[发明专利]一种802.11e无线网络中竞争窗口自适应调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种802.11e无线网络中竞争窗口自适应调整方法。 

背景技术

随着无线网络技术的不断发展，基于IEEE802.11标准的无线局域网近年来得到了快速、广泛的应用。但由于各种新业务的相继出现，对网络性能有了更高的要求，不同业务在吞吐率、带宽、延时等方面有着不同的要求。增强分布式信道接入机制(EDCA，Enhanced Distributed Channel Access)是IEEE802.11e工作组在IEEE802.11中DCF机制的基础上进行的QoS支持扩展，MAC级QoS增强的引入使得无线局域网可以开始较好地为音频业务和视频业务等提供具有优先级的支撑。 

EDCA MAC层采取CSMA/CA的控制机制，提供尽力而为的服务。只能保证各节点在MAC层长期公平地接入无线信道，并不能使系统性能实现最优。很多研究表明，在如机场等实际高负载网络环境中，EDCA的性能表现并不如人意。802.11e在高负载网络环境下的低效性主要由以下两点问题造成： 

(1)信道竞争造成较高的冲突率 

CSMA/CA RTS/CTS发包模式过程为：当一个站点检测到网络空闲时间达到DIFS(DCF Inter Frame Space)时间后，首先发给目的站点一个RTS短包，表明要向目的站点发送数据包；目的站点正确收到RTS包后，回复一个CTS短包，表示已经准备就绪；源站点正确收到CTS包后，即认为此次发包没有和其它站点发生冲突，接下来按照基本发包模式发包。如果站点发送RTS包后没有正确接收到CTS包，那么站点就会认为此RTS包与其它站点发送的包发生了冲突，接下来使用冲突回退算法等待一段时间后重新发包。 

CSMA/CA机制冲突回退算法通过扩大竞争窗口来避免下一次的冲突，但无法确定能够成功避免，也许会经过多次退避过程才能发送成功。在高负载网络中，一个数据包通常要经历多次冲突后，才能被成功的发送。因此，在高负载无线网 络中，虽然站点数目的增加会提高时隙的利用率，但是站点数目的增加也造成了冲突的大幅度增加。冲突的增加大大浪费了信道资源，使吞吐量迅速下降。因此，大量的冲突是造成高负载网络吞吐量降低的原因。 

(2)上行TCP流抑制性 

在无线局域网中，接入节点AP(Access Point)位于有线网络和无线网络的结合部，同时传输从有线网络到无线网络的下行流和从无线网络到有线网络的上行流。因为无线信道具有低带宽、高延时和高差错率的特性，AP的下行缓存很容易成为从有线网络向无线网络传输的瓶颈。由于下行流的DATA分组和上行流的ACK分组共同竞争下行缓存，当下行流DATA分组丢弃时，下行TCP流会降低发送速率；而当上行流的ACK分组丢弃时，因为ACK分组具有累计确认效应，上行TCP流不会因为ACK分组丢弃而减低发送速率。因此，TCP拥塞控制机制对DATA和ACK分组丢弃敏感度的不对称导致了上行TCP流会压制下行TCP流。而且当同时存在多条上行和下行流时，由于MAC层IEEE802.11协议使得包括AP的各无线节点具有相同接入信道概率，这也会造成上行流发送的概率高于下行流发送概率，加剧上行TCP流对下行TCP流的抑制作用。 

因此，有必要设计一种新的竞争窗口自适应调整方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种802.11e无线网络中竞争窗口自适应调整方法，该方法能根据网络负荷状况，自适应调节竞争窗口值，提升无线信道有效利用率，提高网络吞吐量，降低网络时延。 

发明的技术解决方案如下： 

一种802.11e无线网络中竞争窗口自适应调整方法，计算无线接入点即AP处第j个周期的平均冲突率再根据按以下步骤处理： 

1)当时【说明此时网络负载较重】，减小网络接入概率τ以适应网络负载； 

当时【说明此时网络负载较弱】，增加网络接入概率τ以适应网络负载； 

2)统计AP处当前的队列长度q_len，并根据队列长度q_len对AP的网络接入概率进行优化，得到优化接入概率τ_AP； 

3)AP根据τ_AP及τ计算AP与站点的最大、最小竞争窗口；AP在下一个周期更新其最大、最小竞争窗口；并使用周期性的Beacon帧广播站点的最大、最小竞争窗口。 

的计算方法如下： 

【取为当前周期冲突率与历史冲突率 的指数加权滑动平均】