[发明专利]基于长距离无线网络的自适应数据传输速率调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及长距离无线网络技术领域，特别是涉及一种长距离无线网络的数据传输速率自适应调整算法。

背景技术

基于IEEE 802.11的长距离无线mesh网络(LDmesh)由多个长距离无线链路组成，相邻节点间距离可以达到几十甚至上百公里。无需额外的频带费用，可以在极端恶劣的野外环境下使用。LDmesh网络具有成本低、带宽高、覆盖广、易于部署和维护等特点，性价比高，特别适合选做偏远地区的网络接入方案。这一方面国内的研究才刚刚起步^[1]。

IEEE 802.11n标准的引入，给LDmesh网络性能带来质的飞跃。IEEE 802.11n在物理层通过信道绑定、多输入多输出(MIMO)等技术提高数据的传输速率，而且在802.11a正交频分复用(OFDM)的基础上增加了子载波数量，在MAC层通过帧聚合和块确认提高传输效率，使得理论最高数据速率达到600Mbps，相对于802.11a/b/g的54Mbps吞吐率上限有显著的提升，这给LDmesh网络的上层应用提供高速的物理层数据速率支持^[2]。

当前的长距离无线网络主要采用时分复用多路访问(TDMA)的接入方式，即有多个节点，(以A和B两个节点为例)要相互传输数据时，把时间片等分为两份，一半的时间用来从A向B发送数据，另一半的时间用来从B向A发送数据，这种方法的主要问题就是，网络上双向传输的数据并不是近似相等的，例如下载文件这样的过程，几乎在很长时间内都是单向数据，因此，有一半左右的时间信道是空闲的，因此，在这种极端情况下，链路利用率仅仅为50％，而且，使用TDMA时时钟同步问题是一个较难解决的问题。

当前的近距离无线网络主要采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的机制，在这种机制下，每个节点发送数据之前，先侦听信道一个固定的时长，如果信道空闲，达到侦听时间后，则进行随机退避，退避时间的计算方法为：在(0，cwmin)之间选取一个随机数x，x乘以slottime即为退避时间，如果在acktimeout的时间内没有收到ACK，则认为丢包，需要进行重传，步骤与第一次发送时相同，只是退避时间的因子x变成了(0，min(cwmin*2，cwmax))之间的随机数，每次重传都把竞争窗口的大小翻一倍，因此也叫做指数级退避。

长距离无线网络很少使用CSMA/CA的原因是，由于距离太长，保持原有slottime的情况下，侦听和退避的作用会变得很低，从而增大了碰撞的几率，而且，由于传输时间变长，一个数据包即使正确传输，也不可能在acktimeout时间内返回ACK，从而使发送方认为丢包。但是由于前文描述的TDMA存在的链路利用率低的问题，可以通过增长slottime和acktimeout来使得CSMA/CA能够在长距离链路上使用，而且取得比TDMA更高的信道利用率和吞吐率。