基于加权丢帧率的可调门限速率自适应算法

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35卷 第7期

ol.35 No.7 2009年4月

A 基于加权丢帧率的可调门限速率自适应算法

孙 沛，孔繁庭

(兰州大学信息科学与工程学院，兰州 730000)

摘 要：为了在IEEE 802.11无线网络中根据信道的动态变化恰当地选择传输速率，提出基于加权丢帧率的可调门限速率自适应算法。该机制加权计算丢帧率，自适应调整门限，能克服随机丢帧造成的误判，避免速率频繁波动，使速率选择更准确。仿真结果表明，该机制在Rayleigh 信道和Ricean 信道中均表现稳定，与其他速率自适应算法相比，吞吐量较优。 关键词：速率自适应；IEEE 802.11标准；门限

Adaptive Threshold Rate Adaptation Algorithm

Based on Weighted Frame-loss-ratio

SUN Pei, KONG Fan-ting

(School of Information Science & Engineering, Lanzhou University, Lanzhou 730000)

【Abstract 】To select the best transmission rate based on dynamic channel quality in IEEE 802.11 wireless networks, this paper presents weighted frame-loss-ratio based adaptive threshold rate adaptation algorithm. It calculates weighted frame loss ratio and decides upscaling and downscaling thresholds. The mechanism avoids wrong choice because of random frame loss and rate fluctuation. Simulation results show that it is robust for Rayleigh and Ricean channel, the throughput is better than other rate adaptation solutions. 【Key words 】rate adaptation; IEEE 802.11 standard; threshold

计 算 机 工 程 Computer Engineering 第V pril 2009

网络与通信· 文章编号：1000—3428(2009)07—0116—03

文献标识码：A

中图分类号：TP393.02

·1 概述

IEEE 802.11标准在物理层支持利用多种速率进行传输，但在协议中并未规定速率选择策略。如何根据时变的信道情况选择最佳的传输速率是一个研究热点。目前的速率自适应算法主要可分为4类：

(1)利用传送帧连续的成功和失败来标识信道质量[1-2]。如果ACK 帧被成功收到，则认为帧成功传输，如果没有收到，则认为帧因为某种原因丢失(丢帧)。在文献[1]提出的ARF 中，如果连续没有收到2个ACK 帧，则降低一档速率，发送下面的数据并启动一个定时器；如果连续收到10个帧或定时器时间到，则提高发送速率，如果此帧成功，接下来的数据帧 均以提高后的速率发送。但连续成功或失败的次数对其影 响很大，而且由于条件的约束，很难及时适应信道的快速 变化。

(2)利用物理层指标(如SNIR, RSS 等)来估计信道质量以决定发送速率[3-4]，这类算法期望利用物理层得到的某些指标准确估计信道质量，决定传输速率，但是已有文献证明SNIR, RSS 等指标和丢帧率并没有很强的对应关系，而且基于跨层设计的思想在实际应用中存在困难。

(3)每隔一段时间以不同速率发送一个或一些探测帧，来估计不同速率在信道中的表现[1, 5]。这类方法提高了对其他速率的实时估计能力，但因为不能发送过多的探测帧，导致个别探测帧的成败决定了速率选择，容易造成误判。

(4)利用近一段时间的数据帧的统计特性决定发送速率。如RRAA 算法[6]在一段时间内统计丢帧率(Frame Loss Ratio, FLR)等信息，并将丢帧率与相应的门限进行比较，以选择合适的速率。这类方法在一个估计窗口内统计丢帧率，有效屏蔽了因为随机丢帧而导致的速率误判，而且如果窗口选择合

适，可以对信道变化做出及时反应。

本文提出基于加权丢帧率的可调门限速率自适应算法(WATRA)，利用时间相关性加权计算丢帧率并自适应地调整上下门限，避免了基于丢帧率的速率选择算法中经常存在的速率抖动。

2 基于丢帧率的速率自适应算法

基于丢帧率的速率控制算法一般在一定的窗口范围内(以时间或帧的个数为单位)统计丢帧率。以RRAA [6]为例，丢帧率定义为

#__#__loss frames FLR transmitted frames

=

(1)

其中，#_loss_frames 和#_transmitted_frames 分别表示当前速率下窗口内丢失的帧的个数和已经传输的帧的个数(包括重传)。得到丢帧率后，与相应的门限做比较，从而选择合适的速率：

up

down --otherwise

rate FLR T rate FLR T unchanged ++ < > (2) 这类方法假设足够小(大)的丢帧率可以说明信道情况足够好(差)，因此，应该提高(降低)速率。其优点在于可以克服随机丢帧导致的速率误判，由于在一段时间内进行计算，偶然的丢帧并不会使速率下降，带来不必要的吞吐量损失。但

作者简介：孙 沛(1983－)，男，硕士研究生，主研方向：无线网络；孔繁庭，硕士研究生

收稿日期：2008-09-14 E-mail ：iamsunpei@