CN101729132A

CN101729132A - 无线信道接入方案

Info

Publication number: CN101729132A
Application number: CN200810201374A
Authority: CN
Inventors: 李健
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-06-09

Abstract

一种无线信道接入方案，包括：当网络中节点由于竞用信道而出现隐/显接收终端及“聋”发送节点时，隐/显接收终端依据通信的节点对中的RTS或CTS帧的时间信息进行等待，延迟发送的时间；当隐/显接收终端的NAV计时器为0且探测到信道空闲时，隐/显接收终端发送一个CCS控制帧给相应的“聋”发送节点，通知“聋”发送节点可以立即通信；以及“聋”发送节点在收到CCS控制帧后，判断接收端信道空闲，立即进行通信。本发明在IEEE802.11DCF的基础上引入新的控制帧CCS，能有效调节节点接入信道的时间，减少由于收发节点信道状态信息的不一致造成信道接入的盲目性，降低冲突丢包的概率，提高了网络吞吐量和流间的公平性。

Description

无线信道接入方案

【技术领域】

本发明是关于一种无线信道接入方案，更明确而言，是关于一种应用于无线多跳通信领域中的无线信道接入方案。

【背景技术】

在无线网络中，由于信道的共享性，在一定的区域内，仅允许一对节点进行通信，其它节点必须等待这个数据传输过程结束后，才能重新进行新一轮的信道竞争，确定下一轮信道的使用权；否则将造成数据的冲突，导致传输失败。

信道接入方案主要解决如何在相互竞争的用户之间分配无线信道，当前广泛应用的无线产品往往采用IEEE 802.11协议。IEEE 802.11协议是一种基于载波检测多接入/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access/CollisionAvoidance，CSMA/CA)接入协议。为了尽量避免冲突，在MAC层(Media AccessControl，媒体访问控制层)引入了RTS(Request To Send，请求发送)/CTS(Clear To Send，清除发送)方案。发送端首先发送一个RTS帧来预约信道，然后由接收端应答一个CTS帧同意预约。当网络中的其它节点侦听到RTS或CTS帧时，就会停止传送数据，从而保证了发送端和接收端能在无冲突的情况下，顺利完成数据的传送，直到发送端收到来自接收端应答的ACK(Acknowledgment，使用带确认)帧，数据传输结束。然而该现有无线信道接入方案的这种冲突避免的方式是基于单跳全连通的无线网络，网络中所有节点都能侦听到访问接入点发出的信号。当该现有无线信道接入方案应用于无线多跳网络时，往往会造成网络吞吐量性能的急剧下降。

在无线多跳网络中，由于节点分布范围广，当一对节点尝试建立通信时，往往会出现隐发送终端(Hidden sender)、隐接收终端(Hidden receiver)、显发送终端(Exposed sender)和显接收终端(Exposed receiver)等多种问题，如图1所示。

在如图1所示的无线多跳网络中，当节点A、B间进行数据通信时，节点D、F、G和M分别成为了显接收终端、隐接收终端、显发送终端和隐发送终端。为保证A-B通信的正常进行，这些隐/显终端都将推迟自己的发送时间。对于隐/显发送终端M，G节点而言，推迟发送数据的时间并不会造成数据丢失的危险。但对于隐/显接收终端F和D节点而言，他们会推迟发送CTS的时间，导致D和F节点对应的发送方C和E节点因没有在预定时间内收到反馈帧CTS而成为“聋”发送节点，发送方C和E节点不断的向D或F节点发送RTS帧，直到RTS帧的重传次数达到最大值，最终导致丢包，通信失败。可见，在无线多跳网络中，现有的无线信道接入方案存在由于信道被占用导致隐/显接收终端不能马上向发送端发送CTS帧以致多次无效接入而造成数据丢失的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种无线信道接入方案，其可以有效调节节点接入信道的时间，减少由于收发节点信道状态信息的不一致而造成信道接入的盲目性，降低冲突丢包的概率，提高了网络吞吐量和流间的公平性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种无线信道接入方案，包括以下步骤：当网络中节点由于竞用信道而出现隐/显接收终端以及“聋”发送节点时，隐/显接收终端依据通信的节点对中的RTS(Request To Send，请求发送)或CTS(Clear To Send，清除发送)帧的时间信息进行等待，延迟发送的时间；当隐/显接收终端的NAV(Network Allocation Vector，网络分配向量)计时器为0且探测到信道空闲时，隐/显接收终端发送一个CCS(Collision Clear Signal，冲突清除信号)控制帧给相应的“聋”发送节点，通知“聋”发送节点可以立即通信；以及“聋”发送节点在收到CCS控制帧后，判断接收端信道空闲，立即进行通信。

相较于现有技术，本发明无线信道接入方案在IEEE 802.11 DCF(Distributed Coordination Function，分布式协调功能)的基础上引入新的控制帧CCS，避免了现有技术中由于信道被占用导致隐/显接收终端不能马上向发送端发送CTS帧以致多次无效接入而造成的数据丢失，能有效调节节点接入信道的时间，减少由于收发节点信道状态信息的不一致造成信道接入的盲目性，降低冲突丢包的概率，提高了网络吞吐量和流间的公平性。

本发明的积极效果是：

新协议能更有效的调节节点接入信道的时间，减少由于收发节点信道状态信息的不一致而造成信道接入的盲目性，能有效降低冲突丢包的概率，提高了网络吞吐量和流间的公平性。

【附图说明】

附图1为显示802.11网络中的隐/显终端问题的示意图；

附图2为本发明无线信道接入方案采用的CCS控制帧格式的示意图；

附图3为本发明无线信道接入方案的流程示意图。

【具体实施方式】

以下将参照所附图式详细说明本发明的技术内容。

参见附图1。在无线多跳网络中，当节点A、B间正在进行数据通信时，节点D、F、G和M分别成为了显接收终端(Exposed receiver)、隐接收终端(Hidden receiver)、显发送终端(Exposed sender)和隐发送终端(Hiddensender)。

当网络中有一对节点正在进行通信时，由于信道的共享特性和IEEE802.11协议采用的RTS(Request To Send，请求发送)/CTS(Clear To Send，清除发送)冲突避免方案，在收发节点对干扰范围内的所有节点都将保持沉默，等待信道空闲。为保证发送终端A节点与接收终端B节点之间通信的正常进行，这些隐/显终端D、F、G和M节点都将推迟自己的发送时间。对于隐/显发送终端M、G节点而言，推迟发送数据的时间并不会造成数据丢失的危险。但对于隐/显接收终端F和D节点而言，他们会推迟发送CTS的时间，导致隐/显接收终端F和D节点对应的发送终端E和C节点因没有在预定时间内收到反馈帧CTS而成为“聋”发送节点。

为避免出现隐/显接收终端时，“聋”发送节点盲目重复RTS帧请求通信，而造成数据丢失，本发明一种无线信道接入方案在IEEE 802.11协议的DCF(Distributed Coordination Function，分布式协调功能)的基础上，引入新的控制帧CCS(Collision Clear Signal，冲突清除信号)，请参照图2，是本发明无线信道接入方案采用的CCS控制帧格式的示意图，CCS控制帧长16字节，包括2字节的Frame control(帧控制)域，用于区分不同的帧格式；4字节的Duration(帧时间)域用于记录传输CCS控制帧所需要花费的时间；6字节的RA域记录CCS控制帧目的节点的地址；4字节的FCS(Frame CheckSequence，帧校验序列)域用于帧校验。

当网络中节点由于竞用信道而出现隐/显接收终端以及“聋”发送节点时，隐/显接收终端依据通信的节点对中的RTS或CTS帧的时间信息进行等待，延迟发送的时间；当隐/显接收终端F和D的NAV计时器为0且侦测到信道是空闲时，由隐/显接收终端F和D将CCS控制帧发送给相应的“聋”发送节点E和C，通知“聋”发送节点E和C可以立即通信；当“聋”发送节点E和C收到CCS控制帧后，且判断当前信道是空闲的，立即进行通信。若“聋”发送节点E和C正处于退避等待阶段，则取消其退避等待计时器，将退避窗口和链路层的重传次数置0，以增大发送成功的概率，同时立即发送RTS帧给接收方(隐/显接收终端F和D)，建立通信。表1给出了“聋”发送节点E和C收到CCS控制帧的执行算法。

Recv_CCS(p)1 if(p-＞ra！＝index_)discard(p)；//判断是否为目的节点，否则丢弃2 else {3 if(mhBackoff_.busy()){4 mhBackoff_.stop()；//停止退避计时器，准备发送RTS5 ssrc_＝0；6 rst_cw()；7 mhBackoff_.start(cw_，is_idle())；8 }9}

表1当“聋”发送节点收到CCS控制帧时执行算法

根据上述过程，参见附图3，是本发明无线信道接入方案的流程示意图，本发明无线信道接入方案包括以下步骤：

步骤1，网络中节点由于竞用信道而出现隐/显接收终端以及“聋”发送节点；

步骤2，隐/显接收终端依据通信的节点对中的RTS或CTS帧的时间信息进行等待，延迟发送的时间；

步骤3，判断隐/显接收终端的NAV计时器是否为0且信道是否空闲，如果是，进行步骤四；如果否，回到步骤二；

步骤4，由隐/显接收终端将CCS控制帧发送给相应的“聋”发送节点，通知“聋”发送节点可以立即通信；

步骤5，当“聋”发送节点收到CCS控制帧后，判断当前信道是否空闲，如果是，进行步骤六；如果否，等待信道空闲后进行通信；

步骤6，判断“聋”发送节点是否处于退避等待阶段；如果是，执行步骤七；如果否，执行步骤八；

步骤7，取消退避等待计时器，将退避窗口和链路层的重传次数置0，同时立即发送RTS帧给隐/显接收终端；以及

步骤8，建立通信。

本发明无线信道接入方案在IEEE 802.11 DCF(Distributed CoordinationFunction，分布式协调功能)的基础上引入新的控制帧CCS(Collision ClearSignal，冲突清除信号)，避免了现有技术中由于信道被占用导致隐/显接收终端不能马上向发送端发送CTS帧以致多次无效接入而造成的数据丢失，能有效调节节点接入信道的时间，减少由于收发节点信道状态信息的不一致造成信道接入的盲目性，降低冲突丢包的概率，提高了网络吞吐量和流间的公平性。

Claims

1.一种无线信道接入方案，其特征在于，该方案包括以下步骤：

当网络中节点由于竞用信道而出现隐/显接收终端以及“聋”发送节点时，隐/显接收终端依据通信的节点对中的RTS(请求发送)或CTS(清除发送)帧的时间信息进行等待，延迟发送的时间；

当隐/显接收终端的NAV(网络分配向量)计时器为0且探测到信道空闲时，隐/显接收终端发送一个CCS(冲突清除信号)控制帧给相应的“聋”发送节点，通知“聋”发送节点可以立即通信；以及

“聋”发送节点在收到CCS控制帧后，判断接收端信道空闲，建立通信。

2.如权利要求1所述的无线信道接入方案，其特征在于，该CCS控制帧是在IEEE 802.11 DCF(分布式协调功能)的基础上引入的。

3.如权利要求1所述的无线信道接入方案，其特征在于，该CCS控制帧包括Frame control(帧控制)域，用于区分不同的帧格式；Duration(帧时间)域用于记录传输CCS控制帧所需要花费的时间；RA域记录CCS控制帧目的节点的地址；FCS(帧校验序列)域用于帧校验。

4.如权利要求3所述的无线信道接入方案，其特征在于，该CCS控制帧长16字节，其中Frame control域是2字节，Duration域是4字节，RA域是6字节，FCS域是4字节。

5.如权利要求1所述的无线信道接入方案，其特征在于，在“聋”发送节点在收到CCS控制帧后，若“聋”发送节点正处于退避等待阶段，则取消“聋”发送节点的退避等待计时器，将退避窗口和链路层的重传次数置0，同时立即发送RTS帧给所述隐/显接收终端，建立通信。