一种高吞吐量的ＷＬＡＮ　Ｍｅｓｈ网络速率选择方法技术

本发明专利技术涉及一种高吞吐量的ＷＬＡＮ?Ｍｅｓｈ网络速率选择方法，本发明专利技术的终端首先根据所选择的数据发送模式，区分碰撞丢失与噪声干扰丢失：对于基本接入模式通过增加否认帧ＮＡＣＫ的方式来区分丢失，对于ＲＴＳ／ＣＴＳ模式通过对确认帧ＡＣＫ和清除发送请求帧ＣＴＳ的发送与接收情况来区分丢失；然后基于本地ＭＡＣ层确认帧局部信息的自学习，实现信道状态的准确估计，指导物理层速率的选择；终端通过维护一个速率选择概率矢量，以最大化系统吞吐量为目标函数，当系统中的每个速率都被选择了一定次数后，终端开始更新概率矢量，以保证速率选择算法的收敛性与稳定性，然后终端以概率矢量中的概率任意选择一个速率进行数据传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络
，特别是一种高吞吐量的WLAN Mesh网络速率选择 方法。
技术介绍
基于无线局域网的 Mesh 网络(Wireless Local Area Network-based Mesh Networks, WLAN Mesh)，不仅具有多跳移动自组织网络自组织和自管理等能力，而且具有 WLAN网络移动性高、保密性强、抗干扰性好、架设与维护容易、构建成本低等特点。由于无 线信道的噪声干扰和时变特性，在实际的环境中，WLAN Mesh网络的性能将大受影响，尤其 是对于移动的终端，其性能所受影响更加明显，导致WLAN Mesh网络的吞吐量等性能大大降 低。为了提高WLAN Mesh网络的吞吐量性能，WLAN Mesh网络物理层通过采用不同的 调制和信道编码技术支持从IMbps到54Mbps等多速率。但是在无线环境中，链路的误比特 率高、带宽受限，同时终端在移动过程中，信道状态不断变化，导致终端无法获得准确的信 道状态信息，因此，设计有效的速率选择机制十分困难。为了选择合适的速率，当前的方法 主要包括两类基于信息帧交换的方式以及基于信道状态估计方式。基于信息帧交换的方式，主要基于以下事实对于IEEE 802. IlWLAN的MAC层， 由于采用CSMA/CA协议，终端在发送一个数据帧之后，只有等收到确认帧之后，终端才认为 数据发送成功，否则认为数据丢失，因此，收到的确认帧的数目可以从一定程度上反映出信 道的忙闲程度和信道质量的好坏，因此，可以将其作为信道状态预测的一个有效信息。如 ARF(Auto Rate Fallback)算法，可以通过本地收到的确认帧数来自动切换速率，当发送的 数据连续几次没有收到确认帧时，即可自动将速率降低发送数据，而当连续收到的确认帧 数达到一定数量时，可以提高发送速率。这类方法的最大优点在于简单易于实现，但其缺陷 也很明显这是一种主观的启发式方法，对于信道变化快的情形将导致过慢反应；而对于 信道变化慢的情形，又将导致过快反应；另外，这类方法认为所有的数据包丢失都是由于噪 声干扰引起的，并没有区分碰撞造成的数据丢失。对于基于信道状态估计的链路自适应，大多是通过发送端来估计信道状态，当终 端认为信道质量达到一定的条件时，采用相应的速率发送数据。这类方法一般通过接收到 数据的信号强度，预测当前信道的状态，进而改变发送速率。如通过对信噪比、接收信号强 度或误码率的测量，建立不同信道、不同帧长、不同重传次数所对应的最优发送速率，然后 采用表映射驱动的方式来指导实际运行的终端进行速率选择。这类方法的优点是能比较有 效地控制速率选择较，但其不足在于不仅计算方法复杂，而且需要对现有的标准协议进行 修改。另外，美国麻省理工学院(MIT) Roofnet研究小组通过建立实验平台进行实际测试表 明，在实际的环境中，接收信号强度等参数并不是一个很好的判断信道条件的依据，因此这 类方法很难在实际的系统中采用。到目前为止，在噪声干扰以及移动情况下，WLAN Mesh网络中尚缺乏有效的速率选择方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种简单易于实现且切实行之有效 的高吞吐量的WLAN Mesh网络速率选择方法，解决噪声干扰以及移动情况下，WLAN Mesh网 络中速率选择性能差的问题。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为一种高吞吐量的WLAN Mesh网络速 率选择方法，其不同之处在于其方法依次包括如下步骤步骤1)、每个终端和接入点启动后，各终端及接入点分别加载与IEEE 802. 11系 列兼容的媒体接入控制协议，然后确定数据发送的基本接入模式或RTS/CTS模式，接着在 每个终端及接入点中创建一个速率选择概率矢量，该矢量中包含了终端所能支持的所有发 送速率的选择概率；步骤2)、根据速率选择概率矢量，随机选择数据发送速率，并发送数据，每个终端 通过对发送数据帧的分析，区分碰撞丢失与干扰丢失；步骤3)、终端根据数据帧丢失情况，对当前数据发送周期内系统的吞吐量进行估 计，并以吞吐量最大化为目标；步骤4)、终端根据吞吐量估计值以及所有速率选择的次数，调整速率选择概率矢 量；反复进行步骤2)-4)直到所有数据发送完毕。按以上方案，所述发送速率的选择概率矢量将在每个发送周期进行更新维护，数 据发送周期大小为一个超帧间隔，在初始情况下，每个速率的选择概率都初始化都相等。按以上方案，对于基本接入模式，所述步骤2)对于碰撞丢失与干扰丢失的区分方 法具体为可以通过加入NACK控制帧的方式来区分丢失对于接收方如果接收到的数据 的MAC帧头正确，同时数据载荷也正确，则发送ACK帧；如果MAC帧头正确但数据载荷错误， 则发送NACK帧；如果接收到的数据的MAC帧头错误，则不发送任何确认帧；对于发送方如 果收到ACK，则发送成功；如果收到NACK，则为噪声干扰丢失；如果收不到任何确认帧，则为 碰撞丢失。按以上方案，对于RTS/CTS模式，所述步骤2)对于碰撞丢失与干扰丢失的区分方 法具体为对于终端本地的局部信息，即MAC层发送的CTS帧和ACK帧的发送与接收情况， 如果CTS帧和ACK帧都收到了，则数据发送成功；如果收到了 CTS帧，而没有收到ACK帧，则 为噪声干扰丢失；如果CTS帧和ACK帧都没有收到，则为碰撞丢失。按以上方案，所述步骤3)中对于吞吐量进行估计的具体方法为所述终端判断当 前所选发送速率是否至少被选择了 M次，如果没有满足该条件，则不用更新当前发送周期R “(η)的吞吐量值s(n)；否则将根据= Σ (ω更新吞吐量，其中Ii(j)为指示函数，J=Li(H)-M+!当数据发送成功或因为碰撞而丢失时，其值为1，只有当数据因噪声干扰丢失时其值才为 0，Li (η)为从开始到第η个发送周期，当前所选速率被选择的次数，M取3_10的自然数。按以上方案，所述吞吐量S(n)采用以下估计误差修正公式进行修正S(n)'= aS(n) + (l-a)S(n)'，其中，平滑因子α为大于0小于等于1的小数。按以上方案，所述步骤4)中速率选择概率矢量的具体调整方法对于终端所支持 的所有速率，如果在终端中所有速率中任何一个被选择的次数少于M,则不更新概率矢量； 如果满足任意速率至少选择了 M次，则对概率矢量按如下方式进行更新p{n)- Ap,i ΦπιpXn + l) = ^ ^，其中m为当前发送周期选择的最佳发送速率，1- P1(n + \),i = m、y=u.讀Δ ρ为一个可调的惩罚概率因子，其取值范围为大于0小于1的小数。本专利技术中终端首先根据所选择的数据发送模式，区分碰撞丢失与噪声干扰丢失 对于基本接入模式通过增加否认帧NACK的方式来区分丢失，对于RTS/CTS模式通过对确认 帧ACK和清除发送请求帧CTS的发送与接收情况来区分丢失；然后基于本地MAC层确认帧 局部信息的自学习，实现信道状态的准确估计，指导物理层速率的选择；终端通过维护一个 速率选择概率矢量，以最大化系统吞吐量为目标函数，当系统中的每个速率都被选择了一 定次数后，终端开始更新概率矢量，以保证速率选择算法的收敛性与稳定性，然后终端以概 率矢量中的概率任意选择一个速率进行数据传输。与现有技术相比，本专利技术具有如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高吞吐量的ＷＬＡＮＭｅｓｈ网络速率选择方法，其特征在于：其方法依次包括如下步骤：步骤１）、每个终端和接入点启动后，各终端及接入点分别加载与ＩＥＥＥ８０２．１１系列兼容的媒体接入控制协议，然后确定数据发送的基本接入模式或ＲＴＳ／ＣＴＳ模式，接着在每个终端及接入点中创建一个速率选择概率矢量，该矢量中包含了终端所能支持的所有发送速率的选择概率；步骤２）、根据速率选择概率矢量，随机选择数据发送速率，并发送数据，每个终端通过对发送数据帧的分析，区分碰撞丢失与干扰丢失；步骤３）、终端根据数据帧丢失情况，对当前数据发送周期内系统的吞吐量进行估计，并以吞吐量最大化为目标；步骤４）、终端根据吞吐量估计值以及所有速率选择的次数，调整速率选择概率矢量；反复进行步骤２）－４）直到所有数据发送完毕。

【技术特征摘要】
一种高吞吐量的WLAN Mesh网络速率选择方法，其特征在于其方法依次包括如下步骤步骤1)、每个终端和接入点启动后，各终端及接入点分别加载与IEEE 802.11系列兼容的媒体接入控制协议，然后确定数据发送的基本接入模式或RTS/CTS模式，接着在每个终端及接入点中创建一个速率选择概率矢量，该矢量中包含了终端所能支持的所有发送速率的选择概率；步骤2)、根据速率选择概率矢量，随机选择数据发送速率，并发送数据，每个终端通过对发送数据帧的分析，区分碰撞丢失与干扰丢失；步骤3)、终端根据数据帧丢失情况，对当前数据发送周期内系统的吞吐量进行估计，并以吞吐量最大化为目标；步骤4)、终端根据吞吐量估计值以及所有速率选择的次数，调整速率选择概率矢量；反复进行步骤2) 4)直到所有数据发送完毕。2.如权利要求1的所述高吞吐量的WLANMesh网络速率选择方法，其特征是所述发 送速率的选择概率矢量将在每个发送周期进行更新维护，数据发送周期大小为一个超帧间 隔，在初始情况下，每个速率的选择概率都初始化都相等。3.如权利要求1的所述高吞吐量的WLANMesh网络速率选择方法，其特征在于对于基 本接入模式，所述步骤2)对于碰撞丢失与干扰丢失的区分方法具体为可以通过加入NACK 控制帧的方式来区分丢失对于接收方如果接收到的数据的MAC帧头正确，同时数据载荷 也正确，则发送ACK帧；如果MAC帧头正确但数据载荷错误，则发送NACK帧；如果接收到的 数据的MAC帧头错误，则不发送任何确认帧；对于发送方如果收到ACK，则发送成功；如果 收到NACK，则为噪声干扰丢失；如果收不到任何确认帧，则为碰撞丢失。4.如权利要求1的所述高吞吐量的WLANMesh网络速率选择方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱容波，王江晴，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]