CN102413579A - 一种避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，包括：将Infrastructure BSS网络中的各个STA分别择一的归属到至少1个优先级组中；对每个优先级组分别设定传输因子；在STA通过所述Infrastructure BSS网络的关联后，采用DCF或者EDCA方式竞争信道之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道。该方法采用DCF或者EDCA方式竞争信道并传输数据之前，采用优先级组的方式对Infrastructure BSS网络中的各个STA进行优先级归类，当大量STA同时进行数据传输时，一方面保证所有STA都能够根据自身优先级顺序进行数据传输，避免造成网络拥塞，另一方面保证部分重要的处于高优先级的STA能够最早完成数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络传输领域，特别涉及一种在802.11采用竞争方式进行数据传输时避免网络拥塞的方法。
背景技术
802.11(其的商用推广品牌为Wi-Fi)是IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers，美国电气和电子工程师协会)制定的短距高速无线局域网标准。随着Internet(互联网)的快速发展，802.11目前得到了大规模的普及和发展，被广泛用于电脑、手机以及各种消费电子产品。802.11产品广泛使用2.4GHz和5GHz两个共享免费频段。
802.11有两种网络架构：一种是Independent BSS(Independent BasicService Set，独立基本服务集)架构，在此架构下，STA(Sta-tion，站，STA在WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网)中一般为客户端，可以是装有无线网卡的计算机，也可以是有Wi-Fi模块的智能手机，可以是移动的，也可以是固定的，是无线局域网的最基本组成单元)通过Ad hoc(点对点模式)组网彼此之间进行通信；另一种是Infrastructure BSS(Infrastructure Basic Service Set，中控型基本服务集)架构，如图1所示，在此架构下，AP((Wireless)Access Point，(无线)访问接入点)控制各个STA，STA通过AP与外部网络或其他STA进行通信。
在Infrastructure BSS网络中，AP周期性的广播Beacon帧(信标帧)，Beacon帧中包含此Infrastructure BSS网络运行的基本参数，STA可通过Beacon帧获得Infrastructure BSS网络运行的参数信息。在Beacon帧中，有一个Beacon间隔域(Beacon Interval Field)，此域指示一个固定的广播Beacon帧的时间间隔参数“TBTT”，如图2所示，值得注意的是，由于802.11基于竞争的接入方式，在TBTT的时刻，信道可能出于忙的状态，AP不能获得信道，此时，AP将推后发送Beacon帧。
STA首先需要通过扫描过程发现周围的Infrastructure BSS网络，再通过认证过程和关联过程，才能和AP建立连接，加入Infrastructure BSS网络。
其中，扫描过程包括被动扫描和主动扫描两种方式：
被动扫描：STA在其所支持的信道上搜索AP发送的Beacon帧，并获得相应Infrastructure BSS网络的信息；
主动扫描：STA在其所支持的信道上发送Probe Request帧(探寻请求帧)，AP收到后，回应Probe Response帧(探寻响应帧)，STA通过ProbeResponse帧获得相应Infrastructure BSS网络的信息。
认证过程：802.11定义了两种认证机制：开放系统认证和共享密钥认证。
关联(Association)过程：STA要加入某个AP控制的Infrastructure BSS网络，其必须通过如下关联过程加入此Infrastructure BSS网络：STA发送关联请求(Association Request)帧给AP，AP回应关联响应(AssociationResponse)帧给STA。
当STA关联入Infrastructure BSS网络后，使用DCF(DistributedCoordination Function，分布式协调功能)、EDCA(Enhanced DistributedChannel Access，增强分布式协调访问)、PCF(Point Coordination Function，点协调功能)或者HCCA(Hybrid Coordination Function Controlled ChannelAccess，混合式协调功能控制信道访问)方式进行数据传输。
其中，DCF和EDCA是采用竞争的方式进行数据传输的。
DCF是802.11的基本媒质访问接入技术。如果一个STA想发送数据，其首先要通过在固定的帧间隔(IFS，Inter-frame Space)时间内执行信道空闲评估(CCA，Clear Channel Assessment)来检测信道是否空闲。如果信道是空的，则STA假设其可以获得信道，并发送数据；如果信道是忙的，则STA等待信道空闲IFS时间后，并再等待一个随机的回退(backoff)时间。如果在回退的时间内，信道仍然是空的，则STA认为其可以获得信道并发送数据；如果在回退的时间内，检测出信道处于忙的状态，则其不能获得信道，此时STA冻结回退定时器，等待信道再次空闲IFS时间，再重新解冻回退定时器(不重新产生随机的回退时间)，检测这段时间内信道是否空闲。
如图3所示，在STA1传输数据时，STA2、STA3都有帧要传输，等待信道空闲IFS间隔后，STA2和STA3进入竞争阶段，每个STA在竞争窗口(CW，Contention Window)内随机选择一个回退时间，如图3所示，STA3所选择的回退时间最短，它的回退计时器最先减至0，并开始传输帧，此时STA2检测到信道变忙后，将回退计时器冻结；当信道再次空闲IFS时间后，STA2的回退计时器解冻，并在剩余的这段回退时间内，没有检测出信道变忙，随即当计时器减至0后，STA2开始发送帧。
根据STA要发送数据的不同(这里的数据指的并不只是业务数据，也包括管理帧等)，IFS会有所不同，有SIFS、PIFS、DIFS、AIFS、EIFS等(其中AIFS在EDCA中引入)。
SIFS(Short Inter-frame Space，短的帧间间隔)：在802.11中SIFS是固定值，SIFS是最小的帧间间隔，因此采用SIFS的节点具有访问无线链路的最高优先级。
DIFS(DCF Inter-frame Space，DCF帧间间隔)：在DCF协议中，节点在开始发送数据之前需要监测信道是否空闲。如果信道已经空闲，则节点仍需等待DIFS段时间才开始发送数据；而如果在DIFS时间段内任一时刻信道被监测为忙，则节点不得不推迟它的数据发送。DIFS和SIFS间的计算关系为：
DIFS＝SIFS+(2×时隙)
PIFS(PCF Inter-frame Space，PCF帧间间隔)：PCF传输方式中AP等待PIFS而不是DIFS以访问信道。PIFS和SIFS间的计算关系为：
PIFS＝SIFS+时隙
由于DIFS＞PIFS＞SIFS，因此PCF传输方式下AP总比普通节点具有更高的访问信道的优先级。
EIFS(Extended Inter-frame Space，扩展的帧间间隔)：在前一帧出错的情况下，发送节点不得不延迟EIFS时间段后再发送下一帧。EIFS计算公式为：
EIFS＝最低基本速率下的ACK帧的传输时间(Transmission time of Ackframe at lowest basic rate)+SIFS+DIFS
在发送ACK帧、CTS帧、AP发送Beacon帧、以及在一些特定机制下发送数据帧时，使用SIFS、PIFS，SIFS的时间长度小于PIFS，这两者都小于DIFS、AIFS和EIFS；当数据发送使用SIFS、PIFS时，没有回退定时器，在SIFS、PIFS时间过后，直接发送数据。
回退时间在[0，CW]的时间内以均匀分布选取，CW刚开始选择最小值CWmin，如果发送数据不成功，则加倍上一次的CW值，直到达到CWmax。如果发送数据成功，则CW重置为CWmin。CWmin的默认值为15，CWmax的默认值为1023。
AP也会采取DCF的接入机制，在采用DCF时，与上述的STA的接入方法是一样的。
STA或者AP在DIFS过后通过回退定时器得到信道后，可以向目标(AP或者STA)发送RTS(Request To Send，请求发送)，并得到目标CTS的响应，RTS和CTS可以预约信道，设置其它STA的NAV(Network AllocationVector，网络分配矢量)，其它STA在NAV的时间内不会去竞争信道；源和目标通过RTS/CTS预约信道后，源(STA或者AP)再发送要传送的数据，并得到目标的ACK帧；RTS帧与CTS帧之间的间隔为SIFS，不需要回退定时器。
基于DCF传输方式，802.11还引入了集中式协调的信道接入技术PCF。另外，在802.11e中，为了支持QoS(Quality of Service，服务质量)，又引入了对DCF进行增强的EDCA，以及弥补PCF缺点而引入的HCF(hybridcoordination function，混合协调功能)。
EDCA是DCF的扩展，在802.11e中引入，用于支持具有优先级的QoS服务。EDCA定义了4种接入类型(AC，Access Category)：AC_BK(Background，背景)、AC_BE(Best Effort，尽力服务)、AC_VI(Video，视频)、AC_VO(Voice，声音)，其中，AC_VO的优先级最高，其次是AC_VI、AC_BE、AC_BK；每种AC具有一组特定的信道接入参数，用来控制信道的接入优先级。
EDCA接入和DCF一样，当信道空闲时，要首先推迟固定的一段时间(AIFS)，再推迟一个随机的回退时间。与DCF不同的是，每个STA的流量被分到4个队列中，每个队列对应于一个AC。EDCA接入的参数是按每个AC定义的，如：AIFS[AC]，CW[AC]，通过给不同优先级的队列定义值不相同的AIFS、CW等，来给不同优先级的队列提供有差别的等待时间。对于EDCA而言，每个STA不但要和其他的STA竞争信道，而且STA内的各个AC队列也要内部竞争信道。内部冲突的解决办法和STA间的信道竞争解决办法一样：如果一个STA有多个AC队列具有数据，它们像STA间的信道竞争那样竞争传输机会(即在AIFS[AC]+Backoff[AC]内看是否有其他的AC队列发送数据，参见上述DCF)，如果两个队列同时获得了接入信道的权限，那么高优先级的AC队列获得接入，其他的AC像发生了STA间的冲突那样，加倍它的CW[AC]后重新产生回退时间，再重新尝试接入。
EDCA中引入的AIFS(Arbitration Inter-frame Space，仲裁帧间隔)的值如下式所示，通过定义不同级别AC的AIFSN来区分得出不同AIFS值。
AIFS[AC]＝AIFSN[AC]×aSlotTime+aSIFSTime
其中，aSlotTime为时隙，aSIFSTime为短的帧间间隔。从上式可以看出，对AIFS的参数设置实际上是对参数AIFSN的设置。
802.11e中还引入了TXOP(Transmission Opportunity，发送机会)的概念，在此前的DCF中，当STA或者AP获得信道后，都只能发送一个帧，TXOP引入的目的是为了让STA或者AP在获得信道后，可以发送多个帧。每个STA的TXOP不能超过TXOP Limit(发送机会限制)，TXOP Limit在AP广播的Beacon帧(或者Probe Response帧)的EDCA Parameter Set IE(EDCA参数集信息元素)中提供，TXOP Limit与上述AIFS、CW都是按照每个AC定义的，也就是说不同的AC具有不同的TXOP Limit，优先级高的AC的TXOP Limit较大，可以获得更多的传输时间。
2011年IEEE 802.11工作组新成立一个802.11ah工作组，计划将802.11技术推广到小于1GHz的频段，由于频段降低，在相同的功率下802.11AP可以覆盖更远的距离，让更多的STA接入网络进行传输。802.11ah的一个应用场景是将其用于M2M(Machine to Machine communication，机器通信)设备，比如：用于智能电网。在这种场景下，一个AP下可能具有大量的802.11ah终端(STA)，如6000个；802.11ah的STA数据传输方式可能是周期性或者事件性触发的。
802.11ah之前的802.11系统主要是考虑H2H通信(Human to Humancommunication，人人通信)而设计的，并不适应上述M2M通信的传输方式：首先，802.11ah之前的802.11系统中，一个AP下至多支持上百个STA，802.11ah AP考虑到几千个STA的传输，需要在接入方式和传输方式上进行改进；其次，现有的802.11网络中，802.11STA业务的发送更多的由人进行触发，因此具有一定的随机性，大量STA同时传输数据的可能性很小，但是对于802.11ah STA来说可能基于周期性或者事件性触发传输数据，因此可能存在大量的STA同时传输数据的时刻，无论使用现有的DCF或者EDCA方式进行数据传输，都会大大增加冲突的概率，造成802.11ah网络的拥塞。
虽然在M2M应用场景中，802.11ah网络可能更多的由行业用户进行部署，行业用户可以在应用层进行一定的设置来分散802.11STA的接入，但应用层的设置可能并不足够。另外，对于突发事件(比如断电后的突然加电)，大量STA可能不得不同时进行数据传输，当大量的STA同时发起传输时，会大大增加冲突的概率，造成网络的拥堵。即使对于802.11e(EDCA)来说，对不同的业务区分了优先级，并根据优先级分别设置AIFS[AC]、CW[AC]、TXOP Limit[AC]等参数，但行业用户仍然需要对不同的STA进行区分，以便在网络拥塞的时候，保证部分STA的传输。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，当大量STA同时发起传输时，减小冲突概率，避免网络802.11网络的拥塞。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，包括：
将Infrastructure BSS网络中的各个STA分别择一的归属到至少1个优先级组中；
对每个优先级组分别设定传输因子；
在STA通过所述Infrastructure BSS网络的关联后，采用DCF或者EDCA方式竞争信道之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道。
进一步，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道包括：所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道。
进一步：
所述传输因子设置于[0，1]之间，所述随机数取值在[0，1]之间并呈均匀分布；
所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，具体包括以下步骤：
步骤a1：所述STA产生随机数；
步骤a2：若该STA产生的随机数小于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤a3，否则执行步骤a4；
步骤a3：该STA竞争信道；
步骤a4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤a2；
或者，所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，具体包括以下步骤：
步骤b1：所述STA产生随机数；
步骤b2：若该STA产生的随机数大于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤b3，否则执行步骤b4；
步骤b3：该STA竞争信道；
步骤b4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤b2。
进一步：
优先级高的优先级组所设定的传输因子大于优先级低的优先级组所设定的传输因子；或者
优先级高的优先级组所设定的传输因子小于优先级低的优先级组所设定的传输因子。
进一步，优先级高的优先级组所设定的等待时间小于优先级低的优先级组所设定的等待时间。
进一步，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道包括：所述STA对其所属优先级组的传输因子逻辑值进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道。
进一步：
所述传输因子设置逻辑值为0或1；
所述STA对其所属优先级组的传输因子进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道，具体包括：
若该STA所属优先级组的传输因子为1，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道；
或者，所述STA对其所属优先级组的传输因子进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道，具体包括：
若该STA所属优先级组的传输因子为0，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道。
进一步，所述等待时间在所述Infrastructure BSS网络的AP中进行设置，并通过Beacon帧在所述Infrastructure BSS网络中进行广播，或者通过ProbeResponse帧发送给所述STA。
进一步，所述传输因子在所述Infrastructure BSS网络的AP中进行设置，并通过Beacon帧在所述Infrastructure BSS网络中进行广播，或者通过ProbeResponse帧发送给所述STA。
进一步，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道是在该STA中进行的。
进一步，Infrastructure BSS网络中的各个STA在向AP发送关联请求时，均向所述AP上报STA自身所归属的优先级组，所述AP根据各个STA所上报的优先级组将各个STA归属到不同的优先级组中。
进一步，在完成Infrastructure BSS网络扫描之后并进行关联之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否进行Infrastructure BSS网络的认证或关联。
进一步，当采用EDCA数据传输方式时，Beacon帧中的EDCA ParameterSet IE中的AIFS、CW、TXOP Limit参数根据优先级组和AC进行设置。
进一步，当采用EDCA数据传输方式时，对每个优先级组的各种AC分别设定传输因子。
进一步，当采用EDCA数据传输方式时，对每个优先级组的各种AC分别设定等待时间。
从上述方案可以看出，本发明中采用DCF或者EDCA方式竞争信道并传输数据之前，采用优先级组的方式对Infrastructure BSS网络中的各个STA进行优先级归类，当大量STA同时进行数据传输时，一方面保证所有STA都能够根据自身优先级顺序进行数据传输，避免造成网络拥塞，另一方面保证部分重要的处于高优先级的STA能够有更大的概率较早完成数据传输。传输因子的设定引入了各个STA对信道的竞争机制，一方面，避免了同一优先级组下STA数量过多时(如所有的STA均处于同一优先级组中的情况)对网络造成的拥塞，另一方面，在保证高优先级组中的STA有更大的概率进入到DCF或者EDCA进行信道竞争时，虽然处于低优先级组中的STA进入到DCF或者EDCA进行信道竞争的概率较小，但仍然能够有机会进入到DCF或者EDCA进行信道竞争。另外，通过对不同优先级组的传输因子的设定，还可以阻止低优先级组中的STA竞争信道，保证高优先级组对信道的占用。
本发明提供的方法中，优先级组可以设定仅为1组，此时，所有的STA均采用同一个传输因子，在不需要考虑某些STA需要优先传输数据的情况下，通过设定一个统一的传输因子就可以对STA的信道竞争进行限制，从而避免由于大量STA同时进行信道竞争而导致网络拥塞。
附图说明
图1为802.11的Infrastructure BSS架构示意图；
图2为Beacon帧间隔域所指示的时间间隔示意图；
图3为DCF中STA竞争信道示意图；
图4为本发明提供的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法流程图；
图5为使用本发明方法过程中AP和STA之间进行交互的流程示意图；
图6为本发明的一个实施例中根据比较结果决定该STA是否竞争信道的步骤示意图；
图7为本发明的另一个实施例中根据比较结果决定该STA是否竞争信道的步骤示意图；
图8为现有的EDCA传输方式中4种AC的优先级顺序示意图；
图9为本发明的一个关于EDCA各个参数根据优先级组和AC进行设置的实施例示意图；
图10为AIFS参数值根据优先级组和AC进行设置的实施例示意图；
图11为DCF传输方式中传输因子、等待时间与优先级组相关的示意图；
图12为EDCA传输方式中对每个优先级组的各种AC分别设定传输因子和等待时间的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图4、图5所示，本发明提供的基于802.11的缓解网络拥堵，增强数据传输的方法包括：
步骤1：将Infrastructure BSS网络中的各个STA分别择一的归属到不同的优先级组中；
步骤2：对每个优先级组分别设定传输因子；
步骤3：在STA通过所述Infrastructure BSS网络的关联后，采用DCF或者EDCA方式竞争信道之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道。
其中步骤1中，根据情况，也可以同时存在优先级相同的不同优先级组。
上述步骤3中，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道可以通过如下手段实现：
所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道。
更具体地，将所述传输因子设置于[0，1]之间，所述随机数取值在[0，1]之间并呈均匀分布；
所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，参见图6，具体包括以下步骤：
步骤a1：所述STA产生随机数；
步骤a2：若该STA产生的随机数小于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤a3，否则执行步骤a4；
步骤a3：该STA竞争信道；
步骤a4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤a2。
采用上述步骤时，优先级高的优先级组所设定的传输因子大于优先级低的优先级组所设定的传输因子。
除上述过程外，作为另一种具体事实例，所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，参见图7，还可以具体包括以下步骤：
步骤b1：所述STA产生随机数；
步骤b2：若该STA产生的随机数大于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤b3，否则执行步骤b4；
步骤b3：该STA竞争信道；
步骤b4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤b2。
采用上述另一种具体事实例的步骤时，优先级高的优先级组所设定的传输因子小于优先级低的优先级组所设定的传输因子。
等待时间的设定采用：优先级高的优先级组所设定的等待时间小于优先级低的优先级组所设定的等待时间。这种设定方式的优点在于，高优先级组的STA等待时间较短，从而在同样长的一段时间内，高优先级组的STA比低优先级组的STA有更多的次数尝试产生随机数并与传输因子进行比较，以进一步提高高优先级组STA的随机数与传输因子相比较而成功的概率。
上述步骤3中，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道还可以通过如下手段实现：
所述STA对其所属优先级组的传输因子逻辑值进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道。
其中，所述传输因子设置值为逻辑值0或1；
所述STA对其所属优先级组的传输因子进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道，可以分别采用下述两种方式实现：
A.若该STA所属优先级组的传输因子为1，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道。
B.若该STA所属优先级组的传输因子为0，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道。
本发明的方法中，关于优先级组，可以设定为多组，也可以设定仅为1组。设定为仅为1组时，所有的STA均使用一个传输因子。此时，仅有1个优先级组，也等价于不进行优先级组的设定，Infrastructure BSS网络中没有优先级组的划分。此时，仅需要利用一个传输因子和等待时间对所有的STA进行信道竞争的限制，保证同时进行信道竞争的STA数量不会过多而引起网络拥塞。比如，设定统一的传输因子为0.2，要求所有的STA中产生随机数低于该传输因子0.2的STA才能够进行信道竞争，这样同一时间内，所有的要求传送数据的STA中仅有可能20％的STA能够进行信道竞争，另外80％则需要等待下次随机数的产生，从而在同一时间内，将信道竞争的STA的数量限制到了20％左右，从而避免全部STA同时进行信道竞争而可能造成的网络拥塞。
传输因子和等待时间的设定均在AP中进行，AP可以通过Beacon帧或者Probe Response帧将传输因子和等待时间发送给STA；随机数的产生和与传输因子的比较均在STA中进行。
竞争信道的传输方式主要有DCF和EDCA两种。对于EDCA来说，虽然802.11e对不同的业务区分了优先级，并根据优先级分别设置AIFS[AC]、CW[AC]、TXOP Limit[AC]等参数。但在一些M2M场景中，即使大量STA传输的业务是相同的，但仍然需要对不同的STA区分优先级，以便在网络拥塞的时候，限制低优先级STA的传输，保证高优先级STA的传输。
在EDCA传输方式中，Beacon帧(或者Probe Response帧)中的EDCAParameter Set IE中的AIFS、CW、TXOP Limit参数可以参考上述优先级组而进行设置，即AIFS、CW、TXOP Limit参数不但与AC有关，也与STA所处的优先级组有关，各个参数根据优先级组和AC进行设置：AIFS[AC，Group]，CW[AC，Group]、TXOP Limit[AC，Group]。AIF S、CW、TXOP Limit的具体设置可以根据网络状况而在AP上进行适当调整。
如图8所示以及背景技术中所述，对于现有的EDCA传输方式来说，AIFS、CW、TXOP Limit参数值只与AC有关，EDCA中4种AC的优先级顺序为：AC_VO＞AC_VI＞AC_BE＞AC_BK。
而本发明中提出的上述AIFS、CW、TXOP Limit参数值不仅与AC有关、也与优先级组有关，各个参数根据优先级组和AC进行设置，参照图9以及如下内容进行说明。
如图9所示，假设有三个优先级组，分别为优先级组1、优先级组2和优先级组3，优先顺序为：优先级组1＞优先级组2＞优先级组3，下面以AIFS的参数设置为例并参照图10来对具体的参数设置进行说明。
AIFS的时间越短，越容易竞争到信道；在同一AC下，高优先级组的AIFS值不大于低优先级组的AIFS值；同一优先级组中，优先级高的AC的AIFS值不大于优先级低的AC的AIFS值。
高优先级组中的低优先级AC的AIFS值可能大于、可能等于、也可能小于低优先级组中的高优先级AC的AIFS值，如：图10中优先级组1中的AC_VI值(AIFS：25μs)大于优先级组3中的AC_V0值(AIFS：20μs)，优先级组1中的AC_BE值(AIFS：34μs)等于优先级组3中的AC_VI值(AIFS：34μs)，优先级组1中的AC_BK值(AIFS：43μs)小于优先级组3中的AC_BE值(AIFS：52μs)。
CW参数和AIFS参数的设置类似，值越小，越容易竞争到信道；CW值的设置规则和AIFS值的设置规则类似，不在赘述。
TXOP Limit参数表示STA获得的最长TXOP，当STA获得TXOP后，其发送数据的时间不能超过TXOP Limit。TXOP Limit值越大，STA可发送数据的时间越长。因此，TXOP Limit值的设置规则和CW、AIFS值的设置规则相反，即：在同一AC下，高优先级组的TXOP Limit值大于低优先级组的TXOP Limit值；同一优先级组中，优先级高的AC的TXOP Limit值大于优先级低的AC的TXOP Limit值。
如前所述，AIFS在Beacon帧(或者Probe Response帧)中的体现实际上是以AIFSN的形式，因此AIFS此处为：
AIFS[AC，Group]＝aSIFSTime+AIFSN[AC，Group]×aSlotTime
即AIFSN参数的设置也与优先级组有关，不同的优先级组的AIFSN参数可以进行不同的设置。
对于EDCA传输方式中，STA在向AP发送关联请求中上报自己所归属的优先级组，所述AP根据各个STA上报优先级组，以确定该AP所控制的Infrastructure BSS网络中各个优先级组中STA的数量，以合适的确定Beacon帧中的EDCA Parameter Set IE中AIFS[AC，Group]，CW[AC，Group]、TXOPLimit[AC，Group]参数的值。
当STA产生的随机数小于该STA所属优先级组的传输因子后，进入竞争信道阶段，该阶段中需要等待信道空闲IFS时间后，并在产生的一个随机回退(backoff)时间内仍然保证信道空闲，才能发送数据(如前所述并参照图3)。STA在竞争信道时，可能出于冲突以及其他原因，数据没有发送成功，此时STA需要重新产生随机数，并与传输因子重新进行比较。
上述传输因子和等待时间仅对STA有效，AP在DCF和EDCA机制中的数据发送并没有传输因子和等待时间的限制。
上述方案只适用于需要竞争信道的帧，即在DIFS、AIFS、EIFS后要发送的帧(这些帧在DIFS、AIFS、EIFS后都还需要使用回退定时器竞争信道)，此时需要产生随机数，并与传输因子比较；对于在使用SIFS、PIFS后就可直接发送的帧，不使用上述所提的与传输因子比较的方法。
通过上述方法，可以根据网络环境等因素，对传输因子和等待时间进行灵活设定，如将所有优先级组的传输因子和等待时间设定为同样的大小，则所有的优先级组中的STA均可以平等的竞争信道。如果需要限制某些优先级组竞争信道，则可以根据上述的方法，将要限制的优先级的传输因子设定为0或者1(根据需要，可以设定规则0为禁止、1为允许，或者设定规则0为允许、1为禁止)。
当网络比较空闲时，AP也可以将所有组的传输因子全部都设置为允许状态(根据需要，可以设定规则0为禁止、1为允许，或者设定规则0为允许、1为禁止)，则此时所有的STA都平等的接入，没有优先级的区分；当网络利用率比较高时，AP可以设置较低的传输因子和较大的等待时间，暂时限制部分STA的传输。具体的设置由AP进行。
考虑到EDCA中STA中的不同AC的优先级，当采用EDCA数据传输方式时，可以对每个优先级组的各种AC分别设定传输因子和等待时间，即传输因子和等待时间还可以在AC上再进行区分。以根据需要对优先级组进行更细致的设置。以下进行具体的说明。
DCF传输方式没有AC的区分，因此传输因子、等待时间只与优先级组相关，如图11所示。3个优先级组的优先顺序为：优先级组1＞优先级组2＞优先级组3。参照图6的流程执行，即随机数小于传输因子后，开始竞争信道的实施例，传输因子和等待时间可进行如下设置：优先级组1的传输因子＞优先级组2的传输因子＞优先级组3的传输因子；优先级组1的等待时间＜优先级组2的等待时间＜优先级组3的等待时间。参照图7的流程执行，即随机数大于传输因子后，开始竞争信道的实施例，传输因子和等待时间可进行如下设置：优先级组1的传输因子＜优先级组2的传输因子＜优先级组3的传输因子；优先级组1的等待时间＜优先级组2的等待时间＜优先级组3的等待时间。
EDCA传输方式具有4种AC，传输因子、等待时间可以只与优先级相关，即在同一优先级组中，4类AC共用相同的传输因子和等待时间，也可以将传输因子和等待时间在AC级别继续细分，如此，每个优先级组中的每类AC可以具有不同的传输因子和等待时间，具体说明如下。
如图12所示，并按照图6所示的流程执行，即随机数小于传输因子后，开始竞争信道的实施例：同一AC下，高优先级组的传输因子的值大于低优先级组的传输因子的值，高优先级组的等待时间小于低优先级组的等待时间；同一优先级组中，优先级高的AC的传输因子的值大于优先级低的AC的传输因子的值，优先级高的AC的等待时间小于优先级低的AC的等待时间。
如图12所示，并按照图7所示的流程执行，即随机数大于传输因子后，开始竞争信道的实施例：同一AC下，高优先级组的传输因子的值小于低优先级组的传输因子的值，高优先级组的等待时间小于低优先级组的等待时间；同一优先级组中，优先级高的AC的传输因子的值小于优先级低的AC的传输因子的值，优先级高的AC的等待时间小于优先级低的AC的等待时间。
在STA完成Infrastructure BSS网络扫描之后并进行关联之前，也可以根据本发明提供的方法确定该STA是否进行Infrastructure BSS网络的认证或关联，即根据该STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道。采用该方法进行Infrastructure BSS网络的认证或关联，可以防止当大量STA同时发起认证或关联时造成的网络拥堵。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (15)
1.一种避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，用于分布式协调功能DCF或者增强分布式协调访问EDCA数据传输方式，其特征在于，包括：
将中控型基本服务集Infrastructure BSS网络中的各个站STA分别择一的归属到至少1个优先级组中；
对每个优先级组分别设定传输因子；
在STA通过所述Infrastructure BSS网络的关联后，采用DCF或者EDCA方式竞争信道之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道。
2.根据权利要求1所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道包括：所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道。
3.根据权利要求2所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：
所述传输因子设置于[0，1]之间，所述随机数取值在[0，1]之间并呈均匀分布；
所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，具体包括以下步骤：
步骤a1：所述STA产生随机数；
步骤a2：若该STA产生的随机数小于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤a3，否则执行步骤a4；
步骤a3：该STA竞争信道；
步骤a4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤a2；
或者，所述STA产生随机数并与该STA所属优先级组的传输因子进行比较，根据比较结果决定该STA是否竞争信道，具体包括以下步骤：
步骤b1：所述STA产生随机数；
步骤b2：若该STA产生的随机数大于该STA所属优先级组的传输因子，则执行步骤b3，否则执行步骤b4；
步骤b3：该STA竞争信道；
步骤b4：该STA待设定的等待时间后再重新产生随机数，并执行步骤b2。
4.根据权利要求3所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：
优先级高的优先级组所设定的传输因子大于优先级低的优先级组所设定的传输因子；或者
优先级高的优先级组所设定的传输因子小于优先级低的优先级组所设定的传输因子。
5.根据权利要求3所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：优先级高的优先级组所设定的等待时间小于优先级低的优先级组所设定的等待时间。
6.根据权利要求1所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于，所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道包括：所述STA对其所属优先级组的传输因子逻辑值进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道。
7.根据权利要求6所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：
所述传输因子设置逻辑值为0或1；
所述STA对其所属优先级组的传输因子进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道，具体包括：
若该STA所属优先级组的传输因子为1，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道；
或者，所述STA对其所属优先级组的传输因子进行判断，根据判断结果决定该STA是否竞争信道，具体包括：
若该STA所属优先级组的传输因子为0，则该STA竞争信道，否则该STA不竞争信道。
8.根据权利要求3至5任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：所述等待时间在所述Infrastructure BSS网络的访问接入点AP中进行设置，并通过信标Beacon帧在所述InfrastructureBSS网络中进行广播，或者通过探寻响应Probe Response帧发送给所述STA。
9.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：所述传输因子在所述Infrastructure BSS网络的AP中进行设置，并通过Beacon帧在所述Infrastructure BSS网络中进行广播，或者通过Probe Response帧发送给所述STA。
10.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：所述的根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否竞争信道是在该STA中进行的。
11.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：Infrastructure BSS网络中的各个STA在向AP发送关联请求时，均向所述AP上报STA自身所归属的优先级组，所述AP根据各个STA所上报的优先级组将各个STA归属到不同的优先级组中。
12.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：在完成Infrastructure BSS网络扫描之后并进行关联之前，根据STA所属优先级组的传输因子确定该STA是否进行Infrastructure BSS网络的认证或关联。
13.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：当采用EDCA数据传输方式时，Beacon帧中的EDCA参数集信息元素EDCA Parameter Set IE中的仲裁帧间隔AIFS、竞争窗口CW、发送机会限制TXOP Limit参数根据优先级组和接入类型AC进行设置。
14.根据权利要求1至7任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：当采用EDCA数据传输方式时，对每个优先级组的各种AC分别设定传输因子。
15.根据权利要求3至5任一项所述的避免802.11竞争式数据传输过程中网络拥塞的方法，其特征在于：当采用EDCA数据传输方式时，对每个优先级组的各种AC分别设定等待时间。
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