[發(fā)明專(zhuān)利]面向802.11eVoIP應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410272351.8
• 申請(qǐng)日: 2014-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104052745B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建新;董蘋(píng)蘋(píng);王偉平;盛羽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué);長(zhǎng)沙訊億達(dá)信息科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H04L29/06;H04W74/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向802.11e?VoIP應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整方法。

背景技術(shù)

隨著基于因特網(wǎng)協(xié)議的語(yǔ)音(VoIP)技術(shù)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于WLAN的VoIP近年來(lái)得到了快速、廣泛的應(yīng)用。IEEE802.11分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)媒體接入控制(MAC)協(xié)議以其簡(jiǎn)易性與健壯性成為目前主流的WLAN?MAC協(xié)議，其基本思想是載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)(CSMA)與沖突避免(CA)。IEEE802.11DCF協(xié)議以傳輸非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)流作為其主要支持的業(yè)務(wù)，為了增強(qiáng)對(duì)VoIP等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持，IEEE制定出增強(qiáng)分布式信道接入機(jī)制(EDCA，Enhanced?Distributed?Channel?Access)。EDCA在DCF機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行QoS支持?jǐn)U展，提供了對(duì)不同的業(yè)務(wù)流進(jìn)行優(yōu)先級(jí)區(qū)分的機(jī)制，提高了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)內(nèi)VoIP等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)相對(duì)于其他業(yè)務(wù)流的優(yōu)先性，從而在一定程度上保障其QoS要求。但EDCA?MAC層參數(shù)使用固定值，無(wú)法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，并不能使系統(tǒng)性能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，很多研究表明，在高負(fù)載狀況下，由于網(wǎng)絡(luò)中有較高的沖突率，EDCA的性能表現(xiàn)并不如人意；此外，EDCA沒(méi)有對(duì)WLAN中站點(diǎn)(Stations，STAs)和接入節(jié)點(diǎn)(AP)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的區(qū)分，導(dǎo)致AP處上下行業(yè)務(wù)流量的不平衡，并造成瓶頸效應(yīng)，限制了VoIP容量。

(1)靜態(tài)參數(shù)造成高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中較高的沖突率

CSMA/CA機(jī)制當(dāng)工作于基本接入方式時(shí)，其工作流程為：節(jié)點(diǎn)在檢測(cè)到信道空閑時(shí)間超過(guò)DIFS(distributed?inter?frame?space)后發(fā)送分組；若信道忙，節(jié)點(diǎn)在等待信道空閑DIFS后將隨機(jī)選擇一個(gè)退避時(shí)延(退避時(shí)隙值)并啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器，等待該退避時(shí)延后才發(fā)送分組。退避計(jì)時(shí)器在信道空閑時(shí)隨時(shí)間遞減；信道忙時(shí)將掛起，直到信道空閑時(shí)間超過(guò)DIFS后才恢復(fù)遞減；當(dāng)退避計(jì)時(shí)器減為0時(shí)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送分組。退避時(shí)隙值在離散區(qū)間[0，CW]內(nèi)按均勻分布隨機(jī)選擇。CW又稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)窗口，競(jìng)爭(zhēng)窗口初始值為CW_min，每次發(fā)送失敗，競(jìng)爭(zhēng)窗口都加倍，并重新開(kāi)始上述過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)接入信道，直到發(fā)送成功或達(dá)到最大競(jìng)爭(zhēng)窗口CW_max。源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送分組后，要等待目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)接收的ACK幀；而目的節(jié)點(diǎn)接收到正確的分組后，則要在等待信道空閑SIFS后向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK幀，對(duì)接收到的分組進(jìn)行確認(rèn)。

CSMA/CA機(jī)制沖突回退算法通過(guò)擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)窗口來(lái)避免下一次的沖突，但無(wú)法確定能夠成功避免，也許會(huì)經(jīng)過(guò)多次退避過(guò)程才能發(fā)送成功。很多研究表明，在高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)數(shù)據(jù)包通常要經(jīng)歷多次沖突后，才能被成功的發(fā)送。這種方式難以保證VoIP傳輸時(shí)對(duì)延遲、抖動(dòng)等QoS的保障。EDCA中CW_min與CW_max的靜態(tài)設(shè)置，導(dǎo)致高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中多數(shù)數(shù)據(jù)包在相同的離散區(qū)間[0，CW_max]內(nèi)進(jìn)行選擇，加重了沖突的概率。沖突的增加大大浪費(fèi)了信道資源，使吞吐量迅速下降，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的最優(yōu)。

(2)AP的瓶頸效應(yīng)限制VoIP容量

在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中，接入節(jié)點(diǎn)AP(Access?Point)位于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合部，同時(shí)傳輸從有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的下行流和從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的上行流。VoIP通話(huà)過(guò)程通常在無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)和AP外部的有線(xiàn)站點(diǎn)或無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)之間進(jìn)行。假設(shè)系統(tǒng)中只存在VoIP數(shù)據(jù)流，每個(gè)站點(diǎn)通過(guò)AP與外部站點(diǎn)建立了一個(gè)雙向的VoIP通話(huà)過(guò)程。當(dāng)存在N個(gè)站點(diǎn)時(shí)，有N條上行的發(fā)送鏈路競(jìng)爭(zhēng)信道，而從外部站點(diǎn)反方向的語(yǔ)音通話(huà)過(guò)程需通過(guò)AP完成信道的接入。相對(duì)而言，AP中的發(fā)送負(fù)載是各個(gè)站點(diǎn)發(fā)送負(fù)載的N倍。根據(jù)CSMA/CA機(jī)制的原理，AP與各個(gè)站點(diǎn)具有相同接入信道概率，都是通過(guò)公平的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)完成無(wú)線(xiàn)媒介的接入的。當(dāng)VoIP通話(huà)鏈路容量增大，系統(tǒng)達(dá)到飽和時(shí)，AP由于負(fù)載過(guò)重產(chǎn)生堆棧溢出而影響從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)方向的數(shù)據(jù)傳輸，產(chǎn)生語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的丟失，延時(shí)的增加。這些包丟失和延時(shí)的增加影響了所有站點(diǎn)發(fā)起的VoIP通話(huà)過(guò)程，限制了系統(tǒng)容量的增加。

綜上，有必要設(shè)計(jì)一種新的自適應(yīng)調(diào)整方法，對(duì)協(xié)議參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整以保證不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下的協(xié)議性能；同時(shí)能對(duì)站點(diǎn)和AP進(jìn)行優(yōu)先級(jí)區(qū)分，弱化AP的瓶頸效應(yīng)對(duì)VoIP容量的制約，提升VoIP容量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種面向802.11e?VoIP應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整方法，該面向802.11e?VoIP應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整方法能提升無(wú)線(xiàn)信道有效利用率，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提升VoIP容量。