一种无线网络中丢包时间计算方法技术

一种无线网络中丢包时间计算方法。基于最大传输次数约束，研究数据包进入队列头时刻点到被丢弃时刻点之间的平均时间（丢包时间）性能，定义了丢包时间模型。丢包时间模型包含两个子模型，单个丢包的平均时间计算模型和丢包的概率计算模型。在单个丢包的平均时间计算中，包含了平均等待时间、传输碰撞判断时间和其他节点数据传输时间三部分内容。结合单个丢包平均时间和丢包概率，可以得到平均丢包时间。在业务负载较重的网络性能分析中，丢包时间占用了较多的信道资源，可以将本发明专利技术提出的丢包时间模型作为网络时延计算中的一部分。

A Method for Calculating Packet Loss Time in Wireless Networks

【技术实现步骤摘要】
一种无线网络中丢包时间计算方法
本专利技术涉及无线通信数据链路层
，研究无线环境下网络性能。
技术介绍
本专利技术中，丢包是指数据包在传输中，从i=0开始计算传输次数，一直到i=m-1次传输过程中，连续发生传输碰撞，达到最大传输次数（m次），从而被丢弃；丢包时间是指数据包进入传输队列头时间点到丢包时间点之间的平均持续时间。现有的无线通信协议性能分析方案中，均包含了网络时延的性能分析。通常，在这些性能分析方案中，网络时延仅包含数据包成功传输的平均所用时间。本专利所分析丢包时间的计算方法，数据包在传输过程中，发生连续碰撞，达到最大传输次数，导致被丢弃。因此，达到最大重传次数被丢弃数据包经历了信道接入过程和数据包多次传输过程，占用了大量的信道资源。丢包时间一直没有得到系统分析，其所占用的时间也并没有加入网络性能分析中。达到最大传输次数被丢弃的数据包，经历了数据包传输的全部阶段，单个丢包具有最大的平均时间。当网络中节点数量较少，产生的数据业务量较少，通常达到最大传输次数丢包数量较少，平均丢包时间对于网络性能影响很小。当网络中活动节点数量多，产生的数据业务量大，相应达到最大传输次数的丢包数量也大，丢包所占用的无效传输时间长，对于网络性能影响巨大。基于IEEE802.11协议中的DCF方案，分析100个活动节点处于饱和状态的网络场景，丢包时间与成功传输网络时延比值超过40%。即，所有传输的数据包，接近一半的数据包都因为达到最大传输次数而被丢弃。然而，现有的时延计算模型中，都没有对丢包时间进行分析。为了更好区分和说明，将时延区分两种：一种是成功传输数据包的网络时延，称为成功传输网络时延，该内容已经在现有文献得到完整分析；另一种是达到最大传输次数的丢包时间，是本专利技术的主要内容。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是，一种统计分析无线网络环境中丢包时间的计算方法。针对数据包传输过程中因为发生连续碰撞，达到最大传输次数而被丢弃的情况，本专利技术分析给出了丢包时间计算方法。包含两个子计算方法：单个数据包丢包的平均时间计算方法和数据包丢包概率计算方法。其中，单个数据包丢包平均时间计算方法包括三部分：(a)数据包队列头平均等待时间；(b)数据包传输碰撞判断时间；(c)其他节点数据传输时间。假设m表示数据包最大传输次数，可以得到具体计算如下所述。1）单个数据包丢失的平均时间计算方法，主要包括三部分内容：(a)数据包每次传输尝试前在队列头的等待时间，∑i=0m-1E[Ui]，其中，E[Ui]表示第i次传输所需要的平均等待时间；(b)数据包传输碰撞判断总时间(m-1)*TC，其中，TC表示碰撞判断时间；(c)数据包传输等待过程中，其他数据包传输事件所占信道总时间TOT；单个数据包因为达到最大传输次数丢包的平均时间TST=∑i=0m-1E[Ui]+TOT+m*TC。2）单个数据包丢包概率计算方法，主要内容：在网络稳态下，网络中每一次数据包传输发生碰撞概率都相等，传输碰撞概率为p，对应丢包概率为PDP=pm-1。3）达到最大传输次数丢包时间计算方法（TDPT）内容包括：TDPT=TST*PDP。本
技术实现思路
主要分析了因为达到最大传输次数导致丢包的丢包时间。被丢弃的数据包经历了全部传输次数的退避过程，从而具有单个数据包最大的平均退避时间。同时，这也是丢包条件之一。在稳定网络状态下，数据包传输每次发生的碰撞具有固定的碰撞概率。因此，达到最大碰撞次数，即，数据包经历了p(m-1)碰撞。从碰撞第i=0次开始计算，那么经历了（m-1）次碰撞后，达到（m）次最大碰撞次数，期间需要经历p(m-1)碰撞过程，而且是连续传输发生了碰撞。如果分析研究超过最大传输次数的丢包时间，则可以定义为达到（m+1）次最大传输次数的丢包时间问题。附图说明图1丢包时间计算模型功能图。图2丢包的状态转移图。具体实施方式本专利技术基于IEEE802.11协议中DCF方案进行具体实施说明。节点采用DATA/ACK交互模式进行数据传输（该专利技术同样适用于RTS/CTS/DATA/ACK数据交互模式）。最大传输次数为m次。每次传输所需退避时间为E[Ui]=ni*TSLOT，ni表示第i次退避时隙个数，TSLOT表示时隙长度。信道忙的概率为p=pc+ps，其中，pc表示信道中发生了数据传输碰撞，ps表示信道中成功进行了数据传输。根据上述条件，丢包时间主要分两步进行计算：第一是计算单个丢包所用平均时间；第二是丢包概率。第一步：单个丢包平均时间。主要包括三部分内容：数据包等待平均总退避时间；数据包传输碰撞判断时间；其它节点传输事件导致额外增加时间。(a)数据包等待平均总退避时间。丢包经历了全部退避阶段，总的平均退避时间为各阶段退避时间之和∑i=0m-1E[Ui]。(b)总的碰撞判断时间。数据包从i=0次开始计算传输次数，经历了（m-1）次碰撞后，达到最大传输次数。所以总的传输碰撞判断时间（m-1）*TC。(c)其它节点传输事件导致额外增加时间。在数据包的退避阶段，网络中还存在其它数据包的传输事件。其它数据包在传输过程中，存在成功传输和传输碰撞事件，对应概率分别为其它数据包成功传输概率ps和数据碰撞概率pc。从而可以计算得到额外增加的时间：TOTH=（ps*（TDIFS+TS）+pc*（TEIFS+TC））*∑i=0m-1E[Ui]。其中，TDIFS和TEIFS表示信道中成功传输后需要额外等待时间和信道中发生碰撞后需要额外等待时间。TS表示成功传输一个数据帧所需要的时间。根据上述三个内容，单个丢包所需要的平均时间TDPT为：TSD=∑i=0m-1E[Ui]+（m-1）*TC+TOTH。第二步：数据包丢包概率。因为达到最大传输次数导致被丢弃的数据包，必须经历固定的最大的退避阶段，同时，在传输过程中不会进行成功传输，每次传输都发生了碰撞。因此单个丢包的概率为pm-1，即丢包经历了(m-1)次传输碰撞，达到最大传输次数，从而被丢弃。结合前面“第一步”和“第二步”的内容，可以得到丢包时间TDPT的计算方法为单个丢包的平均时间和丢包概率乘积，即计算公式如下：TDPT=TSD*pm-1。以上具体实施方式给出了比较可行的计算丢包时间的计算方法，丢包时间计算方法包含了单个丢包的平均时间计算方法和丢包概率计算方法。单个丢包的平均时间计算方法包含了数据包传输尝试前等待平均退避时间、数据包传输碰撞判断时间和其它数据传输事件导致的额外等待时间三部分内容。具体实施中采用IEEE802.11中DCF方案参数进行具体计算内容实现，并没有限制本专利技术的包含内容和运用方法。以上所述仅为本专利技术比较典型的实施例，并非因此限制本专利技术的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能意识到凡运用本专利技术说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在无线通信环境中用于统计丢包时间信息的方法，其特征在于，内容包括：本专利技术中，丢包是指数据包在传输中，从i=0开始计算传输次数，一直到i=m‑1次传输过程中，连续发生传输碰撞，达到最大传输次数（m次），从而被丢弃；丢包时间是指数据包进入传输队列头时间点到丢包时间点之间的平均持续时间；本专利技术中，一种丢包时间计算方法，包含两个子计算方法：单个数据包丢包的平均时间计算方法和数据包丢包概率计算方法。

【技术特征摘要】
1.一种在无线通信环境中用于统计丢包时间信息的方法，其特征在于，内容包括：本发明中，丢包是指数据包在传输中，从i=0开始计算传输次数，一直到i=m-1次传输过程中，连续发生传输碰撞，达到最大传输次数（m次），从而被丢弃；丢包时间是指数据包进入传输队列头时间点到丢包时间点之间的平均持续时间；本发明中，一种丢包时间计算方法，包含两个子计算方法：单个数据包丢包的平均时间计算方法和数据包丢包概率计算方法。2.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，所述单个数据包丢包的平均时间计算方法内容包括三部分：(a)数据包队列头平均等待时间；(b)数据包传输碰撞判断时间；(c)其他节点数据传输时间。3.根据权利要求1和权利要求2所述的内容，其特征在于，所述单个数据包丢包的平均时间计算方法内容包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：石春，何书前，邓正杰，郑志群，胡冠宇，
申请(专利权)人：石春，
类型：发明
国别省市：海南,46