CN103648177A

CN103648177A - 用于无线局域网中基于dcf机制的上行调度方法

Info

Publication number: CN103648177A
Application number: CN201310590597.5A
Authority: CN
Inventors: 裴智强; 徐昌庆
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明提供了一种无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法。该方法采用设置通信终端NAV的机制确保其中一个终端优先获取媒介资源的权利。由于NAV参数表明终端是否可以参与媒介资源竞争，因此，为了迫使某个终端在一定时间段内不参与媒介资源竞争，将其NAV设定为某一个值，反之，为了迫使某个终端立即参与或者尽快参与媒介资源竞争，将其NAV设定为0或者非常小的值。通过此方法可以确保正确调度上行链路。

Description

用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体地，涉及用于无线局域网中基于DCF(分布协调功能)机制的上行调度方法。

背景技术

IEEE802.11b是无线局域网的最初协议标准，用于有线局域网的延伸和容量扩展。随着需求的剧增，逐渐完善成熟了802.11a，802.11g和802.11n协议。尤其11n协议支持高达600M的容量，不仅可以满足室内无线局域网的需求，而且也可以满足室外较大范围覆盖的应用需求。无论哪种协议标准，均采用的CSMA/CA机制，即，基于公平竞争的接入机制。

目前WLAN的接入机制又分为PCF模式和DCF(分布协调功能)模式。但是PCF机制相对较为复杂，而且目前市场上极少有STA终端支持此机制，因此，无线局域网中的上行调度机制也无法实现。

竞争窗口参数可以影响到终端竞争媒介资源的概率，但是不能100%确保在某一个时间段可以拥有媒介资源。具体而言，竞争窗口参数影响到了终端接入媒介资源的分布概率，参数越小，越容易竞争到资源，反之，越难以竞争到资源。

DCF模式下，各个STA随机公平竞争媒介资源，无法进行一种有预期的控制，比如，在接下来某个时间段，无法使其中的一个特定终端拥有媒介资源而进行数据传输。然而，根据CSMA/CA机制，可以通过NAV（网络分配向量）参数设置确保使一个终端在接下来的一段时间内不可以拥有媒介资源。通过合适的设置所有终端的NAV参数，可以有效的控制一个终端在接下来的一段时间内拥有媒介资源。

公开号为CN1523846A的中国发明专利申请，该申请提供了一种在无线局域网上传输多媒体数据的方法，该方法包括：在通过竞争分配网络信道使用权的分布协调功能周期期间，从连接到无线局域网上的预定请求设备接收多媒体资源请求；和在以集中方式向所述预定请求设备分配网络信道使用权的多媒体点协调功能周期期间，向所述预定接收设备单向传输所请求的多媒体资源。

公开号为102349348A的中国发明专利申请，该申请涉及一种用于控制网格网络中的介质访问的方法,其包括以下步骤:网络中的站接收网络分配向量(NAV)设置帧,其指示所述站不能访问介质的时间周期;所述站基于所接收的设置帧来设置网络分配向量到期计时器;所述站检测由网络中的两个其它的站做出的至少一个预留,基于所检测的预留的持续时间来设置相应的预留分配向量(RAV)到期计时器,并且将所述两个站的身份存储为预留的所有者;所述站将NAV到期计时器更新为所有所设置的相应的RAV到期计时器以及NAV设置帧的NAV到期时间中最新的。

上述公开号为CN1523846A的专利基于PCF和DCF机制解决了终端接入网络的方法，但是它更改了协议帧结构，不符合802.11无线局域网系列协议标准。而公开号为102349348A的专利旨在解决冲突问题，在一定程度上能够提高接入媒介资源效率，等效于终端接入资源时的调度功能。

然而，上述专利并没有真正解决有基础架构设施的无线局域网系统中终端接入媒介资源的调度问题，但是本发明能够确保无线局域网系统中预设终端优先接入媒介资源。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，可以确保正确调度上行链路。

为实现上述目的，本发明所述的无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，该方法利用802.11系列标准协议中虚拟载波侦听的机制，设置每个终端的NAV，确保每个终端在一定时间内无法参与媒介资源竞争。同时利用标准协议中的NAV参数更新原理，确保所有目标终端中的一个可以不更新NAV参数，使其在最短时间内优先竞争媒介资源。

本发明所述方法具体包括如下步骤：

第一步，有基础架构的无线局域网中的AP通过调度算法确定下一次占用媒介资源的终端。

第二步，AP构建一个CTS或者NULL数据帧，目的地址为需调度的通信终端。

第三步，确定目的地址之后，AP设置CTS或者NULL数据帧的持续时间，为调度的通信终端所使用。

第四步，AP传输该CTS或者NULL数据帧。

第五步，收到该CTS或者NULL数据帧的通信终端，按照802.11协议更新NAV，进一步确定了通信终端自身是否进一步竞争媒介资源，如果不能竞争资源，根据NAV参数，也明确了需要等待的时间长度。

第六步，被AP调度的通信终端具有优先竞争媒介资源。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明方法可以有效的进行上行调度，以提高网络吞吐量性能。比如，处于弱场终端通常采用较低速率传输数据，竞争到一次利用媒介资源的机会将占用较长时间。而强场用户传输速率相对较高，一次机会占用时间较短，导致弱场用户的机会利用率较低。为了使弱场终端让出一部分竞争媒介资源的机会，采用上行调度是非常有效的手段。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是无线局域网中DCF模式下上行调度方案示意图。

图2是无线局域网中DCF模式下AP侧上行调度方案流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种易于实现的无线局域网中DCF模式下的上行调度方案。通过设置无线局域网中通信终端的NAV参数，迫使通信终端处于不可竞争媒介资源状态，或者使其中一个通信终端处于竞争媒介资源状态，并且确保其一定能够竞争到媒介资源。

S101表明了AP发送一帧，可以是控制帧，管理帧，或者数据帧，但是目的地址必须是唯一的，不可为广播包或者多播包。该帧中携带了通信终端更新NAV参数的信息，目的是为了更新某些终端NAV，使其处于不可竞争媒介资源状态，但是与目的地址一致的通信终端可以优先获得媒介资源使用权。

S102表明了需要调度该通信终端，因此NAV不予更新。

S103表明了更新NAV参数，使其不可竞争媒介资源。

S104表明了参与竞争媒介资源的过程。由于NAV参数设置的效果，迫使只有STA1可以竞争到资源。

S105表明了STA1已经竞争到资源，发起上行数据包。

S106表明了AP对此上行数据包的应答。

S107是步骤S101的功能重复，仅仅用于调度STA2进行上行传输。

S108表明了更新NAV参数，使其不可竞争媒介资源。

S109表明了需要调度该通信终端，因此NAV不予更新。

S110表明了参与竞争媒介资源的过程。由于NAV参数设置的效果，迫使只有STA2可以竞争到资源。

S111表明了STA2已经竞争到资源，发起上行数据包。

S112表明了AP对此上行数据包的应答。

如图2所示，无线局域网中DCF模式下AP侧上行调度方案流程图。S201表明了AP当前的调度对象，尽管本发明注重上行调度，但是也不排除AP也需要占用媒介资源进行下行数据传输。因此表明了是否调度自身。

1.如果是，执行步骤S202，使AP优先占用媒介资源，开始下行数据传输。

2.如果不是，执行步骤S204，开始执行上行调度过程。

S204表明了上行调度开始，首先传输一帧，可以是数据帧，比如NULL Data，或者控制帧，比如RTS，CTS，用于更新其覆盖范围内通信终端的NAV参数，以进一步控制通信终端是否可以进行媒介资源竞争。

S205表明了在进行上行调度的过程中，AP自身也不可以进行媒介资源竞争，并且在此过程中等待上行数据到达。但是并非是一直无限制的等待下去。在设置通信终端的NAV时，需要依照网络环境的参数，比如竞争窗口参数，DIFS参数。然后设置一个比较合理的最长等待时间。

S206表明了上一步的等待结果，用于说明此次上行调度是否成功。

1.如果超时，表明调度失败，执行步骤S207进行一系列措施予以惩罚。

2.如果未超时，说明调度成功，执行步骤S203进行下一轮调度。

S207表明调度失败，有诸多未知原因造成，但是必须有一种措施可以对调度超时的终端做出惩罚，比如相邻两次调度时间间隔，调度一次所占用的媒介资源时间长度。

S203表明了调度成功，然后进行下一轮调度过程。

本发明方法采用设置通信终端NAV的机制确保其中一个终端优先获取媒介资源的权利。由于NAV参数表明终端是否可以参与媒介资源竞争，因此，为了迫使某个终端在一定时间段内不参与媒介资源竞争，将其NAV设定为某一个值，反之，为了迫使某个终端立即参与或者尽快参与媒介资源竞争，将其NAV设定为0或者非常小的值。通过此方法可以确保正确调度上行链路。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，其特征在于该方法利用802.11系列标准协议中虚拟载波侦听的机制，设置每个终端的NAV，确保每个终端在一定时间内无法参与媒介资源竞争；同时利用标准协议中的NAV参数更新原理，确保所有目标终端中的一个可以不更新NAV参数，使其在最短时间内优先竞争媒介资源。

2.根据权利要求1所述的用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，其特征在于，所述上行调度包括如下步骤：

第一步，有基础架构的无线局域网中的AP通过调度算法确定下一次占用媒介资源的终端；

第二步，AP构建一个CTS或者NULL数据帧，目的地址为需调度的通信终端；

第三步，确定目的地址之后，AP设置CTS或者NULL数据帧的持续时间，为调度的通信终端所使用；

第四步，AP传输该CTS或者NULL数据帧；

第五步，收到该CTS或者NULL数据帧的通信终端，按照802.11协议更新NAV，进一步确定了通信终端自身是否进一步竞争媒介资源，如果不能竞争资源，根据NAV参数，也明确了需要等待的时间长度；

第六步，被AP调度的通信终端具有优先竞争媒介资源。

3.根据权利要求1或2所述的用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，其特征在于，所述上行调度开始时，首先传输一帧，该帧是数据帧或者控制帧，用于更新其覆盖范围内通信终端的NAV参数，以进一步控制通信终端是否可以进行媒介资源竞争；在进行上行调度的过程中，AP自身也不可以进行媒介资源竞争，并且在此过程中等待上行数据到达，但是并非是一直无限制的等待下去，在设置通信终端的NAV时，需要依照网络环境的参数，然后设置一个比较合理的最长等待时间。

4.根据权利要求1或2所述的用于无线局域网中基于DCF机制的上行调度方法，其特征在于，所述上行调度是否成功按照以下方式判断：

如果超时，表明调度失败，执行一系列措施予以惩罚；

如果未超时，说明调度成功，进行下一轮调度。