[发明专利]确定及优化短距离无线网络吞吐率的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种确定及优化短距离无线网络吞吐率的方法及系统。

背景技术

目前，短距离无线网络包括WPAN(无线个人区域网络)和WSN(无线传感器网络)等无线通信网络，为给WPAN和WSN等短距离无线网络提供通信解决方案，IEEE802.15.4标准制定了MAC(媒体接入控制)层协议，其规定的传输范围在WPAN的典型距离10米左右。

WPAN的主要特点是低速率、低功耗、低复杂度和大量的无线节点。其潜在的应用领域有传感器、遥控玩具、智能徽章、遥控器和家庭自动化装置等。IEEE802.15.4提供的解决方案的能耗和复杂度都很低，使得电池寿命可以达到几个月甚至几年。

IEEE802.15.4在竞争访问时段采用CSMA(载波侦听多点接入)/CA(冲突避免)媒介访问机制。目前，在主要基于时隙CSMA/CA机制的网络中，协调器会在网络中发出信标给所有的感测设备，而对于需要传送数据的设备来说，其会向协调器要求进行传送。由于在一个时间内只能有一个设备进行传输，因此，所有想要传输的设备就会进行时隙的CSMA/CA算法来竞争传输媒体的使用权。

竞争传输媒体使用权的处理过程包括：所有需要传输数据的设备需要监测目前的无线传输媒体是否有其他设备正在使用，如果是，则该设备会产生一个随机退避时间，等待下一次感知信道，若目前的无线传输媒体空闲，则该设备便可以开始发送数据。这一处理过程称为非坚持CSMA机制。

协调器在接受到设备的数据帧之后需要发送应答帧给设备，如果设备在数据帧发送完成后的timeout(设备等待应答最大等待时间)内没有收到应答帧则表示此次发送失败。

为了衡量采用竞争访问机制的WPAN或WSN等网络的CSMA/CA的性能，需要计算确定网络的吞吐率。这样，在网络中，便可以根据相应的网络性能需求对网络的接入进行优化，以提高网络接入成功率，使得网络性能得到优化改善，进而实现针对网络吞吐率的优化，获得期望的网络吞吐率。

目前，在WPAN或WSN等短距离无线网络中，具体是按照IEEE802.11标准中的CSMA/CA机制进行网络吞吐率的计算。具体可以借助相应的Markov(马尔可夫)模型求出设备在退避前提下发送数据的条件概率，进而得到网络吞吐率的求导公式。

但是，不难看出，WPAN或WSN等短距离无线网络与IEEE802.11的CSMA/CA机制并不相同，具体的不同点如下：

(1)在WPAN或WSN等短距离无线网络中不使用虚载波侦听机制，以节省网络设备的耗电量；

(2)在短距离无线网络中也没有RTS(请求帧)/CTS(清除帧)，这是因为在短距离无线网络中的单个节点的发送速率较小，发送的数据包不大，发生冲突造成的损失不像IEEE802.11发生冲突造成的损失那么大，故无需设置相应的RTS/CTS；

(3)IEEE802.11使用的是基于时隙的CSMA/CA，而WPAN或WSN等短距离无线网络可以使用时隙和非时隙两种机制，在基于时隙的CSMA/CA帧中设置有专用的竞争时隙，而非时隙机制则无竞争时隙的设置。

因此，若在WPAN或WSN等短距离无线网络中采用IEEE802.11的CSMA/CA机制显然没有考虑WPAN或WSN等短距离无线网络中CSMA/CA的本质特点，因此，计算确定的网络吞吐率也就存在较大的误差，即无法真实反映WPAN或WSN等短距离无线网络中CSMA/CA的性能，这将进一步导致无法根据准确的网络吞吐率对网络接入进行优化，进而使得网络接入成功率降低，同时，还会导致网络设备功耗过大的问题。而且CCA成功概率和吞吐率计算过程也过于繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定及优化短距离无线网络吞吐率的方法及系统，从而可以准确获得WPAN或WSN等短距离无线网络的吞吐率参数，以便于针对网络性能的优化处理，进而有效提高短距离无线网络的接入性能，降低设备功耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种确定短距离无线网络吞吐率的方法，包括：

根据短距离无线网络的信息传输特征获取竞争访问时段的各时间参数，所述参数为基于非坚持载波侦听多点接入CSMA机制确定；

根据所述竞争访问时段的各时间参数，计算确定所述的短距离无线网络的吞吐率。