[发明专利]一种无线Mesh网络带宽估计方法

摘要

本发明提出了一种无线Mesh网络带宽估计方法，所述方法是一种分布式的信道空闲时间估计机制，通过周期性地分析节点通信状态，进行信道空闲时间的估计，并向其邻居节点广播该可用带宽信息，同时将一跳邻居节点的这些可用带宽信息在两跳邻居节点间相互传送以实现干扰感知；区分对发送端和接收端的帧同步有重要影响的载波侦听繁忙状态和信道繁忙状态，考虑发送端和接收端空闲时间的依赖程度，进而准确地估计本地节点的可用带宽资源。

主权项

1.一种无线Mesh网络带宽估计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤A，基于节点接收功率值，计算本节点的网络状态，其方法如下： 定义：节点繁忙状态为节点处于发送或接收状态，CS_Thresh为载波侦听门限，RX_Thresh为接收功率门限值，P_In为节点接收功率； A-1步，如果接收到的信号是NAV网络分配矢量，即本节点接收到其他节点发送来的信号是RTS或CTS分组，从该分组头部获取时间字段，且在该时间段衰减为0之前，信道处于忙状态，本节点不能接入信道，本节点处于载波侦听状态； A-2步，A-1步所述RTS或CTS分组头部时间字段值衰减到0后，判断节点接收到的信号功率P_In，如果P_In>RX_Thresh，则本节点由载波侦听状态转移到接收状态；如果P_In<CS_Thresh，则本节点处于空闲状态； A-3步，对于处于接收状态的本节点，判断其接收到的信号功率P_In，如果CS_Thresh<P_In<RX_Thresh，则转移到载波侦听状态；如果P_In<CS_Thresh，则转移到空闲状态； A-4步，对于处于空闲状态的本节点，判断其接收到的信号功率P_In，如果CS_Thresh<P_In<RX_Thresh，则转移到载波侦听状态；如果P_In>RX_Thresh，则转移到接收状态；否则，如果本节点上层协议有数据分组要发送，则转移到发送状态； A-5步，对于处于发送状态的本节点，当发送数据分组结束后，接收到的信号功率为P_In，如果CS_Thresh<P_In<PX_Thresh，则转移到载波侦听状态；如果P_In<CS_Thresh，则转移到空闲状态； 步骤B，不考虑发送节点和接收节点信道状态的依赖性，计算本地节点可用带宽；空闲时间占测量周期T_update的比例，就是该节点的信道可用率；广播距离RD=2，该数值规定一个节点的本地信道空闲时间的广播跳数，即只需广播给干扰范围内的节点即可； B-1步，计算本地信道空闲时间，其计算方法如下： 定义：LIT为本地信道空闲时间，LIT_i表示节点i的本地信道剩余空闲时间数值， 本地信道繁忙时间LocalBuseTime_i，本地信道载波侦听繁忙时间LocalSenseBuseTime_i， 则，LIT_i=(1-K)*(T_update-LocalBuseTime_i-LocalSenseBuseTime_i) 其中，K表示由于等待和退避时间消耗的带宽指数，其计算公式如下： 其中，T_m表示产生两个连续数据分组的时间间隔，DIFS为IEEE802.11DCF帧间隔，表示退避时间平均值；退避时间平均值的计算公式如下：其中，CW_min表示竞争窗口的最小值，p表示传送一个数据分组的条件碰撞概率，假定与发送竞争窗口大小无关，N为个数据帧的重传次数； 用LIT_MEASURE_i代表节点i的最近一次LIT测量值，节点i的LIT更新算法如下： LIT_i=(1-α)*LIT_i+α*LIT_MEASURE_i,0≤α≤1 B-2步，计算联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的本地信道空闲时间LIT值，其计算方法如下： 定义：LIT_COLLECTION为联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的本地信道空闲时间LIT值，由每个节点的联合信道邻居干扰范围内的若干邻居节点广播获取，LIT_COLLECTION_i表示节点i的LIT_COLLECTION，LIT_COLLECTION_i进一步分解细化，用LIT_COLLECTION_i(j)表示由节点i的联合信道邻居干扰范围内的邻居节点j播报的节点j的LIT数值；则联合信道邻居干扰范围内邻居节点广播的LIT最小值LIT_COLLECTION_i可表示为： LIT_COLLECTION_i=min(x:x∈{LIT_COLLECTION_i(t)}) B-3步，计算邻居干扰信道空闲时间，其计算方法如下： 定义：IIT为邻居干扰信道空闲时间，节点i的邻居干扰信道空闲时间IIT_i；IIT可以由信道监控干扰感知过程中得到的联合信道邻居干扰范围内的本地信道空闲时间LIT中的最小值来表示，即IIT就是在考虑了流内干扰和流间干扰的前提下，一条链路在保证已经存在的QoS业务流不受干扰的同时，能够提供的最大信道空闲时间；则节点i的邻居干扰信道空闲时间IIT_i计算公式为： IIT_i≈min(x:x∈{LIT_i}∪{LT_COLLECTION_i}) B-4步，计算节点i的可用带宽AB_i： 其中，C为链路层信道容量； 步骤C，考察发送端和接收端空闲时间的相互依赖性，当发送端和接收端节点分别处于载波侦听状态和空闲状态，对可用带宽估计进行修正，其方法如下： 定义：p₁表示发送端s处于载波侦听状态而接收端r处于空闲状态的概率，p₂表示接收端r处于载波侦听状态而发送端s处于空闲状态的概率，p₁,p₂∈(0,0.4)，取其经验最优值； 则发送端s和接收端r的可用带宽AB_s和AB_r计算公式进一步表示为： 其中，IIT_s为节点s的邻居干扰信道空闲时间，IIT_r为节点r的邻居干扰信道空闲时间；表示在测量周期T_update内，发送端s处于载波侦听状态的时间长度，表示在测量周期T_update内，接收端r处于载波侦听状态的时间长度；μ=0.05是带宽安全系数；最后发送端s和接收端r之间这段链路的可用带宽AB_(s，r)为： AB_(s，r)=min(AB_s,AB_r)。