Wlan中具有雙頻段ap的能效分流方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體一種無線接入點AP的能效分流方法，可用于無線 局域網(wǎng)WLAN在雙頻段中選擇頻段和網(wǎng)絡(luò)層流量控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線局域網(wǎng)中，業(yè)務(wù)來臨之后要解決流量控制的問題，通常有隨機分配、冗余分 配、注水分配和幀聚合分配等幾種分配方式。然而隨著移動應(yīng)用業(yè)務(wù)的井噴式增長，終端設(shè) 備的能耗越來越大，導(dǎo)致客戶對移動設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)要求也就越來越高。而且多頻段的無 線局域網(wǎng)WLAN采用802.lln協(xié)議，相比傳統(tǒng)型的AP設(shè)備，新型設(shè)備功耗增加的原因是因為 配備了多端口，增加了電路單元的固定消耗，但是上述傳統(tǒng)的單一分流方式還是不能更好 的解決能耗問題。因此，必須提出更好的解決策略來應(yīng)對能耗。
[0003] 在無線局域網(wǎng)中，無線接入點AP的配置有兩個頻段：2. 4GHZ和5. 8GHZ。業(yè)務(wù)傳 輸時，需要進行流量控制，對于不同的分流方法會選擇不同的頻段。隨著無線局域網(wǎng)的快速 發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)對吞吐量、能效和時延的要求越來越高。而上述傳統(tǒng)的分流方式均存在不同的缺 陷：
[0004] 隨機分配：不考慮每個頻段的實際情況，將要發(fā)送的業(yè)務(wù)包隨機的分配到某一個 頻段上，毫無目的的進行業(yè)務(wù)分配，其性能自然很差。
[0005] 冗余分配：首先考慮2. 4GHz頻段，將業(yè)務(wù)包優(yōu)先分配到2. 4GHz頻段，只有當(dāng) 2. 4GHz的頻段到達飽和時，才將業(yè)務(wù)分配到5. 8GHz頻段，當(dāng)業(yè)務(wù)負載較輕時，只有2. 4GHz 頻段處于工作狀態(tài)，5. 8GHz頻段大部分時間處于空閑狀態(tài)沒有考慮不同頻段的傳輸能力， 因此達不到很好的性能。
[0006] 注水分配：在業(yè)務(wù)發(fā)送到終端設(shè)備之前，AP設(shè)備檢查工作在2. 4GHz和5. 8GHz頻 段的發(fā)送緩存隊列，然后將新來的業(yè)務(wù)發(fā)送到隊列長度最短的發(fā)送緩存隊列可以實現(xiàn)更好 的性能。但每發(fā)送一個業(yè)務(wù)包就需要發(fā)送一個802. 11報文PLCPPreamble和PLCPHeader， 增大了傳輸開銷，時延達不到很好的性能。
[0007] 幀聚合：通過一次性發(fā)送若干個業(yè)務(wù)包，將業(yè)務(wù)包分發(fā)到不同頻段之前緩沖了一 下，只需要發(fā)送一個802. 11報文PLCPPreamble和PLCPHeader，減小了開銷，進而減少了 應(yīng)答時間，而緩存時間又比較小，又避免了過多的時延，從而提高系統(tǒng)吞吐量。但由于在發(fā) 送業(yè)務(wù)包時沒有考慮不同頻段的發(fā)送緩沖隊列長度，不能更有效的傳輸業(yè)務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于是針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種WLAN中具有雙頻段AP 的能效分流方法，以減少傳輸時延，提高吞吐量，實現(xiàn)更有效的業(yè)務(wù)傳輸。
[0009] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：將現(xiàn)有的注水分配和幀聚合相結(jié)合，先利用幀聚 合緩存到來的業(yè)務(wù)包，等到緩存的業(yè)務(wù)量到達幀聚合緩存的上限時，再利用注水分配將緩 存的業(yè)務(wù)包發(fā)送到輸入緩存隊列最短的頻段上。其實現(xiàn)步驟包括如下：
[0010] (1)初始化當(dāng)前射頻配置的時間、業(yè)務(wù)到達率S和業(yè)務(wù)通過量G，AP節(jié)點開始發(fā)送 業(yè)務(wù)包，鄰節(jié)點接收業(yè)務(wù)包；
[0011] (2)設(shè)定采樣間隔門限值TTte為一常數(shù)，業(yè)務(wù)到達率S的變化量0s也為常數(shù)， 鄰節(jié)點根據(jù)檢測距上次采樣過程的時間間隔IY或業(yè)務(wù)到達率s確定后續(xù)的操作：若滿足 TL彡TThr或|S±S' |彡2〇s之一者，則執(zhí)行步驟⑶，否則，執(zhí)行步驟（5)，其中，S'表示業(yè) 務(wù)到達率的平均值；
[0012] (3)AP節(jié)點返回到單頻段工作，計算當(dāng)前單頻段工作的吞吐量&和平均功率損耗 Pi，預(yù)測切換到雙頻段的吞吐量Gd和第二頻段的平均功率損耗P2;
[0013] (4)記錄當(dāng)前發(fā)送業(yè)務(wù)時間T和上次采樣截止時間TE，判斷采樣持續(xù)時間是否溢 出：
[0014] 若滿足T-TE<T，則采樣持續(xù)時間未溢出，AP節(jié)點繼續(xù)工作在單頻段并發(fā)送業(yè) 務(wù)包；
[0015] 若滿足T_TE^TThr，則采樣持續(xù)時間溢出，此時，若滿足
開啟 第二頻段，進行分流，若不滿足，則AP節(jié)點繼續(xù)工作在單頻段并發(fā)送業(yè)務(wù)包；
[0016] (5)AP節(jié)點返回到雙頻段工作處理到來的業(yè)務(wù)包，即把到來的業(yè)務(wù)包放在一個事 先配置好的漏斗中，漏斗配備活塞，在漏斗未滿載之前用活塞將漏斗堵?。?br>[0017] (6)隨著業(yè)務(wù)包的不斷到來，在漏斗未滿載之前，不斷更新漏斗的重量并且重新調(diào) 度打開活塞的時間；
[0018] (7)不斷更新上述步驟（6)，直至聚合的業(yè)務(wù)包在漏斗中的重量到達幀聚合的上 界，即發(fā)送緩沖隊列長度64個，判斷漏斗中的重量是否超過該發(fā)送緩沖隊列長度：
[0019] 若漏斗中的重量超過發(fā)送緩沖隊列長度，則將所有的業(yè)務(wù)包發(fā)送到發(fā)送隊列長度 最短的頻段，然后重新聚合業(yè)務(wù)包；
[0020] 若漏斗中的重量未超過發(fā)送緩沖隊列長度，則繼續(xù)聚合業(yè)務(wù)包，返回到步驟（2)。
[0021] 本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的分流方法，融合了注水分配和幀聚合的雙重優(yōu)點，具有如下 效果：
[0022] 1)避免了過多的時延：本發(fā)明在業(yè)務(wù)包到來時，將業(yè)務(wù)包分發(fā)到不同頻段之前先 緩沖一下，進行幀聚合，然后動態(tài)更新緩存的包的權(quán)重，若滿足打開活塞的條件則將所有聚 合的幀發(fā)送到發(fā)送緩存隊列最短的頻段中，這樣聚合的幀只需要一個報頭，減少了發(fā)送所 需要的PLCPpreamble和報頭開銷，縮短了發(fā)送時間，避免了過多的時延，而緩存時間又比 較小，也避免了過多的時延，再利用注水分配發(fā)送緩存的業(yè)務(wù)包進一步縮短了發(fā)送時間，又 避免了過多的時延；
[0023] 2)提高了能效：本發(fā)明在當(dāng)業(yè)務(wù)負載來臨時，先進行幀聚合，開關(guān)閥值到達后，發(fā) 送聚合的業(yè)務(wù)包，減小了傳輸損耗，從而減小了能耗，提高了能效，而又利用注水分配分發(fā) 業(yè)務(wù)，縮短了發(fā)送時間，提高了吞吐量，也提高了能效，其中，能效=吞吐量/能耗。
【附圖說明】：
[0024] 圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；
[0025] 圖2是用本發(fā)明對不同的傳輸速率中四種分流策略的吞吐量性能仿真結(jié)果圖；
[0026] 圖3是用本發(fā)明對不同的傳輸速率中四種分流策略的能效性能仿真結(jié)果圖；
[0027] 圖4是用本發(fā)明對不同的傳輸速率中四種分流策略的時延性能仿真結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0028] 以下參照附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進一步的描述。
[0029] 在WLAN中，無線接入點AP的端口配置有兩個頻段：2. 4GHZ和5. 8GHZ，首先設(shè)計雙 頻段AP的節(jié)能方法，即單雙頻段轉(zhuǎn)換算法，該算法基于在線采樣，實時性地進行網(wǎng)絡(luò)性能 的統(tǒng)計和評估，自適應(yīng)的選擇最具能效的端口配置，當(dāng)單頻段能夠滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì) 量需求時，僅使用單頻段傳輸業(yè)務(wù)，當(dāng)不能滿足時，則同時使用雙頻段進行分流，在此基礎(chǔ) 之上，本發(fā)明針對802.lln標(biāo)準(zhǔn)中的幀聚合特性，提出了幀聚合和注水分配相結(jié)合的策略， 該策略是指當(dāng)業(yè)務(wù)被傳遞到不同的頻段之前，先進行緩存以便聚合到更多的幀；當(dāng)緩存的 幀的權(quán)重超過開關(guān)閥值時，則將其插入到發(fā)送緩存隊列較短的頻段中。
[0030]參照圖1，本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟如下：
[0031] 步驟1 :初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：
[0032] 初始化當(dāng)前射頻配置的時間為0、業(yè)務(wù)到達率S和業(yè)務(wù)通過量G均為0，AP節(jié)點開 始發(fā)送業(yè)務(wù)包，鄰節(jié)點接收業(yè)務(wù)包。
[0033] 步驟2 :通過單雙頻段轉(zhuǎn)換選擇頻段。
[0034] 本發(fā)明基于在線采樣，實時性地進行網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)計和評估，自適應(yīng)的選擇最具 能效的端口配置，具體實施步驟如下：
[0035] 2. 1)判斷是否滿足IY彡丁恤或|S±S' |彡2 〇s之一，若滿足之一則執(zhí)行步驟2. 2， 此時返回到單頻段工作，否則，執(zhí)行步驟3,此時返回到雙頻段工作，其中，采樣間隔門限值 TTte為一常數(shù)，業(yè)務(wù)到達率S的變化量〇^也為常數(shù)，表示距上次采樣過程的時間間隔，S' 表示業(yè)務(wù)到達率的平均值；
[0036] 2. 2)AP節(jié)點返回到單頻段工作，計算當(dāng)前單頻段工作的吞吐量&和平均功率損耗 Pi，預(yù)測切換到雙頻段的吞吐量Gd和第二頻段的平均功率損耗P2，其中，當(dāng)前單頻段的吞吐 量&和平均功率損耗P:根據(jù)進網(wǎng)絡(luò)的實時性直接統(tǒng)計出來；雙頻段的吞吐量Gd和第二頻 段的平均功率損耗P2通過如下預(yù)測得到：
[0037] 用業(yè)務(wù)到達率S估計開啟雙頻段時的吞吐量Gd，即用S彡Gd評估開啟雙頻段的條 件，根據(jù)開啟雙頻段的條件：
i推出開啟雙頻段的條件為：
[0038]
b時，開啟第二頻段，進行分流；
[0039] 己按照公式
進行估計，其中，PTX表示當(dāng)前頻段發(fā)送業(yè)務(wù) 時的平均功耗，h表示當(dāng)前頻段處于空閑時的平均功耗；
[0040] 2. 3)記錄當(dāng)前發(fā)送業(yè)務(wù)時間T和上次采樣截止時間TE，判斷采樣持續(xù)時間是否溢 出：
[0041]若滿足T-TE<TTh,，則采樣持續(xù)時間未溢出，AP節(jié)點繼續(xù)工作在單頻段并發(fā)送業(yè) 務(wù)包； p + p- + p
[0042] 若滿足T_TE彡TThr，則采樣持續(xù)時間溢出，此時，若滿足5 >G.v? ~ ，開啟第 /.I十 /. 2 二頻段，進行分流，若不滿足，則AP節(jié)點繼續(xù)工作在單頻段并發(fā)送業(yè)務(wù)包。
[0043] 步驟3 :對發(fā)送的業(yè)務(wù)包進行聚合。
[0044] AP節(jié)點返回到雙頻段工作處理需要發(fā)送的業(yè)務(wù)包，即將業(yè)務(wù)包發(fā)送到不同頻段之 前，需要緩沖一下，以便聚合更多的幀；當(dāng)緩存的包的權(quán)重超過開關(guān)閥值時，則將要發(fā)送的 包塊插入到發(fā)送緩存隊列長度較短的隊列中，具體實施步驟如下：
[0045] 3. 1)把到來的業(yè)務(wù)包放在一個事先配置好的漏斗中，漏斗配備活塞，在漏斗未滿 載之前用活塞將漏斗堵??；
[0046] 3. 2)隨著業(yè)務(wù)包的不斷到來，在漏斗未滿載之前，不斷更新漏斗的重量并且重新 調(diào)度打開活塞的時間，具體更新漏斗重量的方法，按照如下公式計算：<