较为明显；而且由于本发明的竞争窗口较低，可以以更高的概率接入信道，从而在一定程度上提高了系统的吞吐量，有效改善上下行流公平性，提高网络性能。
【专利说明】一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关
【技术领域】
[0001]本发明涉及到互联网领域用的网关，具体的说是一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关。
【背景技术】
[0002]在有线无线边界处，由于有线网络与无线网络混合结构的引入，TCP协议(Transmission Control Protocol)在有线无线网络混合的异构网络的运行中会出现各种问题。主要的问题是当数据包丢失时TCP协议将其原因归结于网络拥塞，基于此，将降低发送速率，以缓解网络中的拥塞。但是在无线网络中，数据包不仅会因为拥塞而出现丢失，也会因为无线信号干扰等原因出现丢失，这是由于无线信道自身的特点决定的。如果在无线网络或者有线无线混合网络中，数据包出现丢失，就将数据包的丢失归于拥塞，降低发送速率，就会造成发送速率盲目的降低，不仅无法缓解数据包丢失的情况，而且会因为发送窗口的不断变化，导致网络性能下降。
[0003]智能网关模型采用类似于分段连接方法的设计思路，在边界处将智能网关的分段连接代理作为一个模块加入到普通的AP中。在加入代理之前，普通的AP工作在网络层，主要负责缓存数据包并根据数据包的IP地址对其进行转发，并不对数据包进行任何其他的操作。加入代理之后，智能网关会根据数据流向和网络状态，在不同网络层上加入优化算法，提高网络流量和网络性能。现有常用的智能网关有以下四种:
PSP代理(Pure Split Proxy)可以有效解决由于数据包在非拥塞状态下的丢失而造成的发送端发送速率频繁变化的问题。PSP代理在本地维持两个缓存，即上行流缓存和下行流缓存。当有数据包到达代理，代理先将数据包存入相应的缓存之中，然后再进行转发。在转发数据包的同时，代理产生对应数据包的ACK(Pre ACK)，提前向发送端确认已经收到的数据包，直至本地的缓存空间不足，以提高发送端的发送速率。最后，当代理接收到真实的ACK之后，再向发送端进行转发，同时从本地缓存中删去已经发送成功的数据包。如果在发送过程中，数据包出现丢失，则由代理重传对应的数据包。
[0004]DA代理(Decreasing-ACK Proxy)。DA代理与PSP代理最大的区别是取消了 PSP代理的Pre ACK，在未接收到接收端返回的ACK之前，代理不再产生Pre ACK。在接收到接收端返回的ACK之后，代理不是直接转发接收到的ACK，而是根据接收到的ACK重新确认。这是由于PSP代理能够向发送端屏蔽由于无线特性导致的非拥塞丢包，在某些条件下上提高了吞吐量，但是发送端接收到的awnd却在一直减小。代理在接收到发送端的数据包之后，会将数据包存入本地缓存中，在未接收到接收端返回的ACK之前，代理的缓存会被一直占用。缓存大小的减小使得代理向发送端返回的awnd逐渐减小，降低了发送端的发送速率。
[0005]HA代理(Half-ACK Proxy)，将ACK返回策略进一步进行了修改，把代理接收到一个ACK然后向发送端返回一个ACK的普通传输方式修改为代理连续接收到N个ACK之后再返回一个ACK，一次确认N个数据包的方式，来提高网络的传输效率，达到提升传输带宽的能力。简单的将返回ACK的数目减半在数据流较少的情况下能够取得良好的性能，但是当数据流增大时，并不能取得理想的效果。此外，延迟返回的ACK会导致发送端因为等待ACK超时而进入拥塞避免阶段，这种错误的判断会降低数据的发送速率。
[0006]MDA 代理(Modif ied Decreasing-ACK Proxy),在一定程度上解决了 HA 代理中出现的问题，但是MDA代理中最重要的两个变量ack_stock和wnd_interval的取值问题并未解决。
[0007]校园网络是有线无线混合的网络，上行流与下行流有着不同的特点，而原有的智能网关对于上下行流采用同一种控制策略的方式，并不符合实际网络的需要，因此需要不同的控制策略。上几种代理都不能很好地解决上下行流的公平性问题。
【发明内容】
[0008]为解决现有技术中在无线网络采用基础架构时，大部分用户通过AP与外网进行通信，浏览新闻、下载或上传文件、点播音视频等功能，使用这些功能时，产生的下行流量要远远大于上行流量，其中上行流量指的是从客户端(STA)到AP的流量，下行流量指的是从AP到STA的流量。IEEE802.11协议是一种分布式的网络协议，无线网络中各个节点在竞争信道时处于相同的优先级，但是由于AP采用的是标准的DCF协议，在竞争信道时，AP与普通无线终端(STA)处于相同的优先级，即使AP处的下行流量远远大于STA的上行流量，也无法获得更大的接入概率，造成了上下行带宽的不公平分配，大量的网络流量在AP处等待，使得AP成为网络中的瓶颈，从而影响了网络性能的问题，本发明提供了一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，称为FOUD(Fairless over upflow and downflow)智能网关。在该智能网关MAC层上部署优化算法，采用与传输层智能网关类似的分段连接的方法，工作在有线无线边界处，OSI协议中的数据链路层，对于有线段和无线段采用不同的MAC层协议。通过数学建模，设置上行缓冲区和下行缓冲区并在缓冲区中对数据进行优化处理，并根据网络规模和状态，调节网络参数，以达到提高系统的吞吐量，有效改善上下行流公平性，提高网络性能的目的。
[0009]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为:一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，该智能网关对接收的相应数据进行优化处理并转发，智能网关中设有上行缓冲区和下行缓冲区，上行缓冲区用于对智能网关接收的数据进行优化分析，并将优化分析后的数据转发给下行缓冲区；下行缓冲区将接收到的数据进行再次的优化分析，然后转发给接收数据的有线网络或无线网络。
[0010]所述上行缓冲区根据算法需要进行相应的参数控制，并向下行缓冲区转发数据，所述下行缓冲区根据相应的算法对上行缓冲区转发的数据进行优化处理，以使该数据满足与下行缓冲区匹配的网络类型的要求。
[0011]所述上行缓冲区和下行缓冲区均分为传输层和MAC层，且上行缓冲区的MAC层采用标准以太网802.3协议；下行缓冲区采用W-MAC协议，并根据网络规模和状态调节网络参数，以解决上行缓冲区和下行缓冲区的MAC层上下行带宽不公平的问题，从而改善网络性倉泛。
[0012]所述数据的优化分析的步骤如下:
I)根据上下行流数目及上下行控制系数得到智能网关发送概率Pap与智能网关及无线节点在某一时刻发送数据的概率α、β的关系
【权利要求】
1.一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，该智能网关对接收的相应数据进行优化处理并转发，其特征在于:智能网关中设有上行缓冲区和下行缓冲区，上行缓冲区用于对智能网关接收的数据进行优化分析，并将优化分析后的数据转发给下行缓冲区；下行缓冲区将接收到的数据进行再次的优化分析，然后转发给接收数据的有线网络或无线网络。
2.根据权利要求1所述的一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，其特征在于:所述上行缓冲区根据算法需要进行相应的参数控制，并向下行缓冲区转发数据，所述下行缓冲区根据相应的算法对上行缓冲区转发的数据进行优化处理，以使该数据满足与下行缓冲区匹配的网络类型的要求。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，其特征在于:所述上行缓冲区和下行缓冲区均分为传输层和MAC层，且上行缓冲区的MAC层采用标准以太网802.3协议；下行缓冲区采用W-MAC协议，并根据网络规模和状态调节网络参数，以解决上行缓冲区和下行缓冲区的MAC层上下行带宽不公平的问题，从而改善网络性能。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，其特征在于:所述数据的优化分析的步骤如下: 1)根据上下行流数目及上下行控制系数得到智能网关发送概率Pap与智能网关及无线节点在某一时刻发送数据的概率α、β的关系
【文档编号】H04W88/16GK103987136SQ201410174428
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】王辉, 陈祥涛, 李哲青, 周毅, 李沛谕, 张治学, 梁祖华, 范志辉 申请人:河南科技大学