[发明专利]一种附带式跨层设计的无线网络拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络、网络拥塞控制技术领域，具体指一种附带式跨层设计的无线网络拥塞控制方法。

背景技术

传统TCP协议的拥塞控制算法根据数据分组的丢失来判断网络中的拥塞状况，当TCP源节点判定网络拥塞时，通过减小拥塞控制窗口来降低发送速率，最终达解除网络拥塞的目的。而在无线网络中，由于无线信道噪声干扰、节点的移动、隐藏终端等因素，会产生严重的丢包问题。当TCP应用于无线网络中时，上述分组丢失将造成源节点误判网络处于拥塞状况，使得TCP源节点降低发送速率，最终影响网络的吞吐量。

目前，研究人员提出了很多修改TCP的方案，以提高其在无线网络中的性能。这些方案大致可以分为以下两类：1)通过多层的相互协作，减少TCP发送端对网络拥塞状况的误判；2)通过优化网络中特定的层，使得TCP更适应无线网络的特性。

在现有技术中拥塞控制功能都是基于RTS/CTS握手机制上实现，但是RTS/CTS握手机制在实际网络中不一定被采用，因而在不使用RTS/CTS握手机制的无线网络中，上述拥塞控制方法将无法实施，此外RTS/CTS机制会占用额外的信道资源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种附带式跨层设计的无线网络拥塞控制方法，通过将节点拥塞状态信息附带于MAC中的ACK确认帧，使其变成ACKC帧。节点利用发送和接收ACK或ACKC来发布和获取拥塞信息，以便于其准确判断网络的拥塞状况。本发明还提出缩短拥塞节点信道竞争退避时间的算法，加快其解除拥塞的速度，这种拥塞控制机制能用来提高TCP协议在无线多跳网络中的性能。

本发明通过如下技术方案实现：

一种附带式跨层设计的无线网络拥塞控制方法，包括如下步骤：

1.数据帧的发送方在向接收方发送数据之前，依据其对邻居拥塞状况的评估来判断是否有邻居节点处于拥塞状态，如果有邻居处在拥塞状态，发送方就延迟本次发送，并跟据其对邻居拥塞程度的估计确定延迟发送的时间间隔；如果没有邻居处于拥塞状态，则当发送方成功竞争到信道时，它就向接收方发送数据帧。

所述数据帧的发送方和接收方为无线网络中任意两个相邻节点；所述发送方对邻居拥塞状况的评估是通过如下方式实现的：节点设置用以评估邻居拥塞程度的参数，并根据接收或者侦听到ACK、ACKC以及数据帧，来动态调整该参数。

2.当接收方在收到以它为目标节点的数据帧时，向发送方回复确认帧；同时接收方检查自身是否处于拥塞状态，如果处在拥塞状态，则其向发送方回复ACKC帧；否则回复ACK帧。

所述ACK帧为没有携带拥塞信息的确认帧；所述ACKC帧为附带拥塞信息的确认帧。所述接收方检查自身是否处于拥塞状态是通过如下方式实现的：把接收方内的缓存划分为接收缓存和发送缓存，本节点产生的数据包直接进入发送缓存，中转的数据包先经过接收缓存；所述的中转是指把从其他节点发来的数据包转发到下一跳节点的操作；设T1为接收缓存的拥塞门限值，T2为发送缓存的拥塞门限值，并设N1为接收缓存内数据包的个数，N2为发送缓存内数据包的个数。当N2＜T2时，中转的数据包进入发送缓存；否则，中转的数据包占据接收缓存。当N1＜T1时，接收方判定自身处在非拥塞状态；否则，接收方判定自身处在拥塞状态。T1、T2、N1和N2都为自然数。

接收方需要预留缓存空间，以接收在发送方不知道该接收方已拥塞的情况下所发送的数据帧。所述预留的缓存空间为接收方的内存除去T1个内存空间后剩余的内存空间。

3.当数据帧的发送方接收到来自接收方的确认帧时，确认数据发送成功。同时，发送方根据所接收的确认帧的类型来评估邻居拥塞程度。

4.为了尽快解除拥塞状态，减少数据帧丢失，针对下述情况采用如下的方式处理：

(1)当数据帧的发送方竞争信道失败进行退避时，发送方先检查自身是否处在拥塞状态，如果发送方处于非拥塞状态，则增加其退避窗口；如果发送方处在拥塞状态，则减小其退避窗口，以提高其信道竞争的成功率。

(2)当数据帧发送方将一数据帧在MAC层重传的次数达到协议所规定的最大次数后，仍然无法成功发送的情况下，将该数据帧退回给路由层，以告知路由层其下的MAC层已经处于拥塞状态，同时路由层采取以下措施协助解除拥塞：(i)如果该数据帧的生存时间已经耗尽，则在路由层丢弃该帧；(ii)如果该数据帧的生存时间仍然有效，则路由层为该数据帧寻找一条经过其他邻居节点的路径，如果寻找成功，将该数据帧传向MAC层，进行发送；如果不成功，则在延迟一定时间后，将该数据帧传向MAC层，进行发送。