CN102130705B

CN102130705B - 基于快速跳频的wlan mesh通信方法和设备

Info

Publication number: CN102130705B
Application number: CN2011100984971A
Authority: CN
Inventors: 徐旭; 李莉; 高波; 李浩琳
Original assignee: China Telecom Corp Ltd
Current assignee: China Telecom Corp Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102130705A

Abstract

本发明提供基于快速跳频的WLAN MESH通信方法和设备，涉及WLAN应用技术领域。用于WLAN MESH的基于快速跳频的通信方法，包括：发送方于控制信道通过广播包发送RTS；发送方接收接收方通过控制信道响应RTS返回的CTS，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号；接收方根据数据信道的信道号确定接收方的信道切换点；发送方根据CTS获取数据信道将被占用的第二时间；发送方根据CTS返回的数据信道的信道号，确定发送方的信道切换点；发送方和接收方分别根据各自的信道切换点，切换到数据信道；发送方通过数据信道将数据传输给接收方。通过本发明的实施例，可以在数据传输时有效的避免干扰。

Description

基于快速跳频的WLAN MESH通信方法和设备

技术领域

本发明涉及无线局域网(WLAN)应用技术领域，特别是涉及一种基于快速跳频的无线网状网(WLAN MESH)通信方法和设备。

背景技术

基于802.11的MESH节点通信时，以竞争的方式使用无线资源。在一个节点开始发送数据后，其它节点只能等待，而不能进行发送，否则就会冲突。所以，随着802.11MESH网络的发展，网络中的MESH节点的增多，通信量加大，节点间相互通信会受到很大的干扰。而目前的单频点组网和基于慢跳频的多频点组网都不能解决干扰的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于快速跳频的WLAN MESH通信方法和设备，以在数据传输时避免干扰。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于无线网状网(WLANMESH)的基于快速跳频的通信方法，包括：发送方于控制信道通过广播包发送信道协商请求(RTS)，RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，空闲信道列表由发送方根据发送方维护的信道使用矢量分布表获取，信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；发送方接收接收方通过控制信道响应RTS返回的信道协商响应(CTS)，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，数据信道的信道号由接收方根据RTS，通过获取数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取；接收方根据数据信道的信道号确定接收方的信道切换点；发送方根据CTS获取数据信道将被占用的第二时间；发送方根据CTS返回的数据信道的信道号，确定发送方的信道切换点；发送方和接收方分别根据各自的信道切换点，切换到数据信道；发送方通过数据信道将数据传输给接收方。

在一个实施例中，通信方法还包括：接收方根据RTS更新接收方维护的信道使用矢量分布表；发送方根据CTS更新发送方维护的信道使用矢量分布表。

在一个实施例中，在发送方通过数据信道将数据传输给接收方之后，发送方和接收方切换到控制信道以准备进行下一次信道协商和数据传输。

在一个实施例中，接收方根据RTS，获取数据信道将被占用的第一时间，包括：接收方根据接收方对信道的监听时隙、发送数据前的回退时隙、程序的处理时间、数据信道的切换时间、CTS帧的长度、发送方在控制信道上的发送速率、待发送的数据包的大小和数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第一时间。

在一个实施例中，发送方根据CTS，获取数据信道将被占用的第二时间，包括：发送方根据接收方对信道的监听时隙，发送数据前的回退时隙，程序的处理时间，待发送的数据包的大小，数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第二时间。

为实现上述目的，本发明还提供了一种MESH无线局域网设备，其特征在于，包括：RTS发送模块，用以于控制信道通过广播包发送RTS，RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，空闲信道列表由MESH无线局域网设备根据MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表获取，信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；CTS接收模块，用于接收接收方通过控制信道响应RTS返回的CTS，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，数据信道的信道号由接收方根据RTS，通过获取数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取；第二时间参数获取模块，用于根据CTS获取数据信道将被占用的第二时间；信道切换点确定模块，用于根据CTS返回的数据信道的信道号，确定MESH无线局域网设备的信道切换点；信道切换模块，用于根据MESH无线局域网设备的信道切换点，切换到数据信道；数据传输模块，用于通过数据信道将数据传输给接收方。

在一个实施例中，MESH无线局域网设备还包括：更新模块，用于根据CTS更新MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表。

在一个实施例中，第二时间参数获取模块还用于根据接收方对信道的监听时隙，发送数据前的回退时隙，程序的处理时间，待发送的数据包的大小，数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第二时间。

为实现上述目的，本发明还提供了一种MESH无线局域网设备，其特征在于，包括：RTS接收模块，用于接收发送方通过广播包发送的RTS，RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，空闲信道列表由发送方根据发送方维护的信道使用矢量分布表获取，信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；第一时间参数获取模块，用于根据RTS获取数据信道将被占用的第一时间；CTS生成模块，用于生成响应RTS的CTS，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包大小和发送速率信息，数据信道的信道号根据数据信道将被占用的第一时间和MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表进而获取；CTS发送模块，用于通过控制信道向发送方发送CTS；信道切换点确定模块，用于根据数据信道的信道号确定MESH无线局域网设备的信道切换点；信道切换模块，用于根据MESH无线局域网设备的信道切换点，切换到数据信道；数据传输模块，用于通过数据信道将数据接收发送方发送的数据。

在一个实施例中，MESH无线局域网设备，还包括：更新模块，用于根据RTS更新MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表。

在一个实施例中，第一时间参数获取模块还用于根据MESH无线局域网设备对信道的监听时隙、发送数据前的回退时隙、程序的处理时间、数据信道的切换时间、CTS帧的长度、发送方在控制信道上的发送速率、待发送的数据包的大小和数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第一时间。

基于上述技术方案，根据本发明的一方面，将信道划分为一条控制信道和多条数据信道，通过RTS和CTS等控制信令在控制信道上协商数据信道。基于快速跳频技术，并根据本发明的实施例，MESH网络中的设备发送数据时可以避免冲突，使多个节点可以同时进行数据通信，提高无线资源的使用效率和整个系统的带宽。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步解释，构成本发明的一部分。本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明实施例的用于WLAN MESH的通信方法的流程图。

图2为根据本发明实施例的通信过程的信令示意图。

图3为根据本发明实施例的通信过程的时域示意图。

图4为根据本发明实施例的MESH无线局域网设备的结构示意图。

图5为根据本发明另一实施例的MESH无线局域网设备的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更详细的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

图1为根据本发明实施例的用于WLAN MESH的通信方法100的流程图。

在步骤102中，发送方于控制信道通过广播包发送信道协商请求(RTS)。RTS可以包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息。其中，空闲信道列表可以由发送方根据发送方维护的信道使用矢量分布表获取。信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况。

在一个实施例中，RTS的信令格式可以如表1的形式所示：

表1

在一个实施例中，接收方可以根据RTS更新接收方维护的信道使用矢量分布表。

在步骤104中，发送方接收接收方通过控制信道响应RTS返回的信道协商响应(CTS)。CTS可以包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息。其中，数据信道的信道号可以由接收方根据RTS，通过获取数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取。接收方维护的信道使用矢量分布表与发送方维护的信道使用矢量分布表相同，都可以通过对信道的监听，获取每条信道在时间轴上的使用情况。

在一个实施例中，CTS的信令格式可以如表2的形式所示：

表2

在一个实施例中，发送方可以根据CTS更新发送方维护的信道使用矢量分布表。

在一个实施例中，数据信道将被占用的第一时间T，可以由如下的公式(1)获取：

T＝(T[DIFS]+T[Backoff])＊(N+1)+2＊T[program]+T[switch]+L[cts ]/V[control]+L[data]/V[data](1)

其中，T[DIFS]为接收方对信道的监听时隙，T[Backoff]为发送数据前的回退时隙，T[program]为程序的处理时间，T[switch]为数据信道的切换时间，L[cts]为CTS帧的长度，V[control]为发送方在控制信道上的发送速率，L[data]为待发送的数据包的大小，V[data]为数据信道当前的传输速率。在一个实施例中，当发送方和接收方为邻居节点时，可以获取邻居节点的发送速率，否则，可以以预定的最低速率为V[control]。

在步骤106中，接收方根据数据信道的信道号确定接收方的信道切换点。

在步骤108中，发送方根据CTS获取数据信道将被占用的第二时间。在一个实施例中，数据信道将被占用的第二时间T，可以由如下的公式(2)获取：

T＝(T[DIFS]+T[Backoff])＊N+T[program]+L[data]/V[data](2)

其中，T[DIFS]为接收方对信道的监听时隙，T[Backoff]为发送数据前的回退时隙，T[program]为程序的处理时间，L[data]为待发送的数据包的大小，V[data]为数据信道当前的传输速率；

在步骤110中，发送方根据CTS返回的数据信道的信道号，确定发送方的信道切换点。

在步骤112中，发送方和接收方分别根据各自的信道切换点，切换到数据信道。

在步骤114中，发送方通过数据信道将数据传输给接收方。

在一个实施例中，在发送方通过数据信道将数据传输给接收方之后，发送方和接收方可以切换到控制信道以准备进行下一次信道协商和数据传输。

在一个实施例中，发送方和接收方可以为MESH无线局域网设备。MESH无线局域网设备在数据通信时可以将信道划分为一条控制信道和多条数据信道，通过RTS和CTS等控制信令在控制信道上协商数据信道。采用信道协商的方式，能够克服共享信道竞争方式的缺点。根据本发明的实施例，MESH无限局域网设备的射频单元支持快速跳频，频点切换的时延可以在0.1ms以下。MESH无限局域网设备可以维护多个队列，比如，广播包队列，以及为每个邻居节点维护的单播包队列。MESH无限局域网设备可以对多条信道进行规划，比如，一条作为控制信道，其它作为数据信道。MESH无限局域网设备之间可以通过 Beacon的定时器进行同步。当Beacon周期到来时，所有MESH局域网设备可以切换到控制信道，发送广播包。由于广播包的无线优先级比较高，所以能够抢占资源，比单播包优先发送。设备间可以通过广播包在控制信道上协商单播包通信的数据信道。

如图2为根据本发明实施例的通信过程的信令示意图。其中，A节点为发送方，B节点为接收方，C节点为监听节点。A节点与B节点通过控制信道协商数据信道，根据协商结果，切换到数据信道y进行数据传输。

图3为根据本发明实施例的通信过程的时域示意图。其中，A节点为发送方，B节点为接收方，C节点为监听节点。

为数据传输时段，

为监听时隙+回退时隙，为程序处理时间，

为信道切换时间。

图4为根据本发明实施例的MESH无线局域网设备400的结构示意图。MESH无线局域网设备400作为数据的发送方时，可以包括：RTS发送模块402、CTS接收模块404、第二时间参数获取模块406、信道切换点确定模块408、信道切换模块410和数据传输模块412。

RTS发送模块402，用以于控制信道通过广播包发送信道协商请求(RTS)，RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，空闲信道列表由MESH无线局域网设备400根据MESH无线局域网设备400维护的信道使用矢量分布表获取，信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况。

CTS接收模块404，用于接收接收方通过控制信道响应RTS返回的信道协商响应(CTS)，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，数据信道的信道号由接收方根据RTS，通过获取数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取。

第二时间参数获取模块406，用于根据CTS获取数据信道将被占用的第二时间。在一个实施例中，第二时间参数获取模块406还用于根据接收方对信道的监听时隙，发送数据前的回退时隙，程序的处理时间，待发送的数据包的大小，数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第二时间。

信道切换点确定模块408，用于根据CTS返回的数据信道的信道号，确定MESH无线局域网设备400的信道切换点。

信道切换模块410，用于根据MESH无线局域网设备400的信道切换点，切换到数据信道。

数据传输模块412，用于通过数据信道将数据传输给接收方。

在一个实施例中，MESH无线局域网设备400还可以包括更新模块，用于根据CTS更新MESH无线局域网设备400维护的信道使用矢量分布表。

图5为根据本发明另一实施例的MESH无线局域网设备500的结构示意图。MESH无线局域网设备500作为数据的接收方时，可以包括：RTS接收模块502、第一时间参数获取模块504、CTS生成模块506、CTS发送模块508、信道切换点确定模块510、信道切换模块512和数据传输模块514。

RTS接收模块502，用于接收发送方通过广播包发送的信道协商请求(RTS)，RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，空闲信道列表由发送方根据发送方维护的信道使用矢量分布表获取，信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况。

第一时间参数获取模块504，用于根据RTS获取数据信道将被占用的第一时间。在一个实施例中，第一时间参数获取模块504还用于根据MESH无线局域网设备500对信道的监听时隙、发送数据前的回退时隙、程序的处理时间、数据信道的切换时间、CTS帧的长度、发送方在控制信道上的发送速率、待发送的数据包的大小和数据信道当前的传输速率获取数据信道将被占用的第一时间。

CTS生成模块506，用于生成响应RTS的CTS，CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包大小和发送速率信息，数据信道的信道号根据数据信道将被占用的第一时间和MESH无线局域网设备500维护的信道使用矢量分布表进而获取。

CTS发送模块508，用于通过控制信道向发送方发送CTS。

信道切换点确定模块510，用于根据数据信道的信道号确定MESH无线局域网设备500的信道切换点。

信道切换模块512，用于根据MESH无线局域网设备500的信道切换点，切换到数据信道。

数据传输模块514，用于通过数据信道将数据接收发送方发送的数据。

在一个实施例中，MESH无线局域网设备500还可以包括：更新模块，用于根据RTS更新MESH无线局域网设备500维护的信道使用矢量分布表。

根据本发明的一方面，将信道划分为一条控制信道和多条数据信道，通过RTS和CTS等控制信令在控制信道上协商数据信道。基于快速跳频技术，并根据本发明的实施例，MESH网络中的设备发送数据时可以避免冲突，使多个节点可以同时进行数据通信，提高无线资源的使用效率和整个系统的带宽。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种用于无线网状网（WLAN MESH）的基于快速跳频的通信方法，其特征在于，包括：

发送方于控制信道通过广播包发送信道协商请求（RTS），所述RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，所述空闲信道列表由所述发送方根据所述发送方维护的信道使用矢量分布表获取，所述信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；

所述发送方接收接收方通过所述控制信道响应所述RTS返回的信道协商响应（CTS），所述CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，所述数据信道的信道号由所述接收方根据所述RTS，通过获取所述数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取；

所述接收方根据所述数据信道的信道号确定接收方的信道切换点；

所述发送方根据所述CTS获取所述数据信道将被占用的第二时间；

所述发送方根据所述CTS返回的数据信道的信道号，确定发送方的信道切换点；

所述发送方和接收方分别根据各自的信道切换点，切换到所述数据信道；

所述发送方通过所述数据信道将数据传输给所述接收方。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，还包括：

所述接收方根据所述RTS更新所述接收方维护的信道使用矢量分布表；

所述发送方根据所述CTS更新所述发送方维护的信道使用矢量分布表。

3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，在所述发送方通过所述数据信道将数据传输给所述接收方之后，包括：

所述发送方和接收方切换到所述控制信道以准备进行下一次信道协商和数据传输。

4.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述接收方根据所述RTS，获取所述数据信道将被占用的第一时间，包括：

所述接收方根据所述接收方对信道的监听时隙、发送数据前的回退时隙、程序的处理时间、所述数据信道的切换时间、所述CTS帧的长度、所述发送方在所述控制信道上的发送速率、待发送的数据包的大小和所述数据信道当前的传输速率获取所述数据信道将被占用的第一时间。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述发送方根据所述CTS，获取所述数据信道将被占用的第二时间，包括：

所述发送方根据所述接收方对信道的监听时隙，发送数据前的回退时隙，程序的处理时间，待发送的数据包的大小，所述数据信道当前的传输速率获取所述数据信道将被占用的第二时间。

6.一种无线网格MESH无线局域网设备，其特征在于，包括：

RTS发送模块，用以于控制信道通过广播包发送信道协商请求RTS，所述RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，所述空闲信道列表由所述MESH无线局域网设备根据所述MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表获取，所述信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；

CTS接收模块，用于接收接收方通过所述控制信道响应所述RTS返回的信道协商响应CTS，所述CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，所述数据信道的信道号由所述接收方根据所述RTS，通过获取所述数据信道将被占用的第一时间，并根据接收方维护的信道使用矢量分布表进而获取；

第二时间参数获取模块，用于根据所述CTS获取所述数据信道将被占用的第二时间；

信道切换点确定模块，用于根据所述CTS返回的数据信道的信道号，确定所述MESH无线局域网设备的信道切换点；

信道切换模块，用于根据所述MESH无线局域网设备的信道切换点，切换到所述数据信道；

数据传输模块，用于通过所述数据信道将数据传输给所述接收方。

7.根据权利要求6所述的MESH无线局域网设备，其特征在于，还包括：

更新模块，用于根据所述CTS更新所述MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表。

8.根据权利要求6所述的MESH无线局域网设备，其特征在于，所述第二时间参数获取模块还用于根据所述接收方对信道的监听时隙，发送数据前的回退时隙，程序的处理时间，待发送的数据包的大小，所述数据信道当前的传输速率获取所述数据信道将被占用的第二时间。

9.一种无线网格MESH无线局域网设备，其特征在于，包括：

RTS接收模块，用于接收发送方通过广播包发送的信道协商请求RTS，所述RTS包括空闲信道列表、待发送的数据包数量、大小和发送速率信息，所述空闲信道列表由所述发送方根据所述发送方维护的信道使用矢量分布表获取，所述信道使用矢量分布表包括每条信道在时间轴上的使用情况；

第一时间参数获取模块，用于根据所述RTS获取所述数据信道将被占用的第一时间；

CTS生成模块，用于生成响应所述RTS的信道协商响应CTS，所述CTS包括将进行通信的数据信道的信道号、待发送的数据包大小和发送速率信息，所述数据信道的信道号根据所述数据信道将被占用的第一时间和所述MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表进而获取；

CTS发送模块，用于通过所述控制信道向所述发送方发送所述CTS；

信道切换点确定模块，用于根据所述数据信道的信道号确定所述MESH无线局域网设备的信道切换点；

数据传输模块，用于通过所述数据信道将数据接收所述发送方发送的数据。

10.根据权利要求9所述的MESH无线局域网设备，其特征在于，还包括：

更新模块，用于根据所述RTS更新所述MESH无线局域网设备维护的信道使用矢量分布表。

11.根据权利要求9所述的MESH无线局域网设备，其特征在于，所述第一时间参数获取模块还用于根据所述MESH无线局域网设备对信道的监听时隙、发送数据前的回退时隙、程序的处理时间、所述数据信道的切换时间、所述CTS帧的长度、所述发送方在所述控制信道上的发送速率、待发送的数据包的大小和所述数据信道当前的传输速率获取所述数据信道将被占用的第一时间。