專利名稱：用于改善無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的管理的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks)，并且更具體而言涉及一種用于改善無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks)的管理的方法及裝置。
背景技術(shù)：
關(guān)于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 11最初是設(shè)計(jì)用于由一個(gè)接入點(diǎn) (Access Point ；AP)與一或多個(gè)站(Station ；STA)組成的小型非管理網(wǎng)絡(luò)。最近，它們被越來(lái)越多地用于提供至更大區(qū)域(例如城市中心)的無(wú)線因特網(wǎng)接入。由于一個(gè)AP的服務(wù)區(qū)域的服務(wù)區(qū)域因高路徑損耗及低傳輸功率而受限制，所以采用多個(gè)AP來(lái)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域。為降低各AP之間的有線骨干網(wǎng)的成本，用無(wú)線電來(lái)代替有線電纜，引入了無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(WMN)。在WMN中，網(wǎng)點(diǎn)(Mesh Points ；MP)用于將數(shù)據(jù)從鄰近的AP (可能跨越其他MP) 多跳轉(zhuǎn)發(fā)至STA或者從STA多跳轉(zhuǎn)發(fā)至鄰近的AP。從STA的角度來(lái)看，一個(gè)MP好像是一個(gè)常規(guī)AP，因而，該概念與遺留IEEE 802. 11完全回溯相容。在大型WMN運(yùn)行之前及運(yùn)行期間必須進(jìn)行智能網(wǎng)絡(luò)管理?；谄涮厥獾亩嗵Y(jié)構(gòu)以及IEEE 802. 11網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，并且由于WMN具有靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因而可在管理網(wǎng)絡(luò)時(shí)同時(shí)考慮到供應(yīng)商、用戶以及服務(wù)區(qū)域的要求。。從蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)得出的管理方法不能直接應(yīng)用至WMN。管理大型IEEE 802. 11網(wǎng)絡(luò)的最大困難在于規(guī)劃期間或者運(yùn)行階段期間對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的評(píng)估。要具有可用性，該估算應(yīng)具有高準(zhǔn)確性，假定初始參數(shù)(流量分布、傳播條件)是正確的。此外，模型應(yīng)具有低復(fù)雜性，以便適用于網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。動(dòng)態(tài)模型通過(guò)以事件驅(qū)動(dòng)模擬形式來(lái)執(zhí)行協(xié)議棧而捕獲IEEE 802. 11的所有必要特性。由于幾個(gè)隨機(jī)源會(huì)影響該模擬(例如幀錯(cuò)誤、隨機(jī)退避(backoff)、封包到達(dá)時(shí)間等)，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)的模擬運(yùn)行求平均可獲得統(tǒng)計(jì)上合理的結(jié)果。與靜態(tài)模型相比，事件驅(qū)動(dòng)模擬能夠?qū)崿F(xiàn)具有高精度的模型。對(duì)于RNP期間的優(yōu)化程序，長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間使得本方法不可行。馬爾可夫鏈(Markov-Chains)是一種著名的將IEEE 802. 11媒體接入控制(MAC) 的動(dòng)態(tài)屬性(例如隨機(jī)退避)轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)模型的方法。通過(guò)導(dǎo)出狀態(tài)概率，可以預(yù)測(cè)參與的節(jié)點(diǎn)之間的交互情況以及因而可以預(yù)測(cè)成功的及失敗的封包傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)每個(gè)鏈路僅考慮一種調(diào)制及編碼方案(MCQ，而IEEE 802. 1 la/g有八種 MCS，該簡(jiǎn)化僅能在無(wú)速率自適應(yīng)(Rate Adaptation ；RA)的網(wǎng)絡(luò)中使用，否則會(huì)導(dǎo)致低估。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，我們?cè)谌齻€(gè)方面優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。第一，我們?cè)试S使用一組對(duì)干擾具有不同的敏感性的調(diào)制及編碼方案(MCS ；Modulation-and Coding Scheme)；發(fā)送機(jī)對(duì)MCS 的選擇被包納入RA模型中。因而可包括具有八種不同MCS的IEEE 802. lla/g的多速率能力。第二，該模型不僅涵蓋單跳網(wǎng)絡(luò)，還適用于包括WMN在內(nèi)的任何具有靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)。第三，除了飽和吞吐量外，我們的模型還能夠估算網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)的占用情況。因而，可以直接識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，從而能夠?qū)崿F(xiàn)精確的RNP優(yōu)化過(guò)程。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸率的方法，該方法包括根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷及當(dāng)前速率獲得干擾概率分布；根據(jù)該干擾概率分布獲得信號(hào)與干擾加噪聲比(SINR ;Signal to Interference plus Noise Ratio)；根據(jù)該 SINR 確定 MCS ；以及根據(jù)該MCS確定該傳輸速率。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的裝置，該裝置包括MAC層單元、信道模型單元、速率自適應(yīng)單元及物理模型單元。該MAC單元適用于根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷及當(dāng)前速率來(lái)計(jì)算鏈路干擾概率分布。該信道模型單元適用于根據(jù)該干擾概率分布來(lái)計(jì)算SINR。該速率自適應(yīng)單元適用于根據(jù)該 SINR來(lái)確定MCS。而該物理模型單元適用于根據(jù)該MCS及SINR來(lái)確定鏈路的速率。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，第一，我們?cè)试S使用一組對(duì)干擾具有不同的敏感性的 MCS ；發(fā)送機(jī)對(duì)MCS的選擇被包納入RA模型中。第二，該模型不僅涵蓋單跳網(wǎng)絡(luò)，還適用于包括WMN在內(nèi)的任何具有靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多跳網(wǎng)絡(luò)。第三，除了飽和吞吐量外，我們的模型還能夠估算網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)的占用情況。因而，可以直接識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，從而能夠?qū)崿F(xiàn)精確的RNP優(yōu)化過(guò)程。


我們將對(duì)在描述本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)時(shí)需要的圖進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，以便更清楚地解釋這些實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)解決方案。顯而易見，以下所述圖僅用于對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員不進(jìn)行任何創(chuàng)造性努力便可進(jìn)一步從這些圖導(dǎo)出其他圖。圖1顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖，該實(shí)施例提供一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的方法；圖2顯示例示性網(wǎng)絡(luò)及一個(gè)鏈路的相應(yīng)的干擾源樹(interferer tree)；圖3顯示不同MCS下有效速率與SINR的關(guān)系曲線；圖4顯示用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的裝置的一個(gè)實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照本發(fā)明實(shí)施例中的圖清楚而全面地對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)解決方案進(jìn)行說(shuō)明。顯而易見，所進(jìn)行說(shuō)明的實(shí)施例僅為一部分而非全部的本發(fā)明實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員借助本發(fā)明的實(shí)施例而不用做出任何創(chuàng)造性努力便可想到的任何其他實(shí)施例應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。基于IEEE 802. 11的WMN模型所面臨的最大挑戰(zhàn)為鏈路之間復(fù)雜的交互作用。一個(gè)重要的性質(zhì)是鏈路i至j的有效速率r(i，j)，定義為i每秒鐘能夠成功地向j傳送的數(shù)據(jù)位的平均數(shù)目。首先，該速率取決于所選的MCS以及來(lái)自IEEE 802. 11的信道接入程序的開銷(例如幀標(biāo)頭及應(yīng)答封包)。第二，r(i，j)取決于周圍節(jié)點(diǎn)的干擾，尤其是如果這些節(jié)點(diǎn)對(duì)于i而言是隱藏的這種情況。如果干擾頻繁地出現(xiàn)，i可能選擇更堅(jiān)固的MCS，這會(huì)降低其有效速率。因而，它不得不用更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)傳送相同量的數(shù)據(jù)，這可能增加對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的干擾。這些繼而又可降低其MCS，等等?；蛘?，該程序收斂于一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)處或某些鏈路被完全阻斷并停止運(yùn)行。圖1顯示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例提供一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的方法。SlOl 根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷及當(dāng)前速率獲得干擾概率分布。S102 根據(jù)該干擾概率分布獲得SINR。S103 根據(jù)該 SINR 確定 MCS。S104 根據(jù)該MCS確定該傳輸速率。重復(fù)從SlOl至S104的過(guò)程，并且初始有效速率被選擇為在最佳條件即無(wú)干擾情況下的速率。獲得干擾概率分布的一個(gè)實(shí)施例如下。IEEE 802. IlMAC中的分布式協(xié)調(diào)功能 (Distributed Coordination Function ；DCF)使用載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance ；CSMA/CA)的變化形式來(lái)降低干擾傳輸?shù)母怕?。有一個(gè)封包在其傳輸隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)在開始傳輸嘗試之前會(huì)等待，直到信道空閑為止。 為降低多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入的概率，在該信道變?yōu)榭臻e之后選擇隨機(jī)等待時(shí)間，如果該信道在倒計(jì)時(shí)(countdown)期間始終空閑，則傳輸啟動(dòng)；否則，該節(jié)點(diǎn)退避并在出現(xiàn)下一次機(jī)會(huì)時(shí)重復(fù)該企圖。本程序中的中心要素是用以判斷信道條件的空閑信道評(píng)估(Clear Channel Assessment ；CCA)方法。使用兩種不同的技術(shù)第一種技術(shù)為物理空閑信道評(píng)估physical Clear Channel Assessment ；P-CCA)，該技術(shù)僅依賴于所接收的信號(hào)能量；如果所接收的信號(hào)能量超過(guò)閾值(在IEEE 802. Ila中為_82dBm)，則判斷信道處于忙狀態(tài)。第二種方法是虛擬空閑信道評(píng)估(Virtual Clear Channel Assessment ;V_CCA)，該方法使用在 PHY 及 MAC 標(biāo)頭中傳送的幀長(zhǎng)度及網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)長(zhǎng)度，這兩個(gè)長(zhǎng)度分別表示當(dāng)前幀的長(zhǎng)度以及當(dāng)前幀交換的長(zhǎng)度。如果節(jié)點(diǎn)收聽到此類信息，則其將信道接入推遲所指示的時(shí)間周期。對(duì)于該網(wǎng)絡(luò)中的任何鏈路，CCA操作控制⑴哪些節(jié)點(diǎn)集合能夠同時(shí)地與該鏈路傳送并從而產(chǎn)生干擾，以及(ii)哪些節(jié)點(diǎn)可能因其傳輸而阻斷該鏈路。⑴及(ii)以及相應(yīng)概率的計(jì)算是MAC模型的任務(wù)。以下對(duì)該算法(給出為算法1)的解釋使用圖加中所示網(wǎng)絡(luò)中的“發(fā)送機(jī)至接收機(jī)”鏈路作為一個(gè)實(shí)例。為計(jì)算概率，必須給出每一節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷，在該實(shí)例中，每一節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷用緊挨著該節(jié)點(diǎn)的小數(shù)目表示。算法1靜態(tài)MAC模型干擾集合及阻斷概率的計(jì)算。初始化 ComputeInterfererSets (計(jì)算干擾源集合)(tx, Icand, {}，1. 0)輸入現(xiàn)用發(fā)送機(jī)tx，候選干擾源I。md，現(xiàn)用干擾源Iartire，概率P輸出11= {(1，？1)|1:具有概率？1的干擾源集合}，Pbusy1:如果 Icand= {}，則沒(méi)有剩余候選干擾源2 返回{({}，ρ)}，0·0選擇候選干擾源
3 I —來(lái)自Ieand的一個(gè)候選干擾源4 如果tx被來(lái)自i的傳輸阻斷，則i 僅造成 Pbusy5:11, pbusy 一 ComputeInterfererSets(tx, Icand-i, Iactive, ρ)6 :pbusy 一 pbusy+p · ptx(i)7:返回 II，pbusy針對(duì)i不現(xiàn)用的情況進(jìn)行遞歸8 11-, pbusy- 一 ComputeInterfererSets(tx, Icand-i, Iactive, ρ · (l-ptx(i)))9 如果 ptx(i) > 0，則10: Iacti:— Iactive+i11 Icand磨一 {j20Icand | j 未 e 被 i 阻斷}
針對(duì)i現(xiàn)用的情況進(jìn)行遞歸12 1+, Pbusy+ 一 ComputeInterfererSets(tx, Icandn^ IactiVenewjP-Ptx(I))13 將i附加至1+中的所有集合14 返回 II+ U ΙΓ，pbusy++pbus/在第一步中，將影響該鏈路的所有節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)到候選集合Icand中；這些節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是具有大于零的負(fù)荷并且位于距離發(fā)送機(jī)或接收機(jī)的規(guī)定距離之內(nèi)-其設(shè)定 % -105dBmo 在該實(shí)例中，Icand= {1,2,4,5,7} 隨后，算法1對(duì)I。and進(jìn)行深度優(yōu)先搜尋，以計(jì)數(shù)能與所選鏈路同時(shí)地傳送的節(jié)點(diǎn)的所有子集合(稱為“干擾集合”)。圖2b中給出該實(shí)例相應(yīng)的搜尋樹。在每一遞歸步驟中， 從I_d中拾取一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)i，視節(jié)點(diǎn)而定，區(qū)分出兩種情況i不能與發(fā)送機(jī)同時(shí)地傳送并向其信道中增加忙比例(busy fraction)(鏈路5)。在該實(shí)例中，節(jié)點(diǎn)1及節(jié)點(diǎn)2的情況均是如此；i可同時(shí)地傳送；這產(chǎn)生當(dāng)前頂點(diǎn)的兩個(gè)子頂點(diǎn)(children)；—個(gè)用于被動(dòng)i并且一個(gè)用于現(xiàn)用i (分別為鏈路8與鏈路12)。在i是現(xiàn)用的情況下，候選干擾源集合更新至僅包含不被i阻斷的節(jié)點(diǎn)。該情況的一個(gè)實(shí)例請(qǐng)參加其中節(jié)點(diǎn)4是現(xiàn)用的并阻斷節(jié)點(diǎn)5 的搜尋樹實(shí)例。如果I。and為空，則會(huì)找到一個(gè)葉(leaf)，該葉代表一個(gè)干擾集合，包含在通往該葉的路徑中被選擇為現(xiàn)用的所有節(jié)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)頂點(diǎn)的所有葉都找到后，該遞歸結(jié)束，并且母節(jié)點(diǎn)在II中收集不同的干擾源集合。每一集合的概率被計(jì)算為該樹期間路徑中每一情況的概率積，其由該路徑中各節(jié)點(diǎn)的傳輸概率確定。以同樣的方式，通過(guò)計(jì)算阻斷節(jié)點(diǎn)的傳輸概率的總數(shù)來(lái)計(jì)算發(fā)送機(jī)的pbusy。因此，這些步驟概述如下。存儲(chǔ)影響該鏈路的節(jié)點(diǎn)的信息，并產(chǎn)生一個(gè)候選集合。 從候選集合獲得干擾集合，其中干擾集合中的節(jié)點(diǎn)能與發(fā)送機(jī)同時(shí)地傳送數(shù)據(jù)。根據(jù)該現(xiàn)用概率(active probability)獲得干擾概率分布。圖2. 4b為通過(guò)2. 4a中所示實(shí)例網(wǎng)絡(luò)下的深度優(yōu)先搜尋得出干擾集合以及相應(yīng)的概率的實(shí)例。⑴發(fā)送機(jī)及接收機(jī)的初始I。and為{1，2，4，5，7}并且初始忙概率ρ = 1.0 ； (2)節(jié)點(diǎn)1及節(jié)點(diǎn)2被從Icand中移除，這是因?yàn)樗鼈儾荒芘c發(fā)送機(jī)同時(shí)地進(jìn)行傳送，新I。md = {4，5，7}并且ρ = 1. 0 ； (3)節(jié)點(diǎn)4可同時(shí)地傳送并且其預(yù)約流量負(fù)荷為0. 2，因此節(jié)點(diǎn)4的現(xiàn)用概率為0.2 ;(4)如果節(jié)點(diǎn)4是現(xiàn)用的，則節(jié)點(diǎn)5將被阻斷，因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)4是現(xiàn)用的并且 P = 0.2時(shí)將節(jié)點(diǎn)5移除并且I。and = {7} ； (5)節(jié)點(diǎn)7可同時(shí)地傳送并且其預(yù)約流量負(fù)荷是 0. 2，因此節(jié)點(diǎn)7的現(xiàn)用概率是0. 2 ； (6) 一個(gè)干擾集合{4，7}被確定，節(jié)點(diǎn)4與節(jié)點(diǎn)7的現(xiàn)用概率的乘積P = 0. 04。下文對(duì)計(jì)算SINR的過(guò)程進(jìn)行解釋。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，我們認(rèn)為已進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或者至少已對(duì)服務(wù)區(qū)域中的具體傳播條件進(jìn)行了建模。因此，對(duì)于η個(gè)節(jié)點(diǎn)的給定網(wǎng)絡(luò)配置，在從節(jié)點(diǎn)i進(jìn)行傳輸期間節(jié)點(diǎn)j處的平均接收功率是已知的或可以計(jì)算。在該實(shí)施例中，我們將該功率表示為P(i，j)。作為IEEE 802. 11模型中的重要要素，無(wú)線信道用于將MAC模型的輸出(由元組 (Ι,ΡΙ)組成的集合II，其中I為節(jié)點(diǎn)集合，并且P1為這些節(jié)點(diǎn)同時(shí)地傳送的相關(guān)概率)轉(zhuǎn)換成特定鏈路tx至rx的SINR直方圖。這通過(guò)將I中的每一集合轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的SINR值來(lái)進(jìn)行
權(quán)利要求
1.一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的方法，包括 根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷及當(dāng)前速率獲得干擾概率分布； 根據(jù)所述干擾概率分布獲得SINR ；根據(jù)所述SINR確定調(diào)制及編碼參數(shù)MCS ； 根據(jù)所述MCS確定所述傳輸速率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括重復(fù)從SlOl至S104的過(guò)程，其中初始有效速率被選擇為在最佳條件下的速率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)鏈路的所述流量負(fù)荷及所述當(dāng)前速率獲得所述干擾概率分布包括存儲(chǔ)所述鏈路上的節(jié)點(diǎn)信息，并生成候選集合；從所述候選集合獲得干擾集合，其中所述干擾集合中的節(jié)點(diǎn)可同時(shí)地與發(fā)送機(jī)傳送數(shù)據(jù)；根據(jù)所述現(xiàn)用概率獲得所述干擾概率分布。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述干擾概率分布獲得所述SINR 包括計(jì)算所述候選集合中的每個(gè)SINR值；根據(jù)所述候選集合中所有的所述SINR值獲得平均SINR。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述MCS確定所述傳輸速率包括 在SINR與MCS的關(guān)系圖中搜尋速率；獲得所有速率，其中一個(gè)速率對(duì)應(yīng)于一個(gè)SINR值； 獲得用所述速率加權(quán)的平均速率。
6.一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的裝置，包括MAC層單元、信道模型單元、速率自適應(yīng)單元及物理模型單元；所述MAC單元適用于根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷及當(dāng)前速率來(lái)計(jì)算鏈路干擾概率分布；所述信道模型單元適用于根據(jù)所述干擾概率分布來(lái)計(jì)算SINR值；所述速率自適應(yīng)單元適用于根據(jù)所述SINR值來(lái)確定MCS ；所述物理模型單元適用于根據(jù)所述MCS及所述SINR來(lái)確定所述鏈路的速率。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括判斷裝置，適用于在所述裝置處于迭代狀態(tài)時(shí)判斷信道占用率并隨后判斷是否退出所述迭代狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括 路徑選擇單元，適用于獲得從網(wǎng)點(diǎn)至接入點(diǎn)的路由。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于計(jì)算無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的方法。該方法包括根據(jù)鏈路的流量負(fù)荷獲得干擾概率分布；根據(jù)該干擾概率分布獲得SINR；根據(jù)該SINR確定MCS；及根據(jù)該MCS確定該傳輸速率。
文檔編號(hào)H04W16/00GK102379135SQ200980154290
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者周元, 張慧敏, 李文俊, 波恩漢德·沃克, 臧云鵬, 薩貝司提納·馬克思 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司