无线网络中基于概率重传的包调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线网络中基于概率重传的包调度方法，该方法在设定调度权的时候考虑了链路状态跟队列拥塞情况两方面因素：链路状态通过对每个队列设置估测因子来确定，重传概率则考虑了具体的队列拥塞情况，整个调度过程提出了一种概率重传机制，从而避免队头阻塞问题。此外，调度算法还对先前发送失败的队列进行发包补偿以保证公平性。本发明在概率重传机制的保障下能“择优而行”地调度待发送的队列数据包，由于考虑基站处队列情况进行调度，从而缓解了瓶颈结点处的数据包累积压力。该方法对于无线网络调度方法的研究有着广阔的应用前景。
【专利说明】无线网络中基于概率重传的包调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络调度算法研究领域，特别涉及一种无线网络中基于概率重传 的包调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线技术的发展，无线网络在日常生活中扮演着越来越重要的角色。在无线 网络中，有限的带宽资源、信道地理位置的依赖特性以及信道错误突发性等特点决定了好 的无线网络调度算法的设计对提高网络整体性能起着重要的作用。
[0003]现有技术已经提出了很多有线调度算法，但是这些算法往往并不能适用于无线网 络，而且二者的评估指标也不尽相同，如在有线网络中，丢包用来估测网络性能，但在无线 网络中丢包除了拥塞外还可能是因为无线网络自身信道特点。设想在一个传统的下行资 源分配链路，基站连接了有线网络与无线网络，用于存储转发数据包，且所有到达基站的数 据包在基站处不断的汇集，基站形成瓶颈节点，用户访问网络按照IEEE 802. 11DCF竞争信 道，数据包在基站处反复堆积，若不能将基站处的数据包及时有效排出，新到达的数据包很 可能由于基站缓存满而丢包。对于每次发往链路的数据包，如果由于去往的信道出错不能 成功发送，则会阻碍其余数据包发包机会，考虑基站容纳能力有限，这样基站处丢包现象严 重，降低了实时性，增加了延迟，整体网络性能低效，特别是在无线网络情况下，由于无线链 路的时分特性，不同用户去往的链路情况不一样，无线用户通过基站公平接入网络，用户地 理位置影响了其发包链路的状态，因此无线网络中的包调度算法能够考虑链路的状态的好 坏程度是十分必要的。
[0004] 很多先前的经典调度方法如最大权调度算法（Max-Weight)，能够保障吞吐量， 其中的经典轮询算法RR(Round Robin)，在保证吞吐量的同时还能保证公平性且自身实 现很简单。在此基础上很多文章改进了最大权调度算法，结合了无线网络具体链路状 态，提出一系列的信道相关的最大权调度算法CSDPS(Channel State Dependent Packet Scheduling)，该方法通过监测信道，当处于好状态的时候将选定的数据包进行发包，坏的 时候转而处理其余包，这样可在利用率、公平性、吞吐量、执行复杂度等方面优于传统的最 大权调度方法。
[0005] 考虑一个下行链路的调度模型，基站处瓶颈问题是很重要的，多数先前研究的调 度算法有的会忽略缓存长度问题，认为队列是无限长的，实际上，在一条传输链路中，用户 队列长度是非常重要的，任何认为缓存无限长的调度算法往往会忽略新包到达可能由于队 满而丢弃，设想若一个队列的数据包由于链路问题连续不能发包，那么对于多个用户队列 汇集基站，基站作为潜在的瓶颈节点，不断的丢包与反复接近队满（考虑最坏情况），这样 会造成整体WLAN性能的急剧下降，甚至坍塌。产生这一队头阻塞现象的主要原因就是信道 状态的不稳定性。
[0006] 虽然有很多文献提出不同的信道状态相关的调度算法，但是实际上，对于无线网 络的不稳定性，好的重传方法是十分必要的，若按照先前调度过程，当由于信道问题而发包 失败，按照IEEE802. 11规定丢包，这样若链路反复坏的坏会导致反复的丢包，这对上层造 成极大的影响。重传机制可看作对所有失败包的发送，其与调度算法紧密相关，对未能成功 发包的队列进行重传与补偿是无线网络包调度算法中需要考虑的。很多传统的重传方法通 过设置重传计数器（MAX_RETRANSMISSION_TIMES)来限制连续的重传访问次数，考虑链路 可能连续突发坏状态且数据包不断到达当前队列，此时传统的重传方式并不能有效解决队 头阻塞问题（HOL)，这样限制了其余包的传输且使到达包因缓存满而丢包，增加了时延，但 并未显著改善吞吐量。
[0007]因此，提出一种基于队长的概率重传方法来解决调度过程中未能成功发包的问 题，尽可能解决H0L带来的数据包累积与低吞吐量问题，具有重要的应用价值。
【发明内容】
[0008] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无线网络中基于概 率重传的包调度方法，该方法在进行调度设定权值时考虑了链路跟队列两方面因素，能够 依据发包队列拥塞情况进行概率重传调度，避免队头阻塞问题，同时还能对先前发送失败 的队列进行补偿。
[0009] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：无线网络中基于概率重传的包调度方 法，包括步骤：
[0010] (1)目的用户与瓶颈结点处队列组成链路，基站根据目的用户类型设置队列，每个 链路中去往同一目的地的数据包标记为同一队列，为队列i设定对应二元组（Wi，Gi)，其中 Wi表示当前队列i对应的权值，心为链路状态参数，同一队列数据包共享相同Gi ;
[0011] (2)建立链路发包时，选择I最大的队列中的队首包进行发包，若发包成功，则更 新链路中各队列的权值，进入下一个调度周期；若发包失败，则将数据包标记为失败包，执 行步骤（3);
[0012] (3)对发包失败的队列进行重传或补偿：若下次再次访问到先前某队列的失败包 时，进行如下步骤：
[0013] (3-1)根据当前队列长度判断是否继续给予重传机会，若是，则继续重传至将来数 据包发送成功或者被丢弃；若否，执行步骤（3-2);
[0014] (3-2)进行丢包，同时记录从当前时刻开始到下次该队列成功发送队首包时丢包 的次数DROPJIMES，当下次队首包成功发送时，连续访问该队列DR0PJHMES+1次以进行该 链路发包补偿。
[0015] 优选的，所述步骤（1)中，设一个调度周期内，所有队列的平均队列长度为Lavg，队 列i的长度为b，Uuf是每个队列固定的缓存长度，设置两个调节因子《与β，则：
[0016]
【权利要求】
1. 无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于，包括步骤： (1) 目的用户与瓶颈结点处队列组成链路，基站根据目的用户类型设置队列，每个链路 中去往同一目的地的数据包标记为同一队列，为队列i设定对应二元组（Wi，Gi)，其中Wi表 示当前队列i对应的权值，h为链路状态参数，同一队列数据包共享相同Gi ; (2) 建立链路发包时，选择％最大的队列中的队首包进行发包，若发包成功，则更新链 路中各队列的权值，进入下一个调度周期；若发包失败，则将数据包标记为失败包，执行步 骤⑶； (3) 对发包失败的队列进行重传与补偿：若下次再次访问到先前某队列的失败包时， 进行如下步骤： (3-1)根据当前队列长度判断是否继续给予重传机会，若是，则继续重传至将来数据包 发送成功或者被丢弃；若否，执行步骤（3-2); (3-2)进行丢包，同时记录从当前时刻开始到下次该队列成功发送队首包时丢包的次 数DROP_TIMES，当下次队首包成功发送时，连续访问该队列DR0P_TIMES+1次以进行该链路 发包补偿。
2. 根据权利要求1所述的无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于所述步 骤⑴中，设一个调度周期内，所有队列的平均队列长度为L avg，队列i的长度为h，设置两 个调节因子α与β，则：
其中，&表示上一个调度周期内的链路状态参数，初始值设为Gnax，Gnax是&所能取的 最大值。
3. 根据权利要求2所述的无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于，对于 队列Lp若Li>Lavg，则称此队列为长包队列；若 Li<Lavg，则称此队列为短包队列，设Lbuf是每 个队列固定的缓存长度，所述调节因子α与β根据下面规则进行设置： (1) 若L为长包队列，贝[J 0· 90〈 α <1，β为1 ; (2) 若U为短包队列，则α为Li/Lbuf ; β为-1。
4. 根据权利要求1所述的无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于，所述 步骤（2)中更新链路中各队列的权值时，先更新6;的值，心按照如下方法更新： (1 -1)首先，将h初始化为最大值〇_，即假定所有信道均处于好的状态，每次调度连 同61值一同传给MAC层，竞争信道的次数记为retrains_time，MAC层将重传 RTS/CTS最多 &次，用以竞争到信道； (1-2)如果retrains_time小于Gi,则Gi值增加 1，但不超过最大值G_ ; (1-3)如果retrains_time大于Gi,则减少Gi值，但不低于1 :减少Gi值的规则如下： (1 -3-1)若&值在区间[G_/2，Gmax)，判定为信道状态由好突变坏，恢复成好状态可能 性很大，每次Gi值减1 ; (1 - 3-2)若G;值在小于Gmax/2,判断为信道状态连续坏或者可能继续坏下去，每次Gi值 减半为&/2。
5. 根据权利要求1所述的无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于，所述 每条链路均设置一链路状态转换模型，用于调节Gi，每条链路的模型相互独立运行，该模型 可看似为一种两状态的马尔科夫状态转换模型，包括好状态和坏状态两种，其中好状态是 指retrans_times < Gi，重传次数小于上次更新后的Gi值，retrans_times是指竞争信道的 次数，坏状态是指retransjimes > &，重传次数大于上次更新后的值；该链路状态转换模 型中的两种状态按照一定的概率进行转换且各自持续一段时间。
6.根据权利要求1所述的无线网络中基于概率重传的包调度方法，其特征在于，所述 步骤（3_1)判断是否继续给予重传机会的方法是计算一重传概率p，p大于预设的阈值，则 给予重传机会，P的计算公式如下：
其中，L表示当前队列的长度，Lmin、已分别为设定的两个阈值。
【文档编号】H04L12/863GK104219170SQ201410449883
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】周继鹏, 乐凯 申请人:暨南大学