[发明专利]一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关

摘要

一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，该智能网关对接收的相应数据进行优化处理并转发，智能网关中设有上行缓冲区和下行缓冲区，上行缓冲区用于对智能网关接收的数据进行优化分析，并将优化分析后的数据转发给下行缓冲区；下行缓冲区将接收到的数据进行再次的优化分析，然后转发给接收数据的有线网络或无线网络。采用本发明后，能够在不同误码率和上下行数据流数目的情况下，保持上下行数据流的平均吞吐量保持基本相同，在公平性方面的改进较为明显；而且由于本发明的竞争窗口较低，可以以更高的概率接入信道，从而在一定程度上提高了系统的吞吐量，有效改善上下行流公平性，提高网络性能。

主权项

一种用于有线网络和无线网络交互的智能网关，该智能网关对接收的相应数据进行优化处理并转发，其特征在于：智能网关中设有上行缓冲区和下行缓冲区，上行缓冲区用于对智能网关接收的数据进行优化分析，并将优化分析后的数据转发给下行缓冲区；下行缓冲区将接收到的数据进行再次的优化分析，然后转发给接收数据的有线网络或无线网络；所述上行缓冲区根据算法需要进行相应的参数控制，并向下行缓冲区转发数据，所述下行缓冲区根据相应的算法对上行缓冲区转发的数据进行优化处理，以使该数据满足与下行缓冲区匹配的网络类型的要求；所述上行缓冲区和下行缓冲区均分为传输层和MAC层，且上行缓冲区的MAC层采用标准以太网802.3协议；下行缓冲区采用W‑MAC协议，并根据网络规模和状态调节网络参数，以解决上行缓冲区和下行缓冲区的MAC层上下行带宽不公平的问题，从而改善网络性能；所述下行缓冲区所采用的W‑MAC协议对数据的优化分析的步骤如下：1)根据上下行流数目及上下行控制系数得到智能网关发送概率PAP与智能网关及无线节点在某一时刻发送数据的概率α、β的关系其中M代表上行数据流个数；2)利用二维马尔科夫链对智能网关和普通的无线节点进行建模分析，得到智能网关和无线节点的空闲、冲突、成功发送、误码发送失败的概率；3)根据归一化吞吐量关于α、β的表达式并进行求导，得到吞吐量取极大值时α、β的关系α=(1-β)L-1(1-Pe)(M+N)βu′-(1-β)L-1(δ-δβ-Mβ+MβTC)v′(1-β)L-1(1-Pe)(M+N)βu′+(1-β)L-1(Mδβ+TC-βTC+MβTC)]]>其中，M是上行数据流个数，N是下行数据流个数，Tc表示碰撞占用时间，Pe是误帧率，δ表示空闲时长，L表示站点发送的数据帧中有效数据的长度，u'表示在对α、β的关系表达式求导过程中分子的导数，v'表示在对α、β的关系表达式求导过程中分母的导数；4)通过对上下行带宽公平性和饱和吞吐量两个方面进行分析，并对智能网关处的网络参数PAP和WAP，min进行求解，利用下述公式求得α、β、PAP和WAP，min的取值，最终达到上下行带宽公平分配和吞吐量最大化的优化目标β=2(1-2p)(1-pmlimit+1)WSTA,min(1-(2p)mlimit+1)(1-p)+(1-2p)(1-pmlimit+1)(mlimit≤m)2(1-2p)(1-pm1imit+1)WSTA,min(1-(2p)m+1)(1-p)+(1-2p)(1-pmlimit+1)+WSTA,min2mpm+1(1-2p)(1-pmlimit-m)(mlimit>m)]]>WAP,min=2(1-2p)(1-pmlimit+1)-α(1-2p)(1-pmlimit+1)α(1-(2p)mlimit+1)(1-p)(mlimit≤m)2(1-p)(1-pmlimit+1)-α(1-2p)(1-pmlimit+1)α(1-(2p)mlimit+1)(1-p)+α2mpm+1(1-2p)(1-pmlimit-m)(mlimit>m)]]>其中，p为STA在传输中失败的概率，it为t时刻的退避阶数，WAP，min和WSTA，min分别表示AP和STA的最小竞争窗口，m为数据帧重传次数的上限，根据IEEE802.11b协议，设WSTA,min等于31。