专利名称：Rts-cts握手机制的动态决策装置及其决策方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种无线通信领域的报文发送机制。
背景技术：
为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地征用信号，无线局域网采用了与以太网CSMA/⑶相类似的CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)协议。图1是采用DATA-ACK机制进行通信的概略图。任何一个终端要发送报文，必须等待信道空闲，当信道空闲时等待DIFS时间，此时若信道还处以空闲状态则发送报文，发送完毕后在等待SIFS时间内接收ACK帧(确认帧)，则认为发送成功。但是，无线局域网中各节点的通信范围受到限制，而且共享广播信道，因此有“隐藏节点”和“暴露节点”的问题。其中，“隐藏节点”是指一个终端位于接收终端的通信范围内，而在发送终端的通信范围外。在图2中，当终端A和终端C检测不到无线信号时，都以为终端B是空闲的，因而都向终端B发送数据，结果发生碰撞。为了避免“隐藏节点”问题，标准还定义了采用RTS-CTS握手机制的通信方法。相比传统的DATA-ACK机制，该RTS-CTS握手机制导入了请求发送(Request To Send :RTS)帧和允许发送(Clear To Send 帧。即，该源终端在发送报文之前先发送一个短的控制帧，叫做RTS帧，它包括源地址、目的地址和这次通信(包括相应的确认帧)所需的持续时间。若媒体空闲，则目的终端就发送一个响应控制帧，叫做CTS帧，它包括这次通信所需的持续时间(从RTS帧中将此持续时间复制到CTS帧中)。图3是示出RTS-CTS-DATA-ACK的全过程的图。在一般情况下，无线局域网采用DATA-ACK机制，因为RTS-CTS握手机制需要消耗较多时间，影响通信效率。但是在有隐藏节点时，如图2中终端A和C都检测不到对方，因此此时若都向终端B发送数据时，反而因为冲突而造成吞吐量下降，此时采用RTS-CTS握手机制反而通信效率更高。何时该采用RTS-CTS握手机制进行通信呢？ 802. 11标准中规定，使用RTS-CTS握手机制的RTS门限是报文的大小，其中RTS门限可取值的范围是0-2346字节，默认值为2346字节。但是，根据报文大小来决定是否采用RTS-CTS握手机制时，具有如下的两个问题。首先，该规定没有考虑速率的因素。802. Ilb支持4种调制速率1Mbps，2Mbps，5. 5Mbps，IlMbpsο 802. Ila 支持 8 种调制速率:6Mbps, 9Mbps, 12Mbps, 18Mbps, 24Mbps, 36Mbps,48Mbps，54Mbps。802. Ilg支持12种调制速率，即上述802. lib支持的4种调制速率加上802. Ila支持的8种调制速率。相同的报文大小，不同的速率，发送完成时间不同，收到的干扰不同，都采用相同RTS门限不合理。其次该规定是静态的，没有考虑无线信道的变化性
发明内容
本发明的目的在于提供一种以报文的发送时间为采用RTS-CTS握手机制的动态决策方法，继承了现有技术的优点的同时，考虑到调制速率对吞吐量的影响。本发明为了解决上述技术问题，提供一种RTS-CTS握手机制的动态决策装置。该装置包含大小记忆单元、速率适配单元、时间计算单元和决策单元，其中，大小记忆单元用于将要被发送的报文大小传递到时间计算单元，速率适配单元用于将当前信道的调制速率传递到时间计算单元，时间计算单元用于基于接收的所述报文大小和调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间，并且将所述发送时间传递到决策单元，并且决策单元用于比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。优选地，时间计算单元通过以下公式计算发送时间发送时间=T^^i+f [报文大小X8/单个符号比特数]Xt@，其中，Ttiiis是前导码和PLCP头的发送时间，f[]表示向上取整函数，是传输单个符号所需的时间。优选地，在决策单元中，当发送时间小于或等于基准时间时，使用DATA-ACK机制发送报文；当发送时间大于基准时间时，使用RTS-CTS握手机制发送报文。本发明还提供一种RTS-CTS握手机制的动态决策方法。该方法包含如下几个步骤(a)基于要被发送的报文大小和当前信道的调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间；(b)比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。优选地，在步骤(a)中，通过以下公式计算发送时间发送时间=TMi^pra头+f [报文大小X8/单个符号比特数]Xti^,其中，Tti导码是前导码和PLCP头的发送时间，f[]表示向上取整函数，是传输单个符号所需的时间。优选地，在步骤(b)中，当发送时间小于或等于基准时间时，使用DATA-ACK机制发送报文；当发送时间大于基准时间时，使用RTS-CTS握手机制发送报文。本发明以报文的发送时间为RTS门限，不仅考虑了报文大小对吞吐量的影响，还充分考虑到调制速率对吞吐量的影响，可灵活地使用RTS-CTS握手机制。本发明引入了时间片的概念，充分考虑到信道的动态性，对实时变化的信道的适应性更强。
图1是采用DATA-ACK机制进行通信的概略图；图2是说明隐藏节点问题的图；图3是示出RTS-CTS-DATA-ACK的全过程的图；图4是RTS-CTS握手机制的动态决策装置的框图；图5是示出RTS-CTS握手机制的动态决策方法的流程图。
具体实施例方式首先，为了便于理解本发明的技术方案，先介绍一下本领域中经常使用的专有名词。DIFS 分布式帧间间隔，在竞争服务中用来分割原子帧的(时间)间隔。SIFS，即短(Short)帧间间隔，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。NVA(网络分配向量，Netwo kAllocation Vector)相当于一个计时器，用来指定预计要占用的媒介时间。本发明充分考虑无线信道的不断变化性和报文的各种速率，但不使用报文大小，而引入时间片概念来决定是否采用RTS-CTS握手机制。即，本发明的RTS门限是报文的发送时间。图4是RTS-CTS握手机制的动态决策装置的框图。图5是用于判断是否使用RTS-CTS握手机制的动态决策装置的流程图。从图4中可知，决策系统100包含用于存储要被发送的报文的长度的大小记忆单元101、为信道匹配调制速度的速率适配单元102、计算报文的发送时间的时间计算单元103、用于决定是否采用RTS-CTS握手机制的决策单元104。图5是示出RTS-CTS握手机制的动态决策方法的流程图。该RTS-CTS握手机制的动态决策方法包含如下几个步骤(a)基于要被发送的报文大小和当前信道的调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间；(b)比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。下面结合图4和图5来说明一下RTS-CTS握手机制的动态决策装置的工作原理。首先在步骤S201中，大小记忆单元101可从TCP报文的属性信息中提取数据帧大小。其中，802. 11帧必须通过物理层传送到空中，需要物理层汇聚过程(PLCP)为每个帧增加前导码和PLCP头，而802. 11帧本身就包括MAC帧，占用28个字节，并且还包含长度为8个字节的子网附加点(Sub Network Point of Attachment =SNPA)标头。因此封装一个数据帧，就会增加36个字节的额外负担。因此，1500字节的数据帧则变为1536字节的报文，如果再加上加密标头，MAC标头的长度则会更长。由此，在不考虑加密情况下，大小记忆单元101将计算出的报文大小(数据帧大小加上36字节的数值)发送到时间计算单元103。然后在步骤S202中，速率适配单元102将当前信道的调制速率传递到时间计算单元103。因802. 11协议没有规定唯一的报文调制速率，因此速率适配单元102需要基于丢包率、丢帧率、侦测数据包或者连续的发送成功率来为当前的无线信道配置一个速率。目前，本领域经常使用的典型速率匹配算法有AARF算法、RBAR算法、Onoe算法、SampleRate算法等。应理解，常用无线局域网的速率适配算法均可应用于此，由于属于现有技术在此不再赘述。此时在步骤S203中时间计算单元103基于报文大小和调制速率，通过下面的公式1来计算发送所述报文所需的发送时间发送时间=Ti^m头+f[报文大小X8/单个符号比特数]Xt#号(公式1)其中，Ti^m+是前导码和PLCP头的发送时间，f[]表示向上取整函数，号是传输单个符号所需的时间，即=符号位数/调制速率。由上述公式1可知，本发明综合考虑报文大小和调制速率对于吞吐量的影响，在不放弃现有技术的优点的同时充分考虑到无线信道的动态性。
当时间计算单元103计算出该报文所需的发送时间之后，将该数据发送到决策单元 104。在步骤S204中，决策单元104比较所述发送时间和RTS中预先设定的基准时间。作为比较结果，当发送时间小于或等于基准时间时进行步骤S205，即使用DATA-ACK机制(又称正常机制)发送报文；反之，当发送时间大于基准时间时进行步骤S206，即使用RTS-CTS握手机制发送报文。本发明以报文的发送时间为RTS门限，不仅考虑了报文大小对吞吐量的影响，还充分考虑到调制速率对吞吐量的影响，可灵活地使用RTS-CTS握手机制。为了便于理解，以下以802. Ila为例进行说明。如上所述，802. Ila支持6Mbps，9Mbps, 12Mbps, 18Mbps, 24Mbps, 36Mbps, 48Mbps, 54Mbps 的数据速率。其中，DIFS= 34 μ s，SIFS = 16 μ s，前导码和 PLCP 头发送时间=20 μ S0并且，在54Mbps速率下，802. Ila使用216个位的符号，每个符号发送时间t符号为符号位数/调制速率=216比特/(54M比特)=4μ S。假设传输1500字节的数据帧，该数据帧加上MAC帧头等信息后为1536字节。则需要的符号数为f [1536X8/216] = 57个。因此，基于公式1，发送1536字节的报文时需要248 μ s (802. IlDATA =20+57X4)。针对所有速率，基于公式1算出所需的发送时间，表格1所示。
速率(Mbps)数据帧大小(字节)传送时间(us)541500248481500276. 53615003622415005331815007041215001046915001388615002072表1从表1可知，在802. Ila协议中，发送相同大小的报文时，调制速率对发送时间的影响权重较大。从以上分析还得出，相同报文大小，采用低调制速率，发送时间片非常长。受干扰可能性非常大。所以根据报文大小来判断是否进行RTS/CTS不合理，通过时间片来判断是否进行
6RTS/CTS是更合适的。
权利要求
1.一种RTS-CTS握手机制的动态决策装置，其特征在于该装置包含大小记忆单元、速率适配单元、时间计算单元和决策单元，其中，大小记忆单元用于将要被发送的报文大小传递到时间计算单元，速率适配单元用于将当前信道的调制速率传递到时间计算单元，时间计算单元用于基于接收的所述报文大小和调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间，并且将所述发送时间传递到决策单元，并且决策单元用于比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。
2.根据权利要求1所述的RTS-CTS握手机制的动态决策装置，其特征在于，时间计算单元通过以下公式计算发送时间发送时间=I^^g+p^^+f [报文大小X8/单个符号比特数]其中，Tt^s+,+是前导码和PLCP头的发送时间，f[]表示向上取整函数，是传输单个符号所需的时间。
3.根据权利要求1或2所述的RTS-CTS握手机制的动态决策装置，其特征在于，在决策单元中，当发送时间小于或等于基准时间时，使用DATA-ACK机制发送报文；当发送时间大于基准时间时，使用RTS-CTS握手机制发送报文。
4.一种RTS-CTS握手机制的动态决策方法，其特征在于该方法包含如下几个步骤(a)基于要被发送的报文大小和当前信道的调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间；(b)比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。
5.根据权利要求4所述的RTS-CTS握手机制的动态决策方法，其特征在于，在步骤(a) 中，通过以下公式计算发送时间发送时间=T^fi+PLCPifc+f[报文大小X8/单个符号比特数]Xt@，其中，Tt^s+,+是前导码和PLCP头的发送时间，f[]表示向上取整函数，是传输单个符号所需的时间。
6.根据权利要求4或5所述的RTS-CTS握手机制的动态决策方法，其特征在于，在步骤 (b)中，当发送时间小于或等于基准时间时，使用DATA-ACK机制发送报文；当发送时间大于基准时间时，使用RTS-CTS握手机制发送报文。
全文摘要
本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种无线通信领域的报文发送机制。本发明提供一种RTS-CTS握手机制的动态决策装置和及其决策方法，并且该装置包含大小记忆单元、速率适配单元、时间计算单元和决策单元，其中，大小记忆单元用于将要被发送的报文大小传递到时间计算单元，速率适配单元用于将当前信道的调制速率传递到时间计算单元，时间计算单元用于基于接收的所述报文大小和调制速率，计算发送所述报文所需的发送时间，并且将所述发送时间传递到决策单元，并且决策单元用于比较所述发送时间和RTS门限中预先设定的基准时间，并且根据比较的结果来判断是否采用RTS-CTS握手机制。
文档编号H04L1/16GK102571303SQ20121003045
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者李建国, 范成龙, 韦安营 申请人:北京傲天动联技术有限公司