CN101300804B - 防止无线局域网中的多个站彼此冲突的介质访问设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种防止共存有多个高吞吐量(HT)站和多个802.11旧有站的无线局域网(WLAN)中的多个站彼此冲突的方法和设备。该方法包括：通过将指示在确认(ACK)帧的接收结束之前介质不可用的信息插入到具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式的物理层(PHY)头，来生成具有高吞吐量格式的数据帧；发送所述数据帧；发送复位帧，所述复位帧对多个已监听到所述数据帧的站的网络分配矢量(NAV)进行复位，并且所述复位帧具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式。该设备包括：数据帧生成单元、复位帧生成单元和发送单元。

Description

防止无线局域网中的多个站彼此冲突的介质访问设备和方法
技术领域
根据本发明的设备和方法涉及一种无线局域网(WLAN)，更具体地讲，涉及一种防止共存有多个高吞吐量(HT)站和多个802.11旧有站的WLAN中的多个站彼此冲突的方法。
背景技术
在无线局域网(WLAN)中，基于具有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)的介质访问控制(MAC)方法被广泛采用。CSMA/CA是这样一种数据发送方法，即使当前没有数据经过网络线缆被发送，也发送用于确定当前是否有数据经过网络线缆被发送的信号，只有在确定该信号已被无冲突地成功发送之后才发送数据。
详细地讲，根据CSMA/CA，第一站检测指示是否存在当前发送数据的站的子载波。如果存在当前发送数据的站，则第一站待机预定量的时间，并确定是否存在由另一站发送的子载波，如果当前没有子载波被发送则开始发送数据。
根据CSMA/CA，物理载波侦听方法和虚拟载波侦听方法被同时使用。物理载波侦听方法表示这样的载波侦听方法，其中，物理层(PHY)确定是否接收到高于预定值的功率，并基于确定的结果通知MAC层介质当前是否忙或空闲；虚拟载波侦听方法表示这样的载波侦听方法，其中，如果能从接收的物理层收敛程序(PLCP)协议数据单元(PPDU)正确地提取MAC协议数据单元(MPDU)，则站对MPDU的多个头字段(即，MPDU的持续时间(duration)/标识符字段)中的一个进行解释，并基于解释的结果确定介质当前是否忙。站既使用物理载波侦听方法也使用虚拟载波侦听方法来确定介质当前是否忙，如果介质被确定为忙，则不试图访问该介质。
参照图1A，可经现有技术的802.11WLAN发送的数据帧(PSDU)的MAC头(MAC HDR)包括持续时间信息，该持续时间信息指定在发送数据帧之后接收用于回应该数据帧的确认(ACK)帧所需的时间。接收数据帧的多个站对数据帧的MAC头进行解释，并且在数据帧的MAC头指定的预定时间段内不试图访问介质。因此，可防止站与站之间彼此冲突。由于WLAN的特征，因此不论帧是否仅指定给多个站中的一个，WLAN中的所有多个站均可监听帧。
图1B是示出用于现有技术的802.11a网络的数据帧的格式的示图。参照图1B，802.11a帧的信号字段包括速率信息和长度信息。因此，可通过分析数据帧的速率信息和长度信息来获得该数据帧的持续时间信息。因此，可实现虚拟载波侦听方法。
只有当可无任何错误地正确解释MPDU/PHY服务数据单元(PSDU)时(即，只有当可正确地读取帧的MAC头的值时)，虚拟载波侦听方法才可被有效地应用于CSMA/CA。
当在由发送站以高传输速率发送帧的期间由于不稳定的信道状态而发生错误时，或者当接收站不能正确处理高传输速率时，或其他类似的错误，不能正确解释接收的MPDU/PSDU。在这种情况下，不能使用虚拟载波侦听方法，因此，CSMA/CA的性能下降。因此，多个监听站很可能彼此冲突。
高吞吐量(HT)站表示具有比现有的旧有站(如基于IEEE 802.11a/b/g标准的站)更好的数据传输能力的站(如多输入多输出(MIMO)站)。
为了解决多个站在WLAN中彼此冲突概率高的问题，一种当前正在介绍的基于IEEE 802.11n标准的方法已被提出，其中，当WLAN中共存有多个HT站和多个旧有站时，如图2所示，具有旧有格式(L-前导，L-SIG)的头被用作将被发送的帧的PHY头，并且先前包括在现有的MAC头中的持续时间信息被包括在将被发送的帧的PHY头中，从而持续时间信息可代表在L-SIG之后接收ACK帧所需的时间。持续时间信息现在将被称为扩展的PHY保护(EPP)信息。
图3是解释现有技术的通过使用扩展的PHY保护(EPP)信息来控制多个站访问介质的方法的示图。参照图3，可通过使用EPP信息来防止多个站彼此冲突。然而，图3所示的方法导致站之间关于访问介质的不公平。
参照图3，多个旧有站可解释具有HT格式的数据帧的PHY头。然而，旧有站不能解释数据帧的其余部分，从而造成错误。其后，PHY层(即，基带层)通知旧有站的MAC层有错误发生。PHY层通知旧有站的MAC层有错误发生的时间与包括在数据帧中的EPP信息期满的时间重合。其后，旧有站的MAC层在与扩展的帧间间隔(EIFS)相应的预定量的时间内待机，而多个HT站仅在与分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS)相应的预定量的时间内待机，其后争夺对介质的使用。这里，EIFS等于短的帧间间隔(SIFS)与接收用于回应该数据帧的ACK帧所需的时间(以下称为ACK接收时间)的和。
换言之，当由于旧有站不能解释具有HT格式的数据帧而发生错误时，旧有站的MAC层允许旧有站在接收数据帧之后过去EIFS(其持续时间为如IEEE 802.11a标准规定的94μs)时开始执行退避(backoff)操作，而HT站的MAC层允许HT站在接收数据帧之后过去DIFS(其持续时间为如IEEE802.11a标准规定的34μs)时开始执行退避操作。因此，旧有站不能在公平的条件下参与对介质的访问的争夺。旧有站的空闲信道评估(CCA)状态在第一HT数据被接收之后变成空闲。然而，由于在EPP信息中指定的时间段还未流逝，因此不论旧有站是否接收到具有HT格式的ACK帧或具有旧有格式ACK帧，旧有站在旧有站的定时器的超时时间段过去之前不通知MAC层已发生错误。
总之，只有在EPP信息期满之后，即，在ACK帧被接收之后，旧有站才可开始EIFS，而HT站可在ACK帧被接收之后开始DIFS。因此，与HT站相比，旧有站在参与对介质的使用的争夺时处于不利的地位。
发明的公开
技术方案
本发明示例性实施例提供一种方法和设备，用于保证在共存有多个高吞吐量(HT)站和多个旧有站的无线局域网(WLAN)中的多个站关于介质的访问的公平性。
有益效果
根据本发明示例性实施例，当发送HT站在共存有多个HT站和多个旧有站的WLAN环境中发送具有HT格式的帧时，监听旧有站在与其他HT站相同的条件下可争夺对介质的访问，而无需对监听旧有站进行另外的变化。
附图说明
图1A和图1B是示出现有技术的用于防止无线局域网(WLAN)中的多个站彼此冲突的帧的格式的示图；
图2是示出现有技术的用于防止共存有高吞吐量(HT)站和旧有站的WLAN中的多个站彼此冲突的帧的格式的示图；
图3是解释现有技术的通过使用图2所示的帧来控制多个站访问介质的方法的示图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的多个站的介质访问方法的示图；
图5是示出根据本发明示例性实施例的高吞吐量(HT)站的操作的流程图；
图6是根据本发明示例性实施例的HT站的框图；
图7是示出根据本发明示例性实施例的按使用块确认(ACK)帧的顺序的多个站的介质访问方法的示图；
图8是示出根据本发明示例性实施例的按发送多个片段帧的顺序的多个站的介质访问方法的示图。
最佳方式
根据本发明一方面，提供一种将具有高吞吐量(HT)格式的数据帧发送到共存有多个HT站和多个具有与HT站不同的数据传输能力的旧有站的无线局域网(WLAN)的方法。所述方法包括：通过将指示在确认(ACK)帧的接收结束之前介质不可用的信息插入到具有可以被HT站和旧有站解释的格式的物理层(PHY)头，来生成具有HT格式的数据帧；发送所述数据帧；发送复位帧，所述复位帧对多个已监听到所述数据帧的站的网络分配矢量(NAV)进行复位，并且所述复位帧具有可以被HT站和旧有站解释的格式。
复位帧的发送可包括：在ACK帧被接收之后而分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS)过去之前，发送复位帧。
ACK帧可以是多个帧的块ACK帧，数据帧可以是多个帧的第一帧。
复位帧可以是无争夺(CF)-结尾帧或服务质量(QOS)空帧。
根据本发明另一方面，提供一种存储有用于执行所述方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明另一方面，提供一种将具有高吞吐量(HT)格式的数据帧发送到共存有多个HT站和多个具有与HT站不同的数据传输能力的旧有站的WLAN的设备。所述设备包括：数据帧生成单元，通过将指示在确认(ACK)帧的接收结束之前介质不可用的信息插入到具有可以被HT站和旧有站解释的格式的物理层(PHY)头，来生成具有高吞吐量格式的数据帧；复位帧生成单元，生成复位帧，所述复位帧对多个已监听到所述数据帧的站的NAV进行复位，并且所述复位帧具有可以被HT站和旧有站解释的格式；发送单元，发送数据帧，其后发送复位帧。
数据帧可以是多个片段帧的第一片段帧，ACK帧可以是所述多个片段帧的最后片段帧的ACK帧。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行更充分的描述，本发明的特定示例性实施例在附图中示出。
图4是示出根据本发明示例性实施例的多个站的介质访问方法的示图。参照图4，根据本发明示例性实施例的高吞吐量(HT)站(以下称为发送HT站)发送具有HT格式的数据帧，接收用于回应该数据帧的确认(ACK)帧，并在ACK帧被接收之后当过去短的帧间间隔(SIFS)时发送作为具有HT格式的控制帧的复位(reset)帧。复位帧是对所有站的网络分配矢量(NAV)定时器进行复位的控制帧。复位帧不限于特定格式。例如，用于对介质访问控制(MAC)定时器进行复位的无争夺(CF)-结尾帧，或包括无净荷(payloadless)头的服务质量(QOS)-空帧可被用作复位帧。图4示出对复位帧进行监听以准备启动退避操作的所有站。然而，在复位帧被接收之后当过去特定时间时，已接收到复位帧的站可启动退避操作。该特定时间可预先确定。此外，如图4所示，在ACK帧被接收之后，发送HT站在SIFS之后发送复位帧。然而，在ACK帧被接收之后，发送HT站可在除SIFS以外的特定时间段之后发送复位帧。该特定时间可被预先确定。
详细地说，由于旧有站的扩展的物理层(PHY)保护(EPP)信息已期满，因此如图3所示，多个已监听到ACK帧的HT站在监听到ACK帧之后开始对分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS)进行倒计数，而多个旧有站在监听到ACK帧之后开始对扩展的帧间间隔(EIFS)进行倒计数。假设这一切都会发生，则发送HT站发送对HT站的NAV定时器和旧有站的NAV定时器同等地进行复位的复位帧，从而HT站和旧有站可公平地争夺介质的使用。一旦接收复位帧，HT站和旧有站就对它们的NAV定时器进行复位，不论它们当前是否在对DIFS或EIFS进行计数，因此，HT站和旧有站可同时参与对介质的使用的争夺。由于HT站在ACK帧被接收之后过去DIFS后开始执行退避操作，因此发送HT站可在ACK帧被发送之后的DIFS内发送复位帧。
图5是示出根据本发明示例性实施例的HT站的操作的流程图。参照图5，试图发送具有HT格式的数据帧的发送站可预先确定接收用于回应该数据帧的ACK帧所需的时间。因此，在操作510，发送站通过将指示接收用于回应该数据帧的ACK帧所需的时间的信息(即，EPP信息)插入到具有旧有格式的PHY头，来生成具有HT格式的数据帧。在操作520，发送站生成在无线局域网(WLAN)中对多个HT站和多个旧有站的NAV定时器同样进行复位的复位帧。在操作530，发送站经由WLAN发送在操作510生成的数据帧。在操作540，接收ACK帧。在操作550，发送站在数据帧被发送后过去特定时间段时发送复位帧。该特定时间段可预先确定。如上所述，CF-结尾帧或QoS-空帧可被用作复位帧。可在除操作520之外的操作中执行复位帧的生成。
图6是根据本发明示例性实施例的HT站的框图。参照图6，HT站600包括：数据帧生成单元620、发送单元630和复位帧生成单元640。
数据帧生成单元620通过将指示在ACK帧的发送结束之前介质不可用的EPP信息插入到具有可以被HT站和旧有站解释的格式的PHY头，来生成具有HT格式的数据帧。复位帧生成单元640生成可以被HT站和旧有站解释的格式的复位帧，并对已监听到由数据帧生成单元620生成的数据帧的多个站的NAV定时器进行复位。
发送单元630经由WLAN 610发送由数据帧生成单元620生成的数据帧和由复位帧生成单元640生成的复位帧。详细地，如上所述，发送单元630可发送由数据帧生成单元620生成的数据帧，并在由数据帧生成单元620生成的数据帧被发送之后过去SIFS时发送由复位帧生成单元640生成的复位帧。
根据本发明示例性实施例的HT站如上已被描述为发送单个数据帧并接收用于回应该单个数据帧的ACK帧。然而，本发明概念也可应用于这样的帧交换顺序，其中，HT站发送多个帧并接收用于回应该帧的块ACK帧。现在将参照图7和图8对此进行详细的描述。
图7是示出根据本发明示例性实施例的按使用块ACK帧的顺序在多个站之间提供访问介质的公平性的方法的示图。通常，发送站发送单个数据帧并接收用于回应该单个数据帧的ACK帧。然而，参照图7，发送站(SRC)可发送多个帧并发出对指示多个帧的每一个是否已被接收站成功地接收的信息的请求。其后，接收站(DEST)可发送用于回应该所有多个帧以指示多个帧的每一个是否已被接收站成功地接收的块ACK帧。在这种情况下，作为多个帧的第一帧并具有旧有格式的PHY头包括关于当块ACK帧的发送结束时即期满的EPP的信息，发送站在块ACK帧被接收之后过去SIFS时发送复位帧。
图8是示出根据本发明示例性实施例的按发送多个片段帧的顺序在多个站之间提供访问介质的公平性的方法的示图。参照图8，发送站(源)将单个帧分成三个片段帧，即，第零片段帧至第二片段帧(片段0、片段1、片段2)，并发送第零片段帧至第二片段帧。其后，接收站分别发送用于回应该第零片段帧至第二片段帧的第零ACK帧至第二ACK帧(ACK 0、ACK 1、ACK2)，而不是发送一个用于回应所有第零片段帧至第二片段帧的ACK帧。在本发明的该示例性实施例中，和图7所示的先前示例性实施例一样，作为第零片段帧并具有旧有格式的PHY头包括关于当第二ACK帧的发送结束时即期满的EPP的信息。根据本发明的该示例性实施例，发送站在第二ACK帧被接收之后的SIFS之后发送复位帧。
本发明的概念可实现为记录在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质可以是其上数据以计算机可读方式被存储的任何类型的记录装置。计算机可读记录介质的实例包括ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储器和载波(如通过互联网的数据传输)。
根据本发明示例性实施例，当发送HT站在共存有多个HT站和多个旧有站的WLAN环境中发送具有HT格式的帧时，监听旧有站在与其他HT站相同的条件下可争夺对介质的访问，而无需对监听旧有站进行另外的变化。
尽管参照其特定实施例具体表示和描述了本发明，但本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种将具有高吞吐量格式的数据帧发送到共存有多个高吞吐量站和多个旧有站的无线局域网的方法，所述方法包括：
通过将指示在确认帧的接收结束之前介质不可用的信息插入到具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式的物理层头，来生成具有高吞吐量格式的数据帧；
发送所述数据帧；
发送复位帧，所述复位帧对无线局域网中的多个已监听到所述数据帧的站的网络分配矢量进行复位，并且所述复位帧具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式，
其中，每个旧有站是IEEE 802.11a站、IEEE 802.11b站和IEEE 802.11g站中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述确认帧被接收用于回应所述数据帧。
3.如权利要求1所述的方法，其中，复位帧的发送包括：在确认帧被接收之后而在过去分布式协调功能帧间间隔之前，发送复位帧。
4.如权利要求1所述的方法，其中，确认帧是多个帧的块确认帧，数据帧是多个帧的第一帧。
5.如权利要求1所述的方法，其中，数据帧是多个片段帧的第一片段帧，确认帧是所述多个片段帧的最后片段帧的确认帧。
6.如权利要求1所述的方法，其中，复位帧的发送包括：在确认帧被接收之后当过去短的帧间间隔时，发送复位帧。
7.如权利要求1所述的方法，其中，复位帧是无争夺-结尾帧或服务质量-空帧。
8.如权利要求1所述的方法，其中，无线局域网是基础设施基本服务集或独立基本服务集。
9.如权利要求1所述的方法，其中，高吞吐量站是多输入多输出站。
10.一种将具有高吞吐量格式的数据帧发送到共存有多个高吞吐量站和多个旧有站的无线局域网的设备，所述设备包括：
数据帧生成单元，通过将指示在确认帧的接收结束之前介质不可用的信息插入到具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式的物理层头，来生成具有高吞吐量格式的数据帧；
复位帧生成单元，生成复位帧，所述复位帧对无线局域网中的多个已监听到所述数据帧的站的网络分配矢量进行复位，并且所述复位帧具有可以被高吞吐量站和旧有站解释的格式；
发送单元，发送数据帧，其后发送复位帧，
其中，每个旧有站是IEEE 802.11a站、IEEE 802.11b站和IEEE 802.11g站中的至少一个。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述确认帧被接收用于回应所述数据帧。
12.如权利要求10所述的设备，其中，发送单元在确认帧被接收之后而在过去分布式协调功能帧间间隔之前，发送复位帧。
13.如权利要求10所述的设备，其中，确认帧是多个帧的块确认帧，数据帧是多个帧的第一帧。
14.如权利要求10所述的设备，其中，数据帧是多个片段帧的第一片段帧，确认帧是所述多个片段帧的最后片段帧的确认帧。
15.如权利要求10所述的设备，其中，在确认帧被接收之后当过去短的帧间间隔时，发送单元发送复位帧。
16.如权利要求10所述的设备，其中，复位帧是无争夺-结尾帧或服务质量-空帧。
17.如权利要求10所述的设备，其中，无线局域网是基础设施基本服务集或独立基本服务集。
18.如权利要求10所述的设备，其中，高吞吐量站是多输入多输出站。
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