CN105376834A - 基于物联网协议的信道接入的改进方法 - Google Patents

基于物联网协议的信道接入的改进方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线通信领域，为减少终端苏醒时间、降低冲突提高吞吐量，降低能量消耗，提高系统性能，本发明采取的技术方案是，基于物联网协议的信道接入的改进方法，包括以下步骤：A、确定与接入点关联的工作站的数量；B、当工作站数量大于某值时，限制同时接入信道的工作站数量；C、将所有工作站分组，同时将信道分割成时隙，每个时隙对应一组的工作站；D、在某个时隙期间只有对应组的工作站才能够进行接入和传输；E、根据当前网络中的工作站数量和交通拥塞情况动态调整限制接入窗口RAW窗口大小。本发明主要应用于无线通信。

Description

基于物联网协议的信道接入的改进方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及工作站较多时无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)的信道接入机制——RAW(RestrictedAccessWindow，限制接入窗口)，具体讲,涉及基于物联网协议的信道接入的改进方法。
背景技术
随着网络技术的发展，人们对可携带、可移动的计算机或工作站的需求不断提高，移动技术日益受到人们的青睐。由于无线局域网能快速、方便、灵活地进行设备互联从而实现信息传输和资源共享，为我们实现个人通信提供了理想的网络平台解决方案，所以被认为是新世纪无线通信领域最有发展前景的技术之一。
无线局域网具有低成本、高吞吐、产业成熟、应用普及等优势，使其成为支撑互联网和物联网发展的重要承载技术。然而，物联网的快速发展也给无线局域网提出新的挑战，智能电网、智能医疗等物联网应用要求无线通信技术能够提供更多的用户、更低的能量消耗、更大的覆盖范围等。
研究无线局域网络节能的主要目标是：在目的节点能正确接收分组的前提下，尽量降低节点的能耗，延长节点和网络的寿命；调整节点的发射功率，减少对邻居节点的干扰，提高网络的吞吐量。
由于目前大多数无线终端都是电池供电的(如手机、笔记本电脑、平板电脑等)，怎样有效降低终端功耗，延长使用时间始终是无线局域网技术研究的重要问题。
无线局域网从功率管理角度来看,主要着眼于以下几个方面:
a)降低冲突，提高吞吐量
降低节点的冲突将减少重传次数,在相同的物理层速率下,也能有效节约能量。
b)降低相互干扰
无线信道是广播方式传输数据和信令,通过功率控制可以减少附近接入点和用户的意外侦听。意外侦听会造成暴露站点问题,同时接收和解码数据包都要消耗相当的能量,因此减少意外侦听也能降低能耗。
c)降低无线节点的能量消耗
大多数无线节点能量靠电池提供,节省能量成为功率管理首要优化的目标。
发明内容
为克服现有技术的不足，减少终端苏醒时间、降低冲突提高吞吐量，降低能量消耗，提高系统性能。为此，本发明采取的技术方案是，基于物联网协议的信道接入的改进方法，包括以下步骤：
A、确定与接入点关联的工作站的数量；
B、当工作站数量大于某值时，限制同时接入信道的工作站数量；
C、将所有工作站分组，同时将信道分割成时隙，每个时隙对应一组的工作站；
D、在某个时隙期间只有对应组的工作站才能够进行接入和传输；
E、根据当前网络中的工作站数量和交通拥塞情况动态调整限制接入窗口RAW窗口大小。
所述步骤A包括：
A1、工作站通过扫描、鉴权、关联步骤在接入点中注册自己的相关信息；
A2、接入点为工作站分配关联标识符(AssociatedIdentifier,AID)作为工作站的身份标识；
所述步骤B包括：
B1、网络中工作站数量较小，造成碰撞的可能性不大时，采用普通增强型分布式信道接入EDCA(EnhancedDistributedChannelAccess)接入；
B2、工作站数量大于某值时，该值事先给定，在步骤E中进行动态调整，执行RAW。
所述步骤C包括：
C1、接入点定时广播信标帧(Beaconframe)，Beacon帧中的参数集RPS(RAWParameterSet，RAW)信息单元包含RAW的相关信息；
C2、工作站在预定时间醒来监听Beacon帧，获取RAW的相关信息，相关信息包括RAW开始时间、窗口大小、时隙数量；
C3、工作站根据Beacon帧携带的信息计算自己的分组情况以及对影时隙，只能在对应时隙进行接入；
C4、工作站进入休眠，等待接入时间到来进行传输。
本发明的技术特点及效果：
与现有的技术相比，本发明在网络中工作站数量较多时，对工作站进行分组，同时，将信道分割成众多时隙或“窗口”，每个窗口对应一组工作站。在某个“窗口”期间只有对应组的终端才能够进行接入或传输。本发明可以在网络用户拥有大量用户时打散用户，极大地降低了传输过程中产生碰撞的可能性，提高了传输成功率和吞吐量。同时，本发明设定在对应时隙只有对应分组的终端才能接入网络，此时其他分组设备处于休眠状态，大大缩短了终端设备的苏醒时间，降低了终端功耗，延长了待机时间，对采用电池供电的大多数无线设备具有十分重要的意义。
附图说明：
图1为限制接入窗口RAW的示意图。
图2为RAW时隙分配方案图。
图3为Beacon帧中包含的RPS信息单元的图形指示。
图4为RAW执行步骤流程图。
图5为工作站与接入点关联步骤流程图。
图6为工作站信道接入流程图。
具体实施方式
针对无线局域网终端功耗、电池续航问题，本发明从信道接入角度入手，提出了一种基于802.11ah的信道接入的改进方法——限制接入窗口RAW(RestrictedAccessWindow)，减少终端苏醒时间、降低冲突提高吞吐量的改进方法——限制接入窗口RAW。主要思想为在网络中工作站数量较多时，限制同时接入信道的工作站数量，扩展接入周期。具体来说，就是将工作站分组，同时将信道分割成众多时隙，每组工作站对应一个时隙。在某个时隙期间，只有对应分组的工作站才能够进行传输。并根据网络中工作站数量变化以及RAW实施情况动态调整RAW窗口的大小。通过这种方法在提高吞吐量的同时降低能量消耗，提高系统性能。
本发明提出了一种基于物联网协议802.11ah的信道接入的改进方法——限制接入窗口RAW(RestrictedAccessWindow)，该方法包含以下步骤：
A、确定与接入点关联的工作站的数量；
B、当工作站数量大于某值时，限制同时接入信道的工作站数量；
C、将所有工作站分组，同时将信道分割成时隙，每个时隙对应一组的工作站；
D、在某个时隙期间只有对应组的工作站才能够进行接入和传输；
E、根据当前网络中的工作站数量和交通拥塞情况动态调整RAW窗口大小
作为所述的一种基于802.11ah的信道接入的改进方法——限制接入窗口RAW，的进一步改进，所述步骤A包括：
A1、工作站通过扫描、鉴权、关联等步骤在接入点中注册自己的相关信息；
A2、接入点为工作站分配关联标识符AID作为工作站的身份标识。
作为所述的一种基于802.11ah的信道接入的改进方法——限制接入窗口RAW，的进一步改进，所述步骤B包括：
B1、网络中工作站数量较小，造成碰撞的可能性不大时，采用普通EDCA接入；
B2、工作站数量大于某值时(该值事先给定，在步骤E中进行动态调整)，执行RAW。
作为所述的一种基于802.11ah的信道接入的改进方法——限制接入窗口RAW，的进一步改进，所述步骤C包括：
C1、接入点定时广播信标帧(Beacon帧)，Beacon帧中的RPS(RAWParameterSet，RAW参数集)信息单元包含RAW的相关信息；
C2、工作站在预定时间醒来监听Beacon帧，获取RAW的相关信息(RAW开始时间、窗口大小、时隙数量等)；
C3、工作站根据Beacon帧携带的信息计算自己的分组情况以及对影时隙，只能在对应时隙进行接入；
C4、工作站进入休眠，等待接入时间到来进行传输。
以下结合附图及具体实施方式，进一步详述本发明的技术方案。
图1是本发明限制接入窗口RAW的示意图。在每个BSS(BasicServiceSet，基本服务集)中，工作站(Station，以下简称STA)的行为(包括唤醒/休眠)都由唯一的接入点(AccessPoint，以下简称AP)进行调度。AP通过周期性的传输信标帧(Beacon)向STA传递RAW开始时刻、时隙长度、时隙个数等信息。
图2是本发明的RAW分配方案图。允许进行RAW接入的STA根据AP分配的关联标识符(AID)，按公式201计算对应的传输时隙。其中Noffset是映射函数补偿值，用于提高RAW中STA之间的公平性，NRAW表示RAW时隙个数。
图3是AP发送的Beacon帧中包含的RPS信息单元的图形指示。RPS信息单元包括单元ID、单元长度以及RAW分配字段。
301：单元ID域为当前信息单元的独有标识符。
302：长度域表示该信息单元信息域也就是RAW分配域的字节数。
303：RAW分配域指示当前RAW的相关信息，包括RAW类型、RAW时隙信息、RAW开始时间以及RAW分组。
304：RAW类型包括普通RAW、周期RAW以及针对特定STA的RAW。
305：RAW时隙信息包括时隙边缘指示、时隙持续时间以及时隙个数。
306：时隙边缘指示表示是否支持跨时隙边界传输，即在时隙边界能否继续当前未完成的传输任务。如若不支持，则只要当前时隙剩余时间少于传输所需时间，就不进行传输，必须在剩余时间大于传输所需时间时才能进行传输。
307：时隙持续时间表示每个时隙的长度。
308：时隙个数表示当前RAW共分为多少个时隙。由307和308可以确定RAW持续时间。
309：RAW开始时间表示从Beacon帧传输结束到RAW开始的时间长度。
310：RAW分组指示允许进行RAW接入的STA的起始/终止AID，即允许进行RAW接入的STA范围。
图4是本发明中RAW的执行步骤流程图，包括以下步骤：
步骤401：接入点AP定时广播Beacon帧，Beacon帧中的RPS信息单元包含当前RAW的相关信息；
步骤402：工作站STA在预定时间苏醒，监听Beacon帧，从RPS信息单元中获取RAW的相关信息(RAW开始时间、时隙大小、时隙数量等)；
步骤403：STA根据获得的信息按公式计算自己的分组情况及对应时隙，只能在对应时隙进行接入；
步骤404：STA进入休眠状态，等待对应时刻到来唤醒并进行接入。
图5是本发明中工作站与接入点关联步骤流程图，包括以下步骤：
步骤501：被动扫描，STA监听AP广播的Beacon帧，确定是否有可加入的BSS，获得BSS的相关信息；
步骤502：STA与所选择的BSS进行时间同步；
步骤503：STA与AP建立认证，初始化认证过程，包括开放式系统鉴权以及共享秘钥鉴权；
步骤504：STA发送关联请求，初始化关联过程，在AP中注册自己的信息，AP接收到后给STA分配关联标识符AID来指代该STA。
图6是本发明中工作站信道接入流程图，包括以下步骤：
步骤601：判断当前STA是否允许进行RAW接入，若是则执行步骤602，否则执行正常传输；
步骤602：判断当前STA是否分配了时隙，是则转步骤603，否则根据Beacon帧中的RPS信息单元计算自己的对应时隙，再转603；
步骤603：STA进入休眠状态，等待指配时隙到来再苏醒；
步骤604：对应时隙到来，STA苏醒，监听信道状态，判断当前信道空闲时间是否达到DIFS((DistributedInter-frameSpacing,分布式帧间间隙)，是则进行传输，否则继续等待；
步骤605：判断是否传输成功，成功则转步骤606，否则增加回退延时转步骤604；
步骤606：是否进行剩余传输，是则转步骤607，否则终止；
步骤607：判断当前时隙中剩余时间是否足够完成传输，是则进行传输，否则终止。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种基于物联网协议的信道接入的改进方法，其特征是，包括以下步骤：
A、确定与接入点关联的工作站的数量；
B、当工作站数量大于某值时，限制同时接入信道的工作站数量；
C、将所有工作站分组，同时将信道分割成时隙，每个时隙对应一组的工作站；
D、在某个时隙期间只有对应组的工作站才能够进行接入和传输；
E、根据当前网络中的工作站数量和交通拥塞情况动态调整限制接入窗口RAW窗口大小。
2.如权利要求1所述的基于802.11ah的信道接入的改进方法，其特征是，所述步骤A包括：
A1、工作站通过扫描、鉴权、关联步骤在接入点中注册自己的相关信息；
A2、接入点为工作站分配关联标识符(AssociatedIdentifier,AID)作为工作站的身份标识。
3.如权利要求1所述的基于802.11ah的信道接入的改进方法，其特征是，所述步骤B包括：
B1、网络中工作站数量较小，造成碰撞的可能性不大时，采用普通增强型分布式信道接入EDCA(EnhancedDistributedChannelAccess)接入；
B2、工作站数量大于某值时，该值事先给定，在步骤E中进行动态调整，执行RAW。
4.如权利要求1所述的基于802.11ah的信道接入的改进方法，其特征是，所述步骤C包括：
C1、接入点定时广播信标帧(Beaconframe)，Beacon帧中的参数集RPS(RAWParameterSet，RAW)信息单元包含RAW的相关信息；
C2、工作站在预定时间醒来监听Beacon帧，获取RAW的相关信息，相关信息包括RAW开始时间、窗口大小、时隙数量；
C3、工作站根据Beacon帧携带的信息计算自己的分组情况以及对影时隙，只能在对应时隙进行接入；
C4、工作站进入休眠，等待接入时间到来进行传输。
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