[发明专利]在无线网状网络中的拥塞管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网状网络领域，更特别地，涉及在使用CSMA/CA算法来接入无线介质的无线网状网络中的拥塞管理方法。 

技术背景

在无线网络中，站共享无线介质。这导致了对无线介质的竞争，因为同时的消息将冲突。为了使得能够公平共享，IEEE 802.11标准引入了DCF和EDCA机制，其中站执行著名的CSMA或CSMA/CA算法以接入介质。这些机制在某种程度上避免了冲突，并且使得能够相对有效地使用介质。然而，在V.Vishnevsky和A.I.Lyakhov，Cluster computing 5，133-144，2002中显示，由于抢占效应(seizing effect)这些机制导致不公平。在发送消息之前，站通过CSMA或CSMA/CA检测介质，以获知介质是否可获得，并且预订介质用于随后发送消息。该操作由站在被称为竞争窗口的时间窗口内实行。刚结束其传输的站具有赢得下一次传输的竞争的优势。实际上，在成功的传输后，CSMA或CSMA/CA算法规定竞争窗口的大小被重置为最小窗口大小。因此，刚刚已成功的站使用小窗口大小接入介质，并比其他最近没有成功赢得竞争的站具有优势。这反过来可导致不希望的情形：积压的(backlogged)站可垄断信道，因为它可获得对信道的独占接入一段延长的时间。 

这种在标准WLAN中发生的情形在网状网络中程度甚至更高，这是由于在这样的网状中涉及的无线站密度增加。并且，该效应的后果在网状网络中比在标准WLAN中甚至更严重，可导致显著的吞吐量降级，正如S.Xu和T.Sadaawi在IEEE Communications Magazine 2001年6月第130-137页的“Does the IEEE 802.11 MAC protocol work well in multihop wireless ad hoc networks？”中所示。 

例如，假设由于抢占效应，积压的站抢占了信道。则它能向它的下游邻站发送很多消息。然而，邻站很大程度上不能接入介质，因为它的上游邻居(积压的站)已抢占了该信道。最终，由于邻站的队列开始溢出，它除了丢弃进入的分组而外别无选择。该情形导致了性能降级。 

在2006年11月草拟的标准IEEE P802.11s/D1.00“Draft Amendmentto Standard for Information Technology-Telecommunications andInformation Exchange Between Systems-LAN/MAN SpecificRequirements-Part 11：Wireless Medium Access Control(MAC)andphysical layer(PHY)specifications：Amendment：ESS MeshNetworking.”中，通过在MAC层广播“邻域拥塞通知(NeighbourhoodCongestion Announcement)”和/或单播“拥塞控制请求(CongestionControl Request)”的建立来预先考虑到拥塞管理问题。这些消息使用在该草案7.2.4.3节定义的网状网管理帧格式，并在网状网管理动作域(Mesh Management Action field，该草案7.4和7.3节)中进行定义。 

然而，该草案没有详细说明“拥塞等级”字段或该消息必须被用于管理网状网络中拥塞的方式。在11A.7节中，该草案描述了一些可由站用来检测拥塞的可能规则：监视发送和接收速率及这两个聚合速率(aggregated rate)之间的差，或者监视队列大小，或者两者的混合。 

一旦接收到“邻域拥塞通知”或“拥塞控制请求”消息，接收节点需要通过本地限制它的流量从而减少它的有效MAC发送速率。本地速率控制机制可基于动态调整EDCA参数，例如AIFSN、CWmin或两者。 

发明内容

在使用CSMA/CA算法来接入无线介质的无线网状网络中，实现限制或避免不公平在它对网络吞吐量影响中的效果的拥塞管理方法将是有益的。 

为了更好的解决一个或多个问题，在本发明的第一方面，一种在无线网状网络中拥塞管理的方法，在该无线网状网络中CSMA/CA算法被用来接入无线介质，所述网络包括第一站和至少一个能够与第一站直接通信的邻站，该方法包括： 

-当第一站在它的环境中经历拥塞时，由第一站向至少一个邻站广播通知消息，所述通知消息包括拥塞等级参数，