[发明专利]一种无线Mesh网络带宽估计方法

说明书

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体指的是一种无线Mesh网络带宽估计方法。

背景技术

近年来，无线Mesh网络技术取得了突飞猛进的发展，已经成为下一代无线网络的关键技术。但是，由于无线Mesh网络在拓扑、传输和业务上的特性，现有的无线Mesh网络路由协议已经不能充分保证无线Mesh网络的服务质量。因此，如何提高无线Mesh网络的资源利用率，并为接入业务流提供良好的QoS保障，已经成为亟待解决的关键问题之一。

对于无线Mesh网络而言，两个节点之间能否进行相互通信，不仅与他们的位置相关，而且在工作时，链路之间存在着相互干扰的关系。因此，在确定路由路径上每条链路的信道可用带宽时，要综合考虑流内干扰和流间干扰的影响。更重要的是，在估计链路可用带宽的过程中，估计算法一定要均衡每个节点的负载，在估计精确性和路径负载开销之间达到一种均衡，进而在路由算法中能够使系统吞吐量最大化与满足业务流QoS需求这二者之间达到一个良好的平衡。

可用带宽(AB,Available Bandwidth)作为流量工程、网络路由、QoS控制等方面的一个关键参数，目前还没有提出一个很好的可用带宽估计方法能够满足实际应用环境，甚至如何准确定义可用带宽都没有统一的标准。在基于IEEE802.11的无线Mesh网络中，其QoS水平很大程度上取决于链路可用带宽的估计性能，同样，还没有形成一种标准的方法或机制来对一条给定链路的可用剩余带宽进行准确的估计。

在无线Mesh网络中，由于无线信道的可用带宽在无线链路上存在相互干扰从而导致无线网络传输性能大幅降低。由于无线信道带宽的估计精确性问题是与路由协议的服务质量极其相关的，估计链路传输容量或者链路最大带宽值，如果信道剩余带宽被高估，则过多的业务流可能被允许接入网络，这样会导致网络中已存在业务流的资源被干扰，影响当前业务流的服务质量，进而降低系统的服务性能；如果信道剩余带宽被低估，则系统允许接入的业务流比系统实际能容纳的业务流数要少，系统的容量未被充分利用，这就降低了信道利用率和整个系统的吞吐率。

与尽力而为的路由算法不同，QoS路由协议必须与接入控制准入机制相结合来确保网络中已经存在的QoS业务流不受干扰。当某条路径的端到端剩余可用带宽满足业务流的QoS带宽需求时，接入控制准入机制认为该路由可用，并允许该条业务流接入网络；否则，就拒绝该条业务流的接入。因此可用带宽评估的准确性将会影响着业务流的正确接入，进而影响路由协议的QoS性能。现有可用带宽预测方案主要有两种：一种是利用信道繁忙比例来动态获取信道的利用状态，通过实时更新带宽效率比，实现可用带宽的估计（ABE），针对单一节点的可用带宽进行评估，以反映发送数据帧的概率和在一跳邻居范围内节点传输的影响，但是该算法仅考虑了节点的本地可用带宽信息，而没有考虑干扰的影响，所以对信道利用的估计存在较大偏差，因而会高估链路的可用带宽；另一种方法是通过测量媒介空闲时间占空比(AAC)估计可用带宽，同时考虑了信道碰撞概率和干扰节点发射的影响，并与干扰范围内的邻居节点交换可用带宽信息来计算每一对节点之间链路的可用带宽，该链路可用带宽值是该条无线链路两端节点可用带宽的最小值，AAC算法考虑了竞争问题，但是没有考虑发送端和接收端的帧同步问题，容易忽略发送端和接收端周围邻居干扰节点的相互依赖性，因而会低估链路的可用带宽。

发送端和接收端周围邻居干扰节点的相互依赖性涉及传输距离和载波侦听距离，一个分组在没有干扰的情况下，能够被成功接收的最大半径，即传输距离为R_tx，

RX_Thresh为接收功率门限值；发送节点能够侦听到的最大半径，即载波侦听距离R_cs；载波侦听门限为CS_Thresh，有RX_Thresh>CS_Thresh；

R_cs=Δ_s×R_tx，其中Δ_s=2.2。

根据网络节点接收信号功率，参照载波侦听门限和接收功率门限值，该节点的状态转移过程如下：当节点正在通过天线发送信号时该节点进入传送状态；当节点传送范围内的其它节点正在发送信息时该节点进入接收状态；当节点检测到媒介忙，信号的能量水平低于接收门限时节点进入载波侦听状态。节点正在传送和接收数据帧时，信道处于繁忙状态；节点进入载波侦听状态时，信道处于侦听繁忙状态；其他状态为空闲状态。