CN102752807B - 无线局域网中中心点与边缘点的协调系统及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
一种无线局域网中中心点与边缘点的协调系统及其通信方法，它包括一中心点和多个边缘点，所述的中心点和多个边缘点进行通信，所述的中心点和各边缘点均连接一时钟模块。本发明中，由中心点通过Beacon帧及自定义时间片分配报文，对所连接在中心点上的边缘点进行时间片分配，及定时同步，边缘点根据分配得到的时间片决定何时可以发送数据，何时该停止发送，从而做到边缘点数据发送的异步，避免了无线空间的冲突，提升了有效带宽。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，尤其是多个无线终端与无线中心点通信的情况下，采用时钟模块调整时序的系统，具体地说是无线局域网中中心点与边缘点的协调系统。
背景技术
WLAN（无线局域网）中防止冲突采用的是CSMA/CA的冲突避免算法，即发送数据之前需要随机退避一段时间再发送，当一个中心点，多台边缘点（无线终端）情况下，多台终端之间距离间隔较远，发送的报文彼此并不能互相感知到，相互之间形成“隐藏结点”，多台形成“隐藏结点”的终端同时发送数据时在中心点处造成冲突，造成数据丢失，需要各终端进行降速重传，严重影响了无线空间的传输效率，造成用户带宽下降、视频不流畅、上网速度慢等。
发明内容
本发明的目的是针对现有WLAN（无线局域网）中，多台终端同时发送数据时在中心点处造成冲突，造成数据丢失，需要各终端进行降速重传，严重影响了无线空间的传输效率，造成用户带宽下降、视频不流畅、上网速度慢的问题，提出一种无线局域网中中心点与边缘点的协调系统及其通信方法。
本发明的技术方案是：
一种无线局域网中中心点与边缘点的协调系统，它包括一中心点和多个边缘点，所述的中心点和多个边缘点进行通信，其特征是所述的中心点和各边缘点均连接一时钟模块。
本发明的边缘点包括AP客户端、WIFI客户端和WDS客户端。
本发明的时钟模块采用台湾TXC公司的7M40000005或中心点、边缘点的CPU内部时钟模块。
一种无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，应用无线局域网中中心点与边缘点的协调系统，所述的中心点向所有边缘点发送的管理报文中，Beacon帧增加同步帧序号M；各边缘点增加同步帧序号M作为边缘点的全局变量N，它包括如下通信方法；
（A）、首先中心点与各边缘点建立连接关系构成局域网，各边缘点存储与之建立连接关系的中心点的物理地址BSSID，中心点在其时钟模块触发下，向所有边缘点发送Beacon帧和自定义报文，每隔一Beacon间隔，Beacon帧中的同步帧序号M更新：M=M+(Beacon间隔/当前总时间片总数X)，所述的自定义报文包括该中心点所连接的边缘点的当前总时间片总数X、各边缘点收发信号的时钟周期即单位时间片、各边缘点的物理地址MAC、信号强度和各边缘点所分配的时间片和时间片总数；各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的中心点物理地址BSSID，如果接收的中心点物理地址BSSID与已存储的中心点物理地址BSSID相同，则继续步骤B，否则，重复上述步骤，继续接收中心点发送的Beacon帧；
（B）、各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的同步帧序号M，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；
（C）、在各边缘点上，每隔一个时钟周期即单位时间片，则边缘点更新自身的全局变量N，使得N=N+1；
（D）、各边缘点计算所属的当前时间片S：S=N%X，其中X为当前总时间片总数X，如果当前时间片S为接收到的自定义报文中对应边缘点分配到的时间片，则该边缘点开始向中心点收发数据报文，否则，停止收发报文。
本发明的步骤（A）中，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；之后，各边缘点重新开启时钟模块，使得各边缘点的时钟与所在局域网中心点的时钟同步。
本发明的中心点的时钟模块触发其向所有边缘点发送Beacon帧的时间间隔即Beacon间隔：100-2000ms；发送自定义报文的时间间隔：500-1000ms。
本发明的步骤（D）之后，还包括步骤（E）、边缘点每次收发报文时判断当前时间，如果当前时间>开始发送时间+(单位时间片*1000-Y)，则停止发送；所述的开始发送时间表示此边缘点本次开始收发数据的时间值，当前时间、开始发送时间以微秒为单位；单位时间片以毫秒为单位；Y表示提前结束收发数据报文的时间，取值为：0~900微秒。
本发明中，在中心点端，采用以下步骤：
(A)、修改中心点的Beacon帧，在Beacon帧中加入同步帧序号M，M的类型值取17-255，M的初始值为0；中心点以固定的Beacon间隔每发送一次Beacon帧，同步帧序号M更新，M=M+(Beacon间隔/当前总时间片总数X)，当M值超过65536后归零，并从零开始重新计数；
(B)、中心点以固定的自定义报文发送间隔发送自定义报文，所述的自定义报文包括该中心点所连接的边缘点的当前总时间片总数X、各边缘点收发信号的时钟周期即单位时间片、各边缘点的物理地址MAC、信号强度和各边缘点所分配的时间片和时间片总数。
本发明中，在边缘点端，采用以下步骤：
(A)、边缘点接收Beacon帧后，提取其中的同步帧序号M，更新自身的全局变量N，使得N=M；用于同步所有边缘点即终端的时钟模块初始时间，防止由于时钟模块走时不准造成边缘点发送数据冲突；
(B)、边缘点接收自定义报文后，设定边缘点的时钟模块，时钟模块每间隔一时钟周期即单位时间片触发边缘点更新全局变量N，使得N=N+1；时钟周期即单位时间片<Beacon间隔；
(C)、每间隔一时钟周期，判断此边缘点是否可发送数据，各边缘点计算所属的当前时间片S：S=N%X，其中X为当前总时间片总数X，如果当前时间片S为接收到的自定义报文中对应边缘点分配到的时间片，则该边缘点开始向中心点收发报文，
(D)、边缘点每次收发报文时判断当前时间，如果当前时间>开始发送时间+(单位时间片*1000-Y)，则停止发送；所述的开始发送时间表示此边缘点本次开始收发数据的时间值，当前时间、开始发送时间以微秒为单位；单位时间片以毫秒为单位；Y表示提前结束收发数据报文的时间，取值为：0~900微秒。
本发明中，单位时间片：1毫秒的整数倍；单位时间片的取值为：1~16毫秒；单个边缘点的时间片个数为：1～32；所有边缘点的总时间片总数为：1~8192。
本发明的有益效果：
本发明中，由中心点通过Beacon帧及自定义时间片分配报文，对所连接在中心点上的边缘点进行时间片分配，及定时同步，边缘点根据分配得到的时间片决定何时可以发送数据，何时该停止发送，从而做到边缘点数据发送的异步，避免了无线空间的冲突，提升了有效带宽。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的各边缘点时间片分配状况示意图之一。
图3是本发明的各边缘点时间片分配状况示意图之二。
图4是本发明通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种无线局域网中中心点与边缘点的协调系统，它包括一中心点和多个边缘点，所述的中心点和多个边缘点进行通信，其特征是所述的中心点和各边缘点均连接一时钟模块（采用台湾TXC公司的7M40000005或中心点、边缘点的CPU内部时钟模块）。
本发明的边缘点包括AP客户端、WIFI客户端和WDS客户端。
如图4所示，一种无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，应用无线局域网中中心点与边缘点的协调系统，所述的中心点向所有边缘点发送的管理报文中，Beacon帧增加同步帧序号M；各边缘点增加同步帧序号M作为边缘点的全局变量N，它包括如下通信方法；
（A）、首先中心点与各边缘点建立连接关系构成局域网，各边缘点存储与之建立连接关系的中心点的物理地址BSSID，中心点在其时钟模块触发下，向所有边缘点发送Beacon帧和自定义报文，每隔一Beacon间隔，Beacon帧中的同步帧序号M更新：M=M+(Beacon间隔/当前总时间片总数X)(M的初始值取0，类型值取17-255；当M值超过65536后归零，并从零开始重新计数；)，所述的自定义报文包括该中心点所连接的边缘点的当前总时间片总数X、各边缘点收发信号的时钟周期即单位时间片、各边缘点的物理地址MAC、信号强度和各边缘点所分配的时间片和时间片总数；各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的中心点物理地址BSSID，如果接收的中心点物理地址BSSID与已存储的中心点物理地址BSSID相同，则继续步骤B，否则，重复上述步骤，继续接收中心点发送的Beacon帧；
（B）、各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的同步帧序号M，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；用于同步所有终端的时钟模块初始时间，防止由于时钟模块走时不准造成边缘点发送数据冲突；
（C）、在各边缘点上，每隔一个时钟周期即单位时间片，则边缘点更新自身的全局变量N，使得N=N+1；时钟周期即单位时间片<Beacon间隔；
（D）、各边缘点计算所属的当前时间片S：S=N%X，其中X为当前总时间片总数X，如果当前时间片S为接收到的自定义报文中对应边缘点分配到的时间片，则该边缘点开始向中心点收发报文，否则，停止收发报文。
(E)、边缘点每次收发报文时判断当前时间，如果当前时间>开始发送时间+(单位时间片*1000-Y)，则停止发送；所述的开始发送时间表示此边缘点本次开始收发数据的时间值，当前时间、开始发送时间以毫秒为单位；单位时间片以微秒为单位；；Y取值为：0~900。
本发明的步骤（A）中，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；之后，各边缘点重新开启时钟模块，使得各边缘点的时钟与所在局域网中心点的时钟同步。
本发明中，中心点的时钟模块触发其向所有边缘点发送Beacon帧的时间间隔即Beacon间隔：100-2000ms；发送自定义报文的时间间隔：500-1000ms。
本发明中，单位时间片：1毫秒的整数倍；单位时间片的取值为：1~16毫秒；单个边缘点的时间片个数为：1～32；所有边缘点的总时间片总数为：1~8192。
具体实施时：
中心点：
步骤一、修改中心点端的Beacon报文，加入同步帧序号，取元素ID等于17，每发送一次Beacon帧，帧同步序号增加（Beacon时间间隔/总时间片）大小，当值超过65536后归零
步骤二、中心点以500毫秒等间隔发送自定义报文，通知所连接的终端（边缘点）当前总时间片、每个终端的MAC地址、每个终端的信号强度、每个终端所分得的时间片多少及偏移，建议的自定义报文格式如下：
| 识别码 | 长度 | 子类型 | 序列号 | 时间片大小 | 保留字段 | 元素列表 | 校验和 |
其中元素列表采用TLV（Type-Length-Value）格式，格式如下
步骤三、假定4台终端连上中心点，共分配11个时间片，其中终端1两个时间片，终端2三个时间片，终端3五个时间片，终端4一个时间片。单位时间片为4毫秒
边缘点：
以终端1为例
步骤一、通过无线关联上中心点；
步骤二、启动时钟模块，时钟模块默认情况下每间隔“单位时间片”触发一次（即4ms），在时钟模块中定义全局标志N（初始值为0），每调用一次时钟模块N值加1；
步骤三、收取中心点发送的自定义报文，分析报文中的所有终端总时间片个数：11，此终端的总时间片个数：2，时间片：1，5；
步骤四、时钟模块到期，全局变量N+1，此时N值等于1，1%11=1，1在此终端的时间片中（1，5），所以此终端开始发送数据，并记录开始发送时间（单位为毫秒），其它三台终端的时间片均不等于1，所以不能发送数据；
步骤五、每发送数据时检查是否已发送超时，算法为：((当前时间-开始发送时间)*1000–800)>单位时间片，若已经超时则停止发送数据，否则继续发送；
步骤六、收到中心点Beacon，取出Beacon帧中的同步帧序号，更新全局变量N值=同步帧序号（用于同步所有终端的时钟模块超始时间，防止由于时钟模块走时不准造成终端发送数据冲突），关闭时钟模块并重启开启。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，应用无线局域网中中心点与边缘点的协调系统，所述的无线局域网中中心点与边缘点的协调系统包括一中心点和多个边缘点，所述的中心点和多个边缘点进行通信，所述的中心点和各边缘点均连接一时钟模块；
其特征是所述的中心点向所有边缘点发送的管理报文中，Beacon帧增加同步帧序号M；各边缘点增加同步帧序号M作为边缘点的全局变量N，它包括如下通信方法；
（A）、首先中心点与各边缘点建立连接关系构成局域网，各边缘点存储与之建立连接关系的中心点的物理地址BSSID，中心点在其时钟模块触发下，向所有边缘点发送Beacon帧和自定义报文，每隔一Beacon间隔，Beacon帧中的同步帧序号M更新：M=M+(Beacon间隔/当前总时间片总数X)，所述的自定义报文包括该中心点所连接的边缘点的当前总时间片总数X、各边缘点收发信号的时钟周期即单位时间片、各边缘点的物理地址MAC、信号强度和各边缘点所分配的时间片和时间片总数；各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的中心点物理地址BSSID，如果接收的中心点物理地址BSSID与已存储的中心点物理地址BSSID相同，则继续步骤B，否则，重复上述步骤，继续接收中心点发送的Beacon帧；
（B）、各边缘点收到Beacon帧后，提取其中的同步帧序号M，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；
（C）、在各边缘点上，每隔一个时钟周期即单位时间片，则边缘点更新自身的全局变量N，使得N=N+1；
（D）、各边缘点计算所属的当前时间片S：S=N%X，其中X为当前总时间片总数X，如果当前时间片S为接收到的自定义报文中对应边缘点分配到的时间片，则该边缘点开始向中心点收发数据报文，否则，停止收发报文；
步骤（D）之后，还包括步骤（E）、边缘点每次收发报文时判断当前时间，如果当前时间 > 开始发送时间+ (单位时间片*1000-Y) ，则停止发送；所述的开始发送时间表示此边缘点本次开始收发数据的时间值，当前时间、开始发送时间以微秒为单位；单位时间片以毫秒为单位；Y表示提前结束收发数据报文的时间，取值为：0~900微秒。
2.根据权利要求1所述的无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，其特征是所述的步骤（A）中，各边缘点更新自身的全局变量N，使得N=M；之后，各边缘点重新开启时钟模块，使得各边缘点的时钟与所在局域网中心点的时钟同步。
3.根据权利要求1所述的无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，其特征是所述的中心点的时钟模块触发其向所有边缘点发送Beacon帧的时间间隔即Beacon间隔：100-2000ms；发送自定义报文的时间间隔：500-1000ms。
4.根据权利要求1所述的无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，其特征是在中心点端，采用以下步骤：
(A)、修改中心点的Beacon帧，在Beacon帧中加入同步帧序号M，M的类型值取17-255，M的初始值为0；中心点以固定的Beacon间隔每发送一次Beacon帧，同步帧序号M更新，M=M+(Beacon间隔 / 当前总时间片总数X)，当M值超过65536后归零，并从零开始重新计数；
(B)、中心点以固定的自定义报文发送间隔发送自定义报文，所述的自定义报文包括该中心点所连接的边缘点的当前总时间片总数X、各边缘点收发信号的时钟周期即单位时间片、各边缘点的物理地址MAC、信号强度和各边缘点所分配的时间片和时间片总数。
5.根据权利要求1所述的无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，其特征是在边缘点端，采用以下步骤：
(A)、边缘点接收Beacon帧后，提取其中的同步帧序号M，更新自身的全局变量N，使得N=M；用于同步所有边缘点即终端的时钟模块初始时间，防止由于时钟模块走时不准造成边缘点发送数据冲突；
(B)、边缘点接收自定义报文后，设定边缘点的时钟模块，时钟模块每间隔一时钟周期即单位时间片触发边缘点更新全局变量N，使得N=N+1；时钟周期即单位时间片< Beacon间隔；
(C)、每间隔一时钟周期，判断此边缘点是否可发送数据，各边缘点计算所属的当前时间片S：S=N%X，其中X为当前总时间片总数X，如果当前时间片S为接收到的自定义报文中对应边缘点分配到的时间片，则该边缘点开始向中心点收发报文，
(D)、边缘点每次收发报文时判断当前时间，如果当前时间 > 开始发送时间+ (单位时间片*1000-Y) ，则停止发送；所述的开始发送时间表示此边缘点本次开始收发数据的时间值，当前时间、开始发送时间以微秒为单位；单位时间片以毫秒为单位；Y表示提前结束收发数据报文的时间，取值为：0~900微秒。
6.根据权利要求1、4或5之一所述的无线局域网中中心点与边缘点的通信方法，其特征是所述的单位时间片：1毫秒的整数倍；单位时间片的取值为：1~16毫秒；单个边缘点的时间片个数为：1～32；所有边缘点的总时间片总数为：1~8192。
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