CN101969665B - 一种超高速无线局域网帧聚合装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高速无线局域网帧聚合装置及其控制方法，该装置包括发送端和接收端，发送端包括帧格式控制单元和发送单元，接收端包括接收单元和对不同业务下的帧聚合/分段方式和接入方式进行控制的控制命令单元，控制命令单元包括接收来自接收单元实时误码率信息、并将实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对以选出最佳帧聚合/分段方式和接入方式的最优帧格式控制模块和根据所述最佳帧聚合/分段方式和接入方式产生对发送端的帧格式控制单元进行帧聚合/分段控制的帧聚合控制命令产生模块。本发明提供的装置及方法，可实时地根据业务类型和误码率情况，选择合适的聚合方式和聚合帧数，使无线局域网在满足延时的同时提高了的吞吐量性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种超高速无线局域网帧聚合装置及其控制方法。
背景技术
1990年IEEE执行委员会创建IEEE802.11工作组，其目标是创建无线局域网(以下简称WLAN)标准，并用于解决不同WLAN设备之间的兼容性问题。参照1SO七层模型，IEEE802.11系列规范主要从物理层(以下简称PHY层)和媒体访问控制层(以下简称MAC层)两个层面制定系列规范，物理层规定了无线传输信号等基础规范，而媒体访问控制层标准是在物理层上的一些应用要求规范。目前IEEE802.11主要有IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g三个标准。
为了提高无线局域网的数据传输速率，满足用户对高速无线通信的需求，2004年由IEEE高吞吐量研究组织成立IEEE802.11n研究小组。IEEE802.11n是下一代无线局域网的标准，高吞吐量是该标准的主要特点。IEEE802.11n标准物理层采用多输入多输出(以下简称MIMO)、正交频分复用(以下简称OFDM)技术，提高了无线传输质量，也使得物理层传输速率得到极大提升。
理论上随着物理层传输速率的增加，吞吐量随之增加，但是吞吐量并不能随着数据传输速率的提高而无限制增长。当速率提高到一定程度，会出现MAC层吞吐量受限问题，即速率到达一定值后，吞吐量接近饱和。产生该现象的原因是：无线局域网的站点通过竞争或轮询的方式接入信道，其接入信道需要付出一定的时间开销，当这种接入开销的时间与传输物理帧的时间具有可比性时，这种开销就会对MAC吞吐产生显著影响，即随着物理层数据速率的提高，MAC吞吐的提高不明显，而只是缓慢地提高。
为了克服高速数据传输中原有MAC层协议开销过大造成的吞吐量受限，IEEE802.11工作组增加了新的MAC层协议，提出了MAC服务数据单元聚合(以下简称A-MSDU)和MAC协议数据单元聚合(以下简称A-MPDU)两种MAC层聚合方式。这里在MAC层帧聚合的基础上，增加一种物理层的帧聚合方式，又名物理层超帧技术，它可以和MAC帧聚合技术相结合以改善系统性能。在物理层超帧中，帧结构是由一个带完整物理层帧头的子帧和多个带精简物理帧头的子帧连接构成的，该物理层超帧的一个子帧可以存放单个的MAC帧或者聚合后的MAC帧。物理层超帧的核心思想和MAC层帧聚合类似，是为了降低过大的接入时间开销。与MAC层帧聚合不同的是，物理层超帧可以把发往不同用户的数据帧聚合传输，而MAC层帧聚合仅能把发往相同目的节点的数据聚合起来传输。
帧聚合能够带来接入时间开销的降低，从而提高数据吞吐量，但是不同的业务有不同的时延要求，若聚合过长的数据，传输时延不能满足。就算在满足时延要求的前提下，若误码率比较高，发送过长的数据帧可能会导致误帧率过大而无法高效传输数据。本发明给出了一种在考虑各种影响因素下采用合适的聚合方式进行数据传输的方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种超高速无线局域网帧聚合装置，并给出其控制方法，旨在解决各类应用在采用帧聚合/分段方式时对不同误码率情况下性能差异较大的问题，为无线局域网实现高吞吐量提供了可靠的聚合/分段方案。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超高速无线局域网帧聚合装置，包括发送端和接收端，所述发送端包括帧格式控制单元和发送单元，所述接收端包括接收单元和对不同业务下的帧聚合/分段方式和接入方式进行控制的控制命令单元，所述控制命令单元包括接收来自接收单元的实时误码率信息、并将实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对以选出最佳帧聚合/分段方式和接入方式的最优帧格式控制模块和根据所述最佳帧聚合/分段方式和接入方式产生对发送端的帧格式控制单元进行帧聚合/分段控制的帧聚合控制命令产生模块；所述帧格式控制单元的输出端连接发送单元的输入端，所述发送单元的输出端连接接收单元的输入端，所述接收单元的反馈端连接最优帧格式控制模块的输入端，所述最优帧格式控制模块的输出端连接帧聚合控制命令产生模块的输入端，所述帧聚合控制命令产生模块的输出端连接帧格式控制单元的控制端。
所述帧格式控制单元包括对A-MSDU聚合、A-APDU聚合或者分段传输方式的帧结构进行控制的MAC层组帧模块和对物理层超帧结构进行控制的PHY层组帧模块。
所述发送单元包括OFDM系统物理层发送基本模块，所述OFDM系统物理层发送基本模块包括编码映射模块、发送端串并变换模块、快速傅里叶逆变换模块(即IFFT模块)、发送端并串变换模块、加循环前缀模块；所述接收单元包括OFDM系统物理层接收基本模块，所述OFDM系统物理层接收基本模块包括去循环前缀模块、接收端串并变换、快速傅里叶变换模块(即FFT模块)、接收端并串变换、解编码解映射模块；所述接收端还包括MAC层解帧模块和PHY层解帧模块，所述接收单元的输出端连接PHY层解帧模块的输入端，所述PHY层解帧模块的输出端连接MAC层解帧模块的输入端。
所述误码率区间对照表设置在最优帧格式控制模块内，通过将实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对，是为了在不同的实时误码率情况下，采用最合适的聚合/分段方式以及接入方式，使得系统的吞吐量最大化。
根据上述的一种超高速无线局域网帧聚合装置的控制方法，具体包括如下步骤：
(1)接收单元接收发送单元的数据信息；
(2)最优帧格式控制模块提取接收单元的数据信息，并获得实时误码率信息；
(3)最优帧格式控制模块根据将获得的实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对，选择出最佳帧聚合/分段方式和接入方式；
(4)帧聚合控制命令产生模块根据步骤(3)中获得的最佳帧聚合/分段方式和接入方式产生帧聚合/分段控制命令；
(5)帧格式控制单元根据步骤(4)中产生的帧聚合/分段控制命令使MAC层组帧模块和PHY层组帧模块产生相应动作。
所述步骤(4)中产生的帧聚合/分段控制命令包括三个字节，分为占用三个比特的帧聚合/分段方式域和占用二十一个比特的聚合帧数限制域；所述聚合帧数限制域的取值范围为0000000 0000000 0000000～1111111 1111111 1111111；所述帧聚合/分段方式域的取值及其含义按表1定义：
表1
当帧聚合/分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为0000000 00000000000000时，表示无聚合无分段；当帧聚合/分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为0000000 0000000 0000001以上时，表示分段方式，且聚合帧数限制域的取值表示分段数；
当帧聚合/分段方式取值为001～111时，聚合帧数限制域的取值的高七位表示物理层超帧结构的聚合帧数，中间七位表示媒体访问控制服务数据单元聚合的聚合帧数，低七位表示媒体访问控制协议数据单元聚合的聚合帧数。
所述步骤(3)中的误码率区间对照表包含有如下信息：业务类型、帧聚合/分段方式、最大帧聚合数、接入方式、误码率区间；在系统吞吐量最大化情况下，不同业务有固定的误码率区间：当误码率高于该业务对应的误码率设定值时，即误码率较高时，采用分段方式传输数据，即采用较短帧传输数据，其接入方式采用基本接入方式；当误码率等于或低于该设定值时，即误码率较低时，采用帧聚合方式传输数据，其接入方式采用请求发送/允许发送接入方式(即RTS/CTS接入方式)，使用RTS/CTS接入方式可以减小碰撞开销。
所述误码率区间对照表按照如下步骤获取：
(a)给定各业务类型的延时限制和接收端误码率条件；
(b)分别在基本接入方式和请求发送/允许发送接入方式下，计算媒体访问控制服务数据单元聚合、媒体访问控制协议数据单元聚合、分段方式和物理层超帧结构的吞吐量，以及由于延时限制导致的最大帧聚合数；
(c)根据步骤(a)中的给定条件和步骤(b)中的计算结果，得出满足吞吐量最大化情况下的误码率区间对照表。
有益效果：本发明提供的一种超高速无线局域网帧聚合装置及其控制方法，可以实时地根据业务类型和误码率情况，选择合适的聚合方式和聚合帧数，使得无线局域网系统在满足延时要求的前提下提高了的吞吐量性能。
附图说明
图1为本发明中帧聚合实现时所采用的MAC层聚合和PHY层聚合示意图；
图2为本发明提供装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
帧聚合包括MAC层帧聚合和PHY层帧聚合，MAC层帧聚合又包括A-MSDU聚合和A-MPDU聚合，PHY层帧聚合是指物理层超帧结构。对帧格式的控制即是对A-MSDU聚合、A-MPDU聚合、物理层超帧结构以及其各种组合的选择以及聚合帧数的限制。
如附图1所示，来自上层的多个MSDU数据通过A-MSDU聚合技术在MAC层聚合成一个较大的载荷。通常，当接入点(即AP)或无线客户端(即STA)从协议栈收到MSDU时，会添加MAC帧头和桢检测序列(即FCS)，得到MPDU。如果采用A-MSDU聚合方式，我们把添加MAC帧头和FCS前的单个MSDU帧称为A-MSDU子帧，把聚合后的MSDU帧称为A-MSDU帧；如果采用A-MPDU的聚合方式，我们把添加MAC帧头和FCS后的单个MPDU帧称为A-MPDU子帧，把聚合后的MPDU帧称为A-MPDU帧；然后将MPDU帧或者A-MPDU帧送到PHY层进行处理，该MPDU帧或者A-MPDU帧都可能是包含A-MSDU的。PHY层收到MPDU或者A-MPDU帧后，添加PHY层帧头，可以在PHY层采用物理层超帧技术，即由一个带完整物理层帧头的物理层子帧和多个带精简物理帧头的物理层子帧拼接构成物理层超帧。
对于A-MSDU聚合来说，由于全部聚合的子帧共用一个有效校验域FCS，因此当存在某一子帧传输错误时，全部的子帧都必须重传；而对于A-MPDU或者物理层超帧来说，由于各个子帧有各自的FCS校验域，因此当存在错误传输时，只需重传对应的子帧，而不需要传输全部的帧，这样可以有效的提高系统吞吐量。
如附图2所示，为本发明提供的一种超高速无线局域网络帧聚合装置的结构示意图，包括发送端和接收端，所述发送端包括帧格式控制单元和发送单元，所述接收端包括接收单元和对不同业务下的帧聚合/分段方式和接入方式进行控制的控制命令单元，所述控制命令单元包括接收来自接收单元的实时误码率信息、并将实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对以选出最佳帧聚合/分段方式和接入方式的最优帧格式控制模块和根据所述最佳帧聚合/分段方式和接入方式产生对发送端的帧格式控制单元进行帧聚合/分段控制的帧聚合控制命令产生模块；所述帧格式控制单元的输出端连接发送单元的输入端，所述发送单元的输出端连接接收单元的输入端，所述接收单元的反馈端连接最优帧格式控制模块的输入端，所述最优帧格式控制模块的输出端连接帧聚合控制命令产生模块的输入端，所述帧聚合控制命令产生模块的输出端连接帧格式控制单元的控制端。所述误码率区间对照表设置在最优帧格式控制模块内。
所述发送单元包括OFDM系统物理层发送基本模块，所述OFDM系统物理层发送基本模块包括编码映射模块、发送端串并变换模块、IFFT模块、发送端并串变换模块、加循环前缀模块；所述接收单元包括OFDM系统物理层接收基本模块，所述OFDM系统物理层接收基本模块包括去循环前缀模块、接收端串并变换、FFT模块、接收端并串变换、解编码解映射模块；所述接收端还包括MAC层解帧模块和PHY层解帧模块，所述接收单元的输出端连接PHY层解帧模块的输入端，所述PHY层解帧模块的输出端连接MAC层解帧模块的输入端。
所述帧格式控制单元包括对A-MSDU聚合、A-APDU聚合或者分段传输方式的帧结构进行控制的MAC层组帧模块和对物理层超帧结构进行控制的PHY层组帧模块。
图2中所示装置的控制方法，具体包括如下步骤：
(1)接收单元接收发送单元的数据信息；
(2)最优帧格式控制模块提取接收单元的数据信息，并获得实时误码率信息；
(3)最优帧格式控制模块根据将获得的实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对，选择出最佳帧聚合/分段方式和接入方式；
(4)帧聚合控制命令产生模块根据步骤(3)中获得的最佳帧聚合/分段方式和接入方式产生帧聚合/分段控制命令；
(5)帧格式控制单元根据步骤(4)中产生的帧聚合/分段控制命令使MAC层组帧模块和PHY层组帧模块产生相应动作。
所述步骤(4)中产生的帧聚合/分段控制命令包括三个字节，分为占用最高位三个比特的帧聚合/分段方式域和占用最低位二十一个比特的聚合帧数限制域；所述聚合帧数限制域的取值范围为0000000 0000000 0000000～1111111 1111111 1111111；所述帧聚合/分段方式域的取值及其含义按表1定义：
当帧聚合/分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为0000000 00000000000000时，表示无聚合无分段；当帧聚合/分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为0000000 0000000 0000001以上时，表示分段方式，且聚合帧数限制域的取值表示分段数；
当帧聚合/分段方式取值为001～111时，聚合帧数限制域的取值的高七位表示物理层超帧结构的聚合帧数，中间七位表示媒体访问控制服务数据单元聚合的聚合帧数，低七位表示媒体访问控制协议数据单元聚合的聚合帧数。
所述步骤(3)中的误码率区间对照表包含有如下信息：业务类型、帧聚合/分段方式、最大帧聚合数、接入方式、误码率区间；在系统吞吐量最大化情况下，不同业务有固定的误码率区间：当误码率高于该业务对应的误码率设定值时，即误码率较高时，采用分段方式传输数据，即采用较短帧传输数据，其接入方式采用基本接入方式；当误码率等于或低于该设定值时，即误码率较低时，采用帧聚合方式传输数据，其接入方式采用RTS/CTS接入方式。
所述误码率区间对照表按照如下步骤获取：
(a)给定各业务类型的延时限制和接收端误码率条件；
(b)分别在基本接入方式和请求发送/允许发送接入方式下，计算媒体访问控制服务数据单元聚合、媒体访问控制协议数据单元聚合、分段方式和物理层超帧结构的吞吐量，以及由于延时限制导致的最大帧聚合数；
(c)根据步骤(a)中的给定条件和步骤(b)中的计算结果，得出满足吞吐量最大化情况下的误码率区间对照表。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超高速无线局域网帧聚合装置，包括发送端和接收端，其特征在于：所述发送端包括帧格式控制单元和发送单元，所述接收端包括接收单元和对不同业务下的帧聚合／分段方式和接入方式进行控制的控制命令单元，所述控制命令单元包括接收来自接收单元的实时误码率信息、并将实时误码率信息与误码率区间对照表进行比对以选出最佳帧聚合／分段方式和接入方式的最优帧格式控制模块和根据所述最佳帧聚合／分段方式和接入方式产生对发送端的帧格式控制单元进行帧聚合／分段控制的帧聚合控制命令产生模块；所述帧格式控制单元的输出端连接发送单元的输入端，所述发送单元的输出端连接接收单元的输入端，所述接收单元的反馈端连接最优帧格式控制模块的输入端，所述最优帧格式控制模块的输出端连接帧聚合控制命令产生模块的输入端，所述帧聚合控制命令产生模块的输出端连接帧格式控制单元的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种超高速无线局域网帧聚合装置，其特征在于：所述误码率区间对照表设置在最优帧格式控制模块内。
3.根据权利要求1所述的一种超高速无线局域网帧聚合装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：
(1)接收单元接收发送单元的数据信息；
(2)最优帧格式控制模块提取接收单元的数据信息，并获得实时误码率信息；
(3)最优帧格式控制模块根据将获得的实时误码率信息与误码率区间对照表进
行比对，选择出最佳帧聚合／分段方式和接入方式；
(4)帧聚合控制命令产生模块根据步骤(3)中获得的最佳帧聚合／分段方式和接入方式产生帧聚合／分段控制命令；
(5)帧格式控制单元根据步骤(4)中产生的帧聚合／分段控制命令使媒体访问控制层组帧模块和物理层组帧模块产生相应动作。
4.根据权利要求3所述的一种超高速无线局域网帧聚合装置的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中产生的帧聚合／分段控制命令包括三个字节，分为占用三个比特的帧聚合／分段方式域和占用二十一个比特的聚合帧数限制域；所述聚合帧数限制域的取值范围为000000000000000000000～111111111111111111111；所述帧聚合／分段方式域的取值及其含义按下表定义：
当帧聚合／分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为000000000000000000000时，表示无聚合无分段；当帧聚合／分段方式域的取值为000，聚合帧数限制域的取值为000000000000000000001以上时，表示分段方式，且聚合帧数限制域的取值表示分段数；
当帧聚合／分段方式取值为001～111时，聚合帧数限制域的取值的高七位表示物理层超帧结构的聚合帧数，中间七位表示媒体访问控制服务数据单元聚合的聚合帧数，低七位表示媒体访问控制协议数据单元聚合的聚合帧数。
5.根据权利要求3所述的一种超高速无线局域网帧聚合装置的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的误码率区间对照表包含有如下信息：业务类型、帧聚合／分段方式、最大帧聚合数、接入方式、误码率区间；在系统吞吐量最大化情况下，不同业务有固定的误码率区间：当误码率高于该业务对应的误码率设定值时，采用分段方式传输数据，其接入方式采用基本接入方式；当误码率等于或低于该设定值时，采用帧聚合方式传输数据，其接入方式采用请求发送／允许发送接入方式。
6.根据权利要求3所述的一种超高速无线局域网帧聚合装置的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的误码率区间对照表按照如下步骤获取：
(a)给定各业务类型的延时限制和接收端误码率条件；
(b)分别在基本接入方式和请求发送／允许发送接入方式下，计算媒体访问控制服务数据单元聚合、媒体访问控制协议数据单元聚合、分段方式和物理层超帧结构的吞吐量，以及由于延时限制导致的最大帧聚合数；
(c)根据步骤(a)中的给定条件和步骤(b)中的计算结果，得出满足吞吐量最大化情况下的误码率区间对照表。
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- 2010-10-11 CN CN201010505294.5A patent/CN101969665B/zh not_active Expired - Fee Related
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