本发明专利技术提出了一种无线Mesh网络带宽估计方法，所述方法是一种分布式的信道空闲时间估计机制，通过周期性地分析节点通信状态，进行信道空闲时间的估计，并向其邻居节点广播该可用带宽信息，同时将一跳邻居节点的这些可用带宽信息在两跳邻居节点间相互传送以实现干扰感知；区分对发送端和接收端的帧同步有重要影响的载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态，考虑发送端和接收端空闲时间的依赖程度，进而准确地估计本地节点的可用带宽资源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信网络
，具体指的是ー种无线Mesh网络带宽估计方法。
技术介绍
近年来，无线Mesh网络技术取得了突飞猛进的发展，已经成为下一代无线网络的关键技木。但是，由于无线Mesh网络在拓扑、传输和业务上的特性，现有的无线Mesh网络路由协议已经不能充分保证无线Mesh网络的服务质量。因此，如何提高无线Mesh网络的资源利用率，并为接入业务流提供良好的QoS保障，已经成为亟待解决的关键问题之一。 对于无线Mesh网络而言，两个节点之间能否进行相互通信，不仅与他们的位置相关，而且在工作时，链路之间存在着相互干扰的关系。因此，在确定路由路径上每条链路的信道可用带宽时，要综合考虑流内干扰和流间干扰的影响。更重要的是，在估计链路可用带宽的过程中，估计算法一定要均衡每个节点的负载，在估计精确性和路径负载开销之间达到ー种均衡，进而在路由算法中能够使系统吞吐量最大化与满足业务流QoS需求这二者之间达到ー个良好的平衡。可用带宽(AB, Available Bandwidth)作为流量工程、网络路由、QoS控制等方面的ー个关键參数，目前还没有提出一个很好的可用带宽估计方法能够满足实际应用环境，甚至如何准确定义可用带宽都没有统ー的标准。在基于IEEE802. 11的无线Mesh网络中，其QoS水平很大程度上取决于链路可用带宽的估计性能，同样，还没有形成一种标准的方法或机制来对一条给定链路的可用剰余带宽进行准确的估计。在无线Mesh网络中，由于无线信道的可用带宽在无线链路上存在相互干扰从而导致无线网络传输性能大幅降低。由于无线信道带宽的估计精确性问题是与路由协议的服务质量极其相关的，估计链路传输容量或者链路最大带宽值，如果信道剰余带宽被高估，则过多的业务流可能被允许接入网络，这样会导致网络中已存在业务流的资源被干扰，影响当前业务流的服务质量，进而降低系统的服务性能；如果信道剰余带宽被低估，则系统允许接入的业务流比系统实际能容纳的业务流数要少，系统的容量未被充分利用，这就降低了信道利用率和整个系统的吞吐率。与尽力而为的路由算法不同，QoS路由协议必须与接入控制准入机制相结合来确保网络中已经存在的QoS业务流不受干扰。当某条路径的端到端剰余可用带宽满足业务流的QoS带宽需求时，接入控制准入机制认为该路由可用，并允许该条业务流接入网络；否贝U，就拒绝该条业务流的接入。因此可用带宽评估的准确性将会影响着业务流的正确接入，进而影响路由协议的QoS性能。现有可用带宽预测方案主要有两种ー种是利用信道繁忙比例来动态获取信道的利用状态，通过实时更新带宽效率比，实现可用带宽的估计(ABE)，针对单一节点的可用带宽进行评估，以反映发送数据帧的概率和在一跳邻居范围内节点传输的影响，但是该算法仅考虑了节点的本地可用带宽信息，而没有考虑干扰的影响，所以对信道利用的估计存在较大偏差，因而会高估链路的可用带宽；另ー种方法是通过測量媒介空闲时间占空比(AAC)估计可用带宽，同时考虑了信道碰撞概率和干扰节点发射的影响，并与干扰范围内的邻居节点交換可用带宽信息来计算每一对节点之间链路的可用带宽，该链路可用带宽值是该条无线链路两端节点可用带宽的最小值，AAC算法考虑了竞争问题，但是没有考虑发送端和接收端的帧同步问题，容易忽略发送端和接收端周围邻居干扰节点的相互依赖性，因而会低估链路的可用带宽。发送端和接收端周围邻居干扰节点的相互依赖性涉及传输距离和载波侦听距离，一个分组在没有干扰的情况下，能够被成功接收的最大半径，即传输距离为Rtx， RXlhresh为接收功率门限值；发送节点能够侦听到的最大半径，即载波侦听距离Res ;载波侦听门限为 ^^Thresh 有 RXThresh〉CSThresh ; Rcs=AsXRtx，其中 AS=2.2。根据网络节点接收信号功率，參照载波侦听门限和接收功率门限值，该节点的状态转移过程如下当节点正在通过天线发送信号时该节点进入传送状态；当节点传送范围内的其它节点正在发送信息时该节点进入接收状态；当节点检测到媒介忙，信号的能量水平低于接收门限时节点进入载波侦听状态。节点正在传送和接收数据帧时，信道处于繁忙状态；节点进入载波侦听状态时，信道处于侦听繁忙状态；其他状态为空闲状态。现有的可用带宽评估机制并没有区分载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态，但是在測量周期内，二者持续时间的区分对发送端和接收端的帧同步有重要影响，进而关系到发送端和接收端空闲时间的依赖程度和可用带宽评估的准确性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的可用带宽评估机制并没有区分载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态，但是在測量周期内，载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态持续时间的区分对发送端和接收端的帧同步有重要影响，进而关系到发送端和接收端空闲时间的依赖程度和可用带宽评估的准确性。本专利技术提出了(IAB)，通过区分节点载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态，进而准确估计该节点的可用带宽资源。本专利技术为实现上述专利技术目的，采用的技术方案如下 ，包括如下步骤 步骤A，基于节点接收功率值，计算本节点的网络状态，其方法如下 定义节点繁忙状态为节点处于发送或接收状态，CSlhresh为载波侦听门限，RXThresh为接收功率门限值，Pln为节点接收功率； A-1步，如果接收到的信号是NAV网络分配矢量，即本节点接收到其他节点发送来的信号是RTS或CTS分组，从该分组头部获取时间字段，且在该时间段衰减为0之前，信道处于忙状态，本节点不能接入信道，本节点处于载波侦听状态； A-2步，A-1步所述RTS或CTS分组头部时间字段值衰减到0后，判断节点接收到的信号功率PIn，如果PIn>RXThresh，则本节点由载波侦听状态转移到接收状态；如果PIn〈CSThMsh，则本节点处于空闲状态； A-3步，对于处于接收状态的本节点，判断其接收到的信号功率PIn，如果 CSThMsh〈PIn〈RXThMsh，则转移到载波侦听状态;如果PIn〈CSThresh，则转移到空闲状态； A-4步，对于处于空闲状态的本节点，判断其接收到的信号功率PIn，如果CSThresh<PIn<RXThresh,则转移到载波侦听状态；如果PIn>RXThresh,则转移到接收状态；否则，如果本节点上层协议有数据分组要发送，则转移到发送状态；A-5步，对于处于发送状态的本节点，当发送数据分组结束后，接收到的信号功率为PIn，如果CSThMsh〈PIn〈RXThMsh，则转移到载波侦听状态；如果PIn〈CSThMsh，则转移到空闲状态； 步骤B，不考虑发送节点和接收节点信道状态的依赖性，计算本地节点可用带宽；空闲时间占測量周期Tupdate的比例，就是该节点的信道可用率；广播距离RD=2，该数值规定ー个节点的本地信道空闲时间的广播跳数，即只需广播给干扰范围内的节点即可； B-1步，计算本地信道空闲时间，其计算方法如下 定义=LIT为本地信道空闲时间，LITi表示节点i的本地信道剩余空闲时间数值，本地信道繁忙时间LocalBuseTimei,本地信道载波侦听繁忙时间LocalSenseBuseTimei,贝[|，LITi= (1-K) * (Tupdate-LocalBus本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无线Mesh网络带宽估计方法，其特征在于，包括如下步骤：?步骤A，基于节点接收功率值，计算本节点的网络状态，其方法如下：?定义：节点繁忙状态为节点处于发送或接收状态，CSThresh为载波侦听门限，RXThresh为接收功率门限值，PIn为节点接收功率；?A?1步，如果接收到的信号是NAV网络分配矢量，即本节点接收到其他节点发送来的信号是RTS或CTS分组，从该分组头部获取时间字段，且在该时间段衰减为0之前，信道处于忙状态，本节点不能接入信道，本节点处于载波侦听状态；?A?2步，A?1步所述RTS或CTS分组头部时间字段值衰减到0后，判断节点接收到的信号功率PIn，如果PIn>RXThresh，则本节点由载波侦听状态转移到接收状态；如果PInRXThresh，则转移到接收状态；否则，如果本节点上层协议有数据分组要发送，则转移到发送状态；?A?5步，对于处于发送状态的本节点，当发送数据分组结束后，接收到的信号功率为PIn，如果CSThresh赖性，计算本地节点可用带宽；空闲时间占测量周期Tupdate的比例，就是该节点的信道可用率；广播距离RD=2，该数值规定一个节点的本地信道空闲时间的广播跳数，即只需广播给干扰范围内的节点即可；?B?1步，计算本地信道空闲时间，其计算方法如下：?定义：LIT为本地信道空闲时间，LITi表示节点i的本地信道剩余空闲时间数值，?本地信道繁忙时间LocalBuseTimei，本地信道载波侦听繁忙时间LocalSenseBuseTimei，?则，LITi=(1?K)*(Tupdate?LocalBuseTimei?LocalSenseBuseTimei)?其中，K表示由于等待和退避时间消耗的带宽指数，其计算公式如下：?其中，Tm表示产生两个连续数据分组的时间间隔，DIFS为IEEE802.11DCF帧间隔，表示退避时间平均值；退避时间平均值的计算公式如下：?其中，CWmin表示竞争窗口的最小值，p表示传送一个数据分组的条件碰撞概率，假定与发送竞争窗口大小无关，N为个数据帧的重传次数；?用LIT_MEASUREi代表节点i的最近一次LIT测量值，节点i的LIT更新算法如下：?LITi=(1?α)*LITi+α*LIT_MEASUREi,0≤α≤1?B?2步，计算联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的本地信道空闲时间LIT值，其计算方法如下：?定义：LIT_COLLECTION为联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的本地信道空闲时间LIT值，由每个节点的联合信道邻居干扰范围内的若干邻居节点广播获取，LIT_COLLECTIONi表示节点i的LIT_COLLECTION，LIT_COLLECTIONi进一步分解细化，用LIT_COLLECTIONi(j)表示由节点i的联合信道邻居干扰范围内的邻居节点j播报的节点j的LIT数值；则联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的LIT最小值LIT_COLLECTIONi可表示为：?LIT_COLLECTIONi=min(x:x∈{LIT_COLLECTIONi(t)})?B?3步，计算邻居干扰信道空闲时间，其计算方法如下：?定义：IIT为邻居干扰信道空闲时间，节点i的邻居干扰信道空闲时间IITi；IIT可以由信道监控干扰感知过程中得到的联合信道邻居干扰范围内的本地信道空闲时间LIT中的最小值来表示，即IIT就是在考虑了流内干扰和流间干扰的前提下，一条链路在保证已经存在的QoS业务流不受干扰的同时，能够提供的最大信道空闲时间；则节点i的邻居干扰信道空闲时间IITi计算公式为：?IITi≈min(x:x∈{LITi}∪{LT_COLLECTIONi})?B?4步，计算节点i的可用带宽ABi：?其中，C为链路层信道容量；?步骤C，考察发送端和接收端空闲时间的相互依赖性，当发送端和接收端节点分别处于载波侦听状态和空闲状态，对可用带宽估计进行修正，其方法如下：?定义：p1表示发送端s处于载波侦听状态而接收端r处于空闲状态的概率，p2表示接收端r处于载波侦听状态而发送端s处于空闲状态的概率，p1,p2∈(0,0.4)，取其经验最优值；?则发送端s和接收端r的可用带宽ABs和ABr计算公式进一步表示为：?其中，IITs为节点s的邻居干扰信道空闲时间，IITr为节点r的邻居干扰信道空闲时间；表示在测量周期Tupdate内，发送端s处于载波侦听状态的时...
【技术特征摘要】
1.一种无线Mesh网络带宽估计方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤A，基于节点接收功率值，计算本节点的网络状态，其方法如下 定义节点繁忙状态为节点处于发送或接收状态，CSlhresh为载波侦听门限，RXThresh为接收功率门限值，Pln为节点接收功率； A-1步，如果接收到的信号是NAV网络分配矢量，即本节点接收到其他节点发送来的信号是RTS或CTS分组，从该分组头部获取时间字段，且在该时间段衰减为O之前，信道处于忙状态，本节点不能接入信道，本节点处于载波侦听状态； A-2步，A-1步所述RTS或CTS分组头部时间字段值衰减到O后，判断节点接收到的信号功率PIn，如果PIn>RXTh sh，则本节点由载波侦听状态转移到接收状态；如果PIn〈CSThMsh，则本节点处于空闲状态； A-3步，对于处于接收状态的本节点，判断其接收到的信号功率PIn，如果CSThMsh〈PIn〈RXThMsh，则转移到载波侦听状态;如果PIn〈CSThresh，则转移到空闲状态； A-4步，对于处于空闲状态的本节点，判断其接收到的信号功率PIn，如果CSThresh<PIn<RXThr...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海涛，李大鹏，黄波，刘南杰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
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