一种有效载荷传输时间的计算方法

1.本发明涉及通信技术领域，是一种有效载荷传输时间的计算方法。


背景技术：

2.现有的协议性能分析，通常研究饱和状态下的网络性能。饱和状态，通常指节点一直有数据待传输。待传输的数据长度是研究重点，相关协议，比如ieee802.11，也提供了诸如txop，a
‑
msdu和a
‑
mpdu等方案。
3.现有的优化方案，一般采用数据帧长度作为优化参数，研究如何达到最大吞吐量性能的目标。同时，基于最大吞吐量性能，分析网络时延性能。优化方案存在问题主要有两个方面：1）数据传输速率不同，数据帧长度参数并不能体现节点占用信道的效率；2）随着数据帧长度增加，吞吐量和时延的数值都在增加，然而，时延数值的增加会降低网络性能。
4.针对数据传输速率和时延增长对性能的影响，本发明提出的方法是，建立吞吐量与数据传输速率比值的吞吐时长参数，并确定最优的的吞吐时长。


技术实现要素：

5.本发明内容主要是研究吞吐量和网络时延不同的增长率关系，建立基于网络时延的吞吐量性能系统分析模型。
6.经典吞吐量计算模型为： 。本发明采用基于平均时延的吞吐量计算公式，。其中，e[p
e[d]
]表示时延e[d]内的成功过传输有效载荷。平均时延e[d]包括内容如图1所示：图1 网络时延内容构成图。
[0007]
即，e[d]=t
data
+t
ctrl
+t
col
+t
idle
。其中，t
idle
表示信道空闲时间；t
col
表示信道中碰撞时间；t
ctrl
表示成功传输过程中控制帧传输时间，包含数据帧的帧头控制信息传输时间；t
data
表示有效载荷传输时间。
[0008]
本发明中，在吞吐量计算公式基础上，进一步提出参数吞吐时长s
v
，吞吐时长计算公式为平均时延内，有效载荷传输时间长度。令v(t)表示数据传输速率，得到计算公式：s
v
=(e[p
e[d]
]／v(t))／e[d]=t
data
／e[d]。该计算公式消除了不同数据传输速率对吞吐量性能比较的模糊性，可以更好体现信道有效使用效率等信息。
[0009]
基于吞吐时长和网络时延参数，定义系统分析模型为：f= s
v
／e[d]。随着数据帧长度增加，该系统分析模型可以分析吞吐时长增长率和时延增长率的关系，获取吞吐时长增长率和时延增长率的平衡点。根据定义的时延组成，可以进一步化简为f(t
data
)=s
v
／e[d]= t
data /( t
data
+t
ctrl
+t
col
+t
idle
)2。一旦确定了信息交互的协议，则分析模型f是关于t
data
的函数。
[0010]
假设t
data
为连续函数，通过对其求导进行分析，当t
data
≤t
ctrl
+t
col
+t
idle
，吞吐时长增长率大于时延增长率；当t
data
>t
ctrl
+t
col
+t
idle
，时延增长率大于吞吐时长的增长率。从而可以得到，当t
data
=t
ctrl
+t
col
+t
idle
，f(t
data
)取得最优值，即吞吐时长增长率相比时延增长率达到最大值。
附图说明
[0011]
图1 网络时延详细内容构成图。
具体实施方案
[0012] 本发明主要研究吞吐量增长率和时延增长率的不同增长幅度关系。在本实施方案中，仅给出ieee 802.11的基本接入方案和接入参数的实施方案。
[0013]
本发明实施方案采用ieee 802.11协议中的“data/ack”数据交互模式。成功传输时间t
s
和碰撞判断时间t
c
分别为：。
[0014]
其中，t
head
表示数据帧中的头部信息，该信息传输速率通常低于有效载荷传输速率。σ表示信息在媒介传播时间。t
sifs
和t
difs
分别表示sifs帧间隔和difs帧间隔传输时间。t
ack
表示ack应答帧传输时间。t
data
表示一帧有效载荷的传输时间。
[0015]
根据文末参考文献，可以得到时延计算公式如下：其中，t
s
=t
head
+t
data
+2σ+t
sifs
+t
ack
和e[d]=t
data
+t
ctrl
+t
col
+t
idle
；p
s
表示成功传输数据概率；p
c
表示数据传输过程中的碰撞概率；p=p
s
+p
c
，表示条件碰撞概率，即信道忙的概率；e[u
(j)
]表示第j次退避所需的平均空闲时隙数量。
[0016]
定义，和p
s
t
difs
+p
c
t
eifs
+t
slot
为π1，π2，β1，分别表示节点成功传输数据所需要的平均空闲时间，平均碰撞次数和信道忙后的平均
空闲时间；时延e[d]可以写为e[d]=t
data
·
(1+p
·
π1+π2)+β2。
[0017]
其中，。
[0018]
吞吐时长为s
v
=s/v(t) =t
data
(1+p
s
·
π1)／e[d]，分析模型。令t
data
为连续变量，对分析模型求一阶导数，得到；其中，,。
[0019]
当t
data
≤g，吞吐时长增长率大于时延增长率，有效载荷传输时间取值的推荐范围；当t
data
>g，吞吐时长增长率小于时延增长率。
[0020]
当t
data
=g，取得有效载荷传输时间最优值，此时吞吐时长增长率与时延增长率的比值达到最高值，此时，吞吐时长取值和节点个数无关，仅与接入参数和传播时长有关。
[0021]
以上所述仅为本发明比较典型的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
[0022] 参考文献chun s . adaptive access mechanism with optimal contention window based on node number estimation using multiple thresholds [j]. ieee transactions on wireless communications, 2012, 11(6):2046
‑
2055.。