CN103533653A

CN103533653A - 一种解决局域网中隐藏节点的方法及装置

Info

Publication number: CN103533653A
Application number: CN201210353615.3A
Authority: CN
Inventors: 徐国祥
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-01-22
Also published as: WO2014005461A1

Abstract

本发明公开了一种解决无线局域网中隐藏节点的方法及装置，为每个关联的移动终端STA分别虚拟一个独立的AP，并向每个移动终端STA单独发送Beacon帧，在各个STA的Beacon帧中携带Quiet信息单元，从而让不同移动终端STA在一个Beacon周期的不同时间范围内保持静默，使得同一时刻同时可能访问AP信道的移动终端STA个数减少，从而有效降低了STA之间的信道访问冲突概率，提升了无线局域网的整体性能。

Description

一种解决局域网中隐藏节点的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤指一种解决无线局域网中隐藏节点的方法和装置。

背景技术

无线局域网（以下简称WLAN网络）因具有易于部署、移动性等特点，应用范围越来越广。不仅企业网需要部署WLAN，城市无线网、教育、个人办公等方面，无处不在使用WLAN网络。

然而，在某些应用场景中，有可能会存在移动终端STA之间相互隐藏的现象。例如，某个室外工作环境中部署了WLAN，其移动终端STA分布在接入点AP周围方圆几百米甚至千米的范围内，如果移动终端STA是一些专门的设备（例如：用于检测接入点AP无线信号的专用仪器等），则甚至可以分布在AP周围几公里的范围内。在这种环境中，往往因移动终端STA之间相互距离较远而彼此监测不到信号收发，造成彼此间相互成为隐藏节点。再比如，教育机构中为学生宿舍部署的WLAN网络，经常是AP部署在走廊上，而STA是学生使用的笔记本，分布于学生宿舍中，一个AP需要同时为几个宿舍提供无线服务。这种情况下，虽然所有的STA都能听见AP，但两个宿舍的STA由于彼此屏蔽较重（中间隔了一堵墙），彼此也同样因监测不到而互相成为隐藏节点。

移动终端STA之间的隐藏将会给上行流量甚至下行流量会带来很大的影响，因为当两个相互隐藏的STA同时给AP发送报文时，会导致STA发送的无线数据报文在AP处造成冲突，从而导致STA发送数据不成功。当多个移动终端STA相互隐藏时会导致更高概率的冲突，进而使STA发送速率进一步降低。移动终端STA之间的隐藏，不仅降低了STA发送给AP的带宽能力，也会严重消耗空口资源，导致整个无线网络的性能很低。

为了解决上述问题，IEEE 802.11标准协议中定义了RTS/CTS机制（Request to Send/Clear to Send机制，即请求发送/清除发送机制，是被802.11无线网络协议采用的一种用来减少由隐藏节点问题所造成的冲突的机制）。在这种机制下，移动终端STA抢占到信道后，首先会向接收端AP发送RTS报文，在接收端AP收到STA发送的RTS报文后会响应CTS报文，由于AP响应的CTS报文的无线信号会覆盖到该AP下所有的移动终端STA。RTS/CTS报文中都包含了信道被占用的时间，协议规定收到RTS/CTS报文的终端必须在RTS/CTS报文中要求的时间内认为信道忙，不能发送数据，从而解决了隐藏节点的问题。

然而，在实际使用中发现，802.11标准协议将是否使用RTS/CTS这种机制的权限下放给每个移动终端STA，由移动终端STA自己决定是否使用这种机制。在实际使用中用户很少会去配置这个功能，因此，RTS/CTS这种机制的实际效用并不大，另外，目前很多移动终端STA缺省为不支持RTS/CTS这种机制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决无线局域网中隐藏节点的方法和装置。通过本发明，可以在完全遵循802.11标准情况下，利用其提供的静默功能来解决因隐藏节点而导致网络性能低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种解决无线局域网中隐藏节点的方法，所述方法应用于存在隐藏移动终端的无线局域网系统中，所述无线局域网至少包括一个接入点AP以及彼此可能形成相互隐藏关系的两个以上的移动终端STA，所述方法包括如下步骤：

步骤1、为每一个关联的STA创建一个独立的虚拟AP，使不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP；

步骤2、使用虚拟AP向各自关联的移动终端STA单独发送Beacon帧，其中所述至少两个不同的虚拟AP发送的Beacon帧中携带有不同的Quiet信息以使得至少两个STA在不同的时间范围内保持静默。

本发明同时提供了一种解决无线局域网中隐藏节点的装置，所述装置应用于至少包括一个接入点AP和两个移动终端STA的无线网络系统中，所述移动终端彼此之间可能互相隐藏，其特征在于，所述装置包括：

虚拟模块，用于为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP，使不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP；

发送模块，用于指示所述虚拟AP向各自关联的移动终端STA单独发送Beacon帧，其中所述至少两个不同的虚拟AP发送的Beacon帧中携带有不同的Quiet信息以使得至少两个STA在不同的时间范围内保持静默。

由上述技术方案可见，本发明通过802.11标准中提供的静默机制，利用AP和STA对静默报文的发送、接收和处理等功能，让移动终端STA在要求的时间范围内保持静默，从而使得任何时刻只有少数STA能够访问信道，进而减少STA访问信道的冲突概率，提升了整个无线网络的性能。

附图说明

图1是本发明解决无线局域网中隐藏节点的方法流程图；

图2是本发明移动终端STA周期性静默示例图；

图3是本发明某应用场景下n个移动终端STA的不同时刻静默示意图；

图4是本发明解决无线局域网中隐藏节点的装置示意图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，本发明提供一种解决方案，该方案为每个关联的移动终端STA分别虚拟一个独立的AP，通过该虚拟的AP向与之关联的移动终端STA发送Beacon帧，在所述Beacon帧中携带不同的Quiet（静默）信息，从而让不同移动终端STA在一个Beacon周期（也称为Beacon帧时间间隔）的不同时间范围内保持静默，使得同一时刻同时可能访问AP信道的移动终端STA个数减少，从而有效降低了移动终端STA之间的信道访问冲突概率，提升了无线局域网的整体性能。

以下结合实施例对本发明技术方案进行详细说明。如图1所示，为本发明解决无线局域网中隐藏节点的方法流程图，其中该方法应用于存在隐藏移动终端的无线局域网系统中，所述无线局域网至少包括一个接入点AP以及彼此可能隐藏的两个以上的移动终端STA。所述方法包括如下步骤：

步骤1、为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP，使不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

具体地，当所述AP为瘦AP（即：此类AP仅提供移动终端STA的无线接入和数据传输功能，网络配置及管理等功能则由接入控制器AC负责）时，为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP则是通过管理该瘦AP的AC来实现。具体地，所述AC是通过为每一台关联的移动终端STA配置不同的BSSID（Basic Service Set Identifi er，基本服务集标识，由单个AP提供的无线服务标识，用以区分不同AP提供的同一种无线服务）实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。在具体应用时，所述移动终端STA对应的虚拟AP具体安装在哪个实体AP上，则由AC统一控制。

当所述AP为胖AP（此类AP不仅提供移动终端STA的无线接入和数据传输功能，而且同时能像AC那样独自完成网络配置及管理）时，为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP则直接是通过该胖AP来实现。具体地，亦是通过该胖AP为每一台关联的移动终端STA配置不同的BSSID实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

步骤2、虚拟AP向各自关联的移动终端STA单独发送Beacon帧，其中所述Beacon帧中携带不同的Quiet信息。

当采用Fit AP（瘦AP）的网络架构时，所述移动终端STA对应的虚拟AP安装在某个实体AP上后，该AP则采用AC下发的虚拟AP标识，即该STA对应的BSSID，完成该虚拟AP所有的功能，包括Beacon帧（即AP广播时使用的通告帧，以通知关联移动终端STA的AP所提供的服务，其中携带了服务能力、加密信息以及服务参数等）的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。

当采用胖AP（FAT AP）的网络架构时，可以在胖AP上直接模拟所述虚拟AP，向对应的移动终端STA完成该虚拟AP所有的功能，包括Beacon帧的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。

需要说明的是，无论采用上述哪种网络架构，为了实现本发明目的，均需要在所述Beacon帧中携带Quiet（静默）信息。如下表1所示，其为本发明一种优选实施方式下Beacon帧中携带的静默信息格式，具体如下：

Octets： 1 1 1 1 2 2

表1

其中，Element ID和Length分别表示静默含义标识和其后载荷的字节长度。由于这两个参数并不是本发明关注的重点，在此不再展开描述。以下重点就余下的参数进行详细说明：

Quiet Count：静默间隔，表示随后发送的第几个Beacon时间间隔内移动终端STA要静默。

Quiet Period：静默周期，表示AP让移动终端STA以Beacon帧时间间隔为单位进行周期性静默的时间间隔。

Quiet Duration：静默时长，表示移动终端STA进行静默时需要保持静默的时长，单位为TU，即毫秒。

Quiet Offset：静默偏移，表示移动终端静默的开始时刻相对于上次Beacon时刻的时间偏移，其决定了在需要静默的Beacon时间间隔内实际静默开始时刻。

如图2所示，其为本发明下某AP使能移动终端周期性静默示意图。假设该AP的第一个Beacon中携带的Quiet Count为1，表示随后的第1个Beacon时间内与该AP关联的所有STA需要执行静默；如果在第二个Beacon中Quiet Count为2，则表示在随后第2个Beacon与该AP关联的所有STA才需要静默。

步骤3、移动终端STA接收各自虚拟AP发送的Beacon帧，并根据所述Beacon帧中携带的Quiet信息在Beacon周期的不同时间范围内保持静默。

具体地，所述移动终端STA接收各自虚拟AP发送的Beacon帧，并根据所述Beacon帧中携带的Quiet信息在Beacon周期的不同时间范围内保持静默，从而使得任何时刻只有少数STA能够访问信道，进而减少STA访问信道的冲突概率，提升整个无线网络的传输性能。

根据理论和实际经验得知，一个AP下同时有4-8个左右的STA同时随机访问信道时，能够获得最大信道利用率。如果移动终端STA个数过少，则由于移动终端STA的随机延迟，导致过多的时间片（time slot）内无人访问而造成浪费；如果移动终端STA个数过多，会造成访问冲突概率增加，从而也会造成空口访问效率降低。具体同一时刻可以访问信道的STA个数，可以根据实际环境中的信道参数确定，如底噪、非wif干扰、信道利用率等。

进一步地，为了保证每个Beacon帧时间间隔内，各个STA都要轮流静默，本发明实现方案中较佳的实现方式为将静默信息中的Quiet Count和Quiet Period恒定为1。假设在某应用场景下，某AP下关联的总的移动终端STA个数为n，并且确定任何时刻能够同时访问AP信道的移动终端STA的个数为m，那么Quiet Duration和Quiet Offset根据前述m和n值确定如下：

Quiet Duration=(1－m/n)×Beacon时间间隔

请参考图3，假设把一个Beacon时间间隔划分成n等分的时段，那么每个时段内应只有m个移动终端STA能够访问AP信道。假设以0表示某个STA在某个时段内不能访问信道（也就是静默状态），以1表示能够访问，那么各个移动终端STA的Quiet Offset设置如下：

对最后n-m-1个STA，0的位置是不连续的（如图3所示），对于这种情况，本发明较佳的实施方式是将这些移动终端STA的Beacon帧的发送时刻依次向后偏移一个时段，从而使得Quiet信息能够形成的连续的静默时长。

请参考图4，本发明同时提供了一种解决无线局域网中隐藏节点的装置，在优选的方式中，该装置通过CPU运行存储器中的软件代码来实现，所述装置应用于至少包括一个接入点AP和两个移动终端STA的无线网络系统中，所述移动终端彼此之间可能互相隐藏，所述装置包括：

虚拟模块，用于为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP，使不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

具体地，当所述AP为瘦AP（即：此类AP仅提供移动终端STA的无线接入和数据传输功能，网络配置及管理等功能则由接入控制器AC负责）时，所述装置为管理该瘦AP的AC，所述虚拟模块则是通过为每一台关联的移动终端STA配置不同的BSSID实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

当所述AP为胖AP（即：此类AP不仅提供移动终端STA的无线接入和数据传输功能，而且同时能像AC那样独自完成网络配置及管理）时，所述装置为该胖AP，所述虚拟模块为每一个关联的STA虚拟一个独立的AP则是通过为每一台关联的移动终端STA配置不同的BSSID实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

当采用瘦AP的网络架构时，所述移动终端STA对应的虚拟AP安装在某个实体AP上后，该AP则采用前述虚拟模块下发的虚拟AP标识，即该STA对应的BSSID，完成该虚拟AP所有的功能，包括Beacon帧（即AP广播时使用的通告帧，以通知关联移动终端STA的AP所提供的服务，其中携带了服务能力、加密信息以及服务参数等）的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。

当采用胖AP的网络架构时，所述装置将直接模拟成该虚拟AP，向对应的移动终端STA完成该虚拟AP所有的功能，包括Beacon帧的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。

为了实现本发明目的，无论采用上述哪种网络架构，均需要在所述Beacon帧中携带Quiet（静默）信息，以便移动终端STA在接收各自虚拟AP发送的Beacon帧时，根据所述Beacon帧中携带的Quiet信息在Beacon周期的不同时间范围内保持静默。

进一步地，当移动终端STA静默时段不连续时，需要将移动终端STA的Beacon帧的发送时刻依次向后偏移一个时段，从而使得Quiet信息能够形成的连续的静默时长。

通过本发明技术方案，可以保证在完全遵循802.11标准情况下，让移动终端STA在要求的时间范围内保持静默，从而使得任何时刻只有少数STA能够访问信道，进而减少STA访问信道的冲突概率，提升了整个无线网络的性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种解决无线局域网中隐藏节点的方法，所述方法应用于存在隐藏移动终端的无线局域网系统中，所述无线局域网至少包括一个接入点AP以及彼此可能形成相互隐藏关系的两个以上的移动终端STA，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述不同的虚拟AP配置有不同的BSSID。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Quiet信息至少包括STA保持静默的开始时刻信息以及STA静默时长信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述STA的静默时间长度小于Beacon时间间隔且至少两个不同STA的静默时长相同，但静默开始时刻不同。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Quiet信息中还包括静默周期，所述开始时刻信息为每个周期的开始时刻信息。

6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述Beacon帧中携带的Quiet信息至少包括如下参数：

Quiet Period：静默周期，表示AP让移动终端STA以Beacon时间间隔为单位进行周期性静默的时间间隔；

Quiet Duration：静默时长，表示移动终端STA进行静默时需要保持静默的时长，单位为TU，即毫秒；

Quiet Offset：静默偏移，表示移动终端静默的开始时刻相对于上次Beacon开始时刻的时间偏移。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述Quiet信息还包括：

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述Quiet Period的值为1，表示静默周期为一个Beacon帧时间间隔，每个Beacon时间间隔内各个STA的Quiet Duration相同，当移动终端STA在一个Beacon时间间隔内的静默时间不连续时，向后调整Beacon帧的发送时刻以使得STA在一个Beacon时间间隔内形成连续的静默时间。

9.一种解决无线局域网中隐藏节点的装置，所述装置应用于至少包括一个接入点AP和两个移动终端STA的无线网络系统中，所述移动终端彼此之间可能互相隐藏，其特征在于，所述装置包括：

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，其中所述不同的虚拟AP配置有不同的BSSID。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述Quiet信息至少包括STA保持静默的开始时刻信息以及STA静默时长信息。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述STA的静默时间长度小于Beacon时间间隔且至少两个不同STA的静默时长相同，但静默开始时刻不同。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述Quiet信息中还包括静默周期，所述开始时刻信息为每个周期的开始时刻信息。

14.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述Beacon帧中携带的Quiet信息至少包括如下参数：

Quiet Count：静默间隔，表示随后发送的第几个Beacon时间间隔内移动终端STA要静默；

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述Quiet信息还包括：

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，每个Beacon时间间隔内各个STA的Quiet Duration相同，当移动终端STA在一个Beacon时间间隔内的静默时间不连续时，向后调整Beacon帧的发送时刻以使得STA在一个Beacon时间间隔内形成连续的静默时间。