CN103476130A - 一种竞争接入方法及站点设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种竞争接入方法及站点设备，站点收到目标接收方为本站点的无线帧，在满足预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略。本方案中，引入了扩展帧间间隔，站点在使用不需要立即回复应答帧的策略时，采用扩展帧间间隔竞争信道，可以避免由于MU传输造成的MU用户提前竞争信道带来的竞争碰撞问题，也可以避免非立即回复应答帧的MU用户对立即回复应答帧的MU用户的干扰，避免隐藏终端问题。

Description

一种竞争接入方法及站点设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体地，涉及一种竞争接入方法及站点设备。

背景技术

目前，在无线网络领域，无线局域网（Wireless Local Area Networks，简称WLAN）快速发展，对WLAN覆盖的需求要求日益增长，对吞吐量的要求亦越来越高。电气和电子工程师协会工业规范IEEE802.11组中，先后定义了802.11a，802.11b，802.11g，802.11n等一系列最普通的WLAN技术标准，随后又陆续出现了其他任务组，例如，802.11ac任务组进一步提出甚高吞吐量（Very High throughput，简称VHT）的概念，通过引入更大的信道带宽、更高阶的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，简称MIMO）和多用户多输入多输出(MU-MIMO)等技术，数据速率能够达到1Gbps以上。新的协议需要后向兼容之前的协议。另外，刚成立不久的802.11ah任务组，也使用了MU-MIMO等技术。

在WLAN系统中，一个接入点（Access Point，简称AP）以及与此AP相关联的多个站点（STAtion，简称STA）组成了一个基本服务集（Basic ServiceSet，简称BSS)。WLAN的特点是利用带有冲突避免的载波侦听多路访问机制（CSMA/CA，CSMA with Collision Avoidance）使多个站点共享无线信道。竞争接入机制时，站点在退避时间内检测信道，该退避时间一般包括一个帧间间隔加上随机个数的时隙，当信道在上述退避时间内都检测为空闲时，站点才可以接入信道。上述帧间间隔在分布式协调功能（DCF，distributedcoordination function）下为DCF帧间间隔（DIFS，DCF interframe space），在增强分布式信道接口（EDCA，enhanced distributed channel access）下为仲裁帧间间隔（AIFS，Arbitration interframe space）。

多个无线站点共享信道时，无线环境的冲突检测变得非常困难，其中一大问题就是隐藏站点。隐藏站点示例如图1所示，站点A向B发送数据，同时站点C也发送数据，由于C和A彼此都处于对方的覆盖范围之外，A和C同时发送将导致冲突，造成B不能正确接收数据。从A的角度来看，C即是一个隐藏站点。为解决隐藏站点问题，802.11提出了虚拟信道检测机制，即通过在无线帧帧头中包含信道预约时间信息，其他接收到含有信道预约时间信息的无线帧的旁听站点设置本地存储的一个网络分配矢量(NetworkAllocation Vector，简称NAV)，NAV的取值设置为上述信道预约时间信息的最大值，在该时间内，旁听站点不会发送数据，从而避免了隐藏节点竞争信道造成的碰撞，NAV减为零后，其他站点才能发送数据。例如发送方发送请求发送（RTS，Request to send）帧进行信道预约，其中包含信道预约时间信息，接收方响应清除发送（CTS，Clear to send）帧进行信道预约确认，其中也包含信道预约时间信息，以保证发送方能够完成后续的数据帧交换。设置NAV的示意如图2所示。

一般的数据帧交换过程包括发送方发送数据帧，目标接收方成功接收后回复应答帧，在上述NAV设置过程中，当站点收到的无线帧指示自己是接收方时(即无线帧RA的值与本地MAC地址匹配)，该站点不根据无线帧携带的信道预约时间信息来更新NAV。

WLAN新技术中引入了MU-MIMO，即将同时在同一频带上发送的多个空时流分配给不同的用户，实现空间复用。例如AP发送一个多用户无线帧MU层协议数据单元（PPDU，Presentation Protocol Data Unit），该PPDU包含8个空时流，可以将第1、2空时流分配给STA1，空时流3、4分配给STA2，空时流5、6分配给STA3，空时流7、8分配给STA4，这样AP通过一次发送无线帧，同时传输了多个用户的数据，上述过程在现有技术中称为下行MU-MIMO，STA1~STA4称为MU用户。上述MU PPDU包含有全向部分和定向部分，上述STA1~STA4及其他旁听站点都能够接收全向部分，但是一般只有目标用户能接收定向部分，例如，一般情况下只有STA1能够接收空时流1和2的数据，同时上述MU用户都不会更新NAV。MU-MIMO传输的帧交换过程如图3所示。在图3中，MU PPDU包含STA1~STA3的数据，这三个STA中至多有一个STA可以在收到MU PPDU后默认立即回复确认帧BA，而其它两个STA在收到AP发送的应答请求帧BAR后才可以回复确认帧BA，图3为示意图，在实际系统中，AP还可以稍后发送BAR请求BA。

上述MU传输过程在现技术下会有以下问题，如图3所示，当STA1~STA3接收完成MU PPDU后，由于MU用户只能看到自己的数据，即RA与自己的MAC地址匹配，则都不更新NAV，当STA1会在MU PPDU后默认回复应答帧；若STA2～STA3是STA1的隐藏终端，则听不到STA1默认回复的BA，而STA2～STA3不更新NAV且协议对它们的操作没有任何限制，则它们在MU PPDU传输结束后就可以使用上述退避时间竞争接入信道，上述退避时间包含帧间间隔(在无线局域网站为DIFS或AIFS)加上随机个数的退避时隙，如果退避时间小于STA1的发送BA的传输时间，这样STA2~STA3就会干扰STA1的BA传输，造成了竞争碰撞问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种竞争接入方法及站点设备，解决现有技术无线站点进行MU传输时，可能出现的上述竞争碰撞问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种竞争接入方法，其中，站点收到目标接收方为本站点的无线帧，在满足预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔（DIFS）或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）;

所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述短帧间间隔为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；

所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中未指示应答帧类型。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型不是无应答帧时，所述应答帧传输时长是根据所述站点预设的速率和所述物理层信令中指示的应答帧类型计算得出。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型为无应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

进一步地，上述方法还可以具有以下特点：

所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为需要立即回复应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种站点设备，其中，所述站点包括接收模块、判断模块、竞争接入模块；

所述接收模块，用于接收目标接收方为本站点的无线帧；

所述判断模块，用于判断是否满足预设条件，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略；

所述竞争接入模块，用于在所述判断模块判定满足所述预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入。

进一步地，上述站点设备还可以具有以下特点：

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）；

所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

进一步地，上述站点设备还可以具有以下特点：

所述短帧间间隔为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；

所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

本方案中，引入了扩展帧间间隔，站点在使用不需要立即回复应答帧的策略时，采用扩展帧间间隔竞争信道，可以避免由于MU传输造成的MU用户提前竞争信道带来的竞争碰撞问题，也可以避免非立即回复应答帧的MU用户对立即回复应答帧的MU用户的干扰，避免隐藏终端问题。

附图说明

图1为现有技术隐藏终端情况的示意图；

图2为现有技术中设置NAV示意图；

图3为现有技术中MU-MIMO数据传输过程示意图；

图4是本方案竞争接入方法的流程图。

具体实施方式

如图4所示，竞争接入方法包括：站点收到目标接收方为本站点的无线帧，在满足预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略。

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）;所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

所述短帧间间隔（Short InterFrame Spacing）为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

现有协议中应答策略包括四种策略：一，BA应答策略，二，立即应答策略，三，不应答策略，四，无明确应答或PSMP应答策略；本方法中的策略是指除了立即应答策略之外的其它应答策略。应答策略被指示于无线帧的MAC信令中即包含在无线帧的定向部分。应答帧类型包括ACK应答帧、BA应答帧、无应答帧。应答帧类型被指示于无线帧的物理层信令中即包含在无线帧的全向部分。无线帧的物理层信令中可以指示有应答帧类型，也可以不指示应答帧类型。上述方法可以适用于无线帧的物理层信令中未指示应答帧类型的情况。

所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为需要立即回复应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型不是无应答帧时，所述应答帧传输时长是根据所述站点预设的速率和所述物理层信令中指示的应答帧类型计算得出。

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型为无应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

本方案中的站点设备包括接收模块、判断模块、竞争接入模块；

所述接收模块，用于接收目标接收方为本站点的无线帧；

所述判断模块，用于判断是否满足预设条件，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略；

所述竞争接入模块，用于在所述判断模块判定满足所述预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入。

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）；所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

所述短帧间间隔为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

所述竞争接入模块，还用于在判断模块判定所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为需要立即回复应答帧时，使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

所述竞争接入模块，还用于在判断模块判定所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型不是无应答帧时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入，所述应答帧传输时长是根据所述站点预设的速率和所述物理层信令中指示的应答帧类型计算得出。

所述竞争接入模块，还用于在判断模块判定所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型为无应答帧时，使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

下面通过具体实施例进行详细说明。

具体实施例一

接入点AP的某个接入类成功竞争到信道后发送无线帧，且发送的无线帧为多用户无线帧MU PPDU，假设MU PPDU中包含STA1~STA4四个用户各自的聚合数据包，AP为每个MU用户分配空时流的位置和数目，并将其指示在MU PPDU的物理层帧头部分，AP在每个MU用户的数据包中指示接收STA的地址RA，并且在数据包中指示该STA在接收完MU PPDU后的应答策略。假设AP在无线帧的物理层信令中未指示应答帧类型。假设AP在STA1的数据包中RA的值设置为STA1的MAC地址，且设置STA1的应答策略为立即回复，STA2~STA4的数据包中RA分别设置为STA2~STA4的MAC地址，且要求STA2～STA4在收完MU PPDU后不需要立即回复应答帧。上述STA1~STA4中的数据包中携带的信道预约信息Duration的值是相同的。

上述STA1~STA4收到MU PPDU的物理帧头发现该无线帧含有自己的数据包后，根据物理帧头指示接收该无线帧中属于自己的数据。STA1~STA4通过物理帧头指示判断无线帧为多用户无线帧，且在接收完成的数据包中，接收地址RA与自己的MAC地址匹配，STA1~STA4不根据接收到的数据包中携带的信道预约信息Duration来更新自己的NAV设置。

STA1收到接收地址是自己的MU数据包且需要立即回复应答帧，则STA1在SIFS后回复应答帧ACK或应答帧BA，且在回复完应答帧后使用普通帧间间隔DIFS或AIFS竞争信道，而不使用扩展帧间间隔竞争信道。

STA2～STA4收到接收地址是自己的MU数据包且不需要立即回复应答帧，则STA2～STA4若尝试竞争接入获取传输机会，则STA2～STA4应使用扩展帧间间隔竞争接入信道，在DCF下扩展帧间间隔为EIFS，EIFS的值等于DIFS与SIFS再与应答帧ACK（此应答帧ACK为系统预设的应答帧）按照物理层最低支持的速率传输所使用的时间之和。在EDCA方式下扩展帧间间隔为AIFS[AC]与SIFS再与应答帧ACK按照物理层最低支持的速率传输所使用的时间之和，其中AIFS[AC]为不同接入类别使用的AIFS值，另外站点在本地NAV减少变为0前，不能主动竞争信道获取传输机会。

但站点STA2~STA4要立即回复的除了上述对于所述无线帧的应答帧之外的应答帧时，必须在SIFS后立即回复而不考虑其他因素，例如上述STA2在收到发给自己的应答请求帧BAR后应做出立即应答，而不考虑竞争接入使用的帧间间隔和当前NAV的值。

具体实施例二

接入点发送MU-MIMO无线帧给目标用户STA1~STA4，且在无线帧物理层信令指示应答帧类型，这里设置为类型为BA，且在MAC层信令中分别针对STA1~STA4指示它们各自的应答策略，针对STA1设置为立即回复策略，针对STA2~STA4设置为块确认策略(指不需要立即回复)。

STA1接收到所述MU-MIMO无线帧后，立即回复BA，并使用DIFS或AIFS竞争接入。而STA2～STA4接收到所述MU-MIMO无线帧后不回复任何帧，使用AIFS/DIFS再加上一个应答帧类型指示的BA帧类型的传输时间加上SIFS的时间竞争接入信道，即扩展长度是根据物理层信令的指示计算的。

具体实施例三

接入点发送MU-MIMO无线帧给目标用户STA1~STA4，且在无线帧物理层信令指示应答帧类型，这里设置为类型为无应答帧，且在MAC层信令中分别针对STA1~STA4指示它们各自的应答策略，此处STA1~STA4都设置为块确认策略(指不需要立即回复)。

STA1~STA4收到上述MU-MIMO无线帧后不回复任何帧，使用AIFS/DIFS竞争接入信道。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种竞争接入方法，其中，

站点收到目标接收方为本站点的无线帧，在满足预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔（DIFS）或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）;

所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述短帧间间隔为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；

所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中未指示应答帧类型。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型不是无应答帧时，所述应答帧传输时长是根据所述站点预设的速率和所述物理层信令中指示的应答帧类型计算得出。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述多用户多入多出无线帧的物理层信令中指示有应答帧类型并且应答帧类型为无应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为需要立即回复应答帧时，所述站点使用帧间间隔进行信道竞争接入，所述帧间间隔为分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）。

8.一种站点设备，其中，

所述站点包括接收模块、判断模块、竞争接入模块；

所述接收模块，用于接收目标接收方为本站点的无线帧；

所述判断模块，用于判断是否满足预设条件，预设条件包括所述无线帧为多用户多入多出无线帧且所述无线帧中针对所述站点指示的应答策略为不需要立即回复应答帧的策略；

所述竞争接入模块，用于在所述判断模块判定满足所述预设条件时，使用扩展帧间间隔进行信道竞争接入。

9.如权利要求8所述的站点设备，其特征在于，

所述扩展帧间间隔是帧间间隔与扩展时间长度之和，所述帧间间隔是指分布式协调功能（DCF）下的DCF帧间间隔或者在增强分布式信道接口（EDCA）下的仲裁帧间间隔（AIFS）；

所述扩展时间长度包括一个短帧间间隔与一个应答帧传输时长之和。

10.如权利要求9所述的站点设备，其特征在于，

所述短帧间间隔为发送的无线帧和其对应的应答帧之间的帧间间隔；

所述应答帧传输时长指使用所述站点支持的速率集中最低的物理层速率和预定义的应答确认帧计算得出的应答帧传输时间。

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