专利名称：实时重试限值－一种用于使无线局域网吞吐量最大化并使其分组丢失最小化的系统和方法
技术领域：
本发明涉及分组在无线局域网(WLAN)中的丢失。更具体而言，本发明涉及到调整链路重试限制以便使得分组在WLAN中的丢失最小化。更具体而言，本发明涉及到一种系统和方法，用于根据通道条件和工作负载强度来实时且动态地适配无线链路重试限值以便使MAC吞吐量最大化并使分组丢失最小化。
背景技术：
根据现行的标准，MAC层802.11b(等等)并不动态地来针对网络条件来适配它的重试限值。一些可以买到的802.11b无线接口卡并不让卡的驱动器为了给不同类型的通信实现有差别的保护来把MAC的缺省重试限值(对于短重试限值而言是7，对长重试限制而言是4)重新设置到不同的值。然而，这些产品即没有提供任何的重试限值的优化也没有提供任何的重试限值的适配。大多数可以买到的802.11b卡只是简单地禁止卡的驱动器去修改MAC的重试限值。
发明内容
因而，就需要一种方式来适配和优化MAC的重试限值。
在诸如像图3所示的802.11b之类的WLAN无线联网系统中，分组丢失可能会因为两种不同的原因发生，所述原因如下·分组由接口队列(对列上溢)30来丢弃，或者·在所述重试限值达到32之时，由链路来丢弃分组。
队列上溢发生在如下的时机应用以高于无线链路32能够递送通信量所采用的速率的速率来把通信量注入到接口队列中。链路丢弃发生在如下的时机基础的无线通道条件(诸如比特错误率)在统计上变得比所设计的差，因而即使在尝试了按所述重试限值所确定的可允许的最大的重试数之后，分组也不能够被在无线链路上成功地传送出去。
对于流送应用而言，在正常情况下，使用RTP/UDP的组合而不使用用于传输控制的RTP/TCP。与TCP不同的是，UDP不具有任何固有的流控制机制。该协议只是一个开环传输协议，而对于流控制而言，却没有任何反馈。一个应用，使用UDP的话，就能够按照它所希望的任何速率把分组发送到接口队列之中。流式应用-特别是视频流，能够按照很高的速率来生成分组，有时采用突发模式来生成分组。当视频流应用被部署在WLAN之时，网络就可能很容易地被覆没，不管是临时的突发通信量还是无线链路的偶发性恶化都会导致这种情况的发生。
仿真表明如果重试限值是固定的，那么由于队列丢弃所导致的分组丢失就会由于以下的一个原因或者以下的两个原因而随之增加·高的输入通信量速率，或者·高的通道比特错误率(由于干扰、衰减、移动性等等所导致)，这种高的通道比特错误率会因为每个分组都被重新传送几次而使得这些分组在队列中的寿命增加。然而，此时由于队列丢弃所导致的分组丢失变成分组在WLAN中丢失的主要原因。
仿真还表明对于输入通信量的速率和通道比特错误率的固定组合而言，对于重试限值存在着一种优化的设定，这种优化的设定能够实现最小的总分组丢失(是队列和链路丢弃这二者之和)。如果工作负载和通道条件没有变化，那么就仅仅需要用仿真的优化值来把重试限值设置一次，并且WLAN就分组丢失最小化而言总是能够实现它的最佳性能。
然而，在真实网络中，工作负载条件(包括输入分组速率和模式)以及通道条件这二者是会随着时间而发生变化的。不存在一种能够应对所有条件的固定的优化重试限值。
因此，一种近似最优化的可行性方式就是，动态地以在变化着的工作负载和通道条件之下倾向于使重试限值的设定接近于它的优化值的方式，来适配重试限值。
仿真披露了在队列丢弃和链路丢弃达到平衡之时，总丢弃处于它们的最小值。在一定的工作负载条件以及通道比特错误率之下，队列丢弃就随着重试限值的设定的增加而呈单调性地增加。这一观察资料导致了一种十分简单的重试限制适配算法，这就是本发明的优选实施例，可参见图1和2。
本发明的系统和方法能够被所有与802.11a(b)相关的产品所使用，这些产品诸如是网卡的设计以及卡的驱动器的实现，或者本发明的系统和方法能够被如下的任何无线通信系统所使用，在所述无线通信系统之中，无线链路通过多次重新传送来执行错误保护。
图1图解了用于本发明的优选实施例的C代码。
图2图解了在图1中所图解的C代码的流程图。
图3图解了本发明在无线接口之中的实现。
具体实施例方式
本发明是一种算法，这种算法在队列丢弃率高于链路丢弃率之时，减小重试限值，否则就增加重试限值。
使用这种算法的话，MAC层就能够以可跟踪与动态网络条件相对应的可改变的优化设定的方式来适配它的重试限值。仿真表明该算法使得分组丢失最小化并且使得网络吞吐量最大化，因而要比在没有重试限值适配的情况下实现更好的网络性能。
本发明的系统和方法连续地测量接口队列丢弃率和MAC丢弃率这二者，并且周期性地比较这两个速率。在一个优选实施例之中，如果队列丢弃率高于MAC丢弃率，那么本发明的系统和方法就把所述MAC重试限值减小1。如果队列丢弃率小于MAC丢弃率，那么本发明的系统和方法就把所述重试限值增加1。
跨层的算法的优选实施例用图1中的代码C图示，并且用图2中的C代码的逻辑的流程图来图示。这种算法已经被开发出来了，并且通过仿真得到了微小的调节。对于所使用的阈值，典型的例子是Th1＝0.0001，R＝4，Th2＝0.01，N＝10。如在图3中所图示的，接口队列30通常由联网节点的操作系统(OS)36加以维护， 因此queue_drop_rate35就能够在OS36的内核之中加以测量。MAC丢弃率可以由处于物理层PHY32之中的无线网卡的驱动器33来加以测量。
OS36周期性地把queue_drop_rate35的信息向下传递到驱动器33，并且驱动器33把queue_drop_rate35与其自己测量的MAC丢弃率进行比较，然后根据所述算法来设置MAC重试限值。在步骤200，驱动器33比较OS queue_deop_rate与其自己测量的MAC_drop_rate之和与第一阈值TH1进行比较以便来确定总丢弃率是否是低的。如果在步骤200的比较结果表明该总丢弃率是低的，那么驱动器33就在步骤201把retry_limit比作更低的限值R。如果retry_limit被设置得太高，在步骤202就把它减小1，直到达到了预先确定的最小重试限值R为止。在步骤200和201执行组合测试，以便为可能的糟糕的/突发的通道条件作准备。
在步骤204-208，所述算法试图为接口队列的queue_drop_rate和MAC的MAC_drop_rate这二者求出一个相似的丢弃率，原因在于仿真表明这种策略倾向于导致最小的分组丢弃率。
为了图解和说明的目的，在前面已经对本发明的示范性的实施例展开了描述。目的并不在于穷尽，也不在于要把本发明限制在所公开的精确算法。根据上述的讲授，做出许多种的修改和变形都是可能的。目的并不在于把本发明范围限制在这里给出的详细描述，确切地讲，本发明的保护范围由随其所附的权利要求来加以限定。
权利要求
1.一种用于在无线局域网中针对传送条件来适配MAC重试限值的方法，包括a.把重试限值R初始为预先确定的值；b.以预先确定的频率，根据接口队列丢弃率(35)与MAC丢弃率之间的比较结果来重新设置MAC的重试限值；c.监视所述网络的传送条件；d.根据所述网络的传送条件，重新设置MAC的重试限值，以便为接口队列(30)和MAC(33)求出一个相似的丢弃率；以及d.连续地重复步骤c-d。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤b还包括如下的步骤b.1对接口队列(30)测量接口队列丢弃率(35)queue_drop_rate；b.2对MAC重试限值retry_limit的当前值测量MAC的丢弃率MAC_drop-rate；以及b.3如果总的丢弃率＝queue_drop_rate+MAC_drop_rate＜Th1，此处Th1是一个预先确定的阈值(200)，那么就把重试限值retry_limit减小1，除非已经达到了预先确定的更低的限值R(202)。
3.如权利要求2所述的方法，其中步骤C还包括如下步骤d.1如果|queue_drop_rate-MAC_drop_rate|＞Th2，此处Th2是一个预先确定的容限值(203)，则执行下述子步骤d.1.1如果MAC_drop_rate＞queue_drop_rate，则把重试限值retry_limit增加1(205)；d.1.2如果MAC_drop_rate＜＝queue_drop_rate，则把重试限值retry_limit减小1(206)；以及d.1.3如果queue_drop_rate＞N*MAC_drop_rate，则就再把重试限值减小1，此处N是一个预先确定的正数(207)。
4.如权利要求3所述的方法，其中Th1＝0.0001，R＝4，Th2＝0.01以及N＝10。
5.一种无线局域网，包括多个接入点，其中所述多个接入点之中的每个接入点都执行如权利要求1所述的方法。
6.一种无线局域网，包括多个接入点，其中所述多个接入点之中的每个接入点都执行如权利要求3所述的方法。
7.一种无线接口，包括无线接口驱动器，所述无线接口驱动器被适配成执行如权利要求1所述的方法。
8.一种无线接口，包括无线接口驱动器，所述无线接口驱动器被适配成执行如权利要求3所述的方法。
9.一种无线接口，包括无线接口卡(38)，所述无线接口卡被适配成执行如权利要求1所述的方法。
10.一种无线接口，包括无线接口卡(38)，所述无线接口卡被适配成执行如权利要求3所述的方法。
11.一种无线局域网的节点，包括无线接口，包括无线接口驱动器，该无线接口驱动器具有MAC重试限值并且被适配成执行如权利要求3所述的方法；以及操作系统(36)，该操作系统监视接口队列(30)，测量queue_drop_rate(35)，以及把所测量的queue_drop_rate(35)提供给所述无线接口驱动器，其中所述节点的MAC重试限值被根据所述网络的传送条件动态地加以适配。
12.一种无线局域网的节点，包括无线接口，包括无线接口卡，该无线接口卡具有MAC重试限值并且被适配成执行如权利要求3所述的方法；以及操作系统(36)，该操作系统监视接口队列(30)，测量queue_drop_rate(35)，以及把所测量的queue_drop_rate(35)提供给所述无线接口卡(38)，其中所述节点的MAC重试限值针对所述网络的传送条件动态地加以适配。
全文摘要
本发明提供了一种系统和方法，用于根据通道条件和工作负载强度来实时且动态地适配无线链路的重试限值，以便使得MAC吞吐量最大化并且使分组丢失最小化。在诸如IEEE 802.11b等之类的无线局域网(WLAN)中，分组有可能因为链路错误或者接口队列上溢而导致丢失。重试作为一种链路错误保护机制而用无线链路加以布署。然而，对这种重试限值不合适的配置(例如配置的太高)就可能会因为队列上溢而导致比链路错误更多的分组丢失。本发明的重试限值的适配系统和方法冲击了队列丢弃和链路丢失之间的平衡。因此，所述适配系统和方法与重试限制是静态地加以配置(如当前标准所推荐的)的情形相比之下，能够就总分组丢失的显著降低而言达到要更好的网络性能。对于视频应用而言，这种动态适配可以采用能够使得把特定网络条件之下的视频质量最优化的方式来加以配置。
文档编号H04L12/56GK1682492SQ03821377
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月1日 优先权日2002年9月10日
发明者Q·李, M·范德沙尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司