专利名称：一种中心控制的802.11无线网络信道接入的方法
技术领域：
本发明是一种中心控制的802. 11无线网络信道接入的方法，属于计算机网络与无线通信的交叉领域。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，人们的工作环境从固定走向了灵活，无线局域网在各个领域均得到了广泛的使用。802. 11是目前最主流的无线局域网技术之一，它是由美国电气电子工程师协会(IEEE)制定的，对无线局域网的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)进行规范的国际标准。802. 11系列标准目前提供了两种MAC访问机制，分别是分布式协调功能(DCF， Distributed Coordination Function)禾口集中式协调功會邑(PCF, Point Coordination Function)，其中分布式协调功能是目前最广泛使用的MAC访问机制。分布式协调功能不采用任何的中心控制，而是让每一个站点使用载波侦听/冲突避免(CSMA/CA)机制的分布式接入方式，让各个站点通过自由竞争来获得信道的接入权。每个站点在打算接入时，需要首先通过对媒体进行一个固定时长(DCF inter-frame space, DIFS)的侦听来进行一个信道可用评估(CCA)，若媒体状态为空闲，这站点认为其可以拥有媒体并且开始一个帧交换。若媒体繁忙，这站点等待截止变为空闲状态，后延DIFS时长，并进一步等待一个随机回退时段。若媒体在DIFS后延以及回退时段期间保持空闲状态，则站点认为其可以拥有媒体并且可以开始一个帧交换。DCF机制规定所有站点在接入媒体之前都要进行CCA,并且在媒体转为空闲时，需要后延DIFS时长，然后再等待一个回退时段。此外，假如多个站点同时接入发生碰撞，则站点均需要采用回退机制，并且在下次接入时扩大随机回退时长的取值区间
(竞争窗口，contention window, CW)，以此来减小再次发生碰撞的机率。因此，当站点数量增加、通信量增加的时候，DCF机制难以解决碰撞频繁发生，回退时段不断增加的问题，从而导致站点接入延时增加，信道利用率下降。
发明内容
技术目标本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种改进的中心控制802. 11信道接入的方法。本方法通过无线控制器(AP)集中管理和控制信道的接入， 在保证竞争的前提下，去除了站点(STA)随机回退式的自由竞争，并且将不同的帧间距时长(IF。统一替换为短帧间距时长(SIFS)，减少帧传输之间的时延，提高信道利用的效率， 尤其是在多站点同时竞争信道时，避免碰撞的发生，优化了站点的接入，同时使站点免去了信道可用评估(CCA)的使用，降低了站点的能耗。使用条件在本发明的一种中心控制的802. 11无线网络信道接入的方法中，当出现以下情况时，AP和站点启用该方法1)当站点要进行持续地帧交换，或者传输超过一个传输机会(TXOP)，则站点在完成第一个帧交换后，或一个TXOP后，AP和站点启用该方法；2)在一个基础服务集(BSS)内，若有超过一个活跃的站点要同时进行帧交换，则 AP和站点启用该方法。为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案在本发明的一种中心控制型 802. 11无线网络信道接入的方法中，AP将建立一个站点信息竞争排列表，准备使用信道的站点向AP发送特定区间内的随机数作为自己的竞争信息，AP通过记录和排列这些竞争信息来组织站点进行信道接入。一种中心控制型802. 11无线网络信道接入的方法，包括如下工作过程1)AP在周期性广播的信标(Beacon)帧后，设置一个长度为DCF帧间距(DIFS)的接入时隙，所有新加入的站点可以在该DIFS时长的接入时隙内，向AP发送接入请求；2) AP在广播完信标帧后，对所辖信道进行持续DIFS时长的侦听，判断是否有新加入的站点请求接入；3)新加入站点接收到信标(Beacon)帧后，不对媒体进行信道可用评估(CCA)，经过SIFS时隙后，直接向AP发送接入请求(RTQ帧来尝试接入信道，此次接入为新加入站点的初始接入；4) AP侦听到RTS帧后，向新加入站点回复一个改进型允许发送(eCTS)帧来告知对应的站点可以在接下来的时隙使用信道；5)新加入站点在接入信道后与AP进行数据交换，并通过附带随机数的数据帧交换来维护与AP的下一次通信；6)AP在竞争排列表内记录随机数，然后根据竞争排列表，确定下一个使用信道的站点，发送eCTS帧，告知站点在接下来的时隙使用信道，并确认(ACK)上一个站点的随机数，同时，AP更新竞争排列表；7)对应的站点与AP进行数据交换，并通过附带随机数的数据帧交换来维护与AP 的下一次通信，直到完成所有数据的传输，从而结束通信，退出竞争排列表。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，在所述步骤(1)中，周期性广播的信标(Beacon)具体为AP周期性广播信标(Beacon)的间隔时长为20 1000ms，缺省值为100ms。在上述中心控制的802. 11无线信道接入方法中，在所述步骤(4)中的改进型允许发送(eCTQ帧具体为该帧是本方法新定义的帧，它作用于AP与STA之间，eCTS帧由AP 向站点发送，用来告知下一个可以使用信道的站点进行接入，确认(CRT字段)上一个站点发送的随机数是否被AP正确接收，以及确认(ACK)上一个站点传输的数据帧。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，在所述步骤O)中，判断是否有新加入的站点请求接入，依次经过以下步骤:AP在侦听过程中，若接收到来自新加入站点的请求发送(RTQ帧后，则发送改进型允许发送(eCTQ帧，并优先让新加入的站点进行下一次附带随机数的数据帧交换；若没有接收到新加入站点的接入请求，则继续按竞争排列表顺序与排列表内站点进行帧交换。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述步骤(3)中，新加入站点向AP发送接入请求(RTQ帧来尝试初始接入信道，依次经过一下步骤若站点接收到来自 AP发送的与自己对应的eCTS帧，则接入信道成功，新加入站点与AP进行第一次附带随机数的数据帧交换；若站点没有接收到与自己对应的eCTS帧，则接入信道失败，站点从区间
内选择一个随机回退数，并后延该数目对应个信标，再请求接入，站点重复步骤(3)直到完成接入。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述区间W，CW]具体指竞争窗口参数CW初始值取为3，在每次接入不成功时有效地翻一倍，直到15，(亦即3，7，15)并保持该值除非被重置为止，Cff在新加入站点成功接入后被重置。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述步骤( 中附带随机数的数据帧交换具体为站点每次进行数据交换时，在数据帧(或一个TXOP内的最后一个数据帧)后附带发送一个在竞争窗口区间
内的随机数，作为下次获取信道使用权的
竞争信息。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述区间
具体指 该区间为一个固定区间，其中CWmax的取值为1023。准备接入媒体的站点从竞争窗口区间选取的随机数，仅用作决定该站点在竞争排列表里的位置。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述步骤(6)中，AP更新竞争排列表，具体方法为AP在选出下一个使用信道的站点后，用竞争排列表中其余的随机数减去该站点对应的随机数，以完成更新。在上述的中心控制的802. 11无线信道接入方法中，所述步骤(7)后，AP若在站点帧交换结束后没有收到随机数，则清除站点在竞争排列表中的信息。有益效果采用了该中心控制的802. 11无线信道接入方法，在STA接入信道的过程中，既保证了竞争，义去除了 STA随机回退的等待时隙，并且将不同的帧间距时长(IFS) 统一替换为短帧间距时长(SIFS)，减少帧传输之间的时延，提高信道利用的效率，尤其是在多站点同时竞争信道时，避免碰撞的发生，优化了 STA的接入，同时使STA免去了信道可用评估(CCA)的使用，降低站点能耗的。
图1是本发明的中心控制型802. 11无线信道集中式接入方法的eCTS(改进型允许接入帧)的帧结构图，其中CRT字段用于确认上一个站点的随机数，RA字段是下一个允许接入信道的站点的地址，RA(ACK)字段用于确认上一个数据帧；图2是本发明的中心控制型802. 11无线信道集中式接入方法的站点竞争接入权的示意图，新接入STAl先完成一次数据传输后发送随机回退数，其余STA根据AP中的竞争排列表顺序依次获得信道接入权，并在数据帧后发送随机回退数；图3是本发明的中心控制型802. 11无线信道集中式接入方法的站点竞争接入权的TXOP的使用示意图，STAl在一个TXOP完成了所需数据的传输，STA2在一个TXOP内未完成所需数据的传输，则在TXOP内的最后一个数据帧后发送随机回退数；图4是本发明的中心控制型802. 11无线信道集中式接入方法的块数据交换序列的示意图，STAl在第一个TXOP内进行无需检测碰撞的数据突发，若块传输需要跨越多个 TXOP,则STA在最后的数据帧后发送随机回退数；图5是本发明的中心控制型802. 11无线信道集中式接入方法的流程图。
具体实施例方式为了更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图1及图4所示，为本发明所提供的一种中心控制的802. 11无线网络接入的方法的一种帧交换序列和实施方式的流程图。假设应用实例一个基于802. 11的无线网络，所有STA都已与AP关联，并且所有 STA都在同一个BSS集内，网络刚刚完成初始化，AP的竞争排列表为空。其具体实施方式
描述如下1)AP检查竞争排列表是否为空；2)AP周期(IOOms)地发送信标，然后等待DIFS时段，并在此时段内侦听是否有来自待接入STA发送的RTS帧；3)某站点(STAl)准备发起通信，STAl不对信道进行CCA检测，而是直接向AP发送RTS帧4) AP接收到来自STAl发送的RTS帧后，经过SIFS时段，AP发送eCTS (STAl)帧， 允许STAl进行帧交换；5) STAl接收到eCTS帧后，得知自己获得信道接入权，等待SIFS时段后，开始帧交换，当完成第一个(TXOP)数据帧交换后，仍有待发数据，于是在最后一个数据帧后发送随机回退数(如，317)；6) AP接收到来自STAl的数据帧以及回退数，建立竞争排列表；7)由于AP目前的竞争排列表中只有STA1，因此AP在间隔SIFS时段后，发送 eCTS (STAl)帧，对上一个数据帧及STAl的随机回退数进行确认，并告知STAl允许接下来的信道接入；8) AP在与STAl通信的同时，确保周期地发送信标；9)若干时段后，STA2，STA3，· · ·，STAn(n = 2，3，. . .，1024)也分别开始进行数据交换；10) STA2等站点在AP广播信标后采用初始接入的方式接入信道，并在完成第一次与AP的数据交换后向AP发送随机回退数，加入AP的竞争排列表；11) AP根据竞争排列表，选出拥有回退数最小的STA进行下一次的信道接入，并在发送完eCTS帧后，更新竞争排列表，直到STA1，STA2，...，STAn (n = 1,2, ...，1024)全部完成数据发送，AP的竞争排列表为空，重复步骤(1)。采用了该发明的一种中心控制的802. 11无线网络接入的方法，无线STA在接入信道前不再需要对媒体进行CCA检测，而仅需通过侦听eCTS帧，来确定是否获得信道接入权， 媒体空闲后等待的DIFS时隙也被缩减为SIFS。此外，该方法改变了随机回退数的性质，既去除了物理上的时间等待，又保留了竞争机制，同时因为竞争排列表的建立，完全避免了碰撞。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种中心控制的802. 11无线网络接入的方法，所述的802. 11标准无线网络包括无线接入点AP和若干无线站点STA，所述接入方法包括以下步骤1)AP周期性地发送信标帧，然后等待DIFS时段，并在此时段内侦听是否有来自待接入 STA发送的RTS帧；2)新站点STAl准备发起通信，STAl不对信道进行信道可用评估CCA检测，而是等待信标帧后的SIFS时段后向AP发送RTS帧；3)AP接收到来自STAl发送的RTS帧后，优先给予新接入站点一次数据帧交换的机会， 经过SIFS时段，AP发送改进型允许发送eCTS帧，允许STAl进行数据帧交换；4)STAl接收到eCTS帧后，得知自己获得信道接入权，等待SIFS时段后，开始数据帧交换，当完成第一个TXOP数据帧交换后，若仍有待发数据，则在最后一个数据帧中携带随机回退数；5)AP接收到来自STAl的数据帧以及随机回退数，将STAl加入到竞争排列表中；6)AP选择竞争排列表中拥有随机回退数最小的STA进行下一次的数据交换，在间隔 SIFS时段后，发送eCTS帧，对上一个携带随机回退数的数据帧进行确认，并告知所选择的 STA进行数据帧交换，被选择的STA接收到eCTS后等待SIFS时段，完成一次TXOP数据帧交换，若仍有待发数据，在最后一个数据帧中携带随机回退数，AP接收到随机回退数后更新竞争排列表，直到竞争排列表中的所有STA全部完成数据发送，AP的竞争排列表为空，重复步骤1)；7)若干时段后，STA2，STA3，.. .，STAn分别作为新站点按照STAl的方式执行步骤1)_5) 实现首轮数据帧的交换，此后在没有新站点加入的情况下，按照步骤6)的方式进行后续数据帧的交换，其中，η表示网络中的STA个数。
2.根据权利1要求所述的一种中心控制的802.11无线网络接入的方法，其特征在于， STA只在首次接入信道时，发送RTS进行接入信道请求，STA只在接收到告知自己允许接入信道的eCTS帧后，才发送数据帧，如果未能接收到对应的eCTS帧，则采用回退的方式，等待下次接入时隙再发送RTS帧进行请求；STA在除了在获得信道接入权以外的时段内，不进行信道竞争。
全文摘要
本发明涉及一种中心控制的802.11无线网络信道接入的方法。该方法在保留竞争机制的前提下，将通过“随机回退”接入信道的方式变为由无线控制器(AP)集中控制的方式，优化了信道接入过程中的以下几个问题(1)去除了站点(STA)随机回退的等待时间，并且将不同的帧间距时长(IFS)统一替换为短帧间距时长(SIFS)，减少了帧传输之间的时延，提高了信道的利用率，大大增加了系统的吞吐量；(3)在多站点同时竞争信道时，避免了碰撞的发生，降低了站点的接入延时，减少了站点的丢包率；(4)免去了站点对信道可用评估(CCA)的使用，降低了站点的能耗。
文档编号H04W74/08GK102413582SQ201210006140
公开日2012年4月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者刘杰, 吴岳辛, 吴锐骁, 张晓莹, 温志刚, 范春晓, 邹俊伟 申请人:北京邮电大学