[发明专利]一种基于DCF协议的无线ad hoc网络链路可用带宽预测方法

说明书

本发明公开了一种基于DCF协议的无线ad hoc网络链路可用带宽预测方法。该方法首先定义了链路最大吞吐量，并将其作为链路可用带宽的上限值。然后，该方法要求链路两端的收发节点通过载波检测机制估算各自的可用时长，并通过计算收发节点可用时长不同步的概率得到链路可用带宽的初步估计值。在此基础上，通过求解隐藏节点数据传输导致链路收发节点数据传输失败的概率对链路可用带宽的初步估计值进行修正，最终得到链路可用带宽修正值。无线网络仿真环境GloMoSim下的仿真结果表明，与现有的可用带宽预测方法相比，该方法能更加准确地预测链路的可用带宽。

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别涉及基于DCF协议的无线ad hoc网络链路可用带宽预测方法。

背景技术

无线ad hoc网络是一种新型的不需要依赖固定基础设施的无线网络，由于具有组网快速、灵活、可靠性高的特点，在民用和军事领域得到广泛应用。近年来，随着无线网络技术的迅速发展，无线网络中音频、视频以及流媒体等带宽敏感多媒体业务快速增多，在adhoc网络中支持多媒体业务的传输吸引了越来越多人的关注。然而，ad hoc网络中网络带宽资源有限，加之无线信道的共享特性和节点之间的相互干扰使得保障多媒体业务的通信服务质量(Quality of Service，QoS)变得困难。如何准确、实时地掌握网络状态，尤其是链路可用带宽信息，成为保障网络中通信业务QoS的关键。此外，链路可用带宽信息对路由协议的选择、端到端的接入控制、减少和控制冲突、提高网络整体性能同样具有重要作用。

无线ad hoc网络中，媒质接入控制(Medium Access Control，MAC)协议决定了共享无线信道的使用方式，负责为节点分配无线通信资源并控制节点物理层，是影响链路可用带宽资源的关键。IEEE 802.11 DCF(Distributed Coordination Function)是无线局域网中的标准协议，目前已被广泛应用于ad hoc网络的各种仿真和测试床，成为了事实上的ad hoc网络MAC协议规范。该协议通过物理载波检测和虚拟载波检测机制避免发送节点之间的冲突，并采用RTS/CTS控制帧握手机制部分的解决了隐终端问题。本发明即在DCF协议的基础上研究ad hoc网络链路可用带宽的预测方法。

按照是否需要向网络中注入探测包，可以将现有链路可用带宽预测方法分为两类：基于主动探测的链路可用带宽预测方法和基于被动测量的链路可用带宽预测方法。基于主动探测的链路可用带宽预测方法要求节点通过向网络中注入端到端的探测包来预测信道上的可用带宽，通过响应数据包和分析探测包来获取网络状况，具有复杂度低、操作性强等优点。然而该类方法中节点发送的探测包会引入额外的网络开销，对已有数据流和其他探测包产生干扰，影响预测结果的准确性。基于被动测量的链路可用带宽预测方法通常仅利用本地获得的带宽利用信息来预测链路的可用带宽。该类方法无需发送探测包，不占用网络中的可用带宽，不会对网络中的已有业务产生影响，因而与主动探测相比，该类方法能够获得更加准确的链路可用带宽预测结果。然而现有的被动测量方法大多用于单点监测，难以获得链路两端的性能，导致预测的链路可用带宽和实际链路可用带宽之间存在一定偏差。

发明内容

本发明的目的是针对现有被动测量方法在预测链路可用带宽时的不足进行改进，在IEEE 802.11 DCF协议的基础上，提出一种基于节点可用时长的链路可用带宽预测方法，该方法可以准确预测链路的可用带宽，从而保障网络中通信业务的QoS。为了实现该目的，本发明所采用的步骤是：

步骤1：计算链路最大吞吐量，链路最大吞吐量是指在不存在干扰业务的情况下，ad hoc网络链路层能获得的最大吞吐量，将链路传输的数据帧大小与链路成功完成一轮数据传输所需要的时间相比，得到链路最大吞吐量，并将链路最大吞吐量视为ad hoc网络中一条链路可用带宽的上限值。