CN101453260B

CN101453260B - 无线局域网设备无线信道管理方法

Info

Publication number: CN101453260B
Application number: CN 200710171212
Authority: CN
Inventors: 崔利明; 史成文; 樊宇伟
Original assignee: Shanghai Huanchuang Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huanchuang Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: CN101453260A

Abstract

本发明公开了一种无线局域网设备无线信道管理方法，该发明采用工作在点对点的对等式移动网络模式下的无线局域网设备在数据通讯采用信道协商的方式，克服了共享信道竞争方式的缺点。该设备包括两个以上的射频单元，一个用来处理控制信令，其他的用来处理数据。无线局域网中的设备通过发送信令来完成信道协商，以判断本端设备选择的信道是否空闲；无线局域网中的每个设备通过监听公共控制信道上的信令，来维护一张当前信道使用情况记录表；本端设备根据信道的使用情况及自身和对端设备的状态，在其信道及对端信道中选取流量大的信道来进行信息的传送。由于设备在通讯时，协商一条空闲的无线信道，这条信道上只有相互通讯的两个设备在使用，则多组设备可以同时收发数据，并行工作，在避免干扰的同时，又大大提高系统的总带宽。并且组网时不受布点疏密程度的限制，组网更加灵活。

Description

无线局域网设备无线信道管理方法

技术领域

本发明涉及一种在无线网络中设备间进行无线信道管理的方法，该发明属于无线通信和信息传播技术领域，尤其适用于无线局域网中设备在通讯过程中进行无线信道的分配方法。

背景技术

目前的无线局域网设备，在Ad-Hoc(全称Ad-Hoc Network，即点对点的对等式移动网络)模式下，需要工作在预设的信道上。所有的设备共享一条无线信道，对信道的使用采用载波侦听多点接入/避免冲撞的方式。这种信道的使用方式为竞争性和独占性。即当信道空闲时所有设备竞争使用信道，当一个设备开始使用信道后，会独占此信道，其他所有设备都会处于等待过程中。这种方式会造成下面几个问题：

①设备的使用效率低，即当网络中存在设备在发送数据，其他设备都在等待。不能实现多设备的并行工作。

②信道的使用效率低，即按上面的信道使用方式，所有设备都要使用同一条信道。而其他的多条信道都处于闲置状态，不能有效的利用多信道来提高带宽。

③多设备带宽损失严重，当设备数量比较多时，当一个设备在发送数据时，这时可能存在其他设备误认为当前信道空闲，也在发送数据，由于无线信号的碰撞，数据重传。这导致整个系统所有设备多路通讯的总带宽要小于单路通讯的带宽。

④组网受到限制，当设备的数量越多时，设备分布越密集时，设备间的无线干扰就越严重，导致设备的组网方式和组网的规模都会受到限制。

发明内容

本发明旨在解决无线局域网中设备之间进行无线通讯时引起的信道使用效率低、带宽损失等情况。为了有效的减少设备间的相互干扰提高两个设备单路通讯的带宽及提高整个网络多路通讯的总带宽，以及为了提高无线信道的使用效率，本发明采用了一种在无线局域网中设备间进行无线信道管理的方法。

●基本假设：

1.无线局域网设备需要两个以上的射频单元，一个用来处理控制信令，其他的用来处理数据。

2.无线局域网设备需要一条公共的信道，所有设备共享此信道，用来传输控制信令。来完成数据信道协商等功能。

3.无线局域网设备需要一组数据信道，设备在数据信道上收发数据，并且在这组信道的范围内进行信道协商。

●核心思想：

根据设计背景的描述，可以将需要解决的问题归纳为如下几点：

1.设备如何同其他设备进行数据信道的协商。

2.设备能够知道当前哪条数据信道没有其他设备在使用，也够判断某条信道当前是否存在其他设备在使用。

3.设备的数据信道在发生切换时，要损耗一定的时间，这段时间内设备不能收发数据，对带宽造成一定的影响，尽可能降低信道切换频率。

4.两个设备在持续通讯过程中，避免信道切换。

5.一个设备同时和其他多个设备通讯时，避免频繁信道切换。

6.流量比较大的设备，避免的频繁信道切换。

为了满足上述需求，

1.设备通过请求发送信令(以下简称RTS信令)，可以发送信令(以下简称CTS信令)，不能发送信令(以下简称NTS信令)共三条信令来完成信道的协商。当本端设备需要向对端设备发送数据时，本端设备选择一条空闲的信道，然后将这条信道号，以及待发送的数据量和速率等信息通过RTS信令发送给对端设备。当对端设备接收到RTS信令后，如果对端设备当前可以接收数据，并且对端设备判断请求的信道空闲，则对端设备通过CTS信令响应本端设备，可以发送中同样携带了待发送数据量，接收速率，信道号等信息。本端设备收到CTS消息后，信道协商成功，开始发送数据。如果对端设备判断本端设备请求的信道不空闲，则通过NTS信令来通知本端设备，本端设备收到后继续信道协商。

2.每个设备都通过监听公共控制信道上的RTS，CTS，NTS信令，来维护一张当前数据信道使用情况表(以下简称NAV表)，数据信道使用情况表中记录当前各个数据信道的使用情况，包括每个数据信道当前是否有设备使用，使用起始和结束时间，使用的设备的MAC地址等信息。

①当收到RTS信令时，如果信令不是发送给自己的，根据信令中携带的待发送数据量同发送速率，可以计算此信道将被使用时间长度。然后将信道号，信道使用的时间长度，使用信道的源和目的MAC地址等信息保存到NAV表中。

②当收到CTS信令时，如果信令不是发送给自己的，根据信令中携带的待接收数据量同接收速率，可以计算此信道将被使用时间长度。然后将信道号，信道使用的时间长度，使用信道的源和目的MAC地址等信息保存到NAV表中。

③当收到NTS信令时，如果信令不是发送给自己的，根据信令中携带的源和目的MAC地址等信息将NAV表中保存的表项删除。

设备可以通过这张表来判断某条信道当前是否空闲，当前是否存在空闲的信道。

3.当数据发送方即本端设备在空闲信道选择时要根据信道的使用情况以及自身和数据接收方即对端设备的状态来选择。避免随机和盲目的信道选择。设备在选择空闲的数据信道时，首先判断自身和数据接收方的流量，然后在自身信道和对端的信道中取流量大一方的信道。然后再判断选取的信道是否空闲，如果空闲，则采用选取的信道来进行信道协商。如果此信道不空闲，再判断另一信道是否空闲。如果不空闲，最后再寻找其他空闲的信道。

附图说明

图1是设备间无线信道协商成功处理流程图

图2是设备间通讯状态假设图

图3是设备间通讯状态假设图

图4是设备间通讯状态假设图

具体实施方式

下面就以具体实施例结合附图对本发明做进一步说明。

实施例一：

图1中A，B，C三个设备，A设备向B设备发送数据，C设备目前不发送数据，在控制信道上监听其他设备的控制信令。

P1a：A设备根据自身维护的信息，首先判断A和B的流量大小。

P1b：如果A的流量大，则判断A设备当前的信道是否空闲，如果不空闲，再判断B设备当前的信道是否空闲，如果仍然不空闲，寻找其他的空闲的信道。如果最终没有空闲的信道，则选择流量大设备的信道。

P1c：如果B的流量大，则判断B设备当前的信道是否空闲，如果不空闲，再判断A设备当前的信道是否空闲，如果仍然不空闲，寻找其他的空闲的信道。如果最终没有空闲的信道，则选择流量大设备的信道。

P1d：A设备将发送的数据量为M，发送的速率为V，协商的信道号等信息通过RTS信令发送到B设备，然后将数据信道切换到待协商的信道上。

P2：B设备收到RTS信令后，判断信令中的信道是否空闲，如果空闲，信道协商成功，执行P3过程。如果不空闲，协商失败，执行P4过程。

P3：B设备将数据信道切换到协商成功的信道上。然后将待接收的数据量，接收速率，以及信道号通过CTS信令发送到A设备。

P4：B设备将搜扫NAV表中所有的空闲信道，组成空闲信道列表。然后通过NTS发送到A设备。

P5：A设备收到CTS信令后，然后开始数据发送过程。

P6a：A设备收到NTS信令后，如果信令中携带有空闲信道列表，将信令中携带的B设备的空闲信道同自身的空闲信道取交集，然后从中选取一条信道重新发起RTS信令。

P6b：如果NTS信令不存在空闲信道列表或者交集中没有可用的信道，则重新开始执行P1流程。

P7：当C设备收到RTS信令后，首先判断信令不是发送给自身的，根据RTS携带的信息更新NAV表。

P8：当C设备收到CTS信令后，首先判断信令不是发送给自身的，根据CTS携带的信息更新NAV表。

P8：当C设备收到NTS信令后，首先判断信令不是发送给自身的，根据NTS携带的信息更新NAV表。

实施例二：

假设A、B、C、D四个设备，在一定时间内A和B设备间相互通讯，C和D设备间相互通讯，如图2；在一定时间内，B，C，D设备都同A设备进行通讯，如图3；在一段时间内，B，C设备都同A设备进行通讯，同时D设备同C设备相互间通讯，如图4。

当A向B发送数据时，双方协商在Y信道上进行数据的收发。则其他设备在A，B使用这条信道的过程中将尽量避免使用Y信道。

①如果C和D需要通讯，则会通过协商使用Z信道。在A同B，C同D通讯的过程中，双方互不干扰。

②如果C想同A通讯，则C会知道A在一段时间内同B通讯。C会使用A当前所使用的Y信道同A进行通讯。这时A，B，C数据信道会工作在同一信道上，通过竞争的方式来使用Y信道。

以上以特定实施例阐述了本发明的方法，但本发明的上述方法不限于所列举的实施例。如采用其他信令流程通过发送方和接收方协商的方式进行信道分配，或采用监听控制信道上的其他信令，来维护同本专利NAV表类似的信息，指导后续的信道分配，或采用其他各种方式来避免频繁信道切换时，但主要判断依据为数据流量或发送方设备和接收方设备的当前信道，当前的工作状态。这些方式也均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无线局域网设备无线信道管理方法，其特征在于，该无线局域网设备在通讯过程中引入无线信道的分配策略，其包括两个以上的射频单元，一个用来处理控制指令，其他的用来处理数据；其无线信道管理方法和流程包含以下步骤：

第一步：无线局域网中的设备通过发送信令来完成信道协商，以判断本端设备选择的信道是否空闲；

第二步：无线局域网中的每个设备通过监听公共控制信道上的信令，来维护一张当前数据信道使用情况记录表；该无线局域网设备通过请求发送信令、可以发送信令、不能发送信令共三条信令来完成信道的协商；当本端设备需要向对端设备发送数据时，本端设备选择一条空闲的信道，然后将这条信道号以及待发送的数据量和速率信息通过请求发送信令发送给对端设备；当对端设备接收到请求发送信令后，如果对端设备当前可以接收数据，并且对端设备判断请求的信道空闲，则对端设备通过可以发送信令响应本端设备，可以发送信令中同样携带了待发送数据量、接收速率、信道号信息；本端设备收到可以发送信令消息后，信道协商成功，开始发送数据；如果对端设备判断本端设备请求的信道不空闲，则通过不能发送信令来通知本端设备，本端设备收到后继续进行信道协商；

第三步：本端设备根据信道的使用情况及自身和对端设备的状态，在其信道及对端信道中选取流量大的信道来进行信息的传送；每个设备都通过监听公共控制信道上的请求发送信令、可以发送信令、不能发送信令，来维护一张当前数据信道使用情况记录表，该表中记录当前各个数据信道的使用情况，包括每个数据信道当前是否有设备使用，使用起始和结束时间，使用的设备的MAC地址信息；当收到请求发送信令或可以发送信令时，如果信令不是发送给自己的，根据信令中携带的待接收数据量同接收速率，可以计算此信道将被使用时间长度；然后将信道号，信道使用的时间长度，使用信道的源和目的MAC地址信息保存到当前数据信道使用情况记录表中；当收到不能发送信令时，如果信令不是发送给自己的，根据信令中携带的源和目的MAC地址信息将当前数据信道使用情况记录表中保存的表项删除；设备可以通过当前数据信道使用情况记录表来判断某条信道当前是否空闲，当前是否存在空闲的信道。

2.根据权利要求1所述的无线局域网设备无线信道管理方法，其特征在于，当数据发送方即本端设备在空闲信道选择时要根据信道的使用情况以及自身和数据接收方即对端设备的状态来选择，以避免随机和盲目的信道选择；设备在选择空闲的数据信道时，首先判断自身和数据接收方的流量，然后在自身信道和对端的信道中选取一方流量大的信道；然后判断选取的信道是否空闲，如果空闲，则采用选取的信道来进行信道协商；如果此信道不空闲，再判断另一信道是否空闲；如果都不空闲，最后再寻找其他空闲的信道。