CN105471549B - 基于a-mpdu子帧位置信息控制的块确认系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于A‑MPDU子帧位置信息控制的块确认系统及方法，主要解决IEEE802.11n/ac/ad无线网络中，A‑MPDU聚合子帧个数由于受丢失子帧的影响而强制性降低和剧烈波动的问题。其实现步骤为：发送端进行A‑MPDU帧聚合时，将被聚合子帧在A‑MPDU中的位置信息包含在其MAC层帧头中；接收端收到该聚合帧后，根据接收到子帧的位置信息，将Bitmap确认码表中的对应位置的比特位填充为“1”；将填充完成的Bitmap组装在BlockACK并反馈给发送端，完成对聚合帧的确认。本发明使得A‑MPDU聚合子帧个数不再受丢失子帧的影响，稳定了聚合帧长度，提高了传输效率，可用于高速无线网络。

Description

基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认系统及方法
技术领域
本发明属于无线通信网络领域，尤其涉及一种块确认系统及方法，用于IEEE802.11n/ac/ad无线网络中，提高A-MPDU的传输效率和网络吞吐率。
背景技术
目前，无线局域网WLAN采用的主要技术是IEEE 802.11系列标准协议。然而，随着无线网络物理层传输速率的极大的提高，其媒质接入控制层MAC的吞吐率受传输协议开销的影响却越来越严重。为了解决高速数据传输中由开销引起的MAC吞吐率受限问题，IEEE802.11n定义了两种帧聚合方式：MAC层服务数据单元聚合A-MSDU和MAC层协议数据单元聚合A-MPDU。其中，A-MPDU聚合机制为每一个具有相同源地址及目的地址的MAC层服务数据单元MSDU添加MAC帧头和校验序列FCS，将其封装成一个完整的MAC层协议数据单元MPDU子帧，然后将这些MPDU子帧聚合为一个A-MPDU聚合帧并传递给物理层。由于在A-MPDU中，每一个被聚合的子帧都具有独立的MAC帧头和校验序列FCS，在传输过程中信道误比特率BER导致的子帧丢失并不需要重传整个A-MPDU聚合帧，而只需重传所丢失的子帧即可。因此，A-MPDU聚合方式具有较高的传输效率和可靠性。
针对A-MPDU的传输，IEEE 802.11n定义了一种块确认方式Block ACK。每一个BlockACK帧中包含有一个由16比特的开始序号域和64比特的比特确认码表Bitmap域组成的确认信息BA information字段。其中，开始序号域的16比特用来标识被确认的A-MPDU中的起始子帧序号，记为Ss，Bitmap域的64比特用来对A-MPDU中的每一个子帧分别进行确认。由于Bitmap中每一个比特对应一个AMPDU中的子帧，其第i个比特确认的子帧序号等于Ss+i，因此每一个BlockACK只能确认序号在范围[Ss，Ss+63]之内的子帧。当传输A-MPDU出现子帧丢失时，发端在发送下一个A-MDPU时，首先聚合需要重传的丢失子帧，当需要重传的丢失子帧不满足本次传输的聚合度时，再将MAC队列中跟重传子帧具有相同目的地址的子帧进行聚合。因此，在重传的A-MPDU中，起始聚合子帧的序号为上次传输的第一个丢失子帧的序号(记为Sf)。然而，为了保证重传的A-MPDU的每一个子帧能够被确认，则重传聚合的最后一个子帧的序号不能超过Sf+63，否则超出该序号范围的子帧将无法被接收端确认。
因此，在A-MPDU传输过程中，重传的A-MPDU的聚合帧长度由于受到丢失子帧的影响而强制性地降低并且剧烈地波动。该问题严重影响了A-MPDU传输的传输效率，限制和降低了无线网络的吞吐率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术问题，在现有的IEEE802.11n协议的基础上，提出一种基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认系统及方法，以提高A-MPDU的传输效率和网络吞吐量。
本发明的技术方案是这样实现的：
一、术语说明
MAC：媒质接入控制；
MSDU：MAC层服务数据单元；
MPDU：MAC层协议数据单元；
FCS：校验序列；
BER：误比特率
PID：聚合子帧在A-MPDU中的位置信息；
Bitmap：比特确认码表；
BlockACK：块接收确认帧，用于对多帧进行确认；
A-MPDU：聚合的媒质接入控制协议数据单元；
MAL：最大聚合子帧个数；
发送端：发送帧的无线设备；
接收端：接收帧的无线设备。
二、技术方案
本发明基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认系统，其主要包括：
MAC队列单元，用于存储达到MAC层的数据分组；
A-MPDU帧聚合单元，用于将多个MPDU子帧以最大子帧个数组装成一个A-MPDU帧，其中所述的多个MPDU子帧中的每个子帧包含该MPDU子帧在A-MPDU帧中的位置信息以及至少一个MAC层数据分组；
缓存队列单元，用于存储所述的多个传输的MPDU子帧；
Bitmap分析单元，用于接收确认信息，并根据所述确认信息确定所述的多个MPDU子帧是否需要重传。
作为优选，处理单元判断比特确认码表中与所述的MPDU子帧包含的位置信息相对应的比特位是否为“1”。如果该比特位是“1”，则表明该帧被正确接收；否则，表明该帧丢失，需要进行重传。
作为优选，帧聚合传输系统还包括一个重传队列，用于存储需要重传的MPDU子帧。
作为优选，A-MPDU帧聚合单元读取所述的缓存队列和所述的重传队列中的MPDU子帧以最大子帧个数重新聚合。
本发明基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认方法，包括以下步骤：
接收到达MAC层队列的数据分组；
添加帧头到所述的数据分组以生成MPDU子帧；
根据最大子帧个数聚合多个MPDU子帧形成A-MPDU帧，其中所述的多个MPDU子帧中包含该子帧在A-MPDU帧中的位置信息；
发送A-MPDU帧；
接收确认信息，并根据所述确认信息判断所述的多个MPDU子帧中的每个子帧是否需要重传。
作为优选，所述的位置信息存储于MPDU的MAC帧头中。
作为优选，所述确认信息包括BlockACK，其中所述的BlockACK中包含比特确认码表。
作为优选，判断所述比特确认码表中与所述的MPDU子帧包含的位置信息相对应的比特位是否为“1”。如果该比特位是“1”，则表明该帧被正确接收；否则，表明该帧丢失，需要进行重传。
作为优选，根据比特确认码表的信息以最大子帧个数重新聚合A-MPDU聚合帧，所述的A-MPDU聚合帧包括重传队列中需要重传的子帧。
本发明具有如下优点：
1)本发明通过利用位置信息控制对聚合的媒质接入控制协议数据单元A-MPDU进行确认，使得A-MPDU聚合子帧的个数不再受丢失子帧序号和个数的影响，从而稳定了A-MPDU传输的聚合长度；
2)本发明与传统确认方法相比，由于稳定了A-MPDU传输的聚合长度，因此增大了A-MPDU帧聚合的传输效率，并提高无线网络媒质接入控制MAC层的吞吐率。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明中包含有子帧位置信息的MAC层帧头格式；
图3为本发明的系统结构框图；
图4为本发明的实现流程图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面参照附图对本发明进行进一步的详细说明。
参照图1，本发明技术原理如下：
在A-MPDU聚合帧传输过程中，由于所有聚合子帧的帧序号不一定是连续的，当出现多个子帧丢失时，接收端将没有办法确定当前丢失子帧的准确个数以及每一个丢失子帧的帧序号，因此接收端只能利用隐式的帧序号控制对子帧序号在[Sf，Sf+63]范围内的子帧进行确认。
本发明基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认方法中，发送端利用A-MPDU聚合子帧的媒质接入控制MAC层帧头中预留的比特位，将每一个聚合子帧在该A-MPDU聚合帧中的位置信息包含在各自的媒质接入控制MAC层帧头中，如图2所示，然后随A-MPDU聚合帧的传输，一并发送给接收端。同时，发送端在进行A-MPDU帧聚合时，不再关注聚合子帧的帧序号，只要聚合的子帧个数不超出A-MPDU帧聚合允许的最大聚合子帧个数MAL即可。当接收端接收到A-MPDU聚合帧时，利用位置信息控制对A-MPDU进行确认：即接收端从接收到的子帧的MAC头中提取出该子帧在当前A-MPDU中的位置信息PID，然后将比特确认码表bitmap中位置序号与该位置信息相等的比特位标记为“1”，然后组装块确认帧BlockACK，并回复给发送端。发送端接收到块确认帧BlockACK后，根据标记为“1”的比特位在比特确认码表bitmap中的位置序号，将缓存队列中子帧位置信息PID与该位置序号相等的子帧从缓存队列中删除，并将其余的子帧存储在重传队列中，然后进行下一次A-MPDU聚合。
参照图3，本发明基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认方法，主要包括：MAC队列单元101，A-MPDU帧聚合单元102，缓存队列单元103，重传队列单元104和Bitmap分析单元105。BlockACK块确认模块包括：子帧位置信息控制单元201，Bitmap填充单元202和BlockACK确认帧组装单元203。
其中，A-MPDU帧聚合单元102分别与MAC队列单元101和重传队列单元104单相连接，构成A-MPDU的数据帧聚合通道，用于对MAC层队列中的子帧和重传队列中的子帧进行聚合传输。A-MPDU帧聚合单元102与缓存队列单元103单向连接，用于将A-MPDU中每一个传输的子帧存储在缓存队列中。Bitmap分析单元105分别与缓存队列单元103和重传队列单元104单向链接，用于根据Bitmap中的确认信息，将被确认的子帧从缓存队列中删除，并将缓存队列中没有被确认的子帧存储在重传队列中。
参照图4，本发明基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认方法，包括如下步骤：
步骤1：发送端进行媒质接入控制协议数据单元A-MPDU帧聚合。
(1a)检查重传队列中是否有等待重传的子帧；如果有，则先聚合重传队列中的子帧，再将MAC队列中与重传子帧具有相同目的地址的子帧进行聚合；否则，执行步骤(1b)；
(1b)从MAC队列中筛选与第一个出队子帧具有相同目的地址的子帧进行聚合；
(1c)将聚合子帧在该A-MPDU中的位置信息添加在其MAC帧头中；
(1d)确定MAC层队列中是否已不存在跟重传队列子帧有相同目的地址的子帧，或者聚合的子帧个数是否达到A-MPDU帧聚合允许的最大子帧个数MAL；如果是，则执行步骤2；否则，返回步骤(1a)；
步骤2：发送端将聚合的A-MPDU聚合帧传递给物理层，并添加物理层帧头PLCP后，再发送给接收端。
步骤3：接收端接收A-MPDU聚合帧，对比特确认码表Bitmap进行填充。
(3a)接收端从接收到的子帧的MAC头中提取该子帧在当前A-MPDU中的位置信息PID；
(3b)根据提取的位置信息，将比特确认码表bitmap中位置序号与该位置信息相等的比特位标记为“1”，完成对比特确认码表Bitmap的填充。
步骤4：接收端将填充的比特确认码表Bitmap组装在确认帧BlockACK中，然后将组装好的BlockACK反馈给发送端。
步骤5：发送端接收到BlockACK后，根据标记为“1”的比特位在比特确认码表bitmap中的位置序号，将缓存队列中子帧位置信息PID与该位置序号相等的子帧从缓存队列中删除，并将其余的子帧存储在重传队列中。
步骤6：发送端进行下一帧A-MPDU聚合，返回步骤1。
以上描述仅是本发明的一个具体事例，并不构成对本发明的限制。显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认系统，其特征在于包括：
MAC队列单元，用于存储到达MAC层的数据分组；
A-MPDU帧聚合单元，用于将多个MPDU子帧以最大子帧个数组装成一个A-MPDU帧，其中所述的多个MPDU子帧中的每个子帧包含该MPDU子帧在A-MPDU帧中的位置信息以及至少一个MAC层数据分组；
缓存队列单元，用于存储所述的多个MPDU子帧；
Bitmap分析单元，用于接收确认信息，并根据所述确认信息确定所述的多个MPDU子帧是否需要重传。
2.根据权利要求1所述的块确认系统，其特征在于所述的确认信息包括BlockACK，所述的BlockACK中包括Bitmap。
3.根据权利要求2所述的块确认系统，其特征在于判断所述Bitmap中与所述的MPDU子帧包含的位置信息相对应的比特位是否为“1”,并根据判断结果决定所述比特位对应的MPDU子帧是否需要重传。
4.根据权利要求1所述的块确认系统，其特征在于所述的块确认系统，包括一个重传队列单元，用于存储需要重传的MPDU子帧。
5.根据权利要求4所述的块确认系统，其特征在于所述的A-MPDU帧聚合单元读取所述的缓存队列单元和所述的重传队列单元中的MPDU子帧以最大子帧个数重新聚合。
6.基于A-MPDU子帧位置信息控制的块确认方法，其特征在于包括：
接收到达MAC层队列的数据分组；
添加帧头到所述的数据分组以生成MPDU子帧；
根据最大子帧个数聚合多个MPDU子帧形成A-MPDU帧，其中所述的多个MPDU子帧中的每个子帧包含该子帧在A-MPDU帧中的位置信息；
发送A-MPDU帧；
接收确认信息，并根据所述确认信息判断所述的多个MPDU子帧中的每个子帧是否需要重传。
7.根据权利要求6所述的块确认方法，其特征在于所述的位置信息存储于MPDU帧头中。
8.根据权利要求6所述的块确认方法，其特征在于所述确认信息包括BlockACK，其中所述的BlockACK中包含Bitmap。
9.根据权利要求8所述的块确认方法，其特征在于判断所述Bitmap中与所述的MPDU子帧包含的位置信息相对应的比特位是否为“1”，并根据判断结果决定该比特位对应的MPDU子帧是否需要重传。
10.根据权利要求9所述的块确认方法，其特征在于根据所述的决定MPDU子帧是否需要重传的信息以最大子帧个数重新聚合MPDU子帧，所述的MPDU子帧包括需要重传的子帧。
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