一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方 法。该方法设计了聚合多站点CF-Poll控制帧，并给出了具体的多射频多信道接入点AP与 单天线站点之间的单信道聚合多站点轮询方法和多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。
【背景技术】
[0002] 常见的大规模无线采集的应用场景有：电力高压传输线健康监测、公路铁路大桥 形变监测、水库水坝的形变监测、地震区域强度监测、山体滑坡泥石流现场数据采集、水文 水质环境监测等。
[0003] 这些大规模无线采集站点的信息传输具有如下特点：（1)不要求时刻进行数据的 上行传输，定期采集上传即可，间隔周期可以为分钟级甚至小时级。（2)站点多，并且可能由 于地形等因素位置分布不均。（3)每个站点的数据信息都非常重要，关系百姓生命财产安 全，需要可靠传输。
[0004] 针对大规模分布式站点信息采集，不能采用传统的基于竞争的信道接入方式，这 样不能保证通信的服务质量（Quality of Service, QoS)。故一般采用接入点（Access Point, AP)集中轮询站点的方式进行数据的传输。
[0005] 现有基于IEEE 802. 11轮询方法是AP对某一个信道进行单站点轮询，如图1所 示，其工作原理为：AP首先通过信标帧建立一个免竞争期（Contention Free Period, CFP)， 然后AP使用CF-Poll依次轮询每个站点，站点依次向AP传输数据并确认，AP进行确认并 轮询下一个站点，如此反复，直到CF-End，S卩CFP结束。但是该AP通过单一信道逐次轮询单 站点方法效率不高，尤其是面对大规模站点时，其弊端尤为突出。这就亟需本领域技术人员 解决相应的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种多天线 多信道聚合多站点并行轮询方法。
[0007] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种多天线多信道聚合多站点并行轮 询方法，其关键在于，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，接入点AP配置M个天线、N个工作信道，每个天线利用一个或者几个工作 信道，或者多个天线共用一个工作信道，每个工作信道对应一个工作频点，J个配置单天线 多信道的站点，每个站点配置的工作频点及信道带宽与接入点AP相同，接入点AP和采集站 点的起始工作频率和总信道带宽B均已知，所述M、N、J均为正整数；
[0009] 步骤2,接入点AP定期通过信标帧建立免竞争期CFP，然后接入点AP发送聚合多 站点CF-Poll帧，所述聚合多站点CF-Poll帧包含在免竞争期CFP需要轮询的所有站点的 接收的MAC地址；
[0010] 步骤3,所有站点进行全工作信道扫描，接收聚合多站点CF-Poll帧，每个站点分 别检查自己的MAC地址字段和接入点AP发送的接收地址字段是否一致，在地址字段一致状 态下，从聚合多站点CF-Poll帧中确定相应的站点的工作频点和信道带宽，与该工作频点 的接入点AP保持同步，并且按照接入点AP发送的轮询站点MAC地址字段的顺序依次向接 入点AP发送采集的数据，直到接入点AP采集到所有站点的数据为止。
[0011] 所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，所述步骤1包括：
[0012] 接入点AP有M个天线，天线之间的间隔大于λ /2,其中λ为工作频点对应波长， 相互独立的正交工作信道有N个，每个工作信道进行动态带宽分配，分别为B1，…，B n;每个 工作信道对应一个工作频点，工作频点和信道带宽之间的关系为
[0013]
【主权项】
1. 一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，接入点AP配置M个天线、N个工作信道，每个天线利用一个或者几个工作信道， 或者多个天线共用一个工作信道，每个工作信道对应一个工作频点，J个配置单天线多信道 的站点，每个站点配置的工作频点及信道带宽与接入点AP相同，接入点AP和采集站点的起 始工作频率f(1和总信道带宽B均已知，所述M、N、J均为正整数； 步骤2,接入点AP定期通过信标帧建立免竞争期CFP，然后接入点AP发送聚合多站点CF-Poll帧，所述聚合多站点CF-Poll帧包含在免竞争期CFP需要轮询的所有站点的接收的 MAC地址； 步骤3,所有站点进行全工作信道扫描，接收聚合多站点CF-Poll帧，每个站点分别检 查自己的MAC地址字段和接入点AP发送的接收地址字段是否一致，在地址字段一致状态 下，从聚合多站点CF-Poll帧中确定相应的站点的工作频点和信道带宽，与该工作频点的 接入点AP保持同步，并且按照接入点AP发送的轮询站点MAC地址字段的顺序依次向接入 点AP发送采集的数据，直到接入点AP采集到所有站点的数据为止。
2. 根据权利要求1所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，所述 步骤1包括： 接入点AP有M个天线，天线之间的间隔大于X/2,其中X为工作频点对应波长，相互 独立的正交工作信道有N个，每个工作信道进行动态带宽分配，分别为&，…，BN;每个工作 信道对应一个工作频点，工作频点和信道带宽之间的关系为
其中，A为实际工作频点值，f〇为起始射频工作频点值，
为前i_l个信道带宽总 和，Bi为每个信道带宽值，k〈i，且k、i为正整数。
3. 根据权利要求1所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，所述 步骤2包括： 设计的聚合多站点CF-Poll控制帧，其设计过程为，在聚合多站点CF-Poll帧的MAC头 帧控制字段中，类型设置为2个比特的01控制，子类型为4个比特的0011 ;MAC头的地址字 段中，目标地址TA是接入点AP的MAC地址，接收地址RA1、……、RAn是与接入点AP关联 的CFP阶段需要轮询的所有站点MAC地址；C0是信道操作字段，完成射频工作频点映射和 信道带宽映射；该控制帧的其它字段设置默认参考IEEE802.llac。
4. 根据权利要求3所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，所述 步骤2包括： 接入点AP工作信道数为N，每个工作信道带宽大小为BN，总信道带宽为
；且 信道带宽的起始频率为则实际信道工作频点与C0字段中工作频点映射的关系为fi=f0+(L+l)B0, 0 ^L^ 255, 其中，f〇是信道带宽的起始频率，B^是最小固定带宽，L是信道工作频点距离起始频率 之间间隔的最小固定带宽数，十进制L转换为无符号二进制数后，映射到C0对应的1个字 节的工作频点映射字段中； 工作频点f〇固定之后，确定该免竞争期CFP中接入点AP轮询站点的信道带宽，则实际 信道带宽与C0字段中信道带宽映射的关系为 Bi= (K+l)B〇, 0 ^K^ 255, 其中，K是以工作频点&为中心，B^言道包含最小固定带宽B^的数目，K是信道带宽距 离起始频率之间间隔的最小固定带宽数，十进制K转换为无符号二进制数后，映射到C0对 应的1个字节的信道带宽映射字段中。
5. 根据权利要求1所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，所述 步骤3包括： 步骤3-1，接入点AP在不同的射频点通过不同的天线发射信标帧建立工作在不 同频点的CFP，CFP的长度由接入点AP控制，其最大时长由信标帧的CF参数集中的 CFPMaxDuriation参数指定，如果CFP时长长于信标帧间隔，接入点AP会在CFP期间合适的 时刻传输信标帧；接入点AP保证这个时长总是不大于CFPMaxDuriation; 步骤3-2,接入点AP在发送完信标帧之后，会继续发送一个聚合多站点CF-Poll帧，该 聚合多站点CF-Poll帧包含在CFP期间需要轮询的关联站点的接收MAC地址； 步骤3-3,所有站点通过工作信道扫描后，接收聚合多站点CF-Poll帧，检查聚合多站 点CF-Poll帧中的接收地址RA字段的MAC地址与该站点MAC地址是否相同，如果不同，就 根据该站点其中的持续时间字段值更新自己的网络分配矢量NAV值；如果相同，接收站点 根据接收聚合多站点CF-Poll帧中的信道操作C0字段确定该工作频点及其信道带宽，并与 工作在该工作信道下的接入点AP保持一致； 步骤3-4,在接入点AP发送完聚合多站点CF-Poll帧且间隔短帧间间隔SIFS之后，按 聚合多站点CF-Poll帧中的接收地址RA顺序，所有站点依次向接入点AP发送采集到的数 据； 步骤3-5,接入点AP在成功接收到站点的数据后，依次发送CF-ACK帧进行确认，直至CFP周期结束前或结束时，再发送CF-End帧或CF-End和CF-ACK控制帧，结束该CFP周期。
6. 根据权利要求5所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，还包 括：在多工作站点轮询的过程中，所有的帧间间隔都一样，为短帧间间隔SIFS。
【专利摘要】本发明公开了一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。针对大规模分布式站点采集数据效率不高的问题，发明提出一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。在接入点AP配置多天线多信道、采集终端配置单天线多信道的情况下，基于已有的IEEE 802.11ac通信标准，设计了一种聚合多站点CF-Poll控制帧，并给出了具体的多射频多信道AP与单天线站点之间的单信道聚合多站点轮询方法和多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。该方法特别适合下行传输少量指令数据，上行站点多且单个采集数据量不大的不对称数据传输应用场景。
【IPC分类】H04B7-04, H04L5-00
【公开号】CN104579616
【申请号】CN201510053450
【发明人】赵立, 廖勇
【申请人】成都希盟泰克科技发展有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月2日