据传输就绪状态。站B经PIFS延迟后，向站A发出第二 RTS帧(405)。站A收到第二 RTS帧(406)后，回应第二 CTS帧(407)。站B接收到第二 CTS帧(408)之后，WLAN进行反向双工传输状态。站A和B同时发送数据帧(409和411)，同时接收到对方数据帧(410和412)，其后同时发送ACK帧(413和415)和接收到ACK帧(414和416)。
[0083]图4中，首个CTS之后经TB时长开始数据帧发送，在忽略信号传播延迟时，TB为第二RTS帧与第二 CTS帧的发送时长之和，加上PIFS+SIFS时长。相比于半双工传输的时长TO，有效吞吐量为:
[0084]S=(L0+L1)/(T0+TB)式 7
[0085]其中，L0、T0同式(4)丄1为全双工第二路径上站8发送数据的帧长。如果1^1 = 1^，则WLAN吞吐性能的加速比为:
[0086]f = S/S0 = 2/[l+(TB/T0)]式 8
[0087]如果数据帧LO = 1500字节，参考IEEE 802.11标准，RTS帧按20字节长计，CTS帧长和ACK帧长按14字节长计，忽略SIFS和PIFS时长，则:
[0088]TO * 1548X8/BW,式9
[0089]TB * 34 X 8/BW 式 10
[0090]其中，BW为物理传输带宽。将式(9)和式(1)代入式(8)，得到的吞吐性能提升比约为
[0091]f ? 2/[l+(34/1548)] = 1.96o 式 11
[0092]对于短数据帧，设L0= 64字节，重复以上推算可得加速比约为1.53。
[0093]图5描述了全双工站点A(1l)、站点B(102)和站点D(IlO)的前向双工传输的控制时序。站A发送首个RTS帧(501)，站B接收(502)。站B回应首个CTS帧(503)，站A接收(504)。其后，站B发送第二RTS帧(505)给站D，站D接收(506)。站D回应第二CTS帧(507)，站B接收(508)，WLAN进入双工传输状态。站B和站A同时发送数据帧(509和511)，站D和站B同时接收数据帧(510和512)。数据传输完成之后，站B和站D同时回应ACK(513和515)，站A和站B同时接收ACK(514和 516)。
[0094]图5所示的前向双工传输，其有效吞吐量与图4的情况完全一致。
[0095]图6描述了图1站点A(1l)、站点B(102)和站点E( 107)均支持全双工，且站点E为候选发送站并争用得到全双工第二路径。站A向B发送首个RTS帧(601)，站B接收(602)，站E侦听到(603)。站B回应首个CTS帧(604)，站A接收(605)。站B未占用全双工第二路径，而站E因与B相互隐藏未收到首个CTS帧，站E将经TC时长后启动争用，其中
[0096]TC = Trts+Tcts+2 X SIFS+PIFS+2 X d 式 12
[0097]其中，Trts为RTS帧的发送时长，Tcts和CTS帧的发送时长，d为站间最大信号传播时长。
[0098]站E经TC延时后向A发送第二RTS帧(606)，站A接收(607)。站A回应第二CTS帧(608)，站E接收(609)，WLAN进行入后向双工传输。站E和站A同时发送数据帧(610和611)，站A和站B同时接收(612和613)。之后，站A和站B同时回应ACK帧(614和615)，站E和站A接收(616和617)。
[0099 ]图6中，相比于DCF的信道占用时长TO，所附加的全双工争用时长为TC，相比TB多了一个RTS和一个CTS帧长，S卩34字节。参照式(7)至式(10)，用TC替代式TB，用68(字节)替代式
(10)中的34(字节)，可得到性能加速比:
[0100]f = 1.24，L0 = 64 字节，式 13
[0101]f = 1.92，L0 = 1500 字节。式 14
[0102]综合以上分析可见，存在全双工机会情况时，本发明可以使WLAN的有效吞吐性提升，对于短数据帧不小于24%，对应长数据帧可达96%。
【主权项】
1.一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于，首先使用分布式协调功能的RTS/CTS控制争用共享的无线传输信道，并且在首个RTS帧的时长字段附加全双工第二路径控制的时长值，该值所预留的时段专门用于第二路径的多点接入控制，在该时段内按时间顺序执行主接收站试占和候选次发送站争用，所述试占和争用使用第二轮RTS/CTS帧控制，所述方法包括如下步骤: 步骤1:主发送站在发送首个RTS帧、并在分布式协调功能所规范的时间内接收到首个CTS帧之后，系统进入单工数据发送就绪状态； 步骤2:单工数据发送就绪时，全双工主发送站启动定时器Tl等待主接收站的试占请求，半双工主发送站执行纯单工传输、并在传输完成之后返回初始状态； 步骤3:主接收站通过向次接收站发送第二 RTS帧和接收次接收站第二 CTS帧进行试占控制，该控制须同时满足以下三个启动条件，包括: 步骤3-1:主接收站支持全双工； 步骤3-2:主接收站有待发数据； 步骤3-3:在首个CTS发送之后、分布式协调功能规范的PIFS时长之内未收到主发送站的数据帧;试占成功进行双工传输，试占不成功进行单工传输，并在传输完成后返回初始状态； 步骤4:在步骤2启动的定时器Tl超时前，全双工主接收站收到第二 RTS帧则清除定时器Tl，否则在Tl超时后启动定时器T2等待候选次发送站的争用控制； 步骤5:候选次发送站在接收到主发送站首个RTS帧后，通过发送第二RTS帧和接收第二CTS帧进行争用控制，该控制须同时满足以下四个启动条件，包括: 步骤5-1:候选次发送站支持全双工； 步骤5-2:候选次发送站有待发数据给主发送站； 步骤5-3:在接收到首个RTS帧之后、T3时长之内未接收到主发送站的数据帧或CTS帧；步骤5-4:候选次发送站独立生成随机数，其值大于预定阈值;争用成功进行双工传输，争用不成功进行单工传输，并在传输完成后返回初始状态； 步骤6:在步骤4启动的定时器T2超时前，主接收站收到第二RTS帧则清除定时器T2，否则在T2超时后进行单工传输、并在传输完成后返回初始状态。2.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于:所述方法的混合双工是指无线局域网中部分站点仅支持半双工、部分站点支持全双工，多点分布式是指所述方法适用于二个以上站点以对等方式参与信道争用。3.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于:所述方法的主发送站是指发出首个RTS，即(请求发送)帧、并接收到首个CTS，即(清除发送)帧的无线局域网站点，所述主接收站是指接收到首个RTS帧、并按分布式协调功能的规范要求完成首个CTS帧发送的站点，所述候选次发送站是指除主接收站之外所有接收到首个RTS帧、但在分布式协调功能所规范的时间内未收到首个CTS帧的站点。4.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于:所述方法的次接收站是指，接收到首个CTS帧的所有站点，包含主发送站;除主发送站之外的其它次站点，如果接收到首个RTS帧和首个CTS，则不响应主接收站发送的第二RTS帧。5.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于，所述方法的首个RTS帧的附加全双工第二路径控制的时长值，其特征时间为:Tcts+2 X Trts+PIFS+2 X SIFS+3 X d 其中，Tcts为CTS帧的发送时长，Trts为RTS帧的发送时长，PIFS和SIFS为点协调帧间隔和短帧间隔的时长，d为站点间物理信号传播时延的最大值。6.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于，所述方法的步骤2所述定时器Tl，其特征时长值为:PIFS+Trts+SIFS+cI 其中，PIFS和SIFS为点协调帧间隔和短帧间隔的时长，Trts为RTS帧的发送时长，d为站点间物理信号传播时延的最大值。7.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于，所述方法的步骤4所述定时器T2，其特征时长值为:SIFS+Trts+cI 其中，SIFS为短帧间隔的时长，Trts为RTS帧的发送时长，d为站点间物理信号传播时延的最大值。8.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于，所述方法的步骤5-3所述的时长T3，其特征时长值为:PIFS+2 X SIFS+Trts+Tcts+2 X d 其中，PIFS和SIFS为点协调帧间隔和短帧间隔的时长，Trts为RTS帧的发送时长，Tcts为CTS帧的发送时长，d为站点间物理信号传播时延的最大值。9.根据权利要求1所述的一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，其特征在于:所述方法的步骤5-4所述随机数由候选次发送站独立产生，所述预定阈值可选固定设置或者依不成功争用的累计数计算确定。
【专利摘要】本发明公开一种无线局域网混合双工的多点分布式信道争用方法，该方法针对半双工站点和全双工站点的混合接入，以半双工站点优先占用信道为前提条件，由全双工主发送站通过首轮RTS控制帧预留一个全双工第二路径的控制时段，在该时段内，按时间顺序先由全双工主接收站通过第二轮RTS/CTS控制帧试占全双工第二路径，次由全双工候选次发送站通过第二轮RTS/CTS控制帧争用第二路径。本发明可助于提高混合双工无线局域网的有效吞吐性能，有益于半双工无线局域网系统向全双工系统的平稳升级。
【IPC分类】H04W74/08, H04L5/14, H04L5/16
【公开号】CN105554902
【申请号】CN201510976620
【发明人】王文鼐, 张琦, 吴炜, 王斌
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月23日