专利名称：一种无线局域网多速率自适应传输的方法
技术领域：
本发明涉及无线局域网的数据传输技术，尤其涉及一种无线局域网多速率自适应传输的方法。
背景技术：
无线局域网通常是基于载波侦听多址协议CSMA的，其改进方式有信道分裂预约多址接入SRMA(split-channel reservation multiple access)、冲突避免多址接入协议MACA(multiple access with collision avoidance)、改进的冲突避免多址接入协议MACAW、底部获取多址接入协议FAMA(floor acquisition multiple acess)和802.11等协议，本发明所指的无线局域网一般都是基于CSMA协议。在无线局域网中进行多速率传输需要解决的主要问题是传输业务类别、信道质量估计和速率选择。传输业务按对时延要求通常可以分为时延敏感和非时延敏感两大类业务，按对耐错误能力通常可以分为耐错和非耐错两大类业务。信道质量估计主要是以信噪比、信号强度、误比特率、误符号率或误帧率的统计作为判决测度来衡量信道的传输质量。
在无线局域网中，现行的速率选择方法目前主要有两种一种是“自动速率应变(Auto Rate Fallback)协议”，另一种是“基于接收机的自动速率(Receiver Based Auto Rate)协议”。
自动速率应变协议是由艾迪.卡莫曼等人提出的，其核心思想是，以前面传输的成功和失败次数为依据来调整传输速率。这实际是一种依误帧率的速率调整体制，当站点间成功传输一定次数后，认为信道质量可靠进而逐级提高传输速率；反之，如果站点间传输失败，则认为信道质量下降而逐级降低传输速率。根据该协议同一次传输过程中各帧的传输速率是不变的，因此多速率传输不会引起持续时间的变化，在站点间信道变化缓慢时，较为适用。
基于接收机的自动速率协议是由盖文.荷兰德、奈廷.魏德亚和帕偌沃巴尔提出的，其核心思想是在MAC帧头的持续时间子域中插入该帧的发送速率和帧长。传输初始时，用于接入的发送请求从基本速率集中选择合适的速率发送，随后接收站点将根据接收信号估计信道质量信息，自适应地调整发送速率，发送站点以和接收站点返回的确认帧发送速率相同的速率发送下一数据帧，不参与通信的站点则根据接收信号中包含的数据发送率和帧长，即时修正网络分配矢量。
除了以上两种多速率传输协议，无线局域网中还有一种双信道时隙ALOHA多速率传输协议，该协议采用独立的控制信道用于传输速率的设置，由于占用信道资源过多，故实际中很少使用。
自动速率应变协议和基于接收机的自动速率协议的缺点是，不能在网络中存在多种业务时优化速率的选择，不适用于高速移动无线衰落信道。不同类别的业务对误码特性、时延的要求是不同的，传输过程中无线信道和传输数据帧长也是变化的。通常时延敏感业务对错误的容忍能力高，非时延敏感业务对误码或误帧性能要求比较高，上述现有协议没有综合考虑这些与传输速率相关的因素。另外，自动速率应变协议不适用于无线移动信道环境，因为在无线移动信道中，信道质量的变化较快，信道的相关时间短，以数次成功或失败的数据传输间隔作为信道质量统计时间窗时间太长，从而使得信道质量统计不可靠，传输吞吐率下降。基于接收机的自动速率协议克服了自动速率应变协议不能适应无线移动信道的缺点，该协议速率变化实时性强，适用于无线移动信道。但该协议最主要的缺点是发送站点总是以接收站点返回的确认帧的发送速率发送数据帧，发送站点或接收站点都不能预先确定自己发送下一帧时的传输速率，因此不能准确设置到整个传输结束时的持续时间，不得不将持续时间字段内容改为发送速率和发送帧长以便不参与通信的站点修正网络分配矢量。无线信道除了有大尺度衰落，同时还存在小尺度衰落，当站点高速移动时，物理信道的信道状态信息变化较快，为了可靠地通信，对传输帧长须有一定限制，一个较长的MAC帧往往要分成多个小段传输。基于接收机的自动速率协议的网络分配矢量修正方法不仅和现有协议兼容性差，更因为其持续时间字段已不具备对下一帧传输信道占用的预约作用而不适用于多段传输。另外接收站点返回的确认帧帧长通常远小于发送站点发送的数据帧长，在相同误码率情况下，误帧率随着帧长的加长而增高，以接收站点能可靠返回的确认帧的发送速率发送数据帧，从统计意义上讲并不可靠。因此该协议不适用于无线高速移动信道，兼容性差。
因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线局域网多速率自适应传输的方法，解决了背景技术不能在网络中存在多种业务时优化速率的选择，不适应于无线信道，尤其是不适应于无线高速移动信道的技术问题。
本发明的技术解决方案是一种无线局域网多速率自适应传输的方法，其中，该方法包括收发双方在通信过程中相互交换传输速率信息或与传输速率相关的信息；根据上述传输速率信息或与传输速率相关的信息，分别调整当前传输速率；以及以调整后的当前速率传输数据。
所述的方法，其中，所述与传输速率信息包括传输当前发送帧速率、接收端确认帧的发送速率和下一个发送帧的估计速率，或传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率。
所述的方法，其中，所述调整当前传输速率的过程包括将传输速率分为多个等级，等级越高速率越快，定义最低速率为基本速率；数据帧传输中，站点根据当前发送帧速率发送数据，初始传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率并被设置为基本速率。
所述的方法，其中，在所述调整当前传输速率的过程中，如果在发送方具有传输速率或与传输速率相关的信息的统计信息，则根据该统计信息选择高于基本速率的速率作为初始传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率和当前传输业务类别，传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率可以不相等，以能够正确地传送第一个发送帧和返回帧为适合。
所述的方法，其中，在数据帧传输中，接收站点在接收到发送帧后，将当前接收的发送帧中的接收端确认帧的发送速率值作为返回帧的传输当前发送帧速率，以该传输当前发送帧速率发送返回帧。
所述的方法，其中，所述数据帧传输中，如果发送站点仍有帧发送，所述接收站点根据接收的发送帧对信道质量进行统计，计算下一发送帧长，接收方依据当前业务类别对服务质量的要求综合考虑信道质量、下一发传输帧长、信道编码、调制解调方式因素估计出下一发送帧的发送速率，并将该值填入接收端确认帧的发送速率通知发送站点。
所述的方法，其中，所述在通信过程中传输速率的调整由与传输速率相关的信息确定的过程包括定义一速率因子，该速率因子是综合了信道质量信息、当前传输的业务类别相应于当前信道质量信息的误码特性、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式因素得到的统计值，用于确定下一发送帧相应的返回帧的发送速率；所述发送站点收到返回帧后，如果仍有发送帧要发送，则将当前接收的返回帧中的接收端确认帧的发送速率值作为该发送帧的传输当前发送帧速率，发送发送帧；根据速率因子计算并填入接收端确认帧的发送速率值然后通知接收站点，所述发送帧中接收端确认帧的发送速率的计算方法如下接收端确认帧的发送速率估计值＝速率因子*传输当前发送帧速率；其中若接收端确认帧的发送速率估计值≥最高传输速率，接收端确认帧的发送速率＝最高传输速率；若接收端确认帧的发送速率估计值≤最低传输速率，接收端确认帧的发送速率＝最低传输速率；其他情况，则有接收端确认帧的发送速率＝速率因子*传输当前发送帧速率。
接收方可以上述算法计算出接收端确认帧的发送速率，并填写在下一个发送帧的估计速率字段通过返回帧通知发送方，发送方将该一个发送帧的估计速率字段值填入当前发送帧的接收端确认帧的发送速率；也可以由发送方在获知速率因子的前提下，依靠上述算法计算出接收端确认帧的发送速率并将该值作为当前发送帧的接收端确认帧的发送速率。
所述的方法，其中，所述速率因子通过统计结果得到，速率因子可以是传输过程开始以前收发站点公认的经验值，无须在传输过程中交换该信息；或者是通信过程中由接收站点实时统计的测量值，并将该值直接或隐含在其他参数中通过返回帧通知所述发送站点。
所述的方法，其中，所述不参与通信的站点不干扰正在进行的通信包括a)持续时间设置；如果发送的不是最后一个发送帧，发送站点在考虑了帧间间隔的基础上，按以当前发送帧中的接收端确认帧的发送速率发送返回帧、下一发送帧的返回帧以及以传输当前发送帧速率发送下一发送帧所花的时间设置持续时间；如果发送的是最后一个发送帧，发送站点按以接收端确认帧的发送速率发送返回帧所花时间设置持续时间；如果发送的不是最后一个返回帧，接收站点根据接收到的当前发送帧中所含的持续时间、传输当前发送帧速率、接收端确认帧的发送速率、返回帧帧长计算出下一发送帧的帧长；进而可以按当前返回帧中接收端确认帧的发送速率发送下一发送帧和以与下一发送帧相应的返回帧速率发送该下一返回帧所花时间设置持续时间；如果发送的是最后一个返回帧则持续时间设为零；b)网络分配矢量的计算和更新；没有参与通信的站点侦听到正在传输的数据帧，将完整接收数据帧的那一时刻和该数据帧中的持续时间相加，得到网络分配矢量，没有参与通信的站点用新得到的网络分配矢量替换旧有的网络分配矢量。
所述的方法，其中，所述数据帧传输包括请求发送帧、允许发送、数据分段及确认帧的发送。
所述的方法，其中，所述与传输速率相关的信息包括当前传输的业务类别、信道质量信息、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式信息。
所述的方法，其中，所述信道质量根据信噪比、信号强度、误比特率、误符号率、误帧率的统计来确定。
本发明所提供的一种无线局域网多速率自适应传输的方法，由于在数据传输过程中，信息传输速率可根据信道状态依物理帧分段自适应地变化；故本发明适用于高速移动无线衰落信道。
同时采用了速率和业务信息和或与传输速率相关信息的交换技术，帧的发送速率不仅和信道质量信息有关，还和传输业务、传输帧长有关，发送站点不仅确知当前发送帧的信息速率，同时还确知对端返回的确认帧的发送速率。因此本发明使得相同业务不同帧长的帧传输成功的概率在统计意义上是平等的，不同业务按其对服务质量的要求可以获得最优的传输速率，使得网络性能获得整体的提高。
以下结合附图，通过对本发明具体实施方式
的详细说明，将能够使人们更好地了解本发明上述的特点、优点和目的。
图1示出的是本发明的较佳实施例的无线局域网中传输数据的方法的流程图；图2是本发明的无线局域网中传输数据的方法的详细流程图；图3A和图3B分别示出的是本发明方法的帧结构以及帧头结构的示意图；图4为本发明方法的维护网络分配矢量的方法示意图。
具体实施例方式
下面就结合附图对本发明的各个优选实施例进行详细的说明。
在本发明中将从发送方向接收方发送的帧称为“发送帧”，而从接收方向发送方返回的帧称为“返回帧”，帧结构如图3A和图3B所示的，其中包括前导码、PLCP头信息(PLCP Header)，PLCP头信息中包含了与数据传输相关的物理参数。这些参数包括信令(SIGNAL)、业务(SERVICE)、将要传输的数据的长度(LENGTH)和16位的CRC校验码。接收机将按照这些参数调整接收速率、选择解码方式、决定何时结束数据接收。
本发明的一种无线局域网多速率自适应传输的方法，如图1和图2所示的，该方法包括收发双方在通信过程中相互交换传输速率和业务类别信息或与传输速率相关的信息；根据上述传输速率和业务类别信息或与传输速率相关的信息，调整当前速率；以及以调整后的当前速率传输数据，在通信过程中传输速率的调整由与传输速率相关的信息确定，不参与通信的站点能够保证不干扰正在进行的通信。
上述传输速率和业务信息或与传输速率相关的信息，包括传输当前发送帧速率(以下统称RATE)、接收端确认帧的发送速率(以下统称rRATE)、下一个发送帧的估计速率(eRATE)和传输当前业务类别(SC)。需要说明的是，eRATE隐含了速率因子，与信道质量有关的信息与传输速率和业务信息是一一对应的，传输速率和业务信息交换等同于与传输速率相关的信息交换。
上述调整当前速率包括将传输速率分为V1～Vp个等级，等级越高速率越快，V1速率最低，定义为基本速率，Vp速率最高，为最高速率。在数据帧传输中，站点根据当前发送帧速率发送数据，在此，初始RATE和rRATE可以被设置为基本速率V1。如果在发送方具有速率信息的统计信息，则也可以根据该统计信息选择高于基本速率的速率作为初始RATE和rRATE，而且RATE和rRATE可以不等。但是，前提条件是要充分保证以该初始RATE和rRATE能够正确地传送第一个发送帧和返回帧。
所述接收站点在接收到发送帧后，将当前接收的发送帧中的rRATE值作为返回帧的RATE，以该RATE发送返回帧；如果发送站点仍有帧发送，接收站点根据接收的发送帧对信道质量进行统计，计算下一发送帧长，并由当前传递业务类别得到该业务对误帧和时延的服务质量要求，接收方依据当前业务对服务质量的要求综合考虑信道质量、下一发传输帧长、信道编码、调制解调方式因素估计出下一发送帧的发送速率，将该值填入rRATE通知发送站点。
上述在通信过程中传输速率的调整由与传输速率相关的信息确定，的过程包括定义一速率因子a，速度因子a是信道质量信息、当前传输的业务类别相应于当前信道质量信息的误码特性、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式因素得到的统计值。接收站点可以由下述算法得出eRATE
eRATE＝a*rRATE；若eRATE≥Vp，rRATE＝Vp；若eRATE≤V1，rRATE＝V1；其他情况，则有eRATE＝a*rRATE；接收站点直接将eRATE通过返回帧通知发送方，发送方将该eRATE值作为当前发送帧的rRATE；本发明的另一个变形是，所述发送站点在收到返回帧后，如果仍有发送帧要发送，则接收站点将速率因子a通过返回帧通知发送站点，发送站点在收到该返回帧后，以其中的rRATE值作为当前发送帧的RATE，以该RATE发送发送帧；并根据当前速率因子a和该RATE计算并填入rRATE值通知接收站点，发送帧中rRATE的计算方法如下rRATE估计值＝a*RATE；若rRATE估计值≥Vp，rRATE＝Vp；若rRATE估计值≤V1，rRATE＝V1；其他情况，则有rRATE＝a*RATE；速度因子a可以通过统计结果得到，速率因子可以是传输过程开始以前收发站点公认的经验值，无须在传输过程中交换该信息；或者是通信过程中由接收站点实时统计的测量值，并将该值直接或隐含在其他参数(如eRATE)中通过返回帧通知所述发送站点。
上述不参与通信的站点能够保证不干扰正在进行的通信，其包括1)持续时间设置；如果发送的不是最后一个发送帧，发送站点在考虑了帧间间隔的基础上，按以rRATE发送返回帧、下一发送帧的返回帧以及以RATE发送下一发送帧所花的时间设置持续时间；如果发送的是最后一个帧，发送站点按以rRATE发送返回帧所花时间设置持续时间。
如果发送的不是最后一个返回帧，接收站点可以根据接收到的当前发送帧中所含的持续时间、RATE、rRATE、返回帧帧长计算出下一发送帧的帧长。接收站点确定了当前发送帧相对应的返回帧后，该返回帧的RATE和rRATE也就确定了，同时接收站点能够获知速率因子a，因此根据该返回帧的rRATE可以计算出与下一发送帧对应的返回帧的发送速率，进而在考虑了帧间间隔的基础上，按以该返回帧的rRATE发送下一发送帧和发送与下一发送帧相应的返回帧所花时间设置持续时间；如果发送的是最后一个确认帧则持续时间设为零。
需要说明的是，依照本发明方法，发送站点在发送最后一个发送帧时能够准确地设置持续时间，接收站点在发送最后一个返回帧时能够准确地设置持续时间。这样的设置方法可以保证接收站点对信道的占用，并在通信结束按时释放对信道的占用。
2).网络分配矢量的计算和更新；没有参与通信的站点能够侦听到正在传输的数据帧，将完整接收数据帧的那一时刻和该数据帧中的持续时间相加，并由此得到网络分配矢量。没有参与通信的站点用新得到的网络分配矢量替换旧有的网络分配矢量。
上述传输速率信息可利用物理帧头或媒质接入控制层帧控制域传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率。
上述数据帧传输可包括请求发送帧、允许发送帧、数据分段及确认帧的发送。
上述传输速率相关的信息包括当前传输的业务类别、信道质量信息、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式信息。
上述信道质量可根据信噪比、信号强度、误比特率、误符号率或误帧率的统计来确定。
本发明的具体实现方法为
1.速率信息交换1).传输速率信息本发明方法在物理帧头或控制层帧控制域中建立了RATE字段和rRATE字段，分别用来传输当前发送帧速率和接收端返回帧的发送速率的值。
2).速率变化方式根据本发明方法，将速率分为V1～Vp个等级，等级越高速率越快，V1速率最低设为基本速率，Vp速率最高，为最高速率。在数据帧传输时，以碰撞检测的载波侦听多址协议为例，控制帧中的RTS、CTS帧采用初始速率发送，随后的数据分段和与之相应的返回帧根据与传输速率相关的信息在最小速率和最大速率之间自适应地调整；与传输速率相关的信息包括当前传输的业务类别、信道质量信息、数据帧长、信道编码、调制解调方式信息，其中信道质量则可根据信噪比、信号强度、误比特率、误符号率或误帧率的统计来确定。需要说明的是当数据帧不长时，数据帧传输中的数据分段则只有一个。
3).根据本发明方法，数据传输过程中，发送站点不仅确知当前发送帧的信息速率，同时还确知了对端返回的确认帧的发送速率。数据传输中的第一个发送帧，其当前发送帧速率域和接收端确认帧的发送速率域以初始速率发送，其后的发送帧传输速率则可以自适应地随着与传输速率相关的信息变化而变化。
4).rRATE的确定接收站点在接收到发送帧后，如果发送站点仍有数据要发送，接收站点根据接收的发送帧对信道质量进行统计，计算下一发送帧长，并由当前传递业务类别得到该业务对误帧和时延的服务质量要求，接收方依据当前业务对服务质量的要求综合考虑信道质量、下一发传输帧长、信道编码、调制解调方式因素估计出下一发送帧的发送速；将该值作为rRATE通知发送站点。
所述发送站点收到返回帧后，如果仍有要发送的帧，则将当前接收的返回帧中的rRATE值作为该发送帧的RATE，当前返回帧中若有eRATE，则将eRATE作为rRATE；当前返回帧中若没有eRATE，则根据速率因子a和当前发送帧的RATE计算并填入rRATE值通知接收站点，发送帧中rRATE的计算方法如下rRATE估计值＝a*RATE；若rRATE估计值≥Vp，rRATE＝Vp；若RATE估计值≤V1，rRATE＝V1；其他情况，则有rRATE＝a*RATE。
2.持续时间设置如果发送的不是最后一个帧，发送站点统一用当前发送帧的信息速率传输相应于当前发送帧的接收端确认帧、下一个发送帧和相应的接收端确认帧所花时间设置持续时间；如果发送的是最后一个帧，发送站点根据接收端确认帧的发送速率、接收端确认帧帧长设置持续时间。需要说明的是由于发送站点发送数据帧中的当前发送帧速率和对端确认帧速率总是相等，即发送站点发送数据帧和接收站点返回的该帧的确认帧的传输速率是相等的，这样的设置方法可以保证发送站点对信道的占用，并在通信结束按时释放对信道的占用。
如果发送的不是最后一个确认帧，接收站点可以根据接收到的帧的持续时间、当前发送帧的信息速率、接收端确认帧长计算出下一接收帧的帧长，进而可以按采用接收端确认帧的发送速率发送下一接收帧和相应接收端确认帧所花时间设置持续时间。如果发送的是最后一个确认帧则持续时间设为零。需要说明的是由于发送站点发送数据帧中的当前发送帧速率和对端确认帧速率总是相等，即发送站点发送数据帧和接收站点返回的该帧的确认帧的传输速率是相等的，这样的设置方法可以保证接收站点对信道的占用，并在通信结束按时释放对信道的占用。
3.网络分配矢量的计算和更新没有参与通信的站点能够侦听到正在传输的数据帧，将完整接收数据帧的那一时刻和该数据帧中的持续时间相加，并由此得到网络分配矢量。没有参与通信的站点用新得到的网络分配矢量替换旧有的网络分配矢量。
这样，一方面可以确保移动终端成对通信时不会相互干扰，消除有时持续时间大于实际传输时长的负面影响，另一方面可以提高全网的工作效率。
如图1所示，本实施例的无线局域网中传输数据的方法，首先在步骤101，以当前速率，从发送方向接收方发送一个发送帧，帧中包含接收端确认帧的发送速率和业务类别。正如本领域技术人员已知的那样，在无线局域网(WLAN)中发送帧可以包括RTS(Request To Send，请求发送)帧、数据帧等；分别与发送帧相对应地，返回帧可以包括CTS(Clear To Send，允许发送)帧、ACK(确认)帧等。
接着，在步骤105，以当前接收的发送帧中的接收端确认帧的发送速率，从接收方向发送返回速率和下一个发送帧返回帧的发送速率或与传输速率相关的信息以及速率因子a。具体地，可以是，接收方接收由发送方发来的发送帧，根据接收的结果评价信道质量，结合发送帧对所传业务类别的描述、下一发送帧长和返回帧帧长等因素，确定该业务类别数据下一个发送帧最佳的传输速率和速率因子a，用该最佳传输速率和速率因子a求得相应于下一个发送帧的返回帧的传输速率作为下一个发送帧返回帧的发送速率，并将将该最佳传输速率和下一个发送帧返回帧的发送速率返回给发送方；或者接收方将该最佳传输速率的信息和速率因子a返回给发送方；或者，也可以是，接收方只是将与速率相关的信息返回给发送方，然后由发送方根据信道质量确定最佳传输速率。
在此，对于如何评价信道质量、如何根据信道质量确定最佳传输速率，本发明方法并没有特别的限制，可以采用本领域技术人员了解的任何方法。后面描述的本发明最佳实施例中示例性地列举了一些方法，但是本发明方法并不限于这些具体实施例。
接着，在步骤110，根据返回的与传输速率或与传输速率相关的信息，调整当前速率。具体地，与前面返回信息的步骤相对应，如果从接收方返回的是与传输速率相关的信息，则在发送方进一步根据该质量信息确定一个最佳传输速率来调整当前速率；如果从接收方返回的是指示最佳传输速率的信息，则在发送方直接按照该信息更新当前速率即可。
然后，在步骤115，以调整后的当前速率，从发送方向接收方发送下一个发送帧。
这样，本实施例的无线局域网中传输数据的方法可以根据传输业务、信道质量、传输帧长以不同的速率传输数据，从而适应传输业务的要求以及由于移动或其他原因造成的信道质量的变化。
如图2所示是本发明方法的一优选实施例的流程图示，在开始一次数据传输后，首先在步骤205，设置初始RATE、rRATE。在本实施例中，传输速率被划分为多个级V1～VP，其中V1是基本速率(最低速率)，VP是最高速率。
在此，初始RATE、rRATE可以被设置为基本速率V1。如果在发送方具有信道质量的统计信息，则可以根据该统计信息选择一个高于基本速率的速率作为初始当前速率。但是，前提条件是要充分保证以该初始当前速率能够正确地传送第一个发送帧和返回帧。
接着，在步骤210，以该初始RATE，从发送方向接收方发送RTS帧。正如本领域技术人员已知的那样，通常在WLAN中开始一次数据传输，首先要由发送方发送RTS帧作为请求。
接着，在步骤215，接收方收到该RTS请求后，以该RTS中初始rRATE作为RATE返回一个CTS帧。具体地，接收方接收由发送方发来的RTS帧，根据接收的结果评价信道质量，然后结合RTS帧中包含的业务类别和其持续时间中隐含的数据帧长等信息确定一个最佳的传输速率例如V4和速率因子a，并且在向发送方返回的CTS返回帧中包含表示该最佳传输速率的信息和下一个发送帧返回帧的发送速率或该最佳传输速率的信息和速率因子a。
接着，在步骤220，根据CTS帧中的最佳传输速率信息和下一个发送帧返回帧的发送速率或该最佳传输速率的信息和速率因子a，发送方调整RATE、rRATE例如V4、V5。
接着，在步骤225，以调整后的RATE，从发送方向接收方发送一个数据帧。
接着，在步骤230，同样以该调整后的RATE，从接收方向发送方返回一个Ack帧。与前述的步骤215一样，接收方接收由发送方发来的数据帧，根据接收的结果评价信道质量，然后确定结合当前传输业务类别和数据帧中持续时间中隐含的下一数据帧长等信息确定一个最佳的传输速率一个最佳的传输速率和速率因子a，并且在向发送方返回的Ack返回帧中包含表示该最佳传输速率的信息和下一个发送帧返回帧的发送速率或该最佳传输速率的信息和速率因子a。
接着，在步骤235，判断是否还有数据帧需要发送。如果判断为“是”，则进行到步骤240，根据该ACK中的rRATE、eRATE或rRATE和速率因子a，发送方调整RATE、rRATE，与前述的步骤220相同；然后，返回到步骤225重复执行步骤225～240，直到没有数据帧需要发送为止。
如果步骤235的判断为“否”，则在步骤245结束。
下面结合图4对于本发明实施例中发送帧和返回帧的持续时间的设置方式以及没有参与数据传输的其它站点维护网络分配矢量(NAV)的方式进行说明。
正如本领域技术人员已知的那样，在以往无线局域网的数据通信中，为了减小碰撞的损失以及隐藏终端等的影响，在RTS和CTS帧里存放预留时长信息，RTS为20字节，CTS为14字节。没有参与数据传输的其它站点，接收到RTS/CTS帧，获取持续时间信息后更新自己的NAV(network allocation vector)值，为竞争信道的发送方和接收方进行数据交换预留出信道带宽，如图4所示。
在以往传输速率一定的情况下，以上这种方式是可行的。但是，如果采用本发明的方法，则由于传输速率是变化的，仅仅依靠RTS和CTS帧的持续时间信息是不够的，会造成其它节点的NAV值的更新不准确，导致资源浪费或冲突增加。
因此，本发明方法在从发送方向接收方发送每一个发送帧时，例如，图1的步骤105、115以及图2的步骤210、225中，都为该发送帧设置持续时间。具体地，首先根据以当前速率传输与该发送帧对应的返回帧、下一个发送帧和与下一发送帧对应的返回帧所花的时间，计算该发送帧的持续时间。然后，将计算出的该发送帧的持续时间设置在该发送帧的持续时间字段中。
例如，在图2的步骤210中计算该RTS帧的持续时间时，就应当计算以初始rRATE传输与该RTS对应的CTS返回帧、以初始RATE传输下一个数据发送帧(步骤225中要发送的数据帧)和以初始rRATE传输与该下一个发送帧对应的返回帧所花的时间，当然还应包括这些帧之间的间隔时间(SIFS)再例如，在图2的步骤225中计算该数据发送帧的持续时间时，就应当计算以调整后的rRATE传输与该数据发送帧对应的Ack返回帧、以调整后的RATE传输下一个数据发送帧(如果有的话，下一次循环执行步骤225处理的数据帧)和以调整后的rRATE传输与该下一个发送帧对应的Ack返回帧所花的时间，当然还应包括这些帧之间的间隔时间(SIFS)。
进而，根据本发明方法，在从接收方向发送方返回每一个返回帧时(例如，图2的步骤215、230中)都为该返回帧设置持续时间。具体地，首先，根据接收到的与该返回帧对应的发送帧的持续时间、RATE、rRATE和该返回帧的帧长计算出下一个发送帧的帧长。然后，计算该返回帧的持续时间，该返回帧的持续时间相应于按照与传输速率或信道质量有关的信息所指示的传输速率发送下一接收帧，和以该速率和速率因子推导的返回帧速率发送与该下一发送帧对应的返回帧所花时间。最后，将计算出的该返回帧的持续时间设置在该返回帧的持续时间字段中。
例如，在图2的步骤215中计算该CTS帧的持续时间时，首先，根据步骤210发送的RTS帧中的持续时间(D1)、初始RATE(V1)、rRATE(V2)和该CTS帧的帧长(L1)计算出下一个发送帧(步骤225要发送的帧)的帧长(L2)，可以通过以下公式计算L2＝(D1-3*SIFS)*V1-2*L1*V1/V2。当没有后续数据帧时(可以通过More Frag字段状态获知)，L2＝0。
同时，根据本优选实施例，网络中那些没有参与通信的其它站点监听信道中每一个发送帧和返回帧，根据其中记录的持续时间更新NAV值。这样，即使在传输速率变化的情况下，也可以保证无线局域网中各个节点NAV值的准确更新，在可以进一步节省资源的同时还可以避免冲突的发生。
本发明方法在数据传输过程中，信息传输速率可根据信道状态依物理帧分段自适应地变化；故本发明适用于高速移动无线衰落信道。
同时，本发明方法还采用了速率信息的交换技术，帧的发送速率不仅和信道质量信息有关，还和帧长有关，发送站点不仅确知当前发送帧的信息速率，同时还确知对端返回的确认帧的发送速率。因此本发明不仅兼容现有的固定速率传输协议，同时不同帧长的帧传输成功的概率在统计意义上是平等的，使得网络性能获得整体的提高。
本发明方法通过及时更新网络分配矢量的方法实现全连通网络的多速率传输。
应当理解的是，本发明方法的上述针对较佳实施例的描述过于具体，并不能因此而限制本发明请求专利保护的范围，专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种无线局域网多速率自适应传输的方法，其特征在于，该方法包括收发双方在通信过程中相互交换传输速率信息或与传输速率相关的信息；根据上述传输速率信息或与传输速率相关的信息，分别调整当前传输速率；以及以调整后的当前速率传输数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与传输速率信息包括传输当前发送帧速率、接收端确认帧的发送速率和下一个发送帧的估计速率，或传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整当前传输速率的过程包括将传输速率分为多个等级，等级越高速率越快，定义最低速率为基本速率；数据帧传输中，站点根据当前发送帧速率发送数据，初始传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率并被设置为基本速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述调整当前传输速率的过程中，如果在发送方具有传输速率或与传输速率相关的信息的统计信息，则根据该统计信息选择高于基本速率的速率作为初始传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率和当前传输业务类别，传输当前发送帧速率和接收端确认帧的发送速率可以不相等，以能够正确地传送第一个发送帧和返回帧为适合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在数据帧传输中，接收站点在接收到发送帧后，将当前接收的发送帧中的接收端确认帧的发送速率值作为返回帧的传输当前发送帧速率，以该传输当前发送帧速率发送返回帧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据帧传输中，如果发送站点仍有帧发送，所述接收站点根据接收的发送帧对信道质量进行统计，计算下一发送帧长，接收方依据当前业务类别对服务质量的要求综合考虑信道质量、下一发传输帧长、信道编码、调制解调方式因素估计出下一发送帧的发送速率，并将该值填入接收端确认帧的发送速率通知发送站点。
7.根据权利要求1至6任一权项所述的方法，其特征在于，所述在通信过程中传输速率的调整由与传输速率相关的信息确定的过程包括定义一速率因子，该速率因子是综合了信道质量信息、当前传输的业务类别相应于当前信道质量信息的误码特性、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式因素得到的统计值，用于确定下一发送帧相应的返回帧的发送速率；所述发送站点收到返回帧后，如果仍有发送帧要发送，则将当前接收的返回帧中的接收端确认帧的发送速率值作为该发送帧的传输当前发送帧速率，发送发送帧；根据速率因子计算并填入接收端确认帧的发送速率值然后通知接收站点，所述发送帧中接收端确认帧的发送速率的计算方法如下接收端确认帧的发送速率估计值＝速率因子*传输当前发送帧速率；其中若接收端确认帧的发送速率估计值≥最高传输速率，接收端确认帧的发送速率＝最高传输速率；若接收端确认帧的发送速率估计值≤最低传输速率，接收端确认帧的发送速率＝最低传输速率；其他情况，则有接收端确认帧的发送速率＝速率因子*传输当前发送帧速率。接收方可以上述算法计算出接收端确认帧的发送速率，并填写在下一个发送帧的估计速率字段通过返回帧通知发送方，发送方将该一个发送帧的估计速率字段值填入当前发送帧的接收端确认帧的发送速率；也可以由发送方在获知速率因子的前提下，依靠上述算法计算出接收端确认帧的发送速率并将该值作为当前发送帧的接收端确认帧的发送速率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述速率因子通过统计结果得到，速率因子可以是传输过程开始以前收发站点公认的经验值，无须在传输过程中交换该信息；或者是通信过程中由接收站点实时统计的测量值，并将该值直接或隐含在其他参数中通过返回帧通知所述发送站点。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不参与通信的站点不干扰正在进行的通信包括a)持续时间设置；如果发送的不是最后一个发送帧，发送站点在考虑了帧间间隔的基础上，按以当前发送帧中的接收端确认帧的发送速率发送返回帧、下一发送帧的返回帧以及以传输当前发送帧速率发送下一发送帧所花的时间设置持续时间；如果发送的是最后一个发送帧，发送站点按以接收端确认帧的发送速率发送返回帧所花时间设置持续时间；如果发送的不是最后一个返回帧，接收站点根据接收到的当前发送帧中所含的持续时间、传输当前发送帧速率、接收端确认帧的发送速率、返回帧帧长计算出下一发送帧的帧长；进而可以按当前返回帧中接收端确认帧的发送速率发送下一发送帧和以与下一发送帧相应的返回帧速率发送该下一返回帧所花时间设置持续时间；如果发送的是最后一个返回帧则持续时间设为零；b)网络分配矢量的计算和更新；没有参与通信的站点侦听到正在传输的数据帧，将完整接收数据帧的那一时刻和该数据帧中的持续时间相加，得到网络分配矢量，没有参与通信的站点用新得到的网络分配矢量替换旧有的网络分配矢量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述数据帧传输包括请求发送帧、允许发送、数据分段及确认帧的发送。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述与传输速率相关的信息包括当前传输的业务类别、信道质量信息、下一发送帧帧长及与之相应的返回帧帧长、信道编码、调制解调方式信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信道质量根据信噪比、信号强度、误比特率、误符号率、误帧率的统计来确定。
全文摘要
本发明的一种无线局域网多速率自适应传输的方法，涉及一种无线局域网的数据传输技术，该方法包括收发双方在通信过程中相互交换传输速率信息或与传输速率相关的信息；根据上述传输速率信息或与传输速率相关的信息，分别调整当前传输速率；以及以调整后的当前速率传输数据，在通信过程中传输速率的调整由与传输速率相关的信息确定，不参与通信的站点不干扰正在进行的通信。本发明方法适用于高速移动无线衰落信道，能够根据传输业务对服务质量的要求和传输数据帧长选择最优的传输速率，使得网络性能获得整体的提高。
文档编号H04L12/56GK1756252SQ20041005169
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者李峰, 马凤国, 孙波, 高音 申请人:中兴通讯股份有限公司