CN101720106A - 无线局域网帧流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线局域网帧流量控制方法，该方法在接入点(AP)收集统计数据帧比例信息并根据该比例信息决定如何调整各站点的帧发送长度，然后接入点通过定时广播的信标帧将该调整信息反馈至网络中各站点(Station)，各站点根据收到的信标帧中的调整信息来调整自己的发送帧长度。该方法根据实时数据帧比例来自适应的调整各站点数据帧的发送帧长，主要适用于IEEE802.11标准中的基础式网络结构。本发明通过对发送帧长的实时自适应调整，克服了固定帧长、变动比例给网络帧流量所带来的较强的自相似性，减少了因流量自相似性带来的时延、碰撞和拥塞，从而提升了网络性能。

Description

无线局域网帧流量控制方法

技术领域

本发明属于无线局域网MAC层帧流量控制领域，具体涉及一种根据实时数据帧比例信息对该无线局域网中各个站点发送帧长进行自适应调节的帧流量控制方法，该发明主要适用于IEEE802.11无线局域网。

背景技术

IEEE802.11无线局域网分为物理层和MAC层两个网络层，其中MAC层的功能是为用户在不可靠的媒介上提供可靠的数据传输，上层向MAC层交付的数据包在MAC层以帧的形式进行传输。IEEE802.11协议中MAC层帧包括三种基本类型：管理帧、控制帧和数据帧，它们分别有着不同的功能，并且包括不同的子类型。其中，管理帧主要实现链路的建立、连接、维持等功能，包括关联、重关联和去关联的请求与响应帧，探针的请求与响应帧，以及信标帧等帧；控制帧主要用于保证数据的正确成功传输，包括请求发送帧、允许发送帧、以及应答帧等帧；数据帧则是实际需要传输的有效数据。自相似是指在一种维度的不同的“放大”程度或不同尺寸上看起来是相同的或表现是相同的，国内外大量研究发现无线局域网中的帧流量存在明显的自相似性。帧流量的自相似性会增大网络中队列时延、丢包率，导致拥塞，从而降低了网络性能。实测研究表明IEEE802.11无线局域网MAC层中不同类型帧流量(管理帧、控制帧和和数据帧)的自相似性与该类型帧流量的平均帧长和所占比例是密切相关的，其中数据帧的比例比较稳定且平均帧长远大于其他两种帧，是三种帧流量中对总帧流量的自相似性影响程度最大的，因此可以基于实时数据帧比例来自适应调节该无线局域网中各个站点的发送帧长，目的在于降低网络帧流量的自相似性，从而达到减少碰撞、拥塞，提升网络性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线局域网帧流量控制方法，本发明可以根据实时的数据帧比例来动态调节本无线局域网中各站点的帧发送长度，以达到改善网络性能，提高网络传输效率的作用。

本发明提供的无线局域网帧流量控制方法，其特征在于：在信标帧中加入分段调整信息，分段调整信息包括标志位F和调整位BA，标志位F决定是否调整站点中的分段门限值，令F为0表示不修改分段门限值；BA用于表示调整站点中的分段门限值的方式，分别令a₁、a₂、a₃和a₄表示四种不同的调整站点中的分段门限值的方式；

接入点的处理流程为：

(A1)无线局域网开始工作时，接入点进行初始化操作：将接入点中的总帧计数器Nt和数据帧计数器Nd清零，设定分段门限值上限F1和下限的值，分段门限向上调整窗口值F3和向下调整窗口值F4的值及数据帧比例阈值S，然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5，最后将信标帧的标志位F置0，表示不修改分段门限值，即站点收到接入点定时广播出去的信标帧将不会修改分段门限值；

(A2)开始一个统计周期，记录网络中发送出的总帧数Nt和发送出的数据帧数Nd；

(A3)在统计周期结束时计算数据帧比例P，P＝Nd/Nt；

(A4)比较数据帧比例P与数据帧比例阈值S的大小；若P≥S，则转向步骤(A5)；否，则转向步骤(A6)；

(A5)判断此时的分段门限值FT值能否继续向上调整，若FT+F3≥F1，则转向步骤(A7)；否，则转向步骤(A8)；

(A6)判断此时的FT值能否继续向下调整，若FT-F4≤F2，则转向步骤(A9)；否则转向步骤(A10)；

(A7)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a4这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，表示按a4这种方式修改分段门限值；新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A8)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a3这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A9)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a2这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A10)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a1这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A11)Nt和Nd清零，信标帧的标志位F置0，记录当前FT值，即FT＝FT，准备开始新一轮统计调整，转向步骤(A2)；

站点的处理流程为：

(B1)无线局域网开始工作时，站点进行初始化操作：设定分段门限值上限为F1、下限为F2，分段门限向上调整窗口值为F3、向下调整窗口值为F4，然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5；F1，F2，F3，F4的值都与接入点的对应值相同；

(B2)站点接收到信标帧；

(B3)判定信标帧中标志位F是否为1；若是，转向步骤(B4)，若否，转向步骤(B9)；

(B4)读取信标帧中调整位BA的值；若BA值对应a1这种调整方式，转向步骤(B5)；若BA值对应a2这种调整方式，转向B6；若BA值对应a3这种调整方式，转向步骤(B7)；若BA值对应a4这种调整方式，转向步骤(B8)；

(B5)信标帧中调整位BA值对应a1这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝FT-F4，转向步骤(B9)；

(B6)信标帧中调整位BA值对应a2这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝F2，转向步骤(B9)；

(B7)信标帧中调整位BA值对应a3这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝FT+F3，转向步骤(B9)；

(B8)信标帧中调整位BA值对应a4这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝F1，转向步骤(B9)；

(B9)站点按当前FT值发送帧，记录当前FT值，即FT＝FT，转向步骤(B2)开始新一轮的调整。

本发明提供的一种无线局域网帧流量控制方法，尽可能的降低网络帧流量的自相似性，从而减少碰撞和拥塞，以达到改善网络性能的目的。本发明主要适用于IEEE802.11标准中的基础式(Infrastructure)网络结构，该方法在接入点(AP)收集统计数据帧比例信息并根据该比例信息决定如何调整各站点的帧发送长度，然后接入点通过定时广播的信标帧将该调整信息反馈至网络中各站点(Station)，各站点根据收到的信标帧中的调整信息来调整自己的发送帧长度。该发明通过对发送帧长的实时自适应调整，克服了固定帧长、变动比例给网络帧流量所带来的较强的自相似性，减少了因流量自相似性带来的时延、碰撞和拥塞，从而提升了网络性能。

附图说明

图1为修改后信标帧格式；

图2为接入点的处理流程图；

图3为站点的处理流程图。

具体实施方式

本发明关于各站点发送帧长度的调整采用分段门限(Fragmentthreshold，FT)来控制。分段门限是IEEE802.11协议中所采用的对于过长的帧进行分段传输的门限值：当发送帧长大于该门限时，对帧按照门限值进行分段传输；相反，当发送帧长度小于该门限时，则无须分段按照原始帧长进行传输。本发明正是通过对分段门限值的实时调整来实现控制发送帧长的目的。

根据IEEE802.11标准，无线局域网运行中接入点会定期向本基本服务集(即自身所在的基本服务集)中所有站点发送信标帧，本发明将利用信标帧这一定期广播的功能来携带分段门限信息，IEEE802.11标准中的信标帧中并不包括分段门限信息，因此需要对原始的信标帧格式进行修改。本发明使用信标帧的帧实体中的1个字节来携带分段调整信息。

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本发明使用信标帧的帧实体中的1个字节来携带分段调整信息。其中F为信标帧中的标志位，占1个比特，取值为0和1，决定是否调整站点中的分段门限值；BA为信标帧中的调整位，占2比特，分别取值为00，01，10和11，用于表示四种不同的调整站点中的分段门限值的方法；其余5比特为冗余位，没有作用。

本发明主要适用于IEEE802.11标准中的基础式网络结构，常见的基础式网络结构由多个基本服务集组成，而每个基本服务集都有接入点(AP)和站点(STA)。每个基本服务集中的所有通信都必须经过接入点，即接入点可以监听到本基本服务集中的所有通信信息，同时接入点又可以定时向本基本服务集中的所有站点广播信标帧，因此本发明中接入点将承担数据帧比例统计及信标帧新增位设置功能，其处理流程如图2所示。站点根据接入点广播的信标帧中的新增位调整自己的帧发送分段门限值，因此本发明中站点将承担分段门限设置功能，其处理流程如图3所示。

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

FT-分段门限值；

F1-分段门限值上限；

F2-分段门限值下限；

F3-分段门限向上调整窗口值；

F4-分段门限向下调整窗口值；

F5-分段门限初始值，F5＝(F1+F2)/2。

如图2所示，本发明方法中接入点的处理流程为：

(A1)无线局域网开始工作时，接入点进行初始化操作：将接入点中的总帧计数器Nt和数据帧计数器Nd清零，设定分段门限值上限F1(1200≤F1≤2346)和下限F2(100≤F2≤500)的值，分段门限向上调整窗口值F3(50≤F3≤150)和向下调整窗口值F4(F4＝2F3)的值及数据帧比例阈值

$(\frac{25}{100}\≤S\≤\frac{35}{100}),$ 然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5，最后将信标帧的标志位F置0，表示不修改分段门限值，即站点收到接入点定时广播出去的信标帧将不会修改分段门限值。设置F1和F2的目的是为了防止网络出现极端状态时FT值无限增大或减小，F4的值是F3的两倍主要是考虑发送帧长增长过快容易导致网络拥塞等问题发生。

(A2)开始一个统计周期，记录网络中发送出的总帧数Nt和发送出的数据帧数Nd。

(A3)在统计周期结束时计算数据帧比例P，P＝Nd/Nt；

(A4)比较数据帧比例P与数据帧比例阈值S的大小。若P≥S，则转向A5；否，则转向A6。

(A5)判断此时的分段门限值FT值能否继续向上调整，即FT值若再增加一个分段门限向上调整窗口值F3是否会超出分段门限值上限F1。若FT+F3≥F1，则转向A7；否，则转向A8。

(A6)判断此时的FT值能否继续向下调整，即FT值若再减去一个分段门限向下调整窗口值F4是否会超出分段门限值下限F2。若FT-F4≤F2，则转向A9；否，则转向A10。

(A7)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时将信标帧中的调整位BA置11，表示按11这种方式修改分段门限值。新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向A11。

(A8)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时将信标帧中的调整位BA置10，表示按10这种方式修改分段门限值。新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向A11。

(A9)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时将信标帧中的调整位BA置01，表示按11这种方式修改分段门限值。新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向A11。

(A10)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时将信标帧中的调整位BA置00，表示按11这种方式修改分段门限值。新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向A11。

(A11)Nt和Nd清零，信标帧的标志位F置0，记录当前FT值，即FT＝FT，准备开始新一轮统计调整，转向A2。

如图3所示，本发明方法中站点的处理流程为：

(B1)无线局域网开始工作时，站点进行初始化操作：设定分段门限值上限为F1、下限为F2，分段门限向上调整窗口值为F3、向下调整窗口值为F4，然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5。F1，F2，F3，F4的值都与接入点的对应值相同。

(B2)站点接收到信标帧。

(B3)判定信标帧中标志位F是否为1。若是，转向B4，若否，转向B9。

(B4)读取信标帧中调整位BA的值。若BA＝00，转向B5；若BA＝01，转向B6；若BA＝10，转向B7；若BA＝11，转向B8。

(B5)信标帧中调整位BA＝00，调整分段门限FT的值，令FT＝FT-F4，转向B9。

(B6)信标帧中调整位BA＝01，调整分段门限FT的值，令FT＝F2，转向B9。

(B7)信标帧中调整位BA＝10，调整分段门限FT的值，令FT＝FT+F3，转向B9。

(B8)信标帧中调整位BA＝11，调整分段门限FT的值，令FT＝F1，转向B9。

(B9)站点按当前FT值发送帧，记录当前FT值，即FT＝FT，转向B2开始新一轮的调整。

本发明也可以利用其他传输频率较高的帧(如数据帧、确认帧等)来携带分段门限信息，另外对信标帧格式的修改方式也可多样化。此外，数据帧比例的统计可以在各站点分别进行，最后到接入点进行汇总统计；或者利用其他网络侦听捕获设备对数据帧比例进行统计。

总之，本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种无线局域网帧流量控制方法，其特征在于：在信标帧中加入分段调整信息，分段调整信息包括标志位F和调整位BA，标志位F决定是否调整站点中的分段门限值，令F为0表示不修改分段门限值；BA用于表示调整站点中的分段门限值的方式，分别令a₁、a₂、a₃和a₄表示四种不同的调整站点中的分段门限值的方式；

接入点的处理流程为：

(A1)无线局域网开始工作时，接入点进行初始化操作：将接入点中的总帧计数器Nt和数据帧计数器Nd清零，设定分段门限值上限F1和下限的值，分段门限向上调整窗口值F3和向下调整窗口值F4的值及数据帧比例阈值S，然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5，最后将信标帧的标志位F置0，表示不修改分段门限值，即站点收到接入点定时广播出去的信标帧将不会修改分段门限值；

(A2)开始一个统计周期，记录网络中发送出的总帧数Nt和发送出的数据帧数Nd；

(A3)在统计周期结束时计算数据帧比例P，P＝Nd/Nt；

(A4)比较数据帧比例P与数据帧比例阈值S的大小；若P≥S，则转向步骤(A5)；否，则转向步骤(A6)；

(A5)判断此时的分段门限值FT值能否继续向上调整，若FT+F3≥F1，则转向步骤(A7)；否，则转向步骤(A8)；

(A6)判断此时的FT值能否继续向下调整，若FT-F4≤F2，则转向步骤(A9)；否则转向步骤(A10)；

(A7)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a4这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，表示按a4这种方式修改分段门限值；新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A8)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a3这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A9)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a2这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A10)将信标帧的标志位F置1，表示修改分段门限值；同时采用a1这种调整方式对信标帧中的调整位BA进行置位，新的F值和BA值会随下一帧接入点广播的信标帧发送到各站点，最后转向步骤(A11)；

(A11)Nt和Nd清零，信标帧的标志位F置0，记录当前FT值，即FT＝FT，准备开始新一轮统计调整，转向步骤(A2)；

站点的处理流程为：

(B1)无线局域网开始工作时，站点进行初始化操作：设定分段门限值上限为F1、下限为F2，分段门限向上调整窗口值为F3、向下调整窗口值为F4，然后根据F1和F2的值计算出分段门限初始值F5的值，将分段门限FT的值设为F5；F1，F2，F3，F4的值都与接入点的对应值相同；

(B2)站点接收到信标帧；

(B3)判定信标帧中标志位F是否为1；若是，转向步骤(B4)，若否，转向步骤(B9)；

(B4)读取信标帧中调整位BA的值；若BA值对应a1这种调整方式，转向步骤(B5)；若BA值对应a2这种调整方式，转向B6；若BA值对应a3这种调整方式，转向步骤(B7)；若BA值对应a4这种调整方式，转向步骤(B8)；

(B5)信标帧中调整位BA值对应a1这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝FT-F4，转向步骤(B9)；

(B6)信标帧中调整位BA值对应a2这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝F2，转向步骤(B9)；

(B7)信标帧中调整位BA值对应a3这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝FT+F3，转向步骤(B9)；

(B8)信标帧中调整位BA值对应a4这种调整方式，调整分段门限FT的值，令FT＝F1，转向步骤(B9)；

(B9)站点按当前FT值发送帧，记录当前FT值，即FT＝FT，转向步骤(B2)开始新一轮的调整。

2.根据权利要求1所述的无线局域网帧流量控制方法，其特征在于：1200≤F1≤2346，100≤F2≤500，50≤F3≤150，F4＝2F3， $\frac{25}{100}\≤S\≤\frac{35}{100}.$

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