專利名稱：一種無線流量的智能分配方法
技術領域：
本發明涉及無線數據傳輸技術，具體的說是涉及一種無線流量的智能分配方法。
背景技術：
隨著智能手機與平板電腦的發展，傳統的有線連接方式已經無法應付移動化的生活方式所帶來的挑戰。然而也隨著移動設備越來越多，對802.11網絡的性能也提出考驗。IEEE小組也在積極地改善802.11標準，從Ilb的最高IlMbps的吞吐量到Ilg的54Mbps，再到現有Iln的最高300Mbps速率，其性能得到了大幅的提升。但無線吞吐量的提升，并不能從根本上解決無線工作站的使用體驗問題，主要問題表現為上網速度慢，頻繁掉線等，特別是在無線工作站接入量很大的情況下，例如在機場、公園這些所謂的WIFI熱點區域。本發明旨在改善這種情況。
IEEE802.11 協議提供了 一種基于 CSMA/CA (carrier sense multiple accesswith collision avoidance)的分布式協調功倉泛(distributed coordination function),即DCF。和Ethernet—樣，在傳送數據之前它會先檢查無線鏈路是否處于清空狀態。為了避免沖突的發生，當其它傳送者占據信道時，工作站會采用一種二進制指數退避算法避免節點之間的信道接入沖突。DCF便于實現，但無法提供業務數據傳輸的QoS區分支持，越來越無法滿足當今網絡應用多樣化發展的需要。為了在MAC層為網絡業務傳輸提供這樣的QoS 支持，IEEE802.11 小組推出了 EDCA (enhanced distributed channel access)。
傳統的802.11標準中，當一個幀傳送完成且經過一段分布式幀間間隔(DIFS)之后，工作站才能傳送之前擁堵的數據。在DIFS之后的一段時間窗口稱為退避窗口或競爭窗口，這個窗口可分為一個個時隙slot。時隙的長度因媒介而異，速度較高的物理層會使用較短的時隙。工作站會選擇某個時隙，并等待時隙到來以便訪問媒介。當多個工作站試圖同時傳送數據時，誰選擇的時隙最短，誰就獲得媒介的使用權。最新的IEEE802.1le標準中，采用了 EDCA機制來提供QoS服務，對于不同業務類型設定不同的優先級，高優先級的多媒體實時業務(如視頻，語音)具有更多的機會接入信道，減小了這些業務的時間延遲，使得其在網絡中播出更加流暢。并且可以通過幾個可調的參數來改變優先級，這幾個參數分別是仲裁幀間間隔AIFS (用于定義額外等待時間段)、最小競爭窗口 CWmin、最大競爭窗口 CWmax和發送機會限制TXOP (用于定義一次發送的最大長度)。
現有的IEEE802.1le提供了四種不同類型的數據優先級，即語音(Voice)(最高優先級)、視頻(Video)、最佳效果(Best Effort)、背景(Background)(最低優先級)。其主要目的是為解決無線通信中語音和視頻這種對實時性要求很高的問題，然而在802.11無線網絡實際的使用過程中，對于普通的網絡流量來說，用戶的實際使用體驗效果卻不是很好，特別是在接入用戶過多、網絡中充斥著各種P2P下載時，表現為網頁打不開或打開很慢，游戲很卡，延時很大等等。其原因有以下幾點:當無線網絡中客戶端很多的情況下，并不能保證每個工作站都是以較高的速率與接入點相關聯，如果低速率的工作站數據量比較大，導致低速率設備對無線媒介的長時間占用，而使其它工作站的媒介使用時間相對較少。就像在有線環境中，如果沒有一種有效的流量控制手段，局域網內有人下P2P，將外網帶寬占滿以后，其他人就會感覺很卡的道理一樣，無線環境中也會遇到這樣的問題。但無線環境與有線不一樣的一點是，有線時大家的連接速率是一致的，而無線卻會跟據距離的遠近、信號的好壞等來適配不同的速率。如果適配到的速率越低，那么傳送一定數據量所花的時間就越多，而且其收發數據的同時，其它工作站是必須保持沉默的，這樣就導致了整個網絡的吞吐量很低。有線環境下的流量控制一般是跟據每個IP單位時間的流量的多少來合理分配帶寬的，這種方案在無線環境下卻是不可行的，其原因是無線工作站與AP的適配速率不同，如果對每個無線工作站都用單位時間的流量來分配帶寬資源，會導致速率慢的工作站媒介使用時間過長，速率高的工作站卻因為搶占不到無線媒介的使用權，從而使得整網性能反而大大下降了。發明內容
本發明所要解決的技術問題，就是基于目前的IEEE802.11協議之上，提供一種無線流量的智能分配方法解決目前無線用戶實際使用體驗效果差的問題。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種無線流量的智能分配方法，其特征在于，包括以下步驟:
a.分別統計連續的多個固定時間段內的每個客戶端的媒介占用時間；
b.對統計的時間進行處理，獲取下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間，并根據下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間值的大小設置不同的優先級，值越小的優先級越高；
c.在無線網絡接入點上提供多個優先級不同的隊列，與步驟b中所述的優先級相對應，將無線數據流量資源優先分配給優先級高的隊列。
具體的，步驟a還包括以下步驟:
al.在數據通信接入點統 計每個客戶端的數據量和每個客戶端的適配速率；
a2.將接入點的時間劃分成一個個固定的時間片T，根據統計到的每個客戶端對應的數據量和適配速率得到每個固定時間片T內每個客戶端的媒介占用時間t。
具體的，所述獲取下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間的方法為采用移動指數平滑算法，假設得到的每個固定時間片T內每個客戶端的媒介占用時間為t1; t2,…，tn，下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間為tn+1，則有tn+1=Sn= atn+(l-a) Slri，其中 a e (0，I)，S0=V
具體的，所述在無線網絡接入點上提供多個優先級不同的隊列為通過調整CWmin、CWmax、AIFS和TXOP四個參數實現，優先級越高的隊列對應的CWmin、CWmax和AIFS值越小。
本發明的有益效果為，能夠讓無線網絡在高負荷的情況下，降低連接速度塊、信號質量好的客戶端受到低速率、信號質量差的客戶端的影響，提升這些客戶端的無線上網體驗，從而提升無線整網的吞吐量。
圖1為實施例的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，詳細描述本發明的技術方案:
本發明提出一種根據客戶端的媒介占用時間來分配無線媒介資源的方法，當高、低速率設備都同時有數據時，它們共享同等的媒介時間占用，當高速率設備沒有數據時，低速率設備可以更多地占用無線媒介。
主要技術方案為根據無線客戶端的適配速率及數據量得出無線媒介占用時間，從而來合理分配無線媒介資源，達到無線流量智能分配的效果，改善無線使用體驗。采用了將接入點的時間劃分為一個個時間片T，然后利用移動指數平滑法估算無線客戶端下一個時間片T內的媒介占用時間；再靈活運用802.1le標準中的競爭窗口大小、仲裁幀間間隔AIFS來為各個隊列設定不同的優先級，從而實現無線流量的智能分配。
下面通過實施例來詳細描述本發明的技術方案:
實施例
如圖1所示，本例的處理流程為，當無線數據接入點接收上層協議傳下來的數據后，首先由統計模塊對各個工作站的數據進行統計，并獲取發送速率，然后通過數據處理模塊采用移動指數平滑算法估算出媒介占用時間，再由入列模塊根據計算得出的媒介占用時間，將數據放入不同的隊列，最后由調度模塊根據不同隊列的優先級設置不同的AIFS值、Cff范圍和TXOP大小，再通過無線收發器將數據發送出去。
具體的實現方法和原理為:
由于802.11標準規定，在基礎結構型網絡中，所有數據的通信必須經過接入點。所以在接入點中很容易得到每個客戶端的數據量，而與每個客戶端適配的速率也可以輕松獲得，所以通過這兩個值可以得出每個客戶端的媒介占用時間。為了便于處理和實際應用需求，這個媒介占用時間并不是從接入點啟動到當前時間的媒介占用總和，而是將接入點的時間分成一個個固定的時間片T，可分別計算得出T時間內每個客戶端的媒介占用時間to
通過上一個步驟中已經計算出過去η個時間片T中，每個客戶端的媒介占用時間tl，t2,…，tn，且t的變化可能根據客戶端數據量的多少呈逐漸遞增或遞減的趨勢，并考慮到一些可能的突發流量，所以我們采用移動指數平滑算法預測出下一個T中每個客戶端對媒介時間占用的1^+1。具體 計算公式為:tn+1=sn=a tn+(l-a )sn_1; a e (0，I), Sft1。a的取值越接近于0，tn+1的值受到早期t值的影響更大，a取值越接近于1，則受后期數據的影響更大，所以這里選取接近于I的值更為理想。這樣根據計算得到的tn+1的值，將數據放入不同的隊列，值越小的優先級越高。
在接入點上提供η個優先級不同的隊列，這里假定η為10。這些隊列的不同優先級的實現是依靠CWmin、Cffmax, AIFS、TXOP這四個參數來決定的。對于優先級越高的隊列采用更小的CWmin、Cffmax和AIFS值，所以這幾個值隨著隊列的優先級的增加而減小；ΤΧ0Ρ可以用來限定每個隊列在無線媒介上發送幀交互序列的時隙時間，對于優先級高的隊列，如果再給與長時間的媒介時間占用的話，會引發很多問題，如網絡中的某個工作站由于長時間競爭不到無線媒介而丟包，所以目前對該值有很多動態調整的算法，這里我們根據隊列優先級的增加而增加。對于這些優先級不同的隊列，采用的處理方法為優先處理優先級聞的隊列。
在基于以上步驟處理之后，對于接入速率高、信號質量好的無線客戶端來說，AP在給它們發送數據時是以很高的速率發送，所以媒介占用時間很短，將這些客戶端放入優先級高的隊列中，讓它們不受速率低、信號不好的客戶端的影響。當然，當這些客戶端數據量很大時，無線媒介占用時間也會隨之增加，此時也會被放入優先級低的隊列中，給速率低的客戶端使用無線媒介的機會。而對于接入速率低、信號質量不好的無線客戶端，如果其數據量小，則無線媒介時間占用時間短，也有可能會被放入到高優先級隊列中，所以對用戶來說，其使用體驗也完全能夠接受。
權利要求
1.一種無線流量的智能分配方法，其特征在于，包括以下步驟: a.分別統計連續的多個固定時間段內的每個客戶端的媒介占用時間； b.對統計的時間進行處理，獲取下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間，并根據下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間值的大小設置不同的優先級，值越小的優先級越高； c.在無線網絡接入點上提供多個優先級不同的隊列，與步驟b中所述的優先級相對應，將無線數據流量資源優先分配給優先級高的隊列。
2.根據權利要求1所述的一種無線流量的智能分配方法，其特征在于，步驟a還包括以下步驟: al.在數據通信接入點統計每個客戶端的數據量和每個客戶端的適配速率； a2.將接入點的時間劃分成一個個固定的時間片T，根據統計到的每個客戶端對應的數據量和適配速率得到每個固定時間片T內的每個客戶端的媒介占用時間t。
3.根據權利要求2所述的一種無線流量的智能分配方法，其特征在于，所述獲取下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間的方法為采用移動指數平滑算法，假設得到的每個固定時間片T內每個客戶端的媒介占用時間為t1;t2,…，tn，下一固定時間段內每個客戶端的媒介占用時間為tn+1，則有tn+1=Sn=a V(1-Ci)Slri，其中a e (O，I)，S0=V
4.根據權利要求1 3任意一項所述的一種無線流量的智能分配方法，其特征在于，所述在無線網絡接入點上提供多個優先級不同的隊列為通過調整CWmin、CWmax、AIFS和TXOP四個參數實現，優先級越高的隊列對應的CWmin、 Cffmax和AIFS值越小。
全文摘要
本發明涉及無線數據傳輸技術，具體的說是涉及一種無線流量的智能分配方法。本發明所述的方法主要技術方案為根據無線客戶端的適配速率及數據量得出無線媒介占用時間，采用將接入點的時間劃分為一個個時間片T,然后利用移動指數平滑法估算無線客戶端下一個時間片T內的媒介占用時間；再靈活運用802.11e標準中的競爭窗口大小、仲裁幀間間隔AIFS來為各個隊列設定不同的優先級，從而實現無線流量的智能分配。本發明的有益效果為，能夠讓無線網絡在高負荷的情況下，降低適配速率高、信號質量好的客戶端受到低速率、信號質量差的客戶端的影響，提升這些客戶端的無線上網體驗，從而提升無線整網的吞吐量。本發明尤其適用于無線數據流量分配方法。
文檔編號H04W72/10GK103152834SQ201310059778
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者方立飛, 封歡, 宋仕友 申請人:成都飛魚星科技開發有限公司