專利名稱：一種中心控制的802.11無線網絡信道接入的方法
技術領域：
本發明是一種中心控制的802. 11無線網絡信道接入的方法，屬于計算機網絡與無線通信的交叉領域。
背景技術：
隨著無線通信技術的發展，人們的工作環境從固定走向了靈活，無線局域網在各個領域均得到了廣泛的使用。802. 11是目前最主流的無線局域網技術之一，它是由美國電氣電子工程師協會(IEEE)制定的，對無線局域網的物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)進行規范的國際標準。802. 11系列標準目前提供了兩種MAC訪問機制，分別是分布式協調功能(DCF， Distributed Coordination Function)禾口集中式協調功會邑(PCF, Point Coordination Function)，其中分布式協調功能是目前最廣泛使用的MAC訪問機制。分布式協調功能不采用任何的中心控制，而是讓每一個站點使用載波偵聽/沖突避免(CSMA/CA)機制的分布式接入方式，讓各個站點通過自由競爭來獲得信道的接入權。每個站點在打算接入時，需要首先通過對媒體進行一個固定時長(DCF inter-frame space, DIFS)的偵聽來進行一個信道可用評估(CCA)，若媒體狀態為空閑，這站點認為其可以擁有媒體并且開始一個幀交換。若媒體繁忙，這站點等待截止變為空閑狀態，后延DIFS時長，并進一步等待一個隨機回退時段。若媒體在DIFS后延以及回退時段期間保持空閑狀態，則站點認為其可以擁有媒體并且可以開始一個幀交換。DCF機制規定所有站點在接入媒體之前都要進行CCA,并且在媒體轉為空閑時，需要后延DIFS時長，然后再等待一個回退時段。此外，假如多個站點同時接入發生碰撞，則站點均需要采用回退機制，并且在下次接入時擴大隨機回退時長的取值區間
(競爭窗口，contention window, CW)，以此來減小再次發生碰撞的機率。因此，當站點數量增加、通信量增加的時候，DCF機制難以解決碰撞頻繁發生，回退時段不斷增加的問題，從而導致站點接入延時增加，信道利用率下降。

發明內容
技術目標本發明的目的是為了克服上述現有技術中的缺點，提供一種改進的中心控制802. 11信道接入的方法。本方法通過無線控制器(AP)集中管理和控制信道的接入， 在保證競爭的前提下，去除了站點(STA)隨機回退式的自由競爭，并且將不同的幀間距時長(IF。統一替換為短幀間距時長(SIFS)，減少幀傳輸之間的時延，提高信道利用的效率， 尤其是在多站點同時競爭信道時，避免碰撞的發生，優化了站點的接入，同時使站點免去了信道可用評估(CCA)的使用，降低了站點的能耗。使用條件在本發明的一種中心控制的802. 11無線網絡信道接入的方法中，當出現以下情況時，AP和站點啟用該方法1)當站點要進行持續地幀交換，或者傳輸超過一個傳輸機會(TXOP)，則站點在完成第一個幀交換后，或一個TXOP后，AP和站點啟用該方法；2)在一個基礎服務集(BSS)內，若有超過一個活躍的站點要同時進行幀交換，則 AP和站點啟用該方法。為了達到上述的目的，本發明采用如下技術方案在本發明的一種中心控制型 802. 11無線網絡信道接入的方法中，AP將建立一個站點信息競爭排列表，準備使用信道的站點向AP發送特定區間內的隨機數作為自己的競爭信息，AP通過記錄和排列這些競爭信息來組織站點進行信道接入。一種中心控制型802. 11無線網絡信道接入的方法，包括如下工作過程1)AP在周期性廣播的信標(Beacon)幀后，設置一個長度為DCF幀間距(DIFS)的接入時隙，所有新加入的站點可以在該DIFS時長的接入時隙內，向AP發送接入請求；2) AP在廣播完信標幀后，對所轄信道進行持續DIFS時長的偵聽，判斷是否有新加入的站點請求接入；3)新加入站點接收到信標(Beacon)幀后，不對媒體進行信道可用評估(CCA)，經過SIFS時隙后，直接向AP發送接入請求(RTQ幀來嘗試接入信道，此次接入為新加入站點的初始接入；4) AP偵聽到RTS幀后，向新加入站點回復一個改進型允許發送(eCTS)幀來告知對應的站點可以在接下來的時隙使用信道；5)新加入站點在接入信道后與AP進行數據交換，并通過附帶隨機數的數據幀交換來維護與AP的下一次通信；6)AP在競爭排列表內記錄隨機數，然后根據競爭排列表，確定下一個使用信道的站點，發送eCTS幀，告知站點在接下來的時隙使用信道，并確認(ACK)上一個站點的隨機數，同時，AP更新競爭排列表；7)對應的站點與AP進行數據交換，并通過附帶隨機數的數據幀交換來維護與AP 的下一次通信，直到完成所有數據的傳輸，從而結束通信，退出競爭排列表。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，在所述步驟(1)中，周期性廣播的信標(Beacon)具體為AP周期性廣播信標(Beacon)的間隔時長為20 1000ms，缺省值為100ms。在上述中心控制的802. 11無線信道接入方法中，在所述步驟(4)中的改進型允許發送(eCTQ幀具體為該幀是本方法新定義的幀，它作用于AP與STA之間，eCTS幀由AP 向站點發送，用來告知下一個可以使用信道的站點進行接入，確認(CRT字段)上一個站點發送的隨機數是否被AP正確接收，以及確認(ACK)上一個站點傳輸的數據幀。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，在所述步驟O)中，判斷是否有新加入的站點請求接入，依次經過以下步驟:AP在偵聽過程中，若接收到來自新加入站點的請求發送(RTQ幀后，則發送改進型允許發送(eCTQ幀，并優先讓新加入的站點進行下一次附帶隨機數的數據幀交換；若沒有接收到新加入站點的接入請求，則繼續按競爭排列表順序與排列表內站點進行幀交換。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述步驟(3)中，新加入站點向AP發送接入請求(RTQ幀來嘗試初始接入信道，依次經過一下步驟若站點接收到來自 AP發送的與自己對應的eCTS幀，則接入信道成功，新加入站點與AP進行第一次附帶隨機數的數據幀交換；若站點沒有接收到與自己對應的eCTS幀，則接入信道失敗，站點從區間
內選擇一個隨機回退數，并后延該數目對應個信標，再請求接入，站點重復步驟(3)直到完成接入。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述區間W，CW]具體指競爭窗口參數CW初始值取為3，在每次接入不成功時有效地翻一倍，直到15，(亦即3，7，15)并保持該值除非被重置為止，Cff在新加入站點成功接入后被重置。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述步驟( 中附帶隨機數的數據幀交換具體為站點每次進行數據交換時，在數據幀(或一個TXOP內的最后一個數據幀)后附帶發送一個在競爭窗口區間
內的隨機數，作為下次獲取信道使用權的
競爭信息。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述區間
具體指 該區間為一個固定區間，其中CWmax的取值為1023。準備接入媒體的站點從競爭窗口區間選取的隨機數，僅用作決定該站點在競爭排列表里的位置。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述步驟(6)中，AP更新競爭排列表，具體方法為AP在選出下一個使用信道的站點后，用競爭排列表中其余的隨機數減去該站點對應的隨機數，以完成更新。在上述的中心控制的802. 11無線信道接入方法中，所述步驟(7)后，AP若在站點幀交換結束后沒有收到隨機數，則清除站點在競爭排列表中的信息。有益效果采用了該中心控制的802. 11無線信道接入方法，在STA接入信道的過程中，既保證了競爭，義去除了 STA隨機回退的等待時隙，并且將不同的幀間距時長(IFS) 統一替換為短幀間距時長(SIFS)，減少幀傳輸之間的時延，提高信道利用的效率，尤其是在多站點同時競爭信道時，避免碰撞的發生，優化了 STA的接入，同時使STA免去了信道可用評估(CCA)的使用，降低站點能耗的。


圖1是本發明的中心控制型802. 11無線信道集中式接入方法的eCTS(改進型允許接入幀)的幀結構圖，其中CRT字段用于確認上一個站點的隨機數，RA字段是下一個允許接入信道的站點的地址，RA(ACK)字段用于確認上一個數據幀；圖2是本發明的中心控制型802. 11無線信道集中式接入方法的站點競爭接入權的示意圖，新接入STAl先完成一次數據傳輸后發送隨機回退數，其余STA根據AP中的競爭排列表順序依次獲得信道接入權，并在數據幀后發送隨機回退數；圖3是本發明的中心控制型802. 11無線信道集中式接入方法的站點競爭接入權的TXOP的使用示意圖，STAl在一個TXOP完成了所需數據的傳輸，STA2在一個TXOP內未完成所需數據的傳輸，則在TXOP內的最后一個數據幀后發送隨機回退數；圖4是本發明的中心控制型802. 11無線信道集中式接入方法的塊數據交換序列的示意圖，STAl在第一個TXOP內進行無需檢測碰撞的數據突發，若塊傳輸需要跨越多個 TXOP,則STA在最后的數據幀后發送隨機回退數；圖5是本發明的中心控制型802. 11無線信道集中式接入方法的流程圖。
具體實施例方式為了更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖1及圖4所示，為本發明所提供的一種中心控制的802. 11無線網絡接入的方法的一種幀交換序列和實施方式的流程圖。假設應用實例一個基于802. 11的無線網絡，所有STA都已與AP關聯，并且所有 STA都在同一個BSS集內，網絡剛剛完成初始化，AP的競爭排列表為空。其具體實施方式
描述如下1)AP檢查競爭排列表是否為空；2)AP周期(IOOms)地發送信標，然后等待DIFS時段，并在此時段內偵聽是否有來自待接入STA發送的RTS幀；3)某站點(STAl)準備發起通信，STAl不對信道進行CCA檢測，而是直接向AP發送RTS幀4) AP接收到來自STAl發送的RTS幀后，經過SIFS時段，AP發送eCTS (STAl)幀， 允許STAl進行幀交換；5) STAl接收到eCTS幀后，得知自己獲得信道接入權，等待SIFS時段后，開始幀交換，當完成第一個(TXOP)數據幀交換后，仍有待發數據，于是在最后一個數據幀后發送隨機回退數(如，317)；6) AP接收到來自STAl的數據幀以及回退數，建立競爭排列表；7)由于AP目前的競爭排列表中只有STA1，因此AP在間隔SIFS時段后，發送 eCTS (STAl)幀，對上一個數據幀及STAl的隨機回退數進行確認，并告知STAl允許接下來的信道接入；8) AP在與STAl通信的同時，確保周期地發送信標；9)若干時段后，STA2，STA3，· · ·，STAn(n = 2，3，. . .，1024)也分別開始進行數據交換；10) STA2等站點在AP廣播信標后采用初始接入的方式接入信道，并在完成第一次與AP的數據交換后向AP發送隨機回退數，加入AP的競爭排列表；11) AP根據競爭排列表，選出擁有回退數最小的STA進行下一次的信道接入，并在發送完eCTS幀后，更新競爭排列表，直到STA1，STA2，...，STAn (n = 1,2, ...，1024)全部完成數據發送，AP的競爭排列表為空，重復步驟(1)。采用了該發明的一種中心控制的802. 11無線網絡接入的方法，無線STA在接入信道前不再需要對媒體進行CCA檢測，而僅需通過偵聽eCTS幀，來確定是否獲得信道接入權， 媒體空閑后等待的DIFS時隙也被縮減為SIFS。此外，該方法改變了隨機回退數的性質，既去除了物理上的時間等待，又保留了競爭機制，同時因為競爭排列表的建立，完全避免了碰撞。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種中心控制的802. 11無線網絡接入的方法，所述的802. 11標準無線網絡包括無線接入點AP和若干無線站點STA，所述接入方法包括以下步驟1)AP周期性地發送信標幀，然后等待DIFS時段，并在此時段內偵聽是否有來自待接入 STA發送的RTS幀；2)新站點STAl準備發起通信，STAl不對信道進行信道可用評估CCA檢測，而是等待信標幀后的SIFS時段后向AP發送RTS幀；3)AP接收到來自STAl發送的RTS幀后，優先給予新接入站點一次數據幀交換的機會， 經過SIFS時段，AP發送改進型允許發送eCTS幀，允許STAl進行數據幀交換；4)STAl接收到eCTS幀后，得知自己獲得信道接入權，等待SIFS時段后，開始數據幀交換，當完成第一個TXOP數據幀交換后，若仍有待發數據，則在最后一個數據幀中攜帶隨機回退數；5)AP接收到來自STAl的數據幀以及隨機回退數，將STAl加入到競爭排列表中；6)AP選擇競爭排列表中擁有隨機回退數最小的STA進行下一次的數據交換，在間隔 SIFS時段后，發送eCTS幀，對上一個攜帶隨機回退數的數據幀進行確認，并告知所選擇的 STA進行數據幀交換，被選擇的STA接收到eCTS后等待SIFS時段，完成一次TXOP數據幀交換，若仍有待發數據，在最后一個數據幀中攜帶隨機回退數，AP接收到隨機回退數后更新競爭排列表，直到競爭排列表中的所有STA全部完成數據發送，AP的競爭排列表為空，重復步驟1)；7)若干時段后，STA2，STA3，.. .，STAn分別作為新站點按照STAl的方式執行步驟1)_5) 實現首輪數據幀的交換，此后在沒有新站點加入的情況下，按照步驟6)的方式進行后續數據幀的交換，其中，η表示網絡中的STA個數。
2.根據權利1要求所述的一種中心控制的802.11無線網絡接入的方法，其特征在于， STA只在首次接入信道時，發送RTS進行接入信道請求，STA只在接收到告知自己允許接入信道的eCTS幀后，才發送數據幀，如果未能接收到對應的eCTS幀，則采用回退的方式，等待下次接入時隙再發送RTS幀進行請求；STA在除了在獲得信道接入權以外的時段內，不進行信道競爭。
全文摘要
本發明涉及一種中心控制的802.11無線網絡信道接入的方法。該方法在保留競爭機制的前提下，將通過“隨機回退”接入信道的方式變為由無線控制器(AP)集中控制的方式，優化了信道接入過程中的以下幾個問題(1)去除了站點(STA)隨機回退的等待時間，并且將不同的幀間距時長(IFS)統一替換為短幀間距時長(SIFS)，減少了幀傳輸之間的時延，提高了信道的利用率，大大增加了系統的吞吐量；(3)在多站點同時競爭信道時，避免了碰撞的發生，降低了站點的接入延時，減少了站點的丟包率；(4)免去了站點對信道可用評估(CCA)的使用，降低了站點的能耗。
文檔編號H04W74/08GK102413582SQ201210006140
公開日2012年4月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉杰, 吳岳辛, 吳銳驍, 張曉瑩, 溫志剛, 范春曉, 鄒俊偉 申請人:北京郵電大學