CN103813348B - 一种无线局域网覆盖增强方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线局域网WLAN覆盖增强方法，该方法包括：AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供多个不同MAC地址与各波束对应，在时域信道上各个传输时间窗口上选取一个提供的MAC地址作为AP当前有效MAC地址进行通信，并使用该MAC地址对应的波束发送广播帧和控制帧。该方法能够在与现有设备保持良好兼容性的基础上，扩大WLAN覆盖范围，并有效抑制各终端之间的干扰。

Description

一种无线局域网覆盖增强方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种无线局域网覆盖增强方法。

背景技术

无线局域网（WLAN）是当今全球应用最广泛的宽带无线接入技术，其功能模块被广泛嵌入至笔记本、智能手机、平板电脑、网络设备等各种电子通信产品中，在为人们提供便捷宽带无线数据服务的同时也创造出巨大的商业价值。电信运营商将WLAN视为电信网的重要补充和延伸，在车站、机场、宾馆等公共场所部署了大量的WLAN热点，面向公众提供宽带无线数据业务。特别是近两年，在蜂窝网分流、无线城市等需求的强力推动下，运营商纷纷大规模建设WLAN热点，使WLAN的发展进入了一个新高潮。

由于受到工作频段和发射功率等限制，WLAN覆盖范围一般较小，导致其应用范围受到很多限制。对于电信运营商而言，WLAN较小的覆盖范围使运营商需要部署大量的WLAN接入点（AP）设备以及相应的供电、回传链路等配套设施，而且AP数量多也导致运营商选址更加困难，并且还会增加运营维护成本。在室内环境，墙壁对WLAN信号的衰减很大，会导致WLAN覆盖范围进一步减小，家庭用户可能无法使用一个AP覆盖整个家庭，企业用户可能需要部署很密集的AP才能覆盖整个办公环境。不难看出，扩大WLAN覆盖范围有迫切的实际需求。

目前存在一些提升WLAN覆盖范围的方法，但都有一定的局限性，难以满足WLAN系统的实际需求。提高天线增益是一种扩大覆盖的常用手段，但由于体积、成本等因素，这种方法通常只能用于AP端，而单方面增加AP天线增益，将导致AP与终端的覆盖范围严重不对称，当用户较多时WLAN设备所采用的竞争接入机制将难以正常工作。此外，频谱管理规则对高增益天线的使用有限制，天线增益也不可能太大。增强编码调制等技术能够提高WLAN接收机灵敏度，从而提升覆盖范围，但这类方法存在兼容性问题，新的编码调制技术将无法兼容已存在的大量WLAN设备，无法满足实际应用需求。波束赋形技术能够将多个发射/接收天线信号合并，提升无线系统的信号接收质量，但在启动波束赋形技术之前需要发送一些基本信令消息，这些基本信令的接收范围限制了波束赋形技术的覆盖范围，目前波束赋形技术主要用于提升高速数据传输的覆盖范围，但无法扩大整个系统的覆盖范围。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种无线局域网覆盖增强方法，能够在与现有设备保持良好兼容性的基础上，扩大WLAN覆盖范围，并有效抑制各终端之间的干扰。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线局域网WLAN覆盖增强方法，WLAN接入点AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供不同的媒质访问控制MAC地址与各波束一一对应；在时域上将信道划分多个传输时间窗口，包括：

当任一所述传输时间窗口开始时，该AP选择一个所述提供的MAC地址作为本AP当前有效MAC地址，并通过该当前有效MAC地址对应的波束，发送携带可发送数据消息的广播帧，使当前关联到当前有效MAC地址的，且需要传输数据的终端传输数据，并允许未关联至当前有效MAC地址的终端进行关联；

该传输时间窗口截止前，该AP通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带停止发送数据消息的广播帧，使与本AP当前有效MAC地址已关联的终端停止数据发送，并不允许未关联的终端与该MAC地址进行关联；经过预设过渡时间，结束该传输时间窗口。

综上所述，本申请通过AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供多个不同MAC地址与各波束对应，在时域信道上各个传输时间窗口上选取一个提供的MAC地址作为AP当前有效MAC地址进行通信，并使用该MAC地址对应的波束发送广播帧和控制帧。上述方法能够在与现有设备保持良好兼容性的基础上，扩大WLAN覆盖范围，并有效抑制各终端之间的干扰。

附图说明

图1为AP利用波束赋形技术形成12个波束的示意图；

图2为本申请实施例中无线局域网覆盖增强方法的流程示意图；

图3为本申请具体实施例中传输时间窗口结构示意图；

图4为本申请具体实施例中终止传输时间窗口结构示意图；

图5为本申请具体实施例中采用RTS/CTS和CTS-to-self保护机制通信的示意图。

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，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

本发明实施例中提出一种无线局域网覆盖增强方法，WLANAP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供多个不同MAC地址与各波束对应，在时域信道上各个传输时间窗口上选取一个提供的MAC地址作为AP当前有效MAC地址进行通信，并使用该MAC地址对应的波束发送广播帧和控制帧。该方法能够在与现有设备保持良好兼容性的基础上，扩大WLAN覆盖范围，并有效抑制各终端之间的干扰。

AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供不同的MAC地址与各波束一一对应。参见图1，图1为AP利用波束赋形技术形成12个波束的示意图。AP会提供12个不同的MAC地址，与形成的12个波束一一对应，如图1中MAC地址1与波束1对应，MAC地址2与波束2对应等，即如果需要通过MAC地址1通信时，则通过MAC地址1对应的波束1发送广播帧、控制帧等。

AP在时域上将信道划分多个传输时间窗口。在具体实现时，该AP可以根据预值设置传输时间窗口的起止时间，也可以根据当前有效MAC地址上关联的终端数量、数据流量、和/或信道质量动态调整该传输时间窗口的起止时间和出现频率。如关联的终端数量较多时，可以实时调整该传输时间窗口的结束时间，使该传输时间窗口期间时间变长，也可以调高该传输时间窗口出现的频率。

参见图2，图2为本申请实施例中无线局域网覆盖增强方法的流程示意图。具体步骤为：

步骤201，当任一所述传输时间窗口开始时，该AP选择一个所述提供的MAC地址作为本AP当前有效MAC地址，并通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带可发送数据消息的广播帧，使关联到当前有效MAC地址的，且需要传输数据的终端传输数据，并允许未关联至当前有效MAC地址的终端进行关联。

参见图3，图3为本申请具体实施例中传输时间窗口结构示意图。图3中示例出传输时间窗口n-1、传输时间窗口n和传输时间窗口n+1的示意图。以传输时间窗口n为例，图3中左斜线区域为发送携带可发送数据消息的广播帧时间，在传输时间窗口n开始时，AP选择图1中MAC地址1到MAC地址12中的MAC地址10作为当前的有效MAC地址，使用该MAC地址10对应的波束10发送携带可发送数据消息的广播帧。该广播帧发送之后，与该AP的MAC地址10关联的终端侦听到该广播帧，而且需要发送数据时，向该AP发送。对于还未关联至该AP当前有效MAC地址的终端，也可以进行关联。AP接收到终端发出的关联请求，经该AP许可后可关联到AP当前有效MAC地址。当然，即使终端没有收到该广播帧也可以进行关联，但是否能够关联成功，还看AP是否允许。

步骤202，该传输时间窗口截止前，该AP通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带停止发送数据消息的广播帧，使与本AP当前有效MAC地址已关联的终端停止数据发送，并不允许未关联的终端与该MAC地址进行关联。

图3中的右斜线区域为发送携带停止发送数据消息的广播帧，该广播帧的发送使用MAC地址10对应的波束发送。该广播帧发送之后，与该AP的MAC地址10关联的终端侦听到该广播帧时，停止与该AP的通信，不再发送数据。

步骤203，AP经过预设过渡时间，结束该传输时间窗口。

经过图3所示的过渡期，AP结束该传输时间窗口。图3中所示的竖线曲线可以发送非广播帧，如数据帧、控制帧等。图3中所示的各个传输时间窗口为连续的，即这个传输时间窗口结束时，下一个传输时间窗口开始。实际应用中也可以不联系，完全可以根据实际需要、AP的配置或者动态调整来实现，并不局限于图3示意图中所示实例。

由上可知，传输时间窗口的时间长度可以调整，当某个传输时间窗口较长时，可以多发送几个携带可发送数据消息的广播帧，更新一些必要的公共信息，并通知终端可以与本AP当前有效MAC地址通信。即当该传输时间窗口的时间长度达到预设时间长度值时，AP发送预设次数携带可发送数据消息的广播帧。

动态调整传输时间窗口还可以考虑该传输时间窗口对应的信道的空闲状态，即在该传输时间窗口期间，若该传输时间窗口对应的信道的空闲状态时间，达到预设空闲时间时，该AP通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带停止发送数据消息的广播帧。

参见图4，图4为本申请具体实施例中终止传输时间窗口结构示意图。如图4中当该传输时间窗口的空闲状态时间超过预设空闲状态时间，如0.1s，则在右斜线区域发送携带停止发送数据消息的广播帧，并经过预设时间的过渡期，结束该传输时间窗口，开始下一个传输时间窗口。该操作可以根据忙闲程度动态调整每个传输时间窗口长度，从而提供系统整体运行效率。

该AP在该传输时间窗口发送断开连接命令，使已关联本AP当前有效MAC地址的终端断开与当前有效MAC地址的连接。这种方法能够减少关联至该MAC地址的终端数量，以达到降低干扰、优化系统性能的目的。被断开连接的终端也可以重新发起关联，并在AP的许可下，关联至该AP适合的MAC地址。

AP能够在传输时间窗口期间使用发送请求（RTS）/可以发送（CTS）保护机制保护数据传输，也可以使用CTS-to-self机制保护数据传输，也能够通过广播消息或其他策略机制要求终端启动RTS/CTS或CTS-to-self传输保护机制。

使用该RTS/CTS保护机制之后，AP与终端通信过程具体如下：

终端使用RTS/CTS保护机制，向AP发送数据：在某一传输时间窗口期间，拟发送数据的终端通过竞争信道向AP当前有效MAC地址发送RTS消息；该AP接收到该RTS消息后，则通过该AP当前有效MAC地址对应的波束发送CTS消息；当该终端收到该CTS消息后，则向AP当前有效MAC地址发送数据；AP正确接收到该终端发送的数据后，则通过当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息。

在该传输时间窗口期间，AP进行如下处理：该AP接收到竞争到信道的，且与本AP当前有效MAC地址关联的终端发送的RTS消息；通过本AP当前有效MAC地址对应的波束发送CTS消息，使该终端向本AP当前有效MAC地址发送数据；AP正确接收到该终端发送的数据后，通过当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息。

AP使用RTS/CTS保护机制，向终端发送数据：在某一传输时间窗口期间，AP通过竞争信道并利用当前有效MAC地址对应的波束向数据接收终端发送RTS消息；该终端接收到该RTS消息后，则向AP当前有效MAC地址发送CTS消息；AP收到该CTS消息后，则向该终端发送数据；该终端接收到上述数据后，则向AP当前有效MAC地址发送ACK消息。

在该传输时间窗口期间，AP进行如下处理：当该AP竞争到信道时，通过当前有效MAC地址对应的波束向接收该数据的终端发送RTS消息；当接收到该终端发送的CTS消息后，向该终端发送数据，并接收该终端接收到本AP发送的数据后，向AP当前有效MAC地址发送ACK消息。

注：RTS和CTS消息中包含有AP与终端之间数据传输过程所占用的时间，收到RTS和CTS消息的其他终端和AP将在该时间范围内停止数据的发送。

使用该CTS-to-self保护机制之后，AP与终端通信过程具体如下：

终端使用CTS-to-self保护机制，向AP发送数据：在某一传输时间窗口期间，拟发送数据的终端通过竞争信道向AP当前有效MAC地址发送CTS-to-self消息；然后，在预设时间到时，该终端向AP当前有效MAC地址发送数据；该AP接收到上述数据后，则通过该AP当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息。

在该传输时间窗口期间，AP进行如下处理：该AP接收到竞争到信道的，且与本AP当前有效MAC地址关联的终端发送的CTS-to-self消息；在预设时间到时，接收到该终端发送的数据；如果上述数据接收正确，通过本AP当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息。

AP使用CTS-to-self保护机制，向终端发送数据：在某一传输时间窗口期间，AP通过竞争信道并利用当前有效MAC地址对应的波束向数据接收终端发送CTS-to-self消息；然后，在预设时间到时，该AP向该终端发送数据；该终端接收到上述数据后，则向该AP当前有效MAC地址发送ACK消息。

在该传输时间窗口期间，AP进行如下处理：当AP竞争到信道时，通过当前有效MAC地址对应的波束向需要接收数据的终端发送CTS-to-self消息；在预设时间到时，向该终端发送数据；接收该终端正确接收到本AP发送的数据，而向本AP当前有效MAC地址发送的ACK消息。

注：CTS-to-self消息中包含有AP与终端之间数据传输过程所占用的时间，收到CTS-to-self消息的其他终端和AP将在该时间范围内停止数据的发送。

参见图5，图5为本申请具体实施例中采用RTS/CTS和CTS-to-self保护机制通信的示意图。图5中以一个传输时间窗口期间与该窗口选取的MAC地址，即该AP当前有效MAC地址关联两个终端为例来具体说明通信过程。

在传输时间窗口期间，终端1首先竞争到信道并发送RTS消息，通知AP将要发送数据及所占用的时间；AP收到RTS后利用当前有效MAC地址对应的波束发送CTS消息，通知终端1可以发送数据以及所占用的时间；终端1收到CTS后，向AP发送数据；AP正确收到数据后，利用当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息，确认数据已正确收到；期间，终端2根据所收到的RTS和CTS消息，在相应的时间范围内停止发送数据，避免产生干扰。

之后，AP竞争到信道并利用当前有效MAC地址对应的波束发送CTS-to-self消息，然后在一定时间间隔后向终端2发送数据；终端2正确收到数据后，向AP发送ACK消息，确认数据已正确收到；期间，终端1根据所收到的CTS-to-self消息，在相应的时间范围内停止发送数据，避免产生干扰。

此后，AP再次竞争到信道并利用当前有效MAC地址对应的波束发送RTS消息，通知终端1将要发送数据及所占用的时间；终端1收到RTS后发送CTS消息，通知AP可以发送数据以及所占用的时间；AP收到CTS后向终端1发送数据；终端1正确收到数据后，向AP发送ACK消息，确认数据已正确收到；期间，终端2根据所收到的RTS和CTS消息，在相应的时间范围内停止发送数据，避免产生干扰。上述传输保护机制能够大大减少传输时的碰撞概率，降低干扰，提升WLAN工作效率。

综上所述，本发明具体实施例中AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供多个不同MAC地址与各波束对应，在时域信道上各个传输时间窗口上选取一个提供的MAC地址作为AP当前有效MAC地址进行通信，并使用该MAC地址对应的波束发送广播帧和控制帧。上述方法能够在与现有设备保持良好兼容性的基础上，扩大WLAN覆盖范围，并有效抑制各终端之间的干扰。

在每个传输时间窗口关联的终端数量大大减少，降低了不同用户数据传输的碰撞概率，从而降低了用户间的干扰。此外，AP能够动态调整传输时间窗口及关联的用户数量，使整个系统具有较高的灵活性，能够更好地适应各种不同的实际业务需求。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线局域网WLAN覆盖增强方法，其特征在于，WLAN接入点AP利用波束赋形技术形成多个波束，并提供不同的媒质访问控制MAC地址与各波束一一对应；在时域上将信道划分多个传输时间窗口，包括：

当任一所述传输时间窗口开始时，该AP选择一个所述提供的MAC地址作为本AP当前有效MAC地址，并通过该当前有效MAC地址对应的波束，发送携带可发送数据消息的广播帧，使关联到当前有效MAC地址的，且需要传输数据的终端传输数据，并允许未关联至当前有效MAC地址的终端进行关联；

该传输时间窗口截止前，该AP通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带停止发送数据消息的广播帧，使与本AP当前有效MAC地址已关联的终端停止数据发送，并不允许未关联的终端与该MAC地址进行关联；经过预设过渡时间，结束该传输时间窗口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

该AP根据当前有效MAC地址上关联的终端数量、数据流量、和/或信道质量动态调整该传输时间窗口的起止时间和出现频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当该传输时间窗口的时间长度达到预设时间长度值时，AP发送预设次数携带可发送数据消息的广播帧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在该传输时间窗口期间，若该传输时间窗口对应的信道的空闲状态时间，达到预设空闲时间时，该AP通过当前有效MAC地址对应的波束，发送携带停止发送数据消息的广播帧。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

该AP在该传输时间窗口发送断开连接命令，使已关联本AP当前有效MAC地址的终端断开与当前有效MAC地址的连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在该传输时间窗口期间，该AP使用发送请求RTS/可以发送CTS保护机制、或CTS-to-self保护机制保护数据传输；并向终端发送使用RTS/CTS保护机制和CTS-to-self保护机制的命令，使各终端在与该AP通信时使用RTS/CTS保护机制或CTS-to-self保护机制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当使用RTS/CTS保护机制传输数据时，所述方法进一步包括：

当该AP接收到竞争到信道的，且与本AP当前有效MAC地址关联的终端发送的RTS消息时，通过本AP当前有效MAC地址对应的波束发送CTS消息，使该终端向本AP当前有效MAC地址发送数据；该AP正确接收到该终端发送的数据后，通过当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息；

当该AP竞争到信道时，通过当前有效MAC地址对应的波束向接收该数据的终端发送RTS消息；当接收到该终端发送的CTS消息后，向该终端发送数据，并接收该终端正确接收到本AP发送的数据后向本AP当前有效MAC地址发送的ACK消息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该AP向终端发送数据时，使用本AP当前有效MAC地址对应的波束，或使用经过信道信息优化后的波束。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当使用CTS-to-self保护机制传输数据时，所述方法进一步包括：

在该传输时间窗口期间，当该AP接收到竞争到信道的，且与本AP当前有效MAC地址关联的终端发送的CTS-to-self消息时，在预设时间到时，接收到该终端发送的数据；并通过本AP当前有效MAC地址对应的波束发送ACK消息；

当该AP竞争到信道，通过当前有效MAC地址对应的波束向需要接收数据的终端发送CTS-to-self消息；在预设时间到时，向该终端发送数据，并接收该终端正确接收到本AP发送的数据后向本AP当前有效MAC地址发送的ACK消息。