一种基于802.11协议的无线超远距离传输方法与流程

1.本发明涉及一种无线传输方法，尤其涉及一种基于802.11协议的无线超远距离传输方法。


背景技术：

2.为了保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧后，必须立即回应一个ack帧，a-mpdu的接收端在收到a-mpdu后，需要对其中的每一个mpdu(信息协议数据单元)进行处理，因此需要对每一个mpdu发送应答帧，以此来提高802.11协议传输数据的可靠性。在802.11协议中，又引入了块确认机制，通过块确认机制，使用一个ack来完成多个mpdu的应答，从而达到降低ack的数量。
3.802.11协议最初传输距离室外是300米，室内是100米。基于802.11标准的无线产品经过天线改装后，可以实现几十公里的远距离传输，但需要修改ack的确认应答机制，此时都是通过修改无线芯片的ack超时寄存器，通过硬件来实现的，但基于硬件ack超时等待的机制，受限于硬件ack寄存器大小的限制，从而限制了802.11无线局域网的最大传输距离。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提供了一种能够实现超远距离的无线传输方法，该方法使得传输距离能够不受限制。
5.本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种基于802.11协议的无线超远距离传输方法，包括：
7.(1)采用软ack机制，由无线协议栈实现ack的应答机制；
8.(2)对各个用户的上下行数据进行时隙调度；
9.(3)由接入点对各个用户的数据收发进行tdma时隙调度，控制每个用户的可用时隙；
10.(4)采用动态资源回收机制，对每个用户的时隙，根据用户的需求进行动态调整；
11.(5)通过调度算法控制，实现带宽容量最大化，即当新用户接入时，让前面所有用户分配的资源回收并重新分配，为每个用户分配与之匹配的资源，当用户下线后，对下线用户的资源回收，分配给其他用户使用。
12.作为本发明的进一步改进，所述方法还包括，
13.在tdma时隙调度下，接入点(ap)对上下行数据调度的时序为：
14.(1)ap对wifi上下行数据都采用调度方式，只有在调度时序内，才允许数据的发送；
15.(2)在一个调度时隙内，先发送下行数据，客户端(sta)接收到调度指令后，发送上行数据；
16.(3)为了保证其它设备能正常接入，固定周期开启竞争时隙，竞争时隙内无线数据
采用竞争模式，保证其它设备可以接入网络；
17.(4)为了实现灵活qos机制、高低优先级机制，每个上下行时隙长度，sta调度的权重，都可以动态设定，提供灵活的qos机制。
18.作为本发明的进一步改进，所述方法还包括软件速率算法，所述软件速率算法包括：
19.(1)将速率调整范围为mcs0～mcs9，并考虑nss值，依据mcs和nss值，定义速率表(rate_ctrl)数组，并按照速率从小到大依次排列，便于速率的上下切调整；
20.(2)分别定义速率上切与下切门限，到达设定门限后，速率进行相应变化。
21.作为本发明的进一步改进，在所述软件速率算法中，速率的上调和下调是依据per参数，所述per参数为统计的数据发送失败率，per＝发送次数/数据失败次数，比如一个数据发送100次，有10次失败，则per＝10/100＝0.1，数据发送次数和失败次数都需要从芯片获得。
22.作为本发明的进一步改进，为了消除per抖动造成的影响，所述per参数采用如下防抖动算法：
23.per＝7/8*per+1/8*实时per
24.本发明的有益效果是：
25.1、本发明由于采用软ack机制，由无线协议栈实现ack的应答机制，这样通过软件实现的ack机制，避免了硬件ack由于硬件限制，导致的最大传输距离的限制，理论上只要天线满足要求，就可以达到无限远的距离传输。
26.2、本发明对各个用户的上下行数据进行时隙调度，因而不再使用csma的竞争机制。
27.3、本发明由接入点对各个用户的数据收发进行tdma时隙调度，严格控制每个用户的可用时隙，这样既可以解决无线网络的隐藏节点的问题，又可以实现对每个用户及用户上下行的qos调度策略，达到用户流量的灵活控制。
28.4、本发明通过调度算法控制，实现了带宽容量最大化。
29.5、本发明既实现了基于802.11协议的无线超远距离传输，又实现了用户的qos调度策略，可以满足各种无线传输的使用场景。
30.6、本发明解决了802.11系统中存在的隐藏节点的问题，有效的解决了各个设备的干扰问题。
附图说明
31.图1为本发明的基于802.11协议的无线超远距离传输方法的各个客户端的资源调度序列图。
具体实施方式
32.以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。
33.如图1所示，本实施例提供了一种基于802.11协议的无线超远距离传输方法，该方法包括：
34.(1)采用软ack机制，由无线协议栈实现ack的应答机制；
35.(2)对各个用户的上下行数据进行时隙调度；
36.(3)由接入点对各个用户的数据收发进行tdma时隙调度，控制每个用户的可用时隙；
37.(4)采用动态资源回收机制，对每个用户的时隙，根据用户的需求进行动态调整；
38.(5)通过调度算法控制，实现带宽容量最大化，即当新用户接入时，让前面所有用户分配的资源回收并重新分配，为每个用户分配与之匹配的资源，当用户下线后，对下线用户的资源回收，分配给其他用户使用。
39.在tdma时隙调度下，接入点(ap)对上下行数据调度的时序为：
40.(1)ap对wifi上下行数据都采用调度方式，只有在调度时序内，才允许数据的发送；
41.(2)在一个调度时隙内，先发送下行数据，客户端(sta)接收到调度指令后，发送上行数据；
42.(3)为了保证其它设备能正常接入，固定周期开启竞争时隙，竞争时隙内无线数据采用竞争模式，保证其它设备可以接入网络；
43.(4)为了实现灵活qos机制、高低优先级机制，每个上下行时隙长度，sta调度的权重，都可以动态设定，提供灵活的qos机制。
44.基于wifi协议的无线数据传输，是不可靠的，为了保证无线数据传输的可靠性，802.11协议规定，每收到一个单播数据帧后，接收者都必须立即回应一个ack响应帧，用于通知数据的发送者数据已经正常收到，否则发送者会对数据进行重传，并依据设定的次数反复重传，直到达到最大的重传次数后，如果还未收到回应ack，则标记本数据帧发送失败。
45.数据发送者数据帧发送出去后，接收到回应ack的时间t为：
46.t＝t1+t2*2+t3
47.t1：发送调制时间；
48.t2：电磁波从发送者到接收者的传送时间，因为是来回，所以乘以2；
49.t3：接收者收到数据后处理时间。
50.其中t1、t3对于设备为固定的，t2时间受距离的影响，电磁波在空气中传输速度为300米/秒，距离越远，t2时间越长，t2一般采用硬件定时的方式，所以t2最大值受限于硬件，如果采用8bit存放最大超时时间，硬件支持的理论最远距离为：255*300/2＝38,250米，还要减去t1、t3的值，理论距离会缩短。
51.为了突破该t时间的硬件限制，本实施例舍弃了硬件计算与控制t的算法，采用软件计算的方法，理论上就不存在了最远距离的限制。
52.本实施例的方法采用软件速率算法，软件速率算法包括：
53.(1)将速率调整范围为mcs0～mcs9，并考虑nss值，依据mcs和nss值，定义速率表(rate_ctrl)数组，并按照速率从小到大依次排列，便于速率的上下切调整；
54.(2)分别定义速率上切与下切门限，到达设定门限后，速率进行相应变化。
55.在软件速率算法中，速率的上调和下调是依据per参数，per参数为统计的数据发送失败率，per＝发送次数/数据失败次数，比如一个数据发送100次，有10次失败，则per＝10/100＝0.1，数据发送次数和失败次数都需要从芯片获得。
56.为了消除per抖动造成的影响，per参数采用如下防抖动算法：
57.per＝7/8*per+1/8*实时per
58.本实施例通过以下方面实现了容量最大化设计：
59.(1)通过tdma调度算法，控制每个终端的上行、下行数据的发送，消除终端间的干扰、数据冲突，解决无线系统中隐藏节点的问题，提高系统效率；
60.(2)由于采用了调度机制，去除了802.11协议的冲突检测、避让规避机制，理论上消除了系统中各种检测规避浪费的时间，所有的时间都用于数据收发，提高时间利用率，从而提高系统容量；
61.(3)采用动态调整的ack超时时间，根据实际距离测算ack，从而避免了由于ack时间不准导致的无用等待时间，提高数据收发效率，从而提高系统容量。
62.本实施例的有益效果是：
63.1、本实施例由于采用软ack机制，由无线协议栈实现ack的应答机制，这样通过软件实现的ack机制，避免了硬件ack由于硬件限制，导致的最大传输距离的限制，理论上只要天线满足要求，就可以达到无限远的距离传输。
64.2、本实施例对各个用户的上下行数据进行时隙调度，因而不再使用csma的竞争机制。
65.3、本实施例由接入点对各个用户的数据收发进行tdma时隙调度，严格控制每个用户的可用时隙，这样既可以解决无线网络的隐藏节点的问题，又可以实现对每个用户及用户上下行的qos调度策略，达到用户流量的灵活控制。
66.4、本实施例通过调度算法控制，实现了带宽容量最大化。
67.5、本实施例既实现了基于802.11协议的无线超远距离传输，又实现了用户的qos调度策略，可以满足各种无线传输的使用场景。
68.6、本实施例解决了802.11系统中存在的隐藏节点的问题，有效的解决了各个设备的干扰问题。
69.在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而己，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。