[发明专利]用于无线局域网的优化视频业务传输的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线局域网的优化视频业务传输的系统和方法，确切地说，涉及一种采用新的跨层结构的网络系统和方法，改善无线局域网中视频业务的服务质量；属于互联网的技术领域。

背景技术

随着网络技术的迅猛发展和无线局域网各种产品的兼容化、标准化和市场化，以及无线局域网的布局简单，接入方便，并能免费上网；再加上形形色色的笔记本与上网本日新月异、层出不穷，越来越多的人选择无线局域网(wlan)上网的接入方式，使得无线终端业务的使用越来越广泛。现在，无线局域网技术正在快速融入人们的日常工作与生活。同时随着宽带网络、流媒体、编解码、信息加密和存储技术的发展，大众从网络获取电视类视频业务的需求也日渐凸显，由此应运而生的网络电视业务有着潜在的庞大用户基础。

近年来，基于IEEE 802.11的无线网络得到了广泛应用。大多数网络均采用了IEEE 802.11的分布式协调功能DCF(distributed channel access function)。尽管DCF可以比较方便地组建网络，但是该功能无法为网络中多媒体实时业务的传输提供服务质量QoS保障，因而其无法满足网络应用不断发展的需求。为了保障无线局域网各种业务的传输质量，IEEE 802.11工作组在DCF协议基础上进一步推出了增强型分布式协调功能EDCF(enhanced distributed channel access function)，该功能工作在无线局域网无线节点的MAC层，不同于DCF中各类业务平等竞争共享信道资源，EDCF是利用虚拟站点的思想，每个节点内部都按照业务QoS的不同需求，为不同类型的业务提供有优先级区分的传输服务，使得网络中高优先级实时业务优先在MAC层传输。EDCF(其网络系统架构与传输方法参见图1所示)是采用与DCF类似方法传送数据的DCF增强版，其方法依然是是基于载波监听/碰撞避免CSMA/CA(Carrier Sense Medium Access with Collision Avoidance)。

DCF的基本思想是：当节点监测到物理信道空闲时间超过分布式协调模式的帧间隔(DIFS)后，该节点进入退避状态；每个节点维护一个退避计时器，该计时器从Backoff_time＝rand[0，CW]×SlotTime中取值并按时槽递减，式中，CW为当前竞争窗口。当退避计时器为0时，节点发出发送(RTS)信号的请求。如果在规定时间内没有接收到允许发送(CTS)信号，则节点认为发生了冲突，从而使竞争窗口时长加倍，选择新的退避计时器后，重复执行上面的操作。DCF作为一种基于竞争的分布式控制方式，它对所有业务类型都不区分其优先级别，各种业务都在统一优先级下竞争信道，因此，其仅仅提供了“尽力而为”的服务，无法控制数据时延，也没有任何QoS保证，因而其不能支持实时业务。

EDCF是在DCF基础上引入了4个缓冲区队列，这四个缓冲区队列对应于8个优先级的业务，用于将不同业务分组分别进入其对应的队列。目前的研究将业务属性分为四类：视频、音频、尽力而为(best effort)与背景流(backgound)，不同缓冲区队列的数据包通过QoS映射而进入不同的AC(access category)中：首先在节点内部争夺传输机会，获得传输机会的AC才能真正获得信道接入机会。如果有两个AC同时获得传输机会TXOP(Transmission Opportunities)，则采用一个虚拟调度器，根据优先级的顺序调度高等级的AC接入信道。不同AC所拥有的帧间隔AIFS(Arbitrary Inter Frame Space)、退避时间(Bankoff_time)和竞争窗口CW(Contention Window)也各不相同。他们各自都有不同的参数设置表，可以让AC在竞争信道时的优先级互有差异，各种业务的优先级传送的从高到低顺序依次为：视频＞音频＞尽力而为＞背景流，从而使实时性数据较快地得到服务。

但是，EDCF也存在缺陷：在无线局域网中的多媒体业务处于为高负载时，其性能并不理想。因为EDCF基于竞争机制，在网络负载高时(尤其是站点较多)，由于AC_VI和AC_VO的竞争窗口为设定数值，且变化范围较小，产生虚拟碰撞的机会加大，严重影响了网络性能。并且，虽然EDCF考虑了不同类别业务的QoS区分服务，但是，对于同一类业务的不同数据流而言，其并没有考虑对其提供有差别的服务。