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1、(10)申请公布号 CN 102421151 A (43)申请公布日 2012.04.18 C N 1 0 2 4 2 1 1 5 1 A *CN102421151A* (21)申请号 201110350690.X (22)申请日 2011.11.08 H04W 28/16(2009.01) H04W 84/12(2009.01) (71)申请人哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街92号 (72)发明人徐玉滨 黄明和 马琳 赵洪林 魏守明 张成文 陈旋 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人张果瑞 (54) 发明名称 基于WLAN。
2、竞争站点数目的最小竞争窗口自 适应调整方法 (57) 摘要 基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口 自适应调整方法，属于通信领域，本发明为解决 现有BEB退避算法中的以下几个问题：1、最小 竞争窗口的设定缺乏理论基础；2、对网络的碰 撞状况没有记忆能力；3、公平性差，对网络的 碰撞状况不能快速解决的问题。本发明所述基 于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调 整方法，该方法包括以下步骤：步骤一、根据公 式获取最优发送概率 opt ， 步骤二、根据步骤一获取的最优发送概率 opt ， 并按公式p1-(1- opt ) n-1 获取最优发送概 率 opt 对应的碰撞概率p；步骤三、根据最优 发。
3、送概率 opt 及其对应碰撞概率p，并按公式 获取最小竞争 窗口的大小W min 。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102421163 A 1/1页 2 1.基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤： 步骤一、根据公式 获取最优发送概率 opt ， 式中，n为WLAN竞争站点数目， 为碰撞长度； 步骤二、根据步骤一获取的最优发送概率 opt ，并按公式 p1-(1- opt ) n-1 获取最优发送概率 opt 对应的碰撞概率p； 步骤三、。
4、根据最优发送概率 opt 及其对应碰撞概率p，并按公式 获取最小竞争窗口的大小W min ， 式中，m为最大退避阶数。 2.根据权利要求1所述基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，其特 征在于，在IEEE 802.11中，最大退避阶数m5。 权 利 要 求 书CN 102421151 A CN 102421163 A 1/4页 3 基于 WLAN 竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法 技术领域 0001 本发明涉及基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，属于通信 领域。 背景技术 0002 当今时代，无线局域网(Wireless Local Area Netw。
5、ork，WLAN)遍布在世界的许多 角落，WLAN的蓬勃发展，让人们的通信生活变得更加的丰富多彩。随着通信业务的多样化， 特别是多媒体业务的不断发展，智能终端的使用数目急剧增大，WLAN面临着巨大的压力。因 此，如何最大程度的提高WLAN接纳容量，最大限度的提高WLAN的网络性能，已经成为国内 外研究的重要研究课题。 0003 IEEE 802.11WLAN中站点对无线媒介的访问由协调功能控制，在IEEE 802.11 中有三种不同的协调功能类型，基于载波监听多路访问/冲突避免机制的分布式协调功 能(Distributed Coordination Function，DCF)以及构建于分布式协。
6、调功能之上的点协 调功能(Point Coordination Function，PCF)和混合协调功能(Hybrid Coordination Function，HCF)。由此可以看出DCF是IEEE802.11MAC协议的基础，而退避算法作为DCF的 关键部分，因此研究一种性能良好的退避算法，对于提高WLAN网络性能至关重要。 0004 IEEE 802.11DCF采用的二进制指数退避(Binary Exponential Backoff，BEB)算 法，竞争的工作站随机从退避窗口中选出一个时隙，然后等待该时隙的到来以便访问媒介。 当传送失败时，退避时间便会从一个退避窗口内挑选，当重传次数。
7、增加时，退避窗口随之增 大。退避窗口通常为2的指数倍减1(例如31、63、127、255)，每当重传计数器加1，退避窗 口就会移至下一个2的指数倍减1。直到退避窗口达到最大值，这个最大由物理层决定，比 如直接序列物理层限制了最大退避窗口大小为1023个传送时隙。可以通过以下表达式将 算法描述如下。退避时间Back Time为：BackTimeINT(CW*Random()*SlotTime，其中 INT()表示取整，Random()为选取到的随机数，SlotTime为一个传送时隙的时间。而退避 窗口的计算如下： 0005 0006 其中CW表示竞争窗口，CW min 表示最小竞争窗口，CW m。
8、ax 表示最大竞争窗口，min()表 示取最小值。 0007 IEEE802.11DCF的BEB退避算法由于简单高效而广泛使用，但是实践和理论研究 表明BEB算法存在着很多明显的缺点。最小竞争窗口大小的设定没有任何的确切理论基 础，只是主观的根据一次的碰撞评价当前的网络状态；而当工作站成功发送数据之后，退避 窗口便设定为初始值，没有记忆性，直接忘记了网络之前的拥堵情况。公平性差，对于网络 状况十分拥堵的时候不能快速解决。归根结底，BEB算法退避参数不能实时针对网络状态 而实时调整，直接降低DCF协议性能。 说 明 书CN 102421151 A CN 102421163 A 2/4页 4 发明。
9、内容 0008 本发明目的是为了解决现有BEB退避算法中的以下几个问题：1、最小竞争窗口的 设定缺乏理论基础；2、对网络的碰撞状况没有记忆能力；3、公平性差，对网络的碰撞状况 不能快速解决的问题，提供了一种基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方 法。 0009 本发明所述基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，该方法包 括以下步骤： 0010 步骤一、根据公式 0011 0012 获取最优发送概率 opt ， 0013 式中，n为WLAN竞争站点数目， 0014 为碰撞长度； 0015 步骤二、根据步骤一获取的最优发送概率 opt ，并按公式 0016 p1-(1- 。
10、opt ) n-1 0017 获取最优发送概率 opt 对应的碰撞概率p； 0018 步骤三、根据最优发送概率 opt 及其对应碰撞概率p，并按公式 0019 0020 获取最小竞争窗口的大小W min ， 0021 式中，m为最大退避阶数。 0022 本发明的优点：本发明提出了一种复杂度低、效率较高的基于WLAN竞争站点数目 的最小竞争窗口自适应调整方法。理论研究和实践表明竞争站点数目直接影响着工作站 的饱和吞吐量。只有通过WLAN竞争站点数目来动态的调整最小竞争窗口的大小才能获得 WLAN的最高网络性能。本发明通过跟踪WLAN竞争站点数目来动态的调整最小竞争窗口的 大小最大限度提高网络性能。
11、。 附图说明 0023 图1是退避过程的马尔可夫链模型图； 0024 图2是基于WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法的流程图。 具体实施方式 0025 具体实施方式一：下面结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述基于 WLAN竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，该方法包括以下步骤： 0026 步骤一、根据公式 0027 说 明 书CN 102421151 A CN 102421163 A 3/4页 5 0028 获取最优发送概率 opt ， 0029 式中，n为WLAN竞争站点数目， 0030 为碰撞长度； 0031 步骤二、根据步骤一获取的最优发送概率 opt ，并按公。
12、式 0032 p1-(1- opt ) n-1 0033 获取最优发送概率 opt 对应的碰撞概率p； 0034 步骤三、根据最优发送概率 opt 及其对应碰撞概率p，并按公式 0035 0036 获取最小竞争窗口的大小W min ， 0037 式中，m为最大退避阶数。 0038 本实施方式提出的基于竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整方法，其明显的 优势在于它理论性强而又简单的实现过程： 0039 首先，利用马尔可夫链对IEEE 802.11的退避过程进行建模，如图1所示，对模型 进行深入分析和求解之后，求解出饱和吞吐量和站点发送数据概率之间的关系，并且推导 出使网络获得最大饱和吞吐量的最优。
13、发送概率。 0040 其次，由于发送概率和最小竞争窗口之间有着直接的关系，所以进一步可以通过 调整最小竞争窗口来计算出最优发送概率。 0041 最后，通过发送概率和当前网络中竞争站点数目的关系，进一步，可以实时的跟踪 当前网络中竞争站点的数目来动态的调整最小竞争窗口的大小使得最优发送概率达到最 优，以获得当前网络达到最优网络性能。 0042 图1中椭圆内分别为随机过程s(t)和随机过程b(t)。随机过程s(t)表示相应工 作站在时刻t的退避阶数，随机过程b(t)代表工作站的退避时间计数器。t和t+1代表两 个连续时隙的起始时刻。在每一个时隙的起始，退避时间计数器减1。通过对模型分析，我 们可以。
14、得到退避过程的一步非零转移概率如下方程式(1)所示。 0043 0044 上面(1)式中各个分量的物理意义如下： 0045 p：碰撞概率； 0046 i：退避阶数； 0047 k：退避等待时间； 0048 m：最大退避阶数； 0049 W i ：退避阶数为i时的竞争窗口大小； 说 明 书CN 102421151 A CN 102421163 A 4/4页 6 0050 定义i(0，m)，k(0，W i -1)为(1)的稳态解。显然， 每一个工作站都只有在退避时间变成0的时候才能发送数据，所以可以求出发送概率的 表达式如下： 0051 0052 (2)式可以改写为W关于的函数： 0053 005。
15、4 其中W为最小竞争窗口。通过对(1)进行求解，可以得到碰撞概率p和发送概率 之间的关系如式(4)所示。 0055 p1-(1-) n-1 (4) 0056 为了深入探究最小竞争窗口和网络性能之间的关系，定义网络的饱和吞吐量S的 如式(5)。 0057 0058 为了具体求解S，作如下定义： 0059 ：信道空闲的时间； 0060 T S ：成功传输而检测到信道忙的时间； 0061 T C ：发生碰撞而检测到信道为忙的时间； 0062 P tr ：在某一时隙至少有一个工作站在传输数据的概率； 0063 P s ：至少有一个工作站在传输的条件下，成功传输的概率； 0064 所有由式(5)，可以得。
16、： 0065 0066 使S达到最大的发送概率必须满足式(7)： 0067 0068 代表碰撞长度，IEEE 802.11WLAN在特定的工作机制下。为定值。比如在 IEEE802.11WLAN使用RTS/CTS工作机制下的条件下，所以通过(7)可以求得不同 竞争站点数所对应的最优发送概率 opt 。 0069 其次，通过式(4)可以计算出最优发送概率所对应的碰撞概率p。 0070 最后，由于最大退避阶数m在IEEE 802.11中为常值5。所以通过(3)联合之前已 经求出的最优发送概率 opt 以及碰撞概率p可以精确计算出当前网络中竞争站点数目所 对应的最优的最小竞争窗口大小： 0071 从而，基于竞争站点数目的最小竞争窗口自适应调整基本流程如图2所示。 说 明 书CN 102421151 A CN 102421163 A 1/2页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102421151 A CN 102421163 A 2/2页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102421151 A 。