CN104853375A - 一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法 - Google Patents

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本发明公开了一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，包括如下步骤：已建立PBSS/BSS的PCP/AP定期广播信标帧，预PCP/AP侦听邻近PCP/AP的信标帧，并根据侦听到的邻近PCP/AP的NABT字段信息，协调一个BI时间内所有PCP/AP信标帧的发送时刻表TBTT，更新预PCP/AP信标帧的NABT字段；预PCP/AP向邻近的PCP/AP广播信标帧，邻近的PCP/AP根据预PCP/AP信标帧中的NABT字段信息，更新各自的TBTT信息；邻近PCP/AP所在PBSS/BSS的STA定期扫描对应PCP/AP发送的信标帧，并进行通信请求；预PCP/AP在自己的TBTT时刻侦听信道，在自己的每一个TBTT或者尽量靠近TBTT时刻，优先竞争接入信道，发送信标帧。本发明在密集部署的无线局域网内，可以有效避免同一个信道中多个接入点的信标帧碰撞问题。

Description

一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法
技术领域
本发明涉及一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，属于无线局域网技术领域。
背景技术
在无线局域网(wireless Local Area Networks，WLAN)中，主要传输三种类型的帧，即数据帧、控制帧和管理帧。管理帧用来交换管理信息，信标帧是管理帧的一种，具有基础设施的基本服务集(Basic Service Set，BSS)中的接入点(Access Point，AP)周期性的广播信标帧，BSS内的所有站点(Station，STA)都可以接收此信标帧。AP将BSS内的各个STA连接到一起，然后将无线网络接入到以太网。
随着无线局域网WLAN技术的飞速发展，以及用户对通信网络的需求，无线局域网得到了广泛部署，在大型商场、会展中心等场景下，AP的数量不断增加，呈现稠密网络化趋势。AP发送信标帧的周期为一个信标间隔(BeaconInterval，BI)，在一个周期时间内，会有多个AP发送信标帧，如果相邻AP间信标帧发送时间相同或者重叠，可能造成信标帧间的碰撞，从而导致信标帧的发送延时，容易出现信号不稳定或者用户掉线的问题。
另一方面，由于信标帧在竞争接入信道时优先级要高于数据帧，如果信标帧的传输时间协调不当，可能会造成数据帧的传输延时，影响系统整体吞吐率。
现有技术中，为了解决以上问题，一种方法是延长信标帧的发送周期，即增加BI的时长，但是STA是通过发现信标帧来寻找网络，这种方法会延长STA发现网络的时间。另一种方法是引入簇的机制，通过簇里面的同步AP(synchronization access point，S-AP)来统一管理簇里面每一个AP的信标帧发送时刻，但这会引入簇的建立以及维护等开销。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，可以有效避免AP密集部署的WLAN系统中由于信标帧的碰撞引起的信号不稳定等问题，此方法具有实现简单、可操作性强等特点。
技术方案：首先对本发明中涉及到的信标帧字段进行说明：
时间戳Timestamp字段：包含PCP/AP发送信标帧的时刻，用于一个PBSS/BSS内的定时同步；
信标帧间隔Beacon Interval字段：包含目标信标帧传输时刻的间隔时间；
邻近AP信标时间NABT(Neighbor AP Beacon Timing)字段：包含邻近AP的信标时间信息。
本发明提供一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，可以应用于无线局域网领域，包括如下步骤：
1)已建立PBSS/BSS(Personal Basic Service Set/Basic Service Set)的PCP/AP(Personal basic service set Control Point/Access Point)定期广播信标帧，预PCP/AP侦听邻近PCP/AP的信标帧，并根据侦听到的邻近PCP/AP的NABT字段信息，协调一个BI时间内所有PCP/AP信标帧的发送时刻表TBTT(TargetBeacon Transmission Time)，更新预PCP/AP信标帧的NABT字段；
2)预PCP/AP向邻近的PCP/AP广播信标帧，邻近的PCP/AP根据预PCP/AP信标帧中的NABT字段信息，更新各自的TBTT信息；
3)邻近PCP/AP所在PBSS/BSS的STA定期扫描对应PCP/AP发送的信标帧，并进行通信请求；
4)预PCP/AP在自己的TBTT时刻侦听信道，在自己的每一个[TBTT-δ,TBTT+δ]时刻优先竞争接入信道，发送信标帧，其中δ为误差参数，根据具体的实验环境设定。
所述步骤1中各个PCP/AP信标帧发送时刻的协调准则为：
1)设各个PCP/AP的发送时刻分别为t1,t2,…,tn，其中n为待协调的PCP/AP的数目，则各个时刻t1,t2,…,tn不冲突；
2)如果一个BI时间内，全部传输信标帧，则
其中，BI表示一个信标间隔，SIFS表示一个短帧间距，PIFS表示一个PCI帧间距，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间；
3)如果一个BI时间内，至少传输一个PPDU数据单元，则
其中，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间，aPPDUMaxTime表示一个PPDU传输的最大时间。
所述协调准则中各个PCP/AP的发送时刻为均匀间隔或者不均匀间隔。
所述步骤3中STA发起通信请求前，根据接收到的NABT字段信息和当前请求的通信时长进行通信预评估，以保证请求的通信时长不会影响下一个信标帧的传输，其具体实现过程为：
判断是否满足条件：
Duration+Timestamp+SIFS+PIFS>Neareast_TBTT  (3)其中，Duration表示请求的通信时长，Timestamp表示对应信标帧的发送时刻，SIFS表示一个短帧间距，PIFS表示一个PCI帧间距，Neareast_TBTT表示最邻近的下一个信标帧的发送时刻；若满足，则STA放弃该通信请求或者缩短请求的通信时长，否则，STA继续该通信请求。
有益效果：采用本发明提供的方法，在密集部署的无线局域网内，可以有效避免同一个信道中多个接入点的信标帧碰撞问题。该方法具有可操作性强、实现简单等特点。
附图说明
图1为本发明的系统模型图；
图2为本发明的避免碰撞的信标帧发送流程图；
图3为本发明的时间戳Timestamp字段示意图；
图4为本发明的信标帧间隔Beacon Interval字段示意图；
图5为本发明的信标间隔内部接入周期示意图；
图6为本发明的邻近AP信标时间信息Neighbor AP Beacon Timing字段示意图；
图7为本发明的避免碰撞的信标帧协调示意图；
图8为发明的PCP/AP进行通行预评估的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法的具体实施方式进行说明。应理解该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利。
在本实施例中，我们考虑当前信道中已经部署的PCP/AP数目为3个，编号分别为AP1，PCP2，AP3，如图1所示，现在AP4(预AP)想要在该信道上建立BSS，为了避免PCP/AP间发送信标帧时容易出现碰撞问题，可以使用本发明提供的一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，具体包括以下步骤：
步骤1：AP4侦听AP1，PCP2，AP3定期广播的信标帧，根据获得AP1，PCP2，AP3信标帧中的NABT信息，协调各个PCP/AP的目标信标帧传输时刻表TBTT，并更新自己信标帧里的NABT字段信息，具体步骤如下：
步骤1.1：AP4根据侦听到的AP1，PCP2，AP3的NABT字段信息，就可以获得一个BI时间内AP1，PCP2，AP3的信标帧发送时刻，分别设为t′1,t′2,t′3，协调一个BI时间内，AP1，PCP2，AP3，AP4信标帧的发送时刻，协调准则如下：
1)协调AP1，PCP2，AP3，AP4的发送时刻分别为t1,t2,t3,t4，必须保证各个时刻t1,t2,t3,t4不冲突。t1,t2,t3,t4各个时刻可以均匀间隔，也可以不均匀间隔。
2)在本实施例中，PCP/AP的数目为4，一般对PCP/AP的数目n作如下约束：
如果一个BI时间内，全部传输信标帧，则
其中，BI表示一个信标间隔，SIFS表示一个短帧间距，PIFS表示一个PCI帧间距，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间，比如在IEEE 802.11aj标准中，一个信标间隔时间为100个时间单位，每个时间单位1ms，SIFS等于3μs，PIFS等于8μs，BeaconSP等于2048μs，则n≤49。
如果一个BI时间内，至少要保证进行一个PPDU数据单元的传输，则
其中，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间，aPPDUMaxTime表示一个PPDU传输的最大时间，在IEEE802.11aj标准中，aPPDUMaxTime等于12ms，可以计算得到n≤8。
步骤1.2：AP4根据协调得到的各个PCP/AP的信标帧发送信息，即t1,t2,t3,t4，更新NABT字段，即设置AP4信标帧中NABT字段中的相应Neighbor TBTT字段为t1,t2,t3,t4。
步骤2：AP4广播信标帧，AP1，PCP2，AP3根据侦听到的AP4信标帧中的NABT字段信息，更新各自的TBTT信息。
步骤3：BSS1，BSS2，BSS3中的STA分别定期扫描AP1，PCP2，AP3发送的信标帧，STA接收到对应AP/PCP信标帧中更新后的NABT字段信息后，在进行通信请求前，会进行通信预评估，评估流程如图8所示。如果STA当前请求的通信时长Duration满足条件：Duration+Timestamp+SIFS+PIFS>Neareast_TBTT，则STA放弃该通信请求或者缩短请求的通信时长Duration，否则STA继续该通信请求。通过该通信预评估，可以保证STA请求的通信时长不会影响PCP/AP下一个信标帧的传输。
步骤4：AP4在自己的TBTT时刻侦听信道，在每一个TBTT或者尽量靠近TBTT时刻，优先竞争接入信道，发送信标帧。
通过图7可以看出，该方法可以有效避免PCP/AP密集部署的无线局域网中信标帧碰撞的问题。

Claims (5)

1.一种增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)已建立PBSS/BSS的PCP/AP定期广播信标帧，预PCP/AP侦听邻近PCP/AP的信标帧，并根据侦听到的邻近PCP/AP的NABT字段信息，协调一个BI时间内所有PCP/AP信标帧的发送时刻表TBTT，更新预PCP/AP信标帧的NABT字段；
2)预PCP/AP向邻近的PCP/AP广播信标帧，邻近的PCP/AP根据预PCP/AP信标帧中的NABT字段信息，更新各自的TBTT信息；
3)邻近PCP/AP所在PBSS/BSS的STA定期扫描对应PCP/AP发送的信标帧，并进行通信请求；
4)预PCP/AP在自己的TBTT时刻侦听信道，在自己的每一个[TBTT-δ,TBTT+δ]时刻优先竞争接入信道，发送信标帧，其中δ为误差参数。
2.如权利要求1所述的增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，其特征在于，所述步骤1中各个PCP/AP信标帧发送时刻的协调准则为：
1)设各个PCP/AP的发送时刻分别为t1,t2,…,tn，其中n为待协调的PCP/AP的数目，则各个时刻t1,t2,…,tn不冲突；
2)如果一个BI时间内，全部传输信标帧，则
其中，BI表示一个信标间隔，SIFS表示一个短帧间距，PIFS表示一个PCI帧间距，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间；
3)如果一个BI时间内，至少传输一个PPDU数据单元，则
其中，BeaconSP表示一个信标帧所需的传输时间，aPPDUMaxTime表示一个PPDU传输的最大时间。
3.如权利要求2所述的增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，其特征在于，所述协调准则中各个PCP/AP的发送时刻为均匀间隔。
4.如权利要求2所述的增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，其特征在于，所述协调准则中各个PCP/AP的发送时刻为不均匀间隔。
5.如权利要求1所述的增强型无线局域网中避免信标帧碰撞的发送方法，其特征在于，所述步骤3中STA发起通信请求前，根据接收到的NABT字段信息和当前请求的通信时长进行通信预评估，具体实现过程为：
判断是否满足条件：
Duration+Timestamp+SIFS+PIFS>Neareast_TBTT    (3)
其中，Duration表示请求的通信时长，Timestamp表示对应信标帧的发送时刻，SIFS表示一个短帧间距，PIFS表示一个PCI帧间距，Neareast_TBTT表示最邻近的下一个信标帧的发送时刻；若满足，则STA放弃该通信请求或者缩短请求的通信时长，否则，STA继续该通信请求。
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