RAM算法原理

1 应用场景
　　信道的不对称性和信道的高波动是移动环境中无线信道的两个显著特征。因此，当在车辆网络等移动环境中使用IEEE 802.11设备时，有一个能够处理这些问题的有效速率自适应方案至关重要。RAM采用基于接收机的方法来处理信道不对称性，并采用保守的信噪比预测算法来处理高信道波动。更重要的是，RAM允许接收器通过ACK传输速率的变化以创造性的方式传递反馈信息，这不需要更改设备固件，因此可以在设备驱动程序级别上实现。通过在室内静态和移动环境和室外车辆环境中的实验评价，以及基于从实验中收集到的信噪比轨迹的模拟研究，证明了RAM的有效性。

2 背景
　　移动环境中的实用速率自适应主要涉及3个问题：静态统计问题、收发SNR不对称问题和SNR高波动问题。
2.1 静态统计
2.1.1 发送窗口
　　发送窗口主要包括2种：时间窗口或报文窗口。
　　发送窗口潜在问题：
　　1、窗口时效性问题。即当前窗口统计过时数据，不是实时性数据。
　　2、窗口大小(时间)问题。即窗口过大，很多数据已淘汰，不具有参考性，影响采样准确性；窗口过小，采样数据量不充分，影响算法准确度。
2.1.2 速率自适应
　　速率自适应主要依据连续传输成功和失败报文数量。例如连续10个发送成功之后，增加发送速率；连续2个传输失败，降低发送速度。
　　速率自适应潜在问题：
　　1、增加速率采样方案过于保守，不利于速率快速恢复，无法充分利用网络带宽，不适应高带宽场景。
　　2、降低速率采样方案过于激进，不利于带宽充分利用，无法充分利用网络带宽，不适应高传输场景。

2.2 SNR不对称性
　　信道对称是现有自适应算法前提之一，例如CHARM和SGRA算法等。收发SNR不对称问题存在实际各个场景。
2.2.1 室内
　　主要包括2种场景：静态实验和动态实验。

2.2.2 室外
　　主要包括2种场景：静态实验和动态实验。

2.3 SNR波动性
2.3.1 实验数据

2.3.2 遗留问题
　　移动场景下，SNR变化特点：
　　1、受环境影响，变化具有瞬时性。
　　2、暂时无好的算法处理SNR瞬时问题。

3 RAM算法
3.1 架构

3.2 原理
3.2.1 方案
3.2.1.1 基于接收机
　　RAM是一种实用的基于接收机的方案和可以直接使用商用802.11设备实现。RAM以可控的方式改变ACK的传输速率指示下一帧的速率选择决定传输。
　　802.11标准规定，ACK帧应在基本速率集中的最高速率传输，小于或等于它所承认的数据帧的传输速率。我们称这种ACK传输速率为默认的ACK速率。
　　RAM利用ACK传输速率的变化隐式地传递反馈信息。具体地说，如果接收机想要通知发射机以与先前成功传输的帧相同的速率或以下一个更高的速率传输下一帧，那么它将分别以默认的高速率或低速率传输ACK帧。
3.2.1.2 基于信噪比
　　RAM是基于信噪比的，而不是基于数据包统计数据的。信噪比是对信道条件的直接度量，即使当信道条件频繁波动，RAM也表现良好。
3.2.1.3 信噪比预测算法
　　RAM采用了一种保守的信噪比预测算法来处理高信噪比波动。RAM试图尽可能准确地预测未来的信噪比值，而不高估它们。
3.2.1.4 自适应RTS
　　RAM使用自适应RTS来处理隐藏的节点。在RAM中，我们提出了一种新的自适应RTS方法，它使用RTS窗口来调节RTS帧的使用。与现有速率适应方案中使用的其他自适应RTS方法相比，我们的方法设计基于对所有可能的传输结果的彻底检查，并及时更新RTS窗口。
3.2.2 方法
3.2.2.1 SNR预测
　　一个简单的保守信噪比预测算法，保持了信噪比值的移动平均值和对平均信噪比值的偏差。
　　　　Savg =（1−δ）·Savg + δ·Scurr，
　　　　DEVavg =（1−ρ）·DEVavg + ρ·|Scurr−Savg |，
　　预测下一帧的信噪比值为：
　　　　Sest = Savg−η·DEVavg
　　说明：δ = ρ = 0.1，η = 1。
　　优点：
　　1、参考TCP/IP协议Jacobson/Karels算法原理。
　　2、解决Scurr不被感知问题，考虑Scurr方差。方差较小，Sest 接近Savg；方差较大，导致DEVavg 主导计算。
　　缺点：
　　1、无法区分传输失败类型。即在成功接收帧之前，每个不成功的传输尝试（如果有的话）都有两种可能的结果：帧被损坏或者帧完全丢失。
3.2.2.2 速率选择
　　为了下一个帧传输选择适当的速率以最大限度地提高吞吐量，RAM维护一个吞吐量vs-（速率，信噪比）表。对于表中的每一对（速率= R，信噪比= S），我们使用G（R，S）来表示帧以速率R传输时的预期吞吐量，其在接收端的信噪比为S，可以计算为：
　　　　G(R, S) = L(R, S) / T(R, S),
　　根据预测的信噪比值（Sest），接收机查找表，并选择下一帧传输的速率如下：
　　　　R = argmaxG(R, S)
　　说明：L (R、S）和T (R、S）以速率R和信噪比为S成功接收的数据总量和帧总传输时间。
　　优点：
　　1、表项实时性好，即每个成功接收的数据帧上更新。
　　2、查表法简单快捷。

　　缺点：
　　1、受表项数目限制，可选择性少。
　　2、表项特点，不能很好体现真实情况。