一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法技术

本发明专利技术涉及WLAN领域，特别涉及一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，包括对系统进行初始化；计算竞争过程中资源单位利用率的变化率，并根据该变化率与设置的阈值判断是否需要更新并重新广播竞争窗口；计算竞争过程中资源单位冲突率的变化率，根据该变化率更新竞争窗口大小；根据当前资源单位利用率和上一轮资源单位利用率的差值或者竞争窗口的大小是否为最大值判断是否结束本轮优化周期；本发明专利技术实现了对站点竞争信道的进一步控制，以及AP根据缓冲区状态报告动态分配信道，从而达到了提升系统吞吐量、降低时延和保证QoS的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法
本专利技术涉及WLAN领域，特别涉及一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法。
技术介绍
近年来，随着各种移动终端的蓬勃发展，用户对随时随地无线接入互联网的需求也与日俱增。在这种情况下，WLAN由于其高吞吐量、低成本、使用灵活、部署方便等特点，成为一种高效的无线网络解决方案。在未来的使用场景中，服务质量保证调度和更高的吞吐量是关键要求。为了在上述情况下提高WLAN的效率，IEEE标准协会(IEEE-SA)于2014年3月批准了IEEE802.11ax。目前在IEEE802.11标准中使用的MAC层接入机制仍然是DCF。在密集用户场景中，其吞吐量与PHY层的峰值相比显著降低。为了提高密集场景下的网络效率，下一代无线局域网标准IEEE802.11ax引入了多种提高系统效率的技术，如：OFDMA、上行链路MU-MIMO、动态信道评估和动态功率控制，其中使用OFDMA技术。虽然这些技术在一定程度上减少了冲突，提高了信道的利用率，但仍有许多问题有待解决。首先，在实际的网络环境中，情况极其复杂，现有的MAC算法无法实现资源的动态分配。同时，在高密度网络中，随着STA的大量增加，现有的多址接入机制仍然无法有效避免冲突和干扰，MAC层的性能严重下降。另一方面，传统的MAC算法没有提供在密集用户场景下支持高吞吐量和服务质量保证的机制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，如图1，具体包括以下步骤：S1、对系统进行初始化；S2、初始化之后计算竞争过程中资源单位利用率的变化率，并判断该变化率与设置阈值之间的大小；S3、若所述变化率小于等于设置的阈值则更新并重新广播竞争窗口后返回步骤S2重新计算资源单位利用率的变化率；S4、否则计算竞争过程中资源单位冲突率的变化率，判断该变化率是否大于0，根据其是否大于0更新竞争窗口大小；S5、计算当前资源单位利用率和上一轮资源单位利用率的差值，判断当前资源利用率与上一轮的资源利用率之差是否小于0，或者竞争窗口的大小为最大值；S6、若满足步骤S5则更新竞争窗口后更新当前资源单位的利用率并赋值给资源单位的利用率的参考值以及将冲突率赋值给资源单位的冲突率的参考值，并返回步骤S2；S7、否则更新竞争窗口大小并广播，返回步骤S5。进一步的，对系统进行初始化包括：将竞争窗口的长度设置为最小的竞争窗口长度，站点在接入点广播的竞争窗口长度范围内随机选择一个退避参数进行多轮退避，如果退避完成则参与信道竞争；接入点统计多轮竞争的资源单位的利用率和冲突率，每轮竞争之后竞争窗口以相同步长增大，并且将当前资源单位的利用率η和上一轮的资源单位的利用率ηlast作比较；如果η<ηlast则结束初始化阶段，并且得到初始的资源单位利用率和冲突率的参考值；否则继续竞争直到满足结束条件。进一步的，站点根据退避值进行退避操作包括：若信道处于空闲状态，则在每次退避状态中用退避值减去总的资源单位数量，直到退避值小于或等于当前剩余的资源单位数量。进一步的，接入点根据缓冲区状态报告和数据传输速率统计站点需要的资源单位数量和竞争轮数，当当前站点满足所需的资源单位数量和竞争轮数时，当前站点竞争成功。进一步的，在竞争过程中，根据QoS将站点划分为高优先级站点和低优先级站点，高优先级站点竞争有两次竞争机会，即竞争失败之后还有一次竞争机会；低优先级站点只有一次竞争机会。进一步的，站点在竞争资源单位的同时，接入点根据缓冲区状态报告信息和数据传输速率统计站点需要的资源单位数量和竞争轮数；如果竞争轮数大于最大竞争轮数或者分配的资源单位数量达到最大资源单位数量，则竞争结束；竞争结束后接入点发送触发帧，通知竞争成功的站点分配的资源单位。进一步的，竞争成功的站点分配的资源单位时，站点使用接入点分配的资源单位传输数据，空闲部分使用PAD帧进行填充，使传输时间对齐，待收到多用户块确认帧之后，站点进行新一轮的竞争，即从接入点的信标帧中获取竞争窗口长度，并随机选择退避值。进一步的，在步骤S4中资源单位冲突率的变化率大于0时或者在该情况下步骤S7更新竞争窗口时，更新竞争窗口长度过程包括：CW＝CW+ΔCW；在步骤S4中资源单位冲突率的变化率大于0时的情况下，当步骤S6中当满足步骤S5的条件时，更新竞争窗口的过程包括：CW＝CW-ΔCW；其中，CW为当前竞争窗口长度，ΔCW为每次竞争窗口更新的步长。进一步的，在步骤S4中资源单位冲突率的变化率小于等于0时，或者在该情况下步骤S7更新竞争窗口时，更新竞争窗口长度过程包括：CW＝CW-ΔCW；在步骤S4中资源单位冲突率的变化率小于等于0时的情况下，在步骤S6中当满足步骤S5的条件时，更新竞争窗口的过程包括：CW＝CW+ΔCW；其中，CW为当前竞争窗口长度，ΔCW为每次竞争窗口更新的步长。进一步的，当前竞争过程中，资源单位利用率的变化率和冲突率的变化率分别表示为：其中，ηrefer为资源单位利用率的参考值；η为当前资源单位的利用率；prefer为资源单位冲突率的参考值；p为当前资源单位的冲突率。本专利技术使用贪婪算法动态调整竞争窗口，实现了对站点竞争信道的进一步控制，从而达到了提升系统吞吐量、降低时延和保证QoS的效果。附图说明图1为本专利技术一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法流程图；图2为本专利技术中系统进行初始化流程图；图3为本专利技术信道接入时序示意图；图4为本专利技术中利用贪婪算法改变竞争窗口流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，包括以下步骤：S1、对系统进行初始化；S2、初始化之后计算竞争过程中资源单位利用率的变化率，并判断该变化率与设置阈值之间的大小；S3、若所述变化率小于等于设置的阈值则更新并重新广播竞争窗口后返回步骤S2重新计算资源单位利用率的变化率；S4、否则计算竞争过程中资源单位冲突率的变化率，判断该变化率是否大于0，根据其是否大于0更新竞争窗口大小；S5、计算当前资源单位利用率和上一轮资源单位利用率的差值，判断当前资源利用率与上一轮的资源利用率之差是否小于0，或者竞争窗口的大小为最大值；S6、若满足步骤S5则更新竞争窗口后更新当前资源单位的利用率并赋值给资源单位的利用率的参考值以及将冲突率赋值给资源单位的冲突率的参考值，并返回步骤S2；S7、否则更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对系统进行初始化；/nS2、初始化之后计算竞争过程中资源单位利用率的变化率，并判断该变化率与设置阈值之间的大小；/nS3、若所述变化率小于等于设置的阈值则更新并重新广播竞争窗口后返回步骤S2重新计算资源单位利用率的变化率；/nS4、否则计算竞争过程中资源单位冲突率的变化率，判断该变化率是否大于0，根据其是否大于0更新竞争窗口大小；/nS5、计算当前资源单位利用率和上一轮资源单位利用率的差值，判断当前资源利用率与上一轮的资源利用率之差是否小于0，或者竞争窗口的大小为最大值；/nS6、若满足步骤S5则更新竞争窗口后更新当前资源单位的利用率并赋值给资源单位的利用率的参考值以及将冲突率赋值给资源单位的冲突率的参考值，并返回步骤S2；/nS7、否则更新竞争窗口大小并广播，返回步骤S5。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对系统进行初始化；
S2、初始化之后计算竞争过程中资源单位利用率的变化率，并判断该变化率与设置阈值之间的大小；
S3、若所述变化率小于等于设置的阈值则更新并重新广播竞争窗口后返回步骤S2重新计算资源单位利用率的变化率；
S4、否则计算竞争过程中资源单位冲突率的变化率，判断该变化率是否大于0，根据其是否大于0更新竞争窗口大小；
S5、计算当前资源单位利用率和上一轮资源单位利用率的差值，判断当前资源利用率与上一轮的资源利用率之差是否小于0，或者竞争窗口的大小为最大值；
S6、若满足步骤S5则更新竞争窗口后更新当前资源单位的利用率并赋值给资源单位的利用率的参考值以及将冲突率赋值给资源单位的冲突率的参考值，并返回步骤S2；
S7、否则更新竞争窗口大小并广播，返回步骤S5。


2.根据权利要求1所述的一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，对系统进行初始化包括：
将竞争窗口的长度设置为最小的竞争窗口长度，站点在接入点广播的竞争窗口长度范围内随机选择一个退避参数进行多轮退避，如果退避完成则参与信道竞争；
接入点统计多轮竞争的资源单位的利用率和冲突率，每轮竞争之后竞争窗口以相同步长增大，并且将当前资源单位的利用率η和上一轮的资源单位的利用率ηlast作比较；
如果η<ηlast则结束初始化阶段，并且得到初始的资源单位利用率和冲突率的参考值；否则继续竞争直到满足结束条件。


3.根据权利要求2所述的一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，站点根据退避值进行退避操作包括：若信道处于空闲状态，则在每次退避状态中用退避值减去总的资源单位数量，直到退避值小于或等于当前剩余的资源单位数量。


4.根据权利要求2所述的一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，接入点根据缓冲区状态报告和数据传输速率统计站点需要的资源单位数量和竞争轮数，当当前站点满足所需的资源单位数量和竞争轮数时，当前站点竞争成功。


5.根据权利要求2所述的一种基于贪婪算法的无线网络多信道多址接入方法，其特征在于，在竞争过程中，根据QoS将站点划分为高优先级站点和低优先级站点，高优先级站点竞争有两...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷建军，谭琦，章思沛，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50