[发明专利]面向802.11eVoIP应用的竞争窗口调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向802.11e VoIP应用的竞争窗口调整方法。

背景技术

随着基于因特网协议的语音(VoIP)技术和无线局域网(WLAN)技术的迅速发展，基于WLAN的VoIP近年来得到了快速、广泛的应用。IEEE802.11分布式协调功能(DCF)媒体接入控制(MAC)协议以其简易性与健壮性成为目前主流的WLAN MAC协议，其基本思想是载波侦听多路访问(CSMA)与冲突避免(CA)。IEEE802.11DCF协议以传输非实时性数据流作为其主要支持的业务，为了增强对VoIP等实时业务的支持，IEEE制定出增强分布式信道接入机制(EDCA，Enhanced Distributed Channel Access)。EDCA在DCF机制的基础上进行QoS支持扩展，提供了对不同的业务流进行优先级区分的机制，提高了无线局域网(WLAN)内VoIP等实时业务相对于其他业务流的优先性，从而在一定程度上保障其QoS要求。但EDCA MAC层参数使用固定值，无法根据网络状况进行自适应调节，并不能使系统性能实现最优，很多研究表明，在高负载状况下，由于网络中有较高的冲突率，EDCA的性能表现并不如人意；此外，EDCA没有对WLAN中站点(Stations，STAs)和接入节点(AP)进行优先级的区分，导致AP处上下行业务流量的不平衡，并造成瓶颈效应，限制了VoIP容量。

(1)静态参数造成高负载网络中较高的冲突率

CSMA/CA机制当工作于基本接入方式时，其工作流程为：节点在检测到信道空闲时间超过DIFS(distributed inter frame space)后发送分组；若信道忙，节点在等待信道空闲DIFS后将随机选择一个退避时延(退避时隙值)并启动退避计时器，等待该退避时延后才发送分组。退避计时器在信道空闲时随时间递减；信道忙时将挂起，直到信道空闲时间超过DIFS后才恢复递减；当退避计时器减为0时节点开始发送分组。退避时隙值在离散区间[0，CW]内按均匀分布随机选择。CW又称为竞争窗口，竞争窗口初始值为CW_min，每次发送失败，竞争窗口都加倍，并重新开始上述过程竞争接入信道，直到发送成功或达到最大竞争窗口CW_max。源节点在发送分组后，要等待目的节点发送确认接收的ACK帧；而目的节点接收到正确的分组后，则要在等待信道空闲SIFS后向源节点发送ACK帧，对接收到的分组进行确认。

CSMA/CA机制冲突回退算法通过扩大竞争窗口来避免下一次的冲突，但无法确定能够成功避免，也许会经过多次退避过程才能发送成功。很多研究表明，在高负载网络中，一个数据包通常要经历多次冲突后，才能被成功的发送。这种方式难以保证VoIP传输时对延迟、抖动等QoS的保障。EDCA中CW_min与CW_max的静态设置，导致高负载网络中多数数据包在相同的离散区间[0，CW_max]内进行选择，加重了冲突的概率。冲突的增加大大浪费了信道资源，使吞吐量迅速下降，无法实现系统性能的最优。

(2)AP的瓶颈效应限制VoIP容量

在无线局域网中，接入节点AP(Access Point)位于有线网络和无线网络的结合部，同时传输从有线网络到无线网络的下行流和从无线网络到有线网络的上行流。VoIP通话过程通常在无线站点和AP外部的有线站点或无线站点之间进行。假设系统中只存在VoIP数据流，每个站点通过AP与外部站点建立了一个双向的VoIP通话过程。当存在N个站点时，有N条上行的发送链路竞争信道，而从外部站点反方向的语音通话过程需通过AP完成信道的接入。相对而言，AP中的发送负载是各个站点发送负载的N倍。根据CSMA/CA机制的原理，AP与各个站点具有相同接入信道概率，都是通过公平的竞争来完成无线媒介的接入的。当VoIP通话链路容量增大，系统达到饱和时，AP由于负载过重产生堆栈溢出而影响从有线到无线方向的数据传输，产生语音数据包的丢失，延时的增加。这些包丢失和延时的增加影响了所有站点发起的VoIP通话过程，限制了系统容量的增加。

综上，有必要设计一种新的自适应调整方法，对协议参数自适应调整以保证不同网络负载情况下的协议性能；同时能对站点和AP进行优先级区分，弱化AP的瓶颈效应对VoIP容量的制约，提升VoIP容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向802.11e VoIP应用的竞争窗口调整方法，该面向802.11e VoIP应用的竞争窗口调整方法能提升无线信道有效利用率，提高网络吞吐量，提升VoIP容量。