专利名称：一种无线局域网中基于退避机制的分组调度方法
技术领域：
本发明涉及无线局域网(IEEE 802.11)系统中基于退避机制的分组调度算法，属于无线 局域网系统中的媒体接入控制(MAC)层技术领域。
技术背景在现代通信系统中无线通信手段越来越受到人们的重视。与有线网络系统相比，无线网 络可利用的信道带宽非常窄，无线网络节点间通过竞争使用无线信道，无线局域网系统中MAC 层中的带有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CA)机制可以用来解决节点间的竞争问题， 因此它也被其它系统如无线自组织网络、无线传感器网络的MAC层所使用。这种机制在高负 载网络系统中，暴露出了信道利用率低的缺点。目前，提高无线局域网吞吐量性能的方案，主要有改进介质接入协议、改变竞争窗口调 节机制、管理信息库(MIB)参数优化等。在改进介质接入协议中，帧突发方法允许无线节点(WS)在获得介质接入后连续发送N 个帧，因此发送多个数据帧只需一个分布式帧间隔(WFS)和一个退避时间。其主要问题是 无线节点(WS)将独占介质，导致其它无线节点(WS)出现饥饿现象。增强的确认帧(ACK) 方法通过完全去掉AUK帧、使用前向纠错码(FEC)或在传输一组数据帧后只发送一个ACK帧 来提高效率。完全去掉ACK帧的方法只能用于差错率非常低的环境；FEC力法的目的在于减 少重传带来的时延，因为数据帧的FEC编码引入了额外的开销，它并不能提高吞吐量，并且 其复杂度较高。在改变竞争窗口调节机制的方法中， 一个提高吞吐量性能的著名方法是减少 退避状态所占的时间，如减小初始竞争窗口大小，然而这将因碰撞概率增加而导致容量下降。 在管理信息库(MIB)参数优化方法中，通过多个可用简单网络管理协议(SNMP)协议更新的属 性，允许一个外部管理代理确定无线节点(WS)的状态，并能对其进行具休参数设定、性能 测量与协调；这其屮的分片阈值方法，在较大的误比特率(BER)信道中，采用短的分组传输， 其考虑的是信道状况与采用何种数据分组的关系。 发明内容本发明针对现有无线局域网系统中MAC层的CSMA/CA机制存在的信道利用率低的缺点， 提供一种在高负载的网络中能够提高系统的吞吐量、信道利用率高的无线局域网中基于退避 机制的分组调度方法，该方法的复杂度低，与标准的兼容性好。本发明的无线局域网中基于退避机制的分组调度方法是网络节点采用基于无线局域网媒体接入控制(MAC)层中的请求发送/清除发送(RTS/CTS) 的接入方式访问信道，将节点访问信道前的退避过程分为第一竞争退避阶段和第二竞争退避 阶段两个退避阶段，第一竞争退避阶段的窗口值范围为O—1023，第二竞争退避阶段的窗口 值范围为0—255，数据分组按顺序完成两个竞争退避阶段后，节点才能访问信道；网络系统 开始运行并且信道空闲时，所有节点都从第一竞争退避阶段开始退避，用于随机退避的竞争 窗口是按均匀分布随机产生的，窗口值是随机的，完成第一竞争退避阶段的节点将进入第二 竞争退避阶段，首先完成第二竞争退避阶段的节点访问信道，在单条传输范围内，有数据传 输任务的两个节点在传输数据的同时，其它没有完成第一竞争退避阶段过程的节点将继续退
避，在数据分组传输结束以前如果第一竞争退避阶段的退避计时器减为0则停留在值为0的 状态；第二竞争退避阶段只有在数据信道空闲以后才能开始，在经过第一竞争退避阶段的过 滤之后，每次将只有部分节点进入第二竞争退避阶段。这样减小了节点间的碰撞概率。由于 进入第二竞争退避阶段的节点数较少，所以该阶段退避窗口较小的取值范围就可以满足退避 过程的需要。本发明的分组调度算法的具体步骤是如果一个竞争节点有数据包等待发送，它从第一竞争退避阶段使用退避计数器(BC1)丌 始进行竞争退避，除非BC1是非零值，否则BC1将从
范围内按均匀分布随机选择一个 值，其中CW1是第一竞争退避阶段的竞争窗口，其最大值为1023。在信道空闲以后，BC1每 经过一个时隙减1;并且，当该节点接收到清除发送CTS帧时，如果检测本节点不是该CTS 帧的目的站时，本节点的BC1仍将每经过一个时隙递减1，实现数据的传输与退避同时进行。 信道空闲分布式时间间隔DIFS以后，没有递减到0的BC1继续递减(BC1减为0即第一竞争 退避阶段退避完成)，第一竞争退避阶段退避结束的进入第二竞争退避阶段。第二竞争退避阶 段的退避计数器(BC2)的值从
中随机选择产生，其中CW2是第二竞争退避阶段的竞 争窗口，其最大值为255。 BC2每经过一个时隙递减1，首先减到O的节点开始访问信道。一 旦一个节点成功发送完数据分组，它将返回第一个竞争退避阶段重新竞争访问信道。实际上的信道碰撞发生在第二竞争退避阶段，而在该阶段发生碰撞时，CW1和CW2都是以 2的指数次幂增加，直到达到它们各自的最大值。碰撞节点仍将停留在第二竞争退避阶段， 继续使用退避计时器BC2竞争信道。CW1在[CWminl， CWmaxl]的范围内取值，CW2在 [CWmin2，CWmax2]的范围内取值。在数据分组成功发送后，竞争窗口将返回它们的最小值。本发明包括了两个竞争退避阶段且数据分组的传输与竞争退避同时进行，这样在高负载 的网络系统中，信道利用率得到大幅度提升，保持了与标准很好的兼容性，易于实现。在网 络负载较重(节点数目较多)时，本发明的算法提高了系统性能。
图1为基于退避机制的分组调度算法的概念框图。图2为数据分组为512字节时无线局域网(IEEE802.il)系统与本发明的分组调度算法 的饱和吞吐量比较图。图3为数据分组为1024字节时无线局域网(IEEE 802.11)系统与本发明的分组调度算 法的饱和吞吐量比较图。
具体实施方式
本发明的分组调度算法如图1所示，节点在访问信道前要经过两个竞争退避阶段，其中 第一竞争退避阶段可以在其它节点间传输数据时继续退避。数据分组按顺序完成两个竞争退 避阶段后，节点才能访问信道。数据分组的传输与竞争退避同时进行。首先网络节点检测数 据信道是否空闲，若信道忙，在节点接收到CTS帧(目的站不是本节点)时，开始进行退避 计时器BC1的退避计时，如果在数据分组传输过程结束以前，BC1减为0，则BC1保持在值为 O的状态，等待信道空闲分布式时间间隔DIFS后，BC2开始退避递减计时，BC2先为0的节 点开始访问信道，如果在数据传输结束以前，BC1还没有递减为0，则在信道空闲分布式时间间隔DIFS后，BC1接着进行退避计时，若在信道空闲状态内BC1减为0，则BC2开始退避计 时。本发明的分组调度算法特点是当网络中的两个节点使用RTS/CTS (request to send/clear to send)帧建立连接时，网络中的其它节点监听到CTS帧，此时这些节点中第 一竞争阶段的退避计时器不为零的将继续退避。图2和图3针对不同数据分组大小比较了本发明的算法与IEEE 802. 11标准协议随节点 数目增多吞吐量的变化情况。图2给出了数据分组为512字节时无线局域网(IEEE 802. U) 系统与本发明的分组调度算法的饱和吞吐量比较图。图3给出了数据分组为1024字节时无线 局域网(IEEE 802.il)系统与本发明的分组调度算法的饱和吞吐量比较图。CWl在[CWminl， CWmaxl]的范围内取值，CW2在[CWmin2， CWmax2]的范围内取值。在数据分组成功发送后，竞 争窗口将返回它们的最小值。通过比较可以看出在高负载的网络系统中，采用本发明的方法信道利用率得到大幅度提升。
权利要求
1.一种无线局域网中基于退避机制的分组调度方法，其特征在于网络节点采用基于无线局域网媒体接入控制层中的请求发送/清除发送的接入方式访问信道，将节点访问信道前的退避过程分为第一竞争退避阶段和第二竞争退避阶段两个退避阶段，第一竞争退避阶段的窗口值范围为0--1023，第二竞争退避阶段的窗口值范围为0-255，数据分组按顺序完成两个竞争退避阶段后，节点才能访问信道；网络系统开始运行并且信道空闲时，所有节点都从第一竞争退避阶段开始退避，用于随机退避的竞争窗口是按均匀分布随机产生的，窗口值是随机的，完成第一竞争退避阶段的节点将进入第二竞争退避阶段，首先完成第二竞争退避阶段的节点访问信道，在单条传输范围内，有数据传输任务的两个节点在传输数据的同时，其它没有完成第一竞争退避阶段过程的节点将继续退避，在数据分组传输结束以前如果第一竞争退避阶段的退避计时器减为0则停留在值为0的状态；第二竞争退避阶段只有在数据信道空闲以后才能开始，在经过第一竞争退避阶段的过滤之后，每次将只有部分节点进入第二竞争退避阶段。
全文摘要
本发明公开了一种无线局域网中基于退避机制的分组调度方法，该分组调度方法包括第一竞争退避阶段和第二竞争退避阶段两个退避阶段，分别有其对应的竞争窗口。第一竞争退避阶段的竞争窗口的范围较大(最大值为1023)，第二竞争退避阶段的竞争窗口较小(最大值为255)。数据分组按顺序完成两个退避阶段后，节点才可以访问信道。本发明的分组调度算法的特点是当网络中的两个节点使用RTS/CTS帧建立连接时，网络中的其它节点监听到CTS帧，此时这些节点中第一竞争阶段的退避计时器不为零的将继续退避。本发明包括了两个退避阶段且数据分组的传输与竞争退避同时进行，这样在高负载的网络系统中，信道利用率得到大幅度提升。
文档编号H04L12/28GK101150469SQ200710113258
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月24日 优先权日2007年10月24日
发明者吴印桂, 袁东风 申请人:山东大学