專利名稱：一種ieee 802.11 wlan中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動多媒體通信中的一種IEEE 802. 11 WLAN中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制 方法，屬于無線移動""/^c網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動^/ /zoc網(wǎng)絡(luò)是由一組靜止或移動的節(jié)點組成的，不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施并采
用分布式管理。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都具有路由器的功能，負責(zé)發(fā)現(xiàn)和維護到其他節(jié)點的路由，
并向鄰居節(jié)點發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)分組，因此fld^c網(wǎng)絡(luò)通常是一種多跳的網(wǎng)絡(luò)。此外，節(jié)點可以自
由地移動，自主地進入和退出網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)常常發(fā)生迅速和不可預(yù)測的改變。這
種網(wǎng)絡(luò)既可以作為獨立的網(wǎng)絡(luò)運行，又可以接入到有線骨干網(wǎng)絡(luò)(如Internet),實現(xiàn)簡單、 靈活、不需要昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施、成本低，特別適合于在某些特殊環(huán)境或緊急情況下實現(xiàn)快速 的自由組網(wǎng)，并且能夠靈活配置，這無疑是對固定的有線網(wǎng)絡(luò)，以及上述需要固定基礎(chǔ)設(shè)施 的無線網(wǎng)絡(luò)的補充和發(fā)展。因此無線^/toc網(wǎng)絡(luò)在教育、會議、野外科學(xué)考察、軍事領(lǐng)域、 災(zāi)后救援和重建、公共社區(qū)網(wǎng)狀網(wǎng)(mesh networks)、公共安全領(lǐng)域的快速反應(yīng)、環(huán)境監(jiān)測 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
實時多媒體業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用需要嚴格的服務(wù)質(zhì)量要求，考慮到多媒體分組之間的同步 性，實時多媒體傳輸對時延有極高的要求，若傳輸時延過大時，則必然會對多媒體視頻流播 放造成一定的影響。實時多媒體的傳輸對帶寬也有較高的要求，并且需要盡量平滑的吞吐量。 當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬小于多媒體正常播放所需占用的帶寬時，就會造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞崩潰和 過長的延時，必然影響多媒體文件的播放質(zhì)量。實時多媒體傳輸可以允許一定程度上的丟包 率，但當(dāng)丟包率過大時，就會影響流媒體的播放質(zhì)量。而移動^/toc網(wǎng)絡(luò)的信道帶寬有限、 誤碼率較高、信道質(zhì)量不穩(wěn)定、節(jié)點移動所造成的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化、多個用戶對共 享信道的競爭、無線信號傳輸?shù)乃p、失真和干擾、以及障礙物的阻擋等都會嚴重影響無線 通信的質(zhì)量和效率。顯然在這種無線通信環(huán)境下，實時多媒體業(yè)務(wù)的傳輸面臨著極大的挑戰(zhàn)。
為解決實時多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用于無線移動"^ /wc網(wǎng)絡(luò)所面臨的諸多問題，廣大研究工作者 提出了許多種的解決方法，這些方法都是基于區(qū)分服務(wù)的思想，將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流分為優(yōu)先 級不同的幾種類型，然后在傳輸?shù)倪^程在對這些優(yōu)先級不同的數(shù)據(jù)流采用不同的傳輸服務(wù)。 比較常用的定義優(yōu)先級的方法主要有1、調(diào)整MAC協(xié)議的參數(shù)實現(xiàn)不同的傳輸優(yōu)先級；2、 修改退避算法來支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級傳輸；3、定義不同的信道競爭方式來實現(xiàn)傳輸?shù)膬?yōu)先 級。但這些方法都沒有考慮到節(jié)點的接收緩沖區(qū)并不是無限大，在飽和的狀況下，必然會導(dǎo) 致大量的分組丟失，因此這些方法都只能滿足吞吐量的相對區(qū)分，而不能提供實時多媒體業(yè) 務(wù)的QoS保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決實時多媒體業(yè)務(wù)在移動at/^c網(wǎng)絡(luò)中的傳輸質(zhì)量問題而提出一種IEEE 802.11 WLAN中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制方法。
本發(fā)明的IEEE 802.11 WLAN中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制方法，包括如下步驟
(1) 將網(wǎng)絡(luò)中對時延敏感的多媒體數(shù)據(jù)流用O標記，對時延不敏感的數(shù)據(jù)流用1標記，并將 標記信息記錄在IP包頭的T0S字段里；
(2) 在發(fā)送節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點中引入MAC層分組重傳次數(shù)計數(shù)器，對于需要發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù) 分組，在其MAC幀頭部保存該分組的重傳次數(shù)；(3) 在節(jié)點的接口隊列出口處引入分組控制機制，該機制能夠根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級對其進行 不同的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，具體表現(xiàn)如下-
A. 對于低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，隊列中的分組控制機制將以/7的概率決定拒絕對該類分組進行 發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)當(dāng)?shù)蛢?yōu)先級的分組被拒絕服務(wù)后將被立即丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭
窗口加倍，并產(chǎn)生一個隨機退避計數(shù)器值進行信道競爭來重傳該分組，其中/ = 2￡皿-1，
表示低優(yōu)先級分組的MAC重傳次數(shù)，￡max表示MAC層分組允許重傳的最大次數(shù)；
B. 對于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，發(fā)送節(jié)點或中間節(jié)點正常進行發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)；
(4) 當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組在發(fā)送過程中發(fā)生碰撞時，分組發(fā)送失 敗，發(fā)送節(jié)點也將該節(jié)點的競爭窗口加倍，直到達到最大重傳次數(shù)；
(5) 當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組發(fā)送成功時，發(fā)送節(jié)點會將該節(jié)點的競 爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的數(shù)據(jù)分組；
(6) 無論是高優(yōu)先級還是低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組，分組重傳到最大次數(shù)后，當(dāng)分組發(fā)送再次碰撞， 該數(shù)據(jù)分組將被丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的 數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明將有線網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分服務(wù)模型的思想應(yīng)用到無線"c/ toc網(wǎng)絡(luò)通信中來，節(jié)點能根據(jù) 低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)來決定拒絕發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)該分組的概率，分組重傳的次數(shù)越多， 表示信道競爭越激烈，那么對低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組拒絕服務(wù)的概率也就越大，將節(jié)省下來的 信道資源用于提高高優(yōu)先級的實時多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量，具體表現(xiàn)如下
1、 本發(fā)明能夠使實時多媒體數(shù)據(jù)流占用較多的帶寬資源。由于增加了對低優(yōu)先級拒絕服 務(wù)的機制，因而發(fā)送高優(yōu)先級的節(jié)點更容易連接占用信道，并且在競爭信道的節(jié)點較多的情 況下，多個節(jié)點在同一時隙中發(fā)送分組的概率增大，發(fā)生碰撞的概率也就增大，因而低優(yōu)先 級數(shù)據(jù)分組被拒絕接服務(wù)的概率也會增大，這樣犧牲了低優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的一部分帶寬，保證 了高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流有足夠的帶寬資源用于傳輸其實時的多媒體數(shù)據(jù)流。
2、 本發(fā)明能夠減小實時多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸時延。由于引入了對低優(yōu)先級拒絕服務(wù)的機 制，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組在傳輸過程中競爭信道所花的時間大大減小，并且隨著節(jié)點數(shù)量的 不斷增大，由于多個節(jié)點在同一時隙中發(fā)送分組的概率增大，發(fā)生碰撞的概率就會增大，造 成重傳次數(shù)和被拒絕服務(wù)的概率都會加大，因而低優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組傳輸所需要的平 均時延也就會增大。而對于高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流，在分組碰撞比較激烈的時候， 一些低優(yōu)先級數(shù) 據(jù)分組被拒絕發(fā)送，這樣就降低了高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組傳輸失敗的概率，減少了其重傳次數(shù)， 因而能夠減小其平均時延。因此可以提供實時多媒體業(yè)務(wù)更好的QoS支持。
3、 本發(fā)明能夠減小實時多媒體數(shù)據(jù)分組傳輸過程中被丟棄的概率。因為高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流 能夠占用較多的信道資源，發(fā)送的成功率也為較大的提高，即使在信道競爭較為激烈的情況 下，節(jié)點只會提高對低優(yōu)先級分組拒絕發(fā)送的概率，使高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組發(fā)送過程中碰撞 的概率減小，讓其被丟棄的概率始終維持在一個較小的范圍。


圖1是移動^ /^c網(wǎng)絡(luò)通信的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是移動^/ toc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
在體系結(jié)構(gòu)方面，如圖l所示是本發(fā)明方法基于的移動""/wc網(wǎng)絡(luò)通信拓撲結(jié)構(gòu)，如圖 2所示是移動"d/wc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，本發(fā)明主要在^Z/wc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層增加了對數(shù)據(jù)流優(yōu) 先級定義的機制，并把這些信息保存在IP包頭的TOS字段里，在MAC層引入了分組重傳次數(shù) 計數(shù)器，對于需要發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，在其MAC幀頭部保存該分組的重傳次數(shù)，還在
4節(jié)點緩沖隊列中增加了分組發(fā)送控制機制。
在通信機制方面，在節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)分組之前，首先需要對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組按照一定的 規(guī)則進行優(yōu)先級標記，然后在節(jié)點引入拒絕服務(wù)機制，該拒絕服務(wù)機制只針對低優(yōu)先級數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)，節(jié)點可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以一定的概率拒絕發(fā)送低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組。 一旦分組被拒絕 發(fā)送則被立即丟棄，節(jié)點將立即對該節(jié)點的競爭窗口加倍，并再次產(chǎn)生一個隨機退避計數(shù)器 值，進行下一次信道競爭。在基本接入機制和RTS/CTS接入機制下，對于節(jié)點拒絕服務(wù)低優(yōu) 先級數(shù)據(jù)分組的概率; ，我們用該分組的MAC層重傳次數(shù)來表示。例如，該低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分
組由于沖突或被拒絕接收而重傳了 A次，則； = -1 ，其中Zmax為標準802.11協(xié)議中MAC 層最大重傳次數(shù)。顯然在0^A^Zm^的情況下，/7是隨A的單調(diào)遞增函數(shù)，而分組被重傳的
次數(shù)越多，必定是信道競爭越激烈。因此，節(jié)點可以依據(jù)信道競爭狀態(tài)來決定拒絕發(fā)送低優(yōu) 先級數(shù)據(jù)分組的概率。所以由以上分析可知信道競爭越激烈，低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組被拒絕服務(wù) 的概率就越大。
本發(fā)明方法的具體步驟如下
(1) 將網(wǎng)絡(luò)中對時延敏感的多媒體數(shù)據(jù)流用O標記，對時延不敏感的數(shù)據(jù)流用1標記，并將 標記信息記錄在IP包頭的TOS字段里；
(2) 在發(fā)送節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點中引入MAC層分組重傳次數(shù)計數(shù)器，對于需要發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù) 分組，在其MAC幀頭部保存該分組的重傳次數(shù)；
(3) 在節(jié)點的接口隊列出口處引入分組控制機制，該機制能夠根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級對其進行 不同的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，具體表現(xiàn)如下
A. 對于低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，隊列中的分組控制機制將以p的概率決定拒絕對該類分組進行 發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)當(dāng)?shù)蛢?yōu)先級的分組被拒絕服務(wù)后將被立即丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭
窗口加倍，并產(chǎn)生一個隨機退避計數(shù)器值進行信道競爭來重傳該分組，其中/ = 21皿-1， A
表示低優(yōu)先級分組的MAC重傳次數(shù)，Zmax表示MAC層分組允許重傳的最大次數(shù)；
B. 對于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，發(fā)送節(jié)點或中間節(jié)點正常進行發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)；
(4) 當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組在發(fā)送過程中發(fā)生碰撞時，分組發(fā)送失 敗，發(fā)送節(jié)點也將該節(jié)點的競爭窗口加倍，直到達到最大重傳次數(shù)；
(5) 當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組發(fā)送成功時，發(fā)送節(jié)點會將該節(jié)點的競 爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的數(shù)據(jù)分組；
(6) 無論是高優(yōu)先級還是低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組，分組重傳到最大次數(shù)后，當(dāng)分組發(fā)送再次碰撞， 該數(shù)據(jù)分組將被丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的 數(shù)據(jù)分組。
權(quán)利要求
1、一種IEEE 802.11 WLAN中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)將網(wǎng)絡(luò)中對時延敏感的多媒體數(shù)據(jù)流用0標記，對時延不敏感的數(shù)據(jù)流用1標記，并將標記信息記錄在IP包頭的TOS字段里；(2)在發(fā)送節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點中引入MAC層分組重傳次數(shù)計數(shù)器，對于需要發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，在其MAC幀頭部保存該分組的重傳次數(shù)；(3)在節(jié)點的接口隊列出口處引入分組控制機制，該機制能夠根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級對其進行不同的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，具體表現(xiàn)如下A.對于低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，隊列中的分組控制機制將以p的概率決定拒絕對該類分組進行發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)當(dāng)?shù)蛢?yōu)先級的分組被拒絕服務(wù)后將被立即丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭窗口加倍，并產(chǎn)生一個隨機退避計數(shù)器值進行信道競爭來重傳該分組，其中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><msup> <mn>2</mn> <mfrac><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>L</mi> <mi>max</mi></msub> </mfrac></msup><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100317610002C1.tif" wi="22" he="8" top= "77" left = "161" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>L1表示低優(yōu)先級分組的MAC重傳次數(shù)，Lmax表示MAC層分組允許重傳的最大次數(shù)；B.對于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，發(fā)送節(jié)點或中間節(jié)點正常進行發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)；(4)當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組在發(fā)送過程中發(fā)生碰撞時，分組發(fā)送失敗，發(fā)送節(jié)點也將該節(jié)點的競爭窗口加倍，直到達到最大重傳次數(shù)；(5)當(dāng)對時延敏感和不敏感的兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組發(fā)送成功時，發(fā)送節(jié)點會將該節(jié)點的競爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的數(shù)據(jù)分組；(6)無論是高優(yōu)先級還是低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組，分組重傳到最大次數(shù)后，當(dāng)分組發(fā)送再次碰撞，該數(shù)據(jù)分組將被丟棄，發(fā)送節(jié)點將該節(jié)點的競爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值，用來傳輸新的數(shù)據(jù)分組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IEEE 802.11 WLAN中基于區(qū)分服務(wù)的傳輸控制方法，屬無線移動ad hoc網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流應(yīng)用領(lǐng)域。本方法先將網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流分為對時延敏感和不敏感兩種并分別標記，在發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點中引入MAC層分組重傳計數(shù)器，在需要發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組MAC幀頭部保存重傳次數(shù)，再在節(jié)點接口隊列出口處引入分組控制機制，從而根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級對其進行不同的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，最后根據(jù)兩種數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組發(fā)送成功或失敗使發(fā)送節(jié)點將其競爭窗口恢復(fù)到最小競爭窗口值或加倍，無論高或低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組，重傳到最大次數(shù)后，發(fā)送節(jié)點將競爭窗口恢復(fù)到最小值。本方法能使高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流占用更多的帶寬資源，降低傳輸時延和數(shù)據(jù)分組的丟棄率。
文檔編號H04W28/02GK101651963SQ20091003176
公開日2010年2月17日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者吳志剛, 吳艷潔, 磊 曹, 航 沈, 王軍元, 白光偉, 勇 靳 申請人:南京工業(yè)大學(xué)