[发明专利]多速率无线局域网中接入节点的主动拥塞处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多速率无线局域网中接入节点的主动拥塞处理方法。

背景技术

随着无线技术的逐渐成熟，无线网络已经融入Internet，并成为其中的重要组成部分。由于IEEE802.11等无线技术能让用户方便地接入Internet，这些技术已经被广泛地部署在学校、车站、机场、运动场等信息“热点”地区。其中无线局域网作为目前最成熟的无线网络，已经广泛地运用到日常的生活中。

然而，作为一种新的技术，无线局域网也面临着一些新的问题：

(1)目前无线局域网普遍存在无线网络和有线网络的带宽不对称性和流量不对称性，导致排队延迟加长、大量丢包和吞吐率的下降。

(2)在802.11无线局域网中，因为信号衰减、干扰等原因，无线节点的信号传输质量与其所在位置相关。目前在无线局域网中广泛采用自适应速率选择策略能根据特定时间内外界因素来决定无线数据最佳发送速率，这就使得在无线局域网中普遍存在不同数据传输速率。而在多速率无线局域网中，低速传输的数据流会占用大量的信道时间，无形中挤占了高速传输的数据流的信道时间，这样不但无线局域网总体吞吐率的急剧下降，而且下行高速流的包大部分时间只能在接入节点排队等待信道变得可用，进一步加剧接入节点的拥塞。

为此，各国学者针对拥塞控制和时间公平这两个问题，提出了大量的改进方法和增强策略。其中，主要做了以下的研究：

(1)拥塞问题

在无线局域网中，下行流的数据包和上行TCP流的ACK都要由接入节点发送，很容易造成接入节点上缓存的拥塞。如果对接入节点的缓存实施拥塞控制，就能有效地避免或缓解无线局域网的拥塞。在有线网络主动队列管理机制中，各输出流在相同的有线链路上发送，具有相等的发送速率。FDA、RateAd接入节点tive Snoop和VQ-RED等算法沿用有线网络中公平拥塞控制的思路，在接入节点上实施拥塞控制，同时保证通过接入节点的下行流吞吐率公平。FDA算法当接入节点出现下行流拥塞时，由接入节点向下行TCP的发送端重复发送3次收到的ACK副本。由于吞吐率较大的TCP流的ACK到达接入节点可能性较大，吞吐率较大流降速的可能性也就较高，从而提高各流的吞吐率公平。Rate Ad接入节点tive Snoop在接入节点上将无线信道带宽和接入节点上可用缓存平均分配给各流，用ACK的通告窗口把分配给各流的带宽延时乘积反馈给TCP发送端，保证各流的吞吐率公平。VQ-RED对通过接入节点的单流运用RED拥塞控制算法，算法为每流设置相同的丢弃门限，确保每流的吞吐率公平。

但实际上在多速率无线局域网中，通过接入节点的下行流虽然共享同一无线信道，但有不同的发送速率。如果在无线局域网中保证发送速率不同的单流间吞吐率公平，反而会让慢速发送的流长期占用无线信道，导致网络总体效率低下。因此，在接入节点上保证吞吐率公平的拥塞控制管理算法完全忽视了目前无线局域网中多种速率共存的实际情况，并不适用于目前普遍存在的多速率无线局域网。

(2)时间公平问题

在MAC层改进机制中，可以依据各无线节点的发送速率来设置各节点不同竞争窗口大小、帧间的时隙长度和每次发送包的个数等参数，来保证时间公平。典型的时间公平MAC层改进包括OAR、Idle sense等。但修改MAC层协议需要大范围更新网络设备，因此目前不大可能推广应用。

在已有的多速率无线局域网的接入节点队列管理算法中，TTPDE算法在接入节点拥塞丢包时选择丢弃发送延时最大的包，接入节点在发送包时选择发送延时最小的包发送。这种极端的方法让快速流尽量长时间占据信道，尽最大可能提高网络效率，但同时有可能造成低速节点长期处于“饿死”状态，完全牺牲公平性。另外，在接入节点上利用队列调度算法能够保证时间公平，但这些算法并不能解决接入节点队列的拥塞问题。

发明内容

为了解决现有多速率无线局域网中接入节点的拥塞问题，本发明提供一种多速率无线局域网中接入节点的主动拥塞处理方法。本发明可将各流队列长度稳定在各自理想的目标值，保证各流占用无线信道时间相等，并能有效避免接入节点上的拥塞。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

当数据包到达接入节点时，被按目的节点分成单流，并且根据每流的无线信道发送速率估计每流的目标队列长度；

根据缓存中聚集流的当前队列长度判断是否拥塞；