CN101034925B - 一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法及设备。该方法包括：接入点确定当前与其关联的用户站点数量和其用于扫描的定向波束的宽度；接入点根据预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法；接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入。本发明的接入点设备包括：智能天线单元、确定单元、存储单元、处理单元及接入单元。利用本发明的方法或设备能够根据网络当前的业务负荷自适应地切换到当前性能最优的接入方法，从而可保证全网用户性能在各种业务负荷情况下都比较优越。

Description

一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法及设备

技术领域

本发明涉及无线局域网领域和智能天线领域，具体涉及一种无线局域网中支持智能天线应用的媒体接入控制方法及设备。

背景技术

无线局域网，作为一种无线数据网络解决方案，利用无线信号连接用户站点和接入点(Access Point，AP)。无线局域网中的接入点和用户站点一般都采用全向天线，在规定的发射功率下，接入点的覆盖范围小。

智能天线，可视为一种充分利用空间资源进行信号质量提高、干扰抑制(或消除)及自适应波束调整的机制。智能天线的一个显著优势在于距离扩展，当智能天线工作在波束形成模式时的波束这可使用户站点在离接入点更远处操作，而不必提高用户站点的上行发射功率或接入点的下行发射功率。

针对上述采用全向天线的无线局域网覆盖范围小的缺点，人们希望通过在无线局域网中使用智能天线来扩大无线局域网的覆盖范围，并对使用智能天线的接入点的应用及无线局域网中支持智能天线的媒体接入控制方法进行了研究。研究表明，配置了智能天线的接入点具有全向和波束形成(即定向)两种工作模式，利用其定向模式接入点能实现与其全向广播范围外的用户站点进行通信。关于无线局域网中支持智能天线的媒体接入控制方法，具体地，文献(李长乐，李建东，李波，张光辉，周雷，贺鹏，“有效支持智能天线在无线局域网中应用的新型多址接入协议”，《西安电子科技大学学报》，Vol.33，No.2，Apr.2006，pp.236-240，256)公开了采用全向传输期和定向传输期相结合的AP超帧结构，AP通过在全向传输期与全向广播范围内的用户站点的通信，在定向传输期与位于全向广播范围外的用户站点的通信来实现向位于AP定向传输范围内的所有用户站点提供接入。同时，该文献还公开了可使用如下四种无线局域网中支持智能天线应用的媒体接入控制方法来对位于AP定向传输范围内的所有用户站点提供接入：

(1)AP对在其全向广播范围内的用户站点采用在全向模式(简称o模式)下进行轮询的方式来提供接入，而对在其全向广播范围外但在其定向传输范围内的用户站点采用在定向模式(简称d模式，也可称为波束形成模式)下通过竞争交互分组的方法来提供接入的方法。该方法简称o/d(竞争)方法，也称全向轮询/定向竞争接入方法，竞争表明AP和其广播范围外的用户站点通过竞争方法进行通信。

(2)AP对其全向广播范围内部的用户站点采用在全向模式下进行轮询的方法提供接入，对其全向广播范围外部的用户站点采用在定向模式下进行轮询的方法提供接入，也就是每次和广播范围外部站点通信时首先采用定向波束扫描整个空间找到该用户站点，然后向用户发送数据分组并接收用户的上行数据分组，简称为o/d(轮询)方法，也称为全向轮询/定向轮询接入方法。

(3)AP不区分用户的位置，对位于其定向传输范围内的全部用户站点采用在定向模式通过竞争交互数据分组的方式提供接入，也就是AP通过定向波束扫描整个空间，波束范围的所有站点竞争发送数据分组，简称为d/d(竞争)方法，也称为定向竞争/定向竞争接入方法。

(4)AP不区分用户的位置，对位于其定向传输范围内的全部用户站点采用在定向模式下进行轮询的方式提供接入，即对位于其定向传输范围内的全部用户站点都先通过定向波束扫描整个空间找到该用户站点，然后再和该用户站点交互数据分组，简称为d/d(轮询)方法，也称为定向轮询/定向轮询接入方法。

其中的o/d(竞争)接入方法和o/d(轮询)接入方法可通过采用全向传输期和定向传输期相结合的AP超帧结构来实现。

同时，该文献还通过仿真对比了采用这四种接入方法时全网用户的性能。在不同业务负荷的情况下，四种接入方法的性能不同。其中，在重业务负荷的情况下时使用o/d(竞争)方法能使网络具有优越的性能，但是，该方法却不能保证在网络业务轻负荷情况下的性能。而在网络业务轻负荷的情况下如网络中的用户站点数小于34时，d/d(轮询)的方法性能较佳。但是，上述任何一种接入方法都无法保证全网用户的性能在各种业务负荷情况下都比较优越。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一目的在于提供一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法，本发明的第二目的在于提供一种接入点设备，以保证全网用户性能在各种业务负荷情况下都比较优越。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法，包括：

无线局域网的接入点确定当前与其关联的用户站点数量和其用于扫描的定向波束的宽度；

无线局域网的接入点根据预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法，其中，评估所述性能的指标包括平均时延和通过量；

无线局域网的接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入。

一种接入点设备，其特征在于，该接入点设备设于无线局域网中，包括：智能天线单元、确定单元、存储单元、处理单元及接入单元，其中，

智能天线单元，用于以预定的波束宽度发射连续的定向波束扫描网络空间；

确定单元，用于确定当前与接入点设备关联的用户站点数量和所述智能天线单元用于扫描的定向波束的宽度；

存储单元，用于存储预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系；

处理单元，用于根据所述确定单元确定的用户站点数量和定向波束宽度、以及所述存储单元中存储的所述对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法，其中，评估所述性能的指标包括平均时延和通过量；

接入单元，用于利用所述处理单元选择的接入方法向用户站点提供接入。

由此可见，本发明具有以下优点：

当网络的业务负荷变化时，本发明的媒体接入控制方法可以根据预先建立的业务负荷与性能最优的接入方法之间的对应关系，自适应地切换到在该变化后的业务负荷下性能最优的接入方法，从而可保证全网用户性能在各种业务负荷情况下都比较优越。

附图说明

图1是现有技术的一个BSS的网络模型图；

图2是现有技术的BSS中AP与用户站点形成的无线局域网覆盖范围的示意图；

图3是本发明媒体接入控制方法的实施例1的流程图；

图4是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP利用轮询的方式提供接入的流程图；

图5是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP利用竞争的方式提供接入的流程图；

图6是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP在定向模式下采用竞争方式向用户站点提供接入的协议结构图；

图7是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP在定向模式下采用竞争方式向用户站点提供接入的流程图；

图8是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP在定向模式下采用轮询方式向位于当前定向波束范围内的目的用户站点提供接入的流程图；

图9是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP在全向模式下采用轮询方式向位于全向广播范围内的目的站点提供接入的流程图；

图10是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，AP在全向模式下采用轮询方式向位于全向广播范围内的目的站点提供接入的协议结构图；

图11是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，一种用于实现o/d(竞争)接入方法的全向传输期和定向传输期相结合的超帧结构图；

图12是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，一种用于实现o/d(竞争)接入方法的全向传输期的典型帧结构图；

图13是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，一种用于实现o/d(竞争)接入方法的定向传输期的典型帧结构图；

图14是在本发明媒体接入控制方法的实施例1中，一种用于实现o/d(竞争)接入方法的竞争分解区间的时隙结构图；

图15为本发明媒体接入控制方法的实施例2的流程图；

图16是本发明接入点设备实施例1的基本结构示意图；

图17是本发明接入点设备实施例2的一种具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法，其核心思想是：接入点根据当前网络中与其关联的用户站点数量和其用于扫描网络空间的定向波束的宽度，及预先建立的用户站点数量和定向波束的宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系来自适应地将当前的接入方法切换到在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法。

可见，在本发明中，接入点并不固定采用某种接入方式向用户站点提供接入，而是根据当前网络中与接入点关联的用户站点数量和采用的定向波束的宽度来自适应的切换当前性能最优的接入方法，从而可保证全网用户性能在各种业务负荷情况下都比较优越。用户站点使用普通全向天线，AP配置单波束智能天线，

本发明可应用在无线局域网的一个基本服务集(BSS)中。图1示出了现有技术的一个BSS的网络模型图，如图1，一个BSS包括：一个接入点(AP)和若干用户站点(STA)。在本实施例中，所有用户站点与AP使用相同的频率，采用时分双工方式进行通信。其中，AP配置智能天线，其具有全向和定向两种工作模式，用户站点可使用普通全向天线或智能天线。AP全向广播范围由天线阵列全向模式的最大发送功率电平确定。根据系统瞬态拓扑结构，用户站点驻留在AP全向广播范围内部或外部。图2是现有技术的BSS中，AP与用户站点形成的无线局域网覆盖范围的示意图。如图2，AP的定向工作模式可形成一个波束，其通信距离Rs超出其全向模式的广播距离Rc。

实施例1：

在本实施例中，用户站点使用普通全向天线，AP配置单波束智能天线，AP形成的单波束经过B次连续扫描可全部覆盖整个周围空间。

图3是本发明方法实施例1的流程图。参见图3，本实施例的支持智能天线的媒体接入控制方法包括如下步骤：

步骤101，接入点确定当前与其关联的用户站点数量和用于扫描的定向波束的宽度。

在实际的业务实现中，在各个用户站点的关联阶段(即用户站点和接入点之间进行映射以启动用户站点接入网络的过程)完成后，AP可统计网络中所有注册的(即所有与接入点关联的)用户站点数量N。而对于定向波束宽度，AP配置了智能天线后，波束宽度即是AP的一个性能参数，具体实现中，AP可通过通信原语获得该参数的信息。

步骤102，接入点根据预先建立的、用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法。

在实际的业务实现中，该预先建立的对应关系可预先设置在AP中。可以但不作为限制的，该对应关系的实现形式可以是存储在AP中的列表，该列表包含预定数值的用户站点数量、预定数值的定向波束宽度、及该预定数值的用户站点数量和定向波束宽度所对应的性能最优的接入方法。接入点通过查表即可获得对应于当前的用户数据站点数量和定向波束宽度的性能最优的接入方法。

在本实施例的具体实现中，接入点从如下四种能实现向接入点定向传输范围内的所有用户站点提供接入的方法中选择性能最优的接入方法，并利用仿真比较这四种接入方法的性能，其中，示例性地，选择用了评估的性能指标是全部站点数据分组的平均时延和网络归一化通过量。然后根据比较的结果建立进行自适应切换时需要的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系。这四种接入方法在背景技术中已有介绍，具体是：

(i)AP对位于其全向广播范围内的用户站点采用全向模式轮询的方式提供接入，对位于其全向广播范围外而位于其定向传输范围内的用户站点采用在定向模式下竞争的方式提供接入的接入方法，即o/d(竞争)方法。

(ii)AP对位于其全向广播范围内的用户站点采用全向模式轮询的方式提供接入，对位于其全向广播范围外而位于其定向传输范围内的用户站点采用定向模式轮询即波束形成模式轮询的方式提供接入的接入方法，即o/d(轮询)方法。

(iii)AP不区分用户的位置，对位于其定向传输范围内的所有用户站点都采用在定向模式下竞争的方式提供接入的接入方法，即d/d(竞争)方法。

(iv)AP不区分用户的位置，对位于其定向传输范围内的所有用户站点都采用定向模式轮询的方式提供接入的接入方法，即d/d(轮询)方法。

在本发明的实施例中，通过仿真评估上述四种接入方法的性能。在具体实现中，可以采用但不限于如下仿真模型和仿真参数：

AP配置单波束天线，网络中与AP关联的全部用户站点数量是N，均匀分布在AP的周围(每次仿真中全部用户都以等概率分布在每个波束范围内)，AP全向广播范围和定向传输范围半径比值为1.5，则驻留在AP广播范围内的用户数是0.44N，驻留在AP广播范围外的用户数是0.56N。

在本实施例中的仿真中，假定用户的分组都是发往局域网之外的，即假定用户的分组都是发给AP中转的，而下行业务由AP随机选择用户进行发送。业务分组从高层到MAC层的到达过程为泊松过程。每个站点的分组到达率假设相同，平均每秒到达λ个分组。AP的分组到达率为平均每秒到达N·λ个分组，每个到达分组随机选择一个用户作为目的站点。仿真在VisualC++6.0环境下实现。

为了保证仿真结果的通用性和一致性，在本实施例的仿真中采用的仿真参数与IEEE 802.11a国际标准中的参数完全一致，如表1所示。

参数	缺省值	参数	缺省值
				Channel Rate	24Mbps	B(Beam number)	8
Slot Time	9μs	λ	22
				SIFS Time	16μs	Packet payload length	1200 octets
PIFS Time	25μs	MAC header	28 octets
				DIFS Time	34μs	PHY header	24 octets
Propagation delay	1μs	O_Beacon length	160 octets
				N	40	D_Beacon length	40 octets

表1

表2及表3示出了本实施例仿真的部分结果，列出了当网络中与AP关联的用户站点数量N从20变化到40，采用的智能天线的波束宽度分别为：δ＝90°(对应的波束数量为：B＝4)、δ＝45°(对应的波束数量为：B＝8)及δ＝30°(度对应的波束数量为：B＝12)时，利用上述的四种接入方法全部站点数据分组的平均时延和网络归一化通过量。如表2所示，当N＝20～32，B＝4，B＝8或B＝12时，(iii)d/d(竞争)接入方法的性能最优，即平均时延最小，通过量最高。当N＝34，B＝4时，(i)o/d(竞争)接入方法的平均时延最小，通过量最高，即性能最优。类似的，可以获得当N，B为其它的情况时对应的四种接入方法中性能最优的接入方法。

从而，根据表2、及表3的内容，可以建立网络中的用户站点数量和采用的智能天线的定向波束宽度这两个参数与最优的接入方法之间的对应关系，具体参见表4。如表4所示，其中N表示网络中与AP关联的用户站点数量，B表示可以覆盖全部空间的连续波束数量(B＝360°/δ，δ为定向波束宽度)N＝20，B＝4时对应(iii)d/d(竞争)接入方法，即当网络中的用户站点数量为20，采用的定向波束宽度为360°/4即90°时d/d(竞争)接入方法性能最优；类似地，当网络中的用户站点数量为34，采用的定向波束宽度为90°时o/d(竞争)接入方法性能最优；当网络中的用户站点数量为40，采用的定向波束宽度为90°时o/d(轮询)接入方法性能最优；当网络中的用户站点数量为40，采用的定向波束宽度为360°/8即45°时o/d(竞争)接入方法性能最优。

根据本实施例，当AP确定当前的用户站点数量N＝32，当前采用的定向波束数量为B＝4时，接入网根据表4所示出的对应关系，选择采用(iii)d/d(竞争)接入方法进行接入。

根据本实施例可知，AP配置的智能天线的波束宽度可以是变化的也可以是固定的。当智能天线的波束宽度可变时，本发明的方法可以根据不同的波束宽度和网络站点规模进行接入方法的切换；当智能天线的波束宽度固定时，则本发明中的方法仅根据网络站点规模进行自适应切换。

其中，本实施例中用于建立网络中的用户站点数量和采用的智能天线的定向波束宽度这两个参数与最优的接入方法之间的对应关系的仿真方法只是示例性的，并不用于作为对本发明的限制。

表2

表3

(i)：o/d(竞争)；(ii)：o/d(轮询)；(iii)：d/d(竞争)

表4

在本发明的实施例中，参照表4，d/d(轮询)的方法由于始终性能比其它的方法差，所以未被使用过。

在本实施例中，当波束宽度固定不变时，用户站点数量与性能最优的接入方法之间的对应关系包括：

在网络中的用户站点数量较少的情况下，即用户站点数量小于预设的第一阈值时，由于竞争方法可以有效获得比较小的时延，所以不区分广播范围内外的d/d(竞争)接入方法性能最优；随着站点数量增加，增加到大于等于第一阈值但小于第二阈值时，竞争方法性能接近饱和，时延性能开始恶化，此时需要区分站点分布在AP的广播范围内部或者外部以减少参与竞争的站点数量，此时o/d(竞争)接入方法性能最优；如果网络站点数量继续增加，增加到大于等于第二阈值时，即便区分站点的位置，竞争方法依然接近饱和，性能依然恶化，在这种情况下，时延可控的基于轮询的方法性能比竞争方法更优，此时o/d(轮询)接入方法最优。简单地说，在波束数量固定的情况下，随着站点数量的增加，AP将按如下的顺序切换接入方法：d/d(竞争)→o/d(竞争)→o/d(轮询)，也就是(iii)→(i)→(ii)。在本实施例中，B＝4时，第一阈值为34，第二阈值为40；B＝8时，第一阈值为36；B＝12时，第一阈值为38。

根据本实施例，在网络中的用户站点数量不变的情况下，随着B的增加，一个波束范围内参与竞争的站点数量减少，因此可以在存在更多站点的情况下采用基于竞争的方法，也就是推迟自适应方法中根据站点数量对不同接入方法之间进行切换的切换点，即随着B的增加，其对应的用户站点数量切换的第一阈值和第二阈值也相应地增加。在本实施例中，当B从4、8增加到12时，接入方法从(iii)切换到(i)对应的站点数量分别为34、36增加到38。

步骤103，接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入。

接入点在步骤102中从上述四种接入方法中选择了当前最优的接入方法后，在本步骤中利用选择的接入方法向用户站点提供接入。具体地，接入点可通过不同的信标帧来通知周围用户站点接入网络，信标帧包含目的站点地址则为无竞争的轮询方法，否则为竞争方法。根据选择的接入方法，信标帧可以是全向信标帧和定向信标帧或只包括定向信标帧。全向信标帧只能和全向广播范围内部用户站点通信，定向信标帧可以通知定向波束范围内的全部用户站点。位于AP全向广播范围内的用户站点只对全向信标帧进行响应。

下面对如何在实际的业务中实现上述四种可向位于接入点定向传输范围内的所有用户站点提供接入的接入方法进行说明。

在实际的业务实现中，使用智能天线后，AP可以采用竞争的方式和轮询的方式即非竞争的方式向周围的用户站点提供接入。

图4是本发明方法的实施例中，AP利用轮询方式提供接入的流程示意图。如图4，AP利用轮询的方式提供接入的方法包括：

步骤201，AP首先发送一个包含目的站点地址的轮询消息。

步骤202，目的站点接收该轮询消息，并于收到这个消息后立刻发送一个上行分组响应这个轮询。

图5是本发明方法的实施例中，AP利用竞争方式提供接入的流程示意图。如图5，AP利用竞争的方式提供接入的方法包括：

步骤301，AP发送一个不包含任何特定目的地址信息的特殊轮询分组。

步骤302，多个用户站点接收该特殊轮询分组，并同时进行响应，它们的响应在AP处发生碰撞。

步骤303，AP启动碰撞分解机制来获得所有上行分组。

图6是在本发明方法的实施例中，AP在定向模式下采用竞争方式向用户站点提供接入的协议结构图。如图6，AP形成连续的定向波束扫描整个空间，从波束Beam₁开始，确定一个波束内的全部用户通信结束后继续下一个波束的扫描，直至波束Beam_B(B为波束数量)。竞争方式中上行、下行是分开的，即不管AP或者用户站点每次发送成功一个数据分组都需要应答分组确认。如图6，AP每个波束扫描期包括：上行链路期ULP和下行链路期DLP，ULP又包括多个竞争分解区CRI。其中，每一次碰撞分解过程称为一个竞争分解区。图7是本发明方法的实施例中，AP在定向模式下采用竞争方式向用户站点提供接入的流程示意图。如图7，AP在定向模式下采用竞争方式向用户站点提供接入的方法包括：

步骤501，AP发送不包含目的站点地址的定向信标帧(D_Beacon)进行初始化。

步骤502，该波束内的所有业务站点立刻开始竞争响应，进入上行链路期ULP。

步骤503，AP判断是否多个用户站点的响应在AP处发生碰撞；如果是，则执行步骤504；否则，执行步骤505。

步骤504，AP启动碰撞分解过程分开一个波束范围内的用户站点之间的响应；然后执行步骤505。

在本步骤中，可以采用以固定重传概率p重传碰撞分组的方法、树型分解算法、先到先服务分解算法或混合分解算法等来对碰撞分组进行分解。其中，每一次碰撞分解过程称为一个竞争分解区间CRI。

步骤505，判断AP是否要发送下行业务；如果是，则执行步骤506；否则，执行步骤507。

步骤506，AP依次向波束范围内每个站点发送一个下行数据分组；发送完后执行步骤507。

步骤507，AP发送一个定向结束帧来结束本波束范围内的数据通信过程。

步骤508，AP开始下一个波束的扫描，重复执行步骤501-507，直至覆盖整个空间。

图8是AP在定向模式下采用轮询方式向位于当前定向波束范围内的目的用户站点提供接入的流程示意图。如图8，AP在定向模式下采用轮询方式向目的用户站点提供接入的方法包括：

步骤601，AP发送包含目的站点地址的定向信标帧。

步骤602，AP判断其是否收到来自目的站点的响应；如果是，则执行步骤604，否则，执行步骤603。

在本步骤中，如果目的站点位于当前波束范围内时，其响应AP发出的定向信标帧；如果目的站点不在当前波束范围内时，AP将接收不到任何信息。

步骤603，AP继续扫描下一个波束范围，直到找到目的站点。然后，执行步骤604。

步骤604，AP继续扫描轮询列表中的下一个目的站点。

图9是在本发明中，AP在全向模式下采用轮询方式向位于全向传输范围内的目的站点提供接入的流程示意图。图10是在本发明的实施例中，AP在全向模式下采用轮询方式向位于全向传输范围内的目的站点提供接入的协议结构图。如图9，AP在全向模式下采用轮询方式向位于全向传输范围内的目的站点提供接入的方法包括：

步骤701，AP发送包含目的站点地址的全向信标帧。

步骤702，AP向目的站点发送无数据的轮询分组、数据分组或者数据与轮询的复合分组。

步骤703，目的用户站点接收到来自AP的轮询分组后，发送响应分组至AP；在本步骤中，响应分组可以是无数据的轮询应答分组ACK、或者数据与应答的复合分组Data+ACK；或者，如果目的站点没有数据要发送，其还发送一个无数据的空帧回送给AP。

步骤704，AP接收到来自目的站点的响应分组后，发送回执通知目的站点该上行分组已被正确接收。在本步骤中，AP接收到来自目的站点的响应分组后，可以向另一个站点发送Data+ACK+Poll分组，其中ACK用来应答前一次AP收到的数据分组。

步骤705，AP将继续向轮询列表中的下一个站点发送轮询分组、数据分组或者数据与轮询的复合分组，并重复执行步骤703-704，直至轮询完列表中的所有站点。

如果AP发送的全向信标帧中的目的用户站点不在当前的全向广播范围内，则AP将不能接收到任何来自该站点的响应分组，AP将继续向轮询列表中的下一个目的站点发送轮询分组、数据分组或者数据与轮询的复合分组。

对于o/d(竞争)方法，AP可利用全向传输期和定向传输期相结合的超帧结构，在全向传输期利用上述的AP在全向模式下的轮询方式向全向广播范围内的用户站点提供接入，在定向传输期利用上述的AP在定向模式下的竞争方式向位于全向广播范围外的用户站点提供接入。

具体的，下面给出实现o/d(竞争)方法的一个例子。

图11是一种AP产生的全向传输期和定向传输期相结合的超帧结构图。如图11，该超帧分为两部分：实现全向广播范围内通信的全向传输期OTP和实现全向广播范围外通信的定向传输期DTP。OTP循环间隔的持续时间是一项可管理的参数，其决定了OTP出现的频率。在一个循环间隔内，部分时间分配给全向广播范围内的用户，余下时间分配给全向广播范围外的用户。OTP循环间隔由AP发送的全向信标帧(O_Beacon)初始化，O_Beacon的一个主要功能是同步和定时。AP来决定任意循环间隔内OTP的工作时间，OTP的最大持续时间定义为参数OTP_Max，如果业务量很轻，AP可以缩短OTP而把更多的时间留给DTP。

在全向传输期的起始处，AP发送一个O_Beacon进行初始化，然后开始进行无竞争的发送，包括无数据的轮询帧、数据帧或者数据与轮询的复合帧。图12示出了一种全向传输期的典型帧结构，其中D代表AP发送的下行数据帧，U代表用户发送的上行数据帧，ACK表示对数据帧的应答，Poll表示AP对用户的轮询。一个站点接收到来自AP的轮询帧后开始响应，响应帧可以是无数据的轮询应答帧ACK或者数据与应答的复合帧Data+ACK。如果AP接收到一个站点的Data+ACK，AP可以向另一个站点发送Data+ACK+Poll帧，其中ACK用来应答前一次AP收到的数据帧。在AP和站点之间发送轮询、应答和数据的复合帧旨在提高通信的效率。如果AP发送一个轮询帧Poll而目的站点没有数据要发送，则目的站点发送一个无数据的空帧(Null)回送给AP。如果AP没有收到数据帧的应答ACK，则AP继续向轮询列表中的下一个站点进行发送。如果全向传输期业务结束(轮询列表已被清空)或者全向传输期传输时间达到最大值OTP_Max，AP通过发送一个全向结束帧(O_End)来立即中止全向业务的传输。

在全向传输期采用的轮询机制描述如下。在每个OTP的起始时刻，AP把所有的广播范围内站点加入到轮询列表中，然后，AP按照轮询列表的顺序依次发送Poll帧轮询每个站点。当AP轮询一个站点时，AP如果有下行数据Data向站点发送，可以以Data+Poll的复合帧形式发送轮询帧。在本轮询机制中，AP给每一个站点提供一个计数器添加到轮询列表中。在每个OTP的起始时刻，所有站点的计数器值设置为0。在OTP期，AP每向一个站点发送Poll帧而站点回应AP一个空帧，则AP把对应的站点计数器值加1。当计数器值到达一个预定值(称为K，即一个站点经过K次轮询都没有数据要发送或者接收)，AP把相应的站点从轮询列表中删除。当所有站点从轮询列表中被删除或者定时已到OTP最大持续时间OTP_Max的时候，AP保存最后一次轮询站点的信息。然后，在下一个OTP期，AP再次把广播范围内所有的站点添加到轮询列表中，并从上一次最后轮询到的站点继续开始轮询。此外，除上述基于计数器的轮询方法外，还可采用其它能实现同样功能的轮询方法，如IEEE802.11协议中未明确定义的点协调功能(PCF)的轮询方法。

在定向传输期，AP形成连续的定向波束扫描整个空间，确定一个波束内的全部用户通信结束后继续下一个波束的扫描。如图13，示出了一种定向传输期的典型帧结构图。定向传输期中上行、下行是分开的，即不管AP或者站点每次发送成功一个数据帧都需要应答帧确认。在每个波束定向传输期的起始处，AP发送一个定向信标帧(D_Beacon)进行初始化，此波束内的有业务站点立刻开始竞争响应，进入上行链路期(uplink period，ULP)。如果超过一个用户同时响应，则在AP处发生碰撞，AP然后启动碰撞分解过程分开用户之间的响应并确保上行链路通信成功，每一次碰撞分解过程称为一个竞争分解区间(contention resolution interval，CRI)，其详细碰撞分解过程将在下面叙述。一个波束范围内的碰撞分解成功以后，ULP结束。如果AP有下行业务要发送，则进入下行链路期(downlink period，DLP)，AP依次向波束范围内每个站点发送一个下行数据帧。下行通信结束后，AP发送一个定向结束帧(End)来结束本波束范围内的数据通信过程，至此一个波束内的定向通信过程结束，然后开始下一个波束范围内的定向传输，直到DTP终止，AP记录此时的波束信息，在下一个DTP期，AP从上一次最后扫描到的波束继续开始扫描整个空间。如果整个空间扫描结束后DTP还没有结束，则重新开始从第一个波束进行扫描。

图14是一种竞争分解区间(contention resolution interval，CRI)的一种时隙结构图。如图14所示，每个CRI包含L个竞争时隙。在一个CRI开始时，AP定向发送一个定向信标帧(D_Beacon)，其中不包含任何用户地址，当前波束内的每一个有上行业务的用户都立刻响应一个数据帧，其中包含前导序列和用户地址。如果仅有一个用户发送上行数据，则AP能正确接收并通过前导序列获得用户的空间特征，这时AP向用户发送应答消息(ACK)通知已经接收成功。但是，如果波束范围内有多个用户，则它们的上行数据在AP处发生碰撞，AP将不能发送ACK消息，用户即知道发生碰撞然后继续下一次竞争。采用一种简单的方法可以进行碰撞分解：每个碰撞用户在CRI后续L个时隙中以概率p进行重传，如果一个时隙中仅有一个用户发送则这个用户分解成功，然后AP发送ACK消息向用户通知成功，这将推迟用户在下一个时隙的发送；如果在D_Beacon后没有用户发送上行数据帧，则AP认为当前波束内没有用户或者全部用户已经在此前的时隙中分解，然后AP结束上行链路期ULP的传输；如果一个CRI超时，则AP开始下一个CRI并再次发送一个D_Beacon；重复这样的过程，直到AP被指示当前波束内的所有用户都成功分解。在图14中，L为6，两个用户进行竞争，第一个时隙碰撞，后续3个时隙空闲，最后两个时隙成功传输，经过两个CRI后AP知道碰撞被成功分解。

在本接入方法中，信标帧(Beacon)有两种，分别是全向信标帧(O_Beacon)和定向信标帧(D_Beacon)。用户站点需要区分接收到的信标帧是哪种类型，如果能收到O_Beacon，说明站点处于AP广播范围内部，可以忽略接收到的D_Beacon；否则，说明站点处于AP广播范围外部，如果站点有业务要发送，则要响应D_Beacon，因为这标志着一个波束范围内竞争期的开始。

对于o/d(轮询)方法，参照上述o/d(竞争)方法的实现，AP可利用全向传输期和定向传输期相结合的超帧结构，在全向传输期利用上述的AP在全向模式下的轮询方式向全向广播范围内的用户站点提供接入，在定向传输期利用上述的、AP在定向模式下的轮询方式向位于全向广播范围外的用户站点提供接入。

对于d/d(竞争)方法，AP可利用上述的AP在定向模式下的竞争方式及参照上述竞争分解区间的时隙结构向位于定向传输范围内的所有用户站点提供接入。

对于d/d(轮询)方法，AP可利用上述的AP在定向模式下的轮询方式向位于定向传输范围内的所有用户站点提供接入。

实施例2：

图15是本发明实施例2的流程图。参见图15，本实施例的支持智能天线的媒体接入控制方法包括如下步骤：

步骤1301，接入点确定当前与其关联的用户站点数量和当前其用于扫描的定向波束的宽度。

步骤1302，接入点根据预先建立的、用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法。

步骤1303，接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入。

步骤1304，在接入点和用户站点通信的过程中，接入点判断当前网络中与其关联的用户站点数量和其采用的波束宽度这两个参数中是否至少一个发生变化；如果是，则执行步骤1305；否则，转入步骤1303，接入点保持采用当前的接入方法向用户站点提供接入。

步骤1305，接入点判断当前采用的接入方法是否为：与变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法；如果是，则转入步骤1303，接入点保持采用当前的接入方法向用户站点提供接入；否则，执行步骤1306。

步骤1306，接入点根据预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系切换到与变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法。

本实施例的步骤1301～步骤1303与实施例1的步骤101～103相同。在本实施例的具体实现中，在AP与用户站点的通信过程中，如有新站点加入，AP可通过站点的关联获得站点的注册信息，由此得知N增加；如果有站点退出，AP对退出站点的轮询将会没有响应，从而得知N减小。在下一个信标帧中，AP将根据变化后的N来自适应切换接入策略，如此循环。

另外，本发明还提出了一种接入点设备。图16是本发明接入点设备实施例1的基本结构示意图。参见图16，本发明接入点设备的基本结构包括：智能天线单元、确定单元、存储单元、处理单元及接入单元，其中，智能天线单元，用于以预定的波束宽度发射连续的定向波束扫描网络空间；确定单元，用于确定当前与接入点设备关联的用户站点数量和所述智能天线单元用于扫描的定向波束的宽度；存储单元，用于存储预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系；处理单元，用于根据所述确定单元确定的用户站点数量和定向波束宽度、以及所述存储单元中存储的所述对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法；接入单元，用于利用所述处理单元选择的接入方法向用户站点提供接入。

图17是本发明接入设备实施例2的结构示意图。参见图17，较佳地，该处理单元进一步包括：切换单元，用于判断与接入点设备关联的用户站点数量和所述智能天线单元用于扫描网络空间的定向波束宽度这两个参数中是否至少一个发生变化；如果是，则进一步判断当前采用的接入方法是否为：与变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法，如果是，则接入点保持当前的接入方法，否则，接入点根据所述用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，切换到与所述变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持智能天线应用的媒体接入控制方法，其特征在于，该方法包括：

无线局域网的接入点确定当前与其关联的用户站点数量和其用于扫描的定向波束的宽度；

无线局域网的接入点根据预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法，其中，评估所述性能的指标包括平均时延和通过量；

无线局域网的接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系预先设置在所述接入点中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户站点数量及定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系的实现形式为：包含预定数值的用户站点数量、预定数值的定向波束宽度、及该预定数值的用户站点数量和定向波束宽度所对应的性能最优的接入方法的列表。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

在所述接入点与用户站点进行通信的过程中，接入点判断与其关联的用户站点数量和其用于扫描的定向波束的宽度这两个参数中是否至少一个发生变化；如果是，则接入点进一步判断当前采用的接入方法是否为：与变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法，如果是，则接入点保持当前的接入方法，否则，接入点根据所述用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，切换到与所述变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法。

5.根据权利要求1-4中任一权项所述的方法，其特征在于，所述性能最优的接入方法选自如下的接入方法：

接入点对位于其全向广播范围内的用户站点采用在全向模式下轮询的方式提供接入，对位于其全向广播范围外而位于其定向传输范围内的用户站点采用在定向模式下竞争的方式提供接入的全向轮询/定向竞争接入方法；

接入点对位于其全向广播范围内的用户站点采用在全向模式轮询的方式提供接入，对位于其全向广播范围外而位于其定向传输范围内的用户站点采用在定向模式下轮询的方式提供接入的全向轮询/定向轮询接入方法；

接入点对位于其定向传输范围内的所有用户站点采用在定向模式下竞争的方式提供接入的定向竞争/定向竞争接入方法；

接入点对位于其定向传输范围内的所有用户站点都采用在定向模式下轮询的方式提供接入的定向轮询/定向轮询接入方法。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于固定大小的定向波束宽度，所述用户站点数量与性能最优的接入方法之间的对应关系包括：

当所述用户站点数量小于预设的第一阈值时，所述定向竞争/定向竞争接入方法性能最优；

当所述用户站点数量大于等于预设的第一阈值且小于预设的第二阈值时，所述全向轮询/定向竞争接入方法性能最优；

当所述用户站点数量大于所述预设的第二阈值时，所述全向轮询/定向轮询接入方法性能最优；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入点利用所述选择的接入方法向用户站点提供接入的步骤包括：所述接入点发送信标帧通知用户站点接入网络。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述接入点对位于其全向广播范围内的用户站点采用全向模式的方式提供接入，并对位于其全向广播范围外而位于其定向传输范围内的用户站点采用定向模式的方式提供接入时，所述接入点发送信标帧通知用户站点接入网络的步骤包括：

接入点发送全向信标帧通知其全向广播范围内的用户站点接入网络；及

接入点发送定向信标帧通知其定向广播范围内的用户站点接入网络；

当所述接入点对位于其定向传输范围内的所有用户站点采用定向模式的方式提供接入时，所述接入点发送信标帧通知用户站点接入网络的步骤包括：

接入点发送定向信标帧通知其定向广播范围内的用户站点接入网络。

9.一种接入点设备，其特征在于，该接入点设备设于无线局域网中，包括：智能天线单元、确定单元、存储单元、处理单元及接入单元，其中，

智能天线单元，用于以预定的波束宽度发射连续的定向波束扫描网络空间；

确定单元，用于确定当前与接入点设备关联的用户站点数量和所述智能天线单元用于扫描的定向波束的宽度；

存储单元，用于存储预先建立的用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系；

处理单元，用于根据所述确定单元确定的用户站点数量和定向波束宽度、以及所述存储单元中存储的所述对应关系，选择采用在当前的用户站点数量和定向波束宽度下性能最优的接入方法，其中，评估所述性能的指标包括平均时延和通过量；

接入单元，用于利用所述处理单元选择的接入方法向用户站点提供接入。

10.根据权利要求9所述的接入点设备，其特征在于，所述处理单元进一步包括：切换单元，用于判断与接入点设备关联的用户站点数量和所述智能天线单元用于扫描网络空间的定向波束宽度这两个参数中是否至少一个发生变化；如果是，则进一步判断当前采用的接入方法是否为：与变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法，如果是，则接入点保持当前的接入方法，否则，接入点根据所述用户站点数量和定向波束宽度这两个参数与性能最优的接入方法之间的对应关系，切换到与所述变化后的用户站点数量和定向波束宽度相对应的性能最优的接入方法。

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