[发明专利]基于IEEE 802.11的公共跳多信道协议吞吐性能分析系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于IEEE 802.11的公共跳多信道协议吞吐性能分析系统及方法。 

背景技术

多信道协议是在MAC层单个冲突域内同时调度多个信道来提高网络吞吐量。多信道的研究最早开始于蜂窝网络。在移动Ad-hoc网络与无线mesh网络的研究中，进一步提出在MAC层采用多信道的方法进行网络设计。经过多年的研究积累，已形成Single Rendezvous和Parallel Rendezvous两大类多信道协议。其中，Single Rendezvous类多信道协议又可分为专用控制信道（Dedicated Control Channel）、公共跳（Common Hopping）、分裂阶段（Split Phase）等三大类。多信道协议的研究已经趋于成熟，这为无线mesh网络相关标准中采用多信道机制提供了强有力的理论支撑。但是，现有文献中绝大多数都是采用NS-2模拟软件对所提出的多信道协议进行吞吐性能评估，缺乏数学模型，难以进行精确性能分析。 

公共跳的原理如图1示意，所有节点都在同一个信道上竞争信道，成功RTS/CTS交互的两个节点留下使用该信道传输数据，其余节点则同时跳到下一个信道继续竞争信道，如此在信道（1/2/3/4）间循环跳转。公共跳多信道协议的特点是在所有的信道上都能传输数据，优点是每个节点仅需要一个射频接口并且能保证数据传输不受到干扰；缺点是节点频繁地切换信道。 

由于IEEE 802.11标准采用DCF作为基本的MAC接入机制，公共跳多信道协议的性能分析可以建立在DCF机制性能分析的基础之上。本发明在Giuseppe Bianchi提出的DCF机制二维Markov链模型的基础上，对公共跳多信道协议的吞吐性能展开数学分析，提出公共跳多信道机制的吞吐性能分析系统及方法。 

首先回顾802.11中传统DCF机制的吞吐性能分析。 

假设条件如下：稳定速率信道，不考虑传输错误，只考虑协议本身的性能，只要出现任意长度的帧重叠就是发生冲突；单一冲突域，域内每个站点始终有数据帧要发送（饱和状态）并且数据帧到达（包括新数据帧和重发数据帧）是泊松过程；数据帧的长度相同；帧的重传次数不受限制，直到成功发送为止；在竞争站点数量相等情况下，无论帧发送或重传多少次，其发生冲突的概率恒定且相互独立；不考虑隐藏站点问题和捕获效应；站点的移动是有限的，忽略站点发送和接收帧时的位置变化。 

传统IEEE 802.11的DCF机制，仅使用一个信道。 

定义τ为站点在任意时隙发送数据帧的概率。定义p_tr为一个时隙中至少有一个帧在发送的概率，则p_tr=1-(1-τ)ⁿ；定义p_s为一个时隙中有帧发送时有且仅有一个帧在发送的概率，则p_s=nτ(1-τ)^n-1/P_tr；p_tr·P_s表示一个时隙中仅有一个帧在发送的概率。 

定义E[P]为数据帧有效载荷值，f是信道速率。将Giuseppe Bianchi推导的饱和吞吐量公式转换形式可得