CN101356772B - 无线lan中将控制帧发送到隐藏节点的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种方法和设备通知包括在无线局域网(LAN)中的节点在无线LAN中如何避免访问冲突。无线LAN接入点或独立基本服务集(IBSS)控制站接收无竞争结束(CF-End)帧，将接收到的CF-End帧的基本服务集ID(BSSID)与包括接入点或IBSS的BSS的BSSID进行比较，如果比较结果指示两个BSSID彼此一致，则重新广播接收到的CF-End帧。因此，包括在一个BSS中的所有站可接收用于控制介质访问的相同的时间信息。

Description

无线LAN中将控制帧发送到隐藏节点的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种无线局域网(LAN)，更具体地讲，涉及一种用于通知包括在无线LAN中的节点在无线LAN中如何避免访问冲突的方法。 
背景技术
使用载波侦听多路访问冲突避免(CSMA/CA)方法的媒体访问控制(MAC)被用在无线LAN中。 
在CSMA/CA方法中，物理载波侦听和虚拟载波侦听被用于载波侦听。在物理载波侦听中，物理层(PHY)确定是否检测到等于或大于特定值的接收到的功率，并通知媒体访问控制(MAC)层介质是处于忙状态还是处于空闲状态，从而侦听载波。在虚拟载波侦听中，如果可从接收到的PHY协议数据单元(PPDU)正确地提取MAC协议数据单元(MPDU)，则对MPDU的头字段(即，持续时间(duration)/ID字段)进行分析，并认为介质在使用介质的预定时间内处于忙状态。站使用两种载波侦听方法来确定介质是否处于忙状态，如果介质处于忙状态，则不访问该介质。 
参照图1，通过常规IEEE 802.11兼容无线LAN发送的帧的MAC头包括持续时间信息，该持续时间信息指示发送帧时和接收到ACK帧以确认该帧被接收到时之间的时间。在接收到帧之后，站对MAC头进行分析，从而在一个时间段内不试图访问介质，从而避免冲突。根据无线介质的特征，通过无线LAN连接的所有站可物理地接收在无线电波覆盖范围发送的所有帧，即使该帧是被发送到特定站。 
在图1中，示出涉及单个MPDU和ACK帧的帧交换序列。然而，如图2A所示，多个MPDU可被包括在单个PPDU中。参照图2A，发送站和接收站将请求发送(RTS)帧与清除发送(CTS)帧进行交换，使得其他站在预定时间内不访问介质。发送站在使用RTS/CTS交换序列时获得的时间被称为发送机会(TxOP)。网络分配矢量(NAV)是直到介质可用的剩余时间。除了发送站和接收站之外的站使用RTS帧、CTS帧和数据帧的持续时间字段来确 定站的NAV时间。参照图2A，发送站发送包括在单个PPDU中的多个MPDU。此外，发送站发送在一个RTS/CTS交换序列获得的TxOP内的多个MPDU。在这种情况下，具有大于图1的常规情况的大小的数据被发送，因此，如果出现错误，则需要更多的时间来重发数据，从而造成更长的NAV。如果更长的NAV被确定，则即使当发送站不具有将被发送的数据时，其他站在剩余的TxOP内也不访问介质，这可导致信道的浪费。为避免出现这种情况，发送站发送无竞争结束(CF-End)帧。图2B示出了该帧。如果TxOP还剩余而介质不再被使用，则发送站发送CF-End帧以取消剩余的TxOP。此后，接收到的CF-End帧的其他站再次竞争介质访问。 
图3A至图3C示出用于确保站之间对介质访问的公平竞争的CF-End帧。 
如上所述，在虚拟载波侦听中，只有当MAC协议数据单元/PHY服务数据单元(MPDU/PSDU)被无错误地分析时，才可有效地使用CSMA/CA。即，只有当可正确地读取MAC头的值时，才可进行虚拟载波侦听。然而，如果使用高数据传输率发送数据并且由于不稳定的信道状态而发生错误，或者接收站不能妥善处理高数据传输率，则因为不能对接收到的MPDU/PSDU进行分析，所以不能进行虚拟载波侦听。因此，CSMA/CA方法变得无效。因此，当无线LAN中共存有根据IEEE 802.11a/b/g标准运行的旧有站和具有比旧有站更大的容量的高吞吐量(HT)站，并且HT格式被发送时，旧有站不能对HT格式帧进行分析，导致CSMA/CA机制的无效运行。HT站可以是具有优于根据802.11a/b/g标准运行的站的数据传输容量的多输入多输出(MIMO)站。 
为了解决上述问题，已在开发IEEE 802.11n标准。参照图3A，在IEEE802.11n标准中，如果无线LAN中共存有HT站和旧有站，则HT格式帧的PHY头被用作旧有格式(L-前导，L-SIG)以便被旧有站识别。此外，速率字段值和长度字段值被确定，使得旧有站可通过对包括在PHY头中的速率字段和长度字段进行分析来识别在L-SIG字段开始之后直至ACK帧被接收所需的时间。以下，由速率字段和长度字段指定的时间被称为扩展的PHY保护(EPP)。 
当EPP被使用时，可避免介质访问冲突，但站必须不公平地竞争以获得介质访问的许可。 
参照示出上述问题的图3B，即使旧有站可读取PHY头，旧有站也无法 读取下一个字段(即，HT格式)，这导致错误。然后，PHY或基带层指示MAC层有错误发生。错误指示从EPP结束的地方开始。从这个角度，旧有站在比HT站等待更长的时间之后参与对介质访问的竞争。当由于旧有站无法读取HT格式帧而发生错误时，旧有站在待机达到扩展的帧间间隔(EIFS，IEEE 802.11a规定的94μs)所定义的时间之后开始回退(back-off)。这有别于HT站，HT站在待机达到与分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS，IEEE 802.11a规定的34μs)相应的时间之后开始回退。 
图3C示出用于解决这种不公平竞争问题的CF-End帧。当在HT格式数据帧的ACK帧被接收之后短帧间间隔(SIFS)过去时，接收站广播CF-End帧。由于CF-End帧指示介质可用，所以接收到CF-End帧的HT站立即参与对介质访问的竞争，而不必等到EIFS时间过去。 
因此，通过使用CF-End帧可在无线LAN中进行正确的CSMA/CA，从而确保站之间的公平竞争。然而，如果CF-End帧未被发送到包括在无线LAN中的所有站，则不能获得该优点。如图4所示，在无线LAN中可能发生隐藏节点问题。在图4中，站A广播帧。由虚线表示每个站的无线电波覆盖范围。参照图4，根据无线LAN的特征，站C可识别从站A发送的帧，但站B可能无法识别该帧。在这种情况下，如果站B通过载波侦听错误地识别出介质可用并因此尝试发送帧，则发生介质访问冲突。 
发明公开 
技术方案 
本发明提供一种允许在无线LAN中连接的站接收具有关于介质访问的信息的控制帧的方法和设备。 
有益效果 
因此，在本发明中，包括在一个BSS中的所有站可接收用于控制介质访问的相同的时间信息，从而解决隐藏节点问题。最终，可在无线LAN中实现正确的CSMA/CA机制，并可确保站之间的对介质访问的公平竞争。 
附图说明
图1是示出在无线LAN中使用的载波侦听多路访问冲突避免 (CSMA/CA)机制的示图； 
图2A和图2B是示出CF-End帧的使用的示图； 
图3A至图3C是示出CF-End帧的另一使用的示图； 
图4是示出隐藏节点问题的示图； 
图5是示出根据本发明示例性实施例的解决隐藏节点问题的原理的示图； 
图6是示出根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的方法的示图； 
图7是示出CF-End帧的结构的的示图； 
图8是示出根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的方法的流程图； 
图9是根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的设备的框图。 
                          最佳方式 
根据本发明一方面，提供一种为通过无线LAN通信的装置传送控制帧的方法，所述方法包括：接收包括用于控制介质访问的时间信息和接收方地址信息的控制帧；检查包括在控制帧中的接收方地址信息；基于检查结果以选择性的方式广播接收到的控制帧。 
在本发明的上述方面中，控制帧可以是CF-End帧，在广播接收到的控制帧的步骤中，如果检查结果指示在CF-END帧中记录的基本服务集ID(BSSID)与BSS(基本服务集)的BSSID一致，则可广播CF-END帧。 
此外，在广播接收到的控制帧的步骤中，当在接收控制帧的步骤中接收到CF-END帧之后短帧间间隔(SIFS)过去时，可广播接收到的CF-END帧。 
此外，如果无线LAN是基础结构BSS，则所述装置是基础结构BSS的接入点，并且如果无线LAN是IBSS(独立BSS)，则所述装置可以是发送信标帧的IBSS控制站。 
根据本发明另一方面，提供一种其上记录有用于执行如上所述的方法的计算机程序的计算机可读介质。 
根据本发明另一方面，提供一种传送通过无线LAN接收到的控制帧的设备，所述设备包括：接收方地址信息检查单元，当包括用于介质访问的时间 信息的控制帧被接收时，检查包括在控制帧中的接收方地址信息；重新发送单元，基于检查结果以选择性的方式广播接收到的控制帧。 
根据本发明另一方面，提供一种包括如上所述的设备的接入点。 
根据本发明另一方面，提供一种包括如上所述的设备的无线LAN站，只有当所述无线LAN站作为在独立的BSS中发送信标帧的IBSS控制站时，所述无线LAN站才操作所述设备。 
具体实施方式
图5示出根据本发明示例性实施例的解决隐藏节点问题的原理。参照图5，站C可接收从站A发送的CF-End帧。然而，由于站B位于站A的无线电波覆盖范围之外，所以站B无法接收从站A发送的CF-End帧。因此，站B无法与站C同步地重置网络分配矢量(NAV)。根据本发明示例性实施例，可与站A和站B进行通信的站C将从站A接收到的CF-End帧传送给站B，从而解决隐藏节点问题。优选的是，在基础结构基本服务集(BSS)中，由接入点传送CF-End帧，在独立BSS(IBSS)中，由最近发送信标帧的IBSS控制站传送CF-End帧。 
尽管已对使用控制CF-End帧从而发送站返回TxOP的情况进行了描述，但本示例性实施例并不限于此，如果帧具有重置每个站的NAV的功能，并且如果每个MAC头的持续时间字段被设置为0，则可使用其他类型的帧。下面也适用相同的情况。 
图6是示出根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的方法的示图。 
参照图6，如果站B是无法接收从站A发送的CF-End帧的隐藏节点，则站C将从站A发送的CF-End帧传送给站B。即，由站A广播的CF-End帧再次被站C广播，站B接收由站C广播的CF-End帧。在这种情况下，可取的做法是，当在从站A发送的CF-End帧被接收之后短帧间间隔(SIFS)过去时，站B重新广播CF-End帧。如果过去的时间长于SIFS，则已接收到CF-End帧的另一站可确定介质可用并可尝试发送CF-End帧。 
不允许站C重新发送所有接收到的CF-End帧。为在一个BSS中使用的介质执行每个站的介质访问控制(MAC)。因此，如果站C位于可接收从两个或多个不同的BSS发送的帧的位置，则在站的MAC期间可能出现错误。 
因此，当站C接收到CF-End帧时，站C读取CF-End帧的地址字段以将CF-End帧的基本服务集ID(BSSID)与包括站C的BSS的BSSID进行比较。然后，只有当两个BSSID彼此一致时，站C才重新发送CF-End帧。否则，站C放弃CF-End帧。图7示出CF-End帧的结构。 
图8是示出根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的方法的流程图。 
接入点或IBSS控制站接收CF-End帧(操作710)，然后将在接收到的CF-End帧的地址字段中记录的BSSID与包括接入点或IBSS的BSS的BSSID进行比较(操作720)。如果在CF-End帧的地址字段中记录的BSSID与包括接入点或IBSS的BSS的BSSID一致，则接入点或IBSS重新广播接收到的CF-End帧，从而CF-End帧可被传送给包括接入点或IBSS的BSS的隐藏节点(操作740)。否则，接入点或IBSS放弃CF-End帧(运行730)。 
图9是根据本发明示例性实施例的将CF-End帧传送给隐藏节点的设备的框图。 
参照图9，用于将CF-End帧传送给隐藏节点的设备800包括接收方地址信息检查单元810和重新发送单元820。在本示例性实施例中，假定设备800被包括在接入点870中，但如上所述，设备800可被包括在发送信标帧的IBSS控制站中。 
接收方地址信息检查单元810接收从第一站850发送的CF-End帧，然后将在接收到的CF-End帧的地址字段中记录的BSSID与由接入点870控制的BSS的BSSID进行比较。如果这两个BSSID彼此不一致，则接收方地址信息检查单元810放弃CF-End帧。 
如果在接收到的CF-End帧的地址字段中记录的BSSID与由接入点870控制的BSS的BSSID一致，则重新发送单元820广播接收到的CF-End帧，从而可将CF-End帧传送给作为隐藏节点的第二站860。 
因此，在本发明中，包括在一个BSS中的所有站可接收用于控制介质访问的相同的时间信息，从而解决隐藏节点问题。最终，可在无线LAN中实现正确的CSMA/CA机制，并可确保站之间的对介质访问的公平竞争。 
本发明示例性实施例可被写为在计算机可读记录介质上实现的计算机程序，并可在使用计算机可读记录介质执行程序的通用数字计算机上实现。计算机可读记录介质的例子包括：磁存储介质(如，ROM、软盘、硬盘等)、 光记录介质(例如，CD-ROM或DVD)、诸如载波(例如，通过互联网的传输)的存储介质。 
尽管参照本发明示例性实施例具体表示和描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，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。应该理解，上述的示例性实施例只是解释的目的，并不应该被理解为限制性目的。因此，本发明的范围由权利要求限定，而不是由本发明的详细描述限定，落入该范围内的所有的不同被认为是包含在本发明中。 

Claims (10)

1.一种为通过无线局域网LAN通信的装置传送控制帧的方法，其中，所述控制帧是无竞争结束CF-END帧，所述方法包括：
接收包括用于控制介质访问的时间信息和记录有基本服务集ID BSSID的地址字段的CF-END帧；
将记录在地址字段中的BSSID与基本服务集BSS的BSSID相比较；
在记录在地址字段中的BSSID与BSS的BSSID一致的情况下，广播接收到的CF-END帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在CF-END帧中，介质访问控制MAC头的持续时间字段具有值0。
3.如权利要求1所述的方法，其中，广播接收到的CF-END帧的步骤还包括：当接收到CF-END帧之后短帧间间隔SIFS过去时，广播接收到的CF-END帧。
4.如权利要求1所述的方法，其中，无线LAN是基础结构BSS，所述装置是基础结构BSS的接入点。
5.如权利要求1所述的方法，其中，无线LAN是独立BSS IBSS，所述装置是发送信标帧的IBSS控制站。
6.一种传送通过无线LAN接收到的控制帧的设备，其中，所述控制帧是无竞争结束CF-END帧，所述设备包括：
接收方地址信息检查单元，当包括用于介质访问的时间信息的CF-END帧被接收时，将CF-END帧中包括的地址字段中记录的基本服务集ID BSSID与基本服务集BSS的BSSID相比较；
重新发送单元，在地址字段中记录的BSSID与BSS的BSSID一致的情况下，广播CF-END帧。
7.如权利要求6所述的设备，其中，在CF-END帧中，MAC头的持续时间字段具有值0。
8.如权利要求6所述的设备，其中，当在CF-END帧被接收之后短帧间间隔SIFS过去时，重新发送单元广播接收到的CF-END帧。
9.一种包括如权利要求6所述的设备的接入点。
10.一种包括如权利要求6所述的设备的无线LAN站，只有当所述无线LAN站作为在独立基本服务集IBSS中发送信标帧的IBSS控制站时，所述无线LAN站才操作所述设备。
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