CN105682247A - 基于802.11ac协议中的介质访问控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于802.11ac协议中WLAN系统的介质访问控制方法，主要解决重叠的基本业务集引起的频谱利用率不足问题。其包括：无线接入点AP在主信道调用载波侦听机制确定主信道的忙闲状态；在主信道空闲情况下，无线接入点和站点STA使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道；在主信道忙碌情况下，无线接入点在非主信道中挑选第一个信道作为虚拟主信道，并向其所在基本服务集内的站点发送系统通知信息SNI，向其他非主信道发送SNI副本，站点在虚拟主信道上根据点协调功能帧间间隔信道接入算法接入非主信道。本发明充分利用非主信道，提高了频谱利用率和系统吞吐量，可用于对802.11ac协议中MAC层协议优化。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种WLAN系统的介质访问控制方法，可用于对802.11ac协议中MAC层协议优化，解决重叠的基本业务集引起的频谱利用率不足问题。
背景技术
在新的无线设备和应用的急剧增加的推动下，IEEE802.11无线局域网越来越多地被部署在有限的环境中，不同的基本服务集BSS在空间上产生交叠，为了避免邻近BSS之间的干扰，相邻BSS的接入点AP需要工作在不重叠的频带，但是许多情况下这一条件不能满足。随着新的IEEE802.11ac网络的发展，具有不同工作频带的BSS的重叠现象将变得越来越普遍，这就导致部分频带重叠的OBSS问题。在IEEE802.11ac标准中，当主频带被相邻的BSS占用时，BSS内所有扩展频带必须保持空闲状态。该标准的MAC层协议中，不允许无线接入点AP以及站点STA接入空闲的非主信道。因此，具有部分重叠频带的BSS间的网络吞吐量损失要比具有相同频带的更加显著，这是因为后者仅受OBSS问题引起的干扰影响，而前者还会有OBSS引起的频谱利用率不足问题，导致网络吞吐量显著减少。
发明内容
本发明的目的在于针对802.11ac协议的MAC层协议的不足，提出一种基于虚拟主信道的竞争的信道接入方法，提高频谱利用率。
实现本发明的技术思路是：在802.11ac标准的无线接入点AP挑选第一个非主信道作为虚拟主信道，在虚拟主信道上交换控制帧信息，使得802.11ac标准的站点STA接入非主信道，具体实现过程如下：
(1)无线接入点AP在主信道调用载波侦听机制确定主信道的忙闲状态：
若主信道忙碌，则以侦听到的MAC帧Duration域的数值为初值启动递减计数器，并在非主信道中挑选第一个信道作为虚拟主信道向其所在基本服务集BSS内的站点STA发送系统通知信息SNI，其他可用非主信道发送SNI的副本；
若主信道空闲，则该无线接入点AP使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道；
(2)无线接入点AP所在基本服务集BSS内的站点STA持续侦听虚拟主信道：
若收到该无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则根据系统通知信息SNI中的TMAX参数字段设置其网络分配矢量NAV，如果站点STA能在TMAX内完成传输，则在虚拟主信道上根据点协调功能帧间间隔信道接入算法接入非主信道，否则将不接入非主信道；
若没有收到无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道。
本发明具有以下优点：
本发明由于设有一种新的虚拟主信道概念，就可在主信道忙碌时通过在该虚拟主信道上引入竞争机制接入空闲非主信道，提高了重叠基本业务集的频谱利用率，增大了网络吞吐量；
1)本发明兼容于802.11ac标准协议，可以很方便的对其进行扩充；
2)本发明工作在介质访问控制子层，不需要改变现有无线局域网的硬件基础。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是接入点AP的重叠情形示意图；
图3是频谱利用情况示意图；
图4是在接入点AP重叠情况下，基本业务集内传输概率不同时网络吞吐量随站点STA数量变化示意图；
具体实施方式
如图2所示，在有限的环境中不同的基本服务集BSS在空间上产生交叠，为了避免邻近基本服务集BSS之间的干扰，相邻基本服务集BSS的接入点AP需要工作在不重叠的频带，但是许多情况下这一条件不能满足。随着新的IEEE802.11ac网络的发展，具有不同工作频带的基本服务集BSS的重叠现象将变得越来越普遍，这就导致部分频带重叠的OBSS问题。
在IEEE802.11ac标准中，当主频带被相邻的基本服务集BSS占用时，基本服务集BSS内所有扩展频带必须保持空闲状态。该标准的MAC层协议中，不允许无线接入点AP以及站点STA接入空闲的非主信道。因此，具有部分重叠频带的基本服务集BSS间的网络吞吐量损失要比具有相同频带的更加显著，这是因为后者仅受OBSS问题引起的干扰影响，而前者还会有OBSS引起的频谱利用率不足问题，导致网络吞吐量显著减少。本发明基于这个问题提出如下解决方案。
参照图1，本发明的实现步骤如下：
步骤1：判断主信道的忙闲状态。
无线接入点AP在主信道调用载波侦听机制判断主信道的忙闲状态：
若主信道忙碌，则以侦听到的MAC帧Duration域的数值为初值启动递减计数器，并在非主信道中挑选第一个信道作为虚拟主信道向其所在基本服务集BSS内的站点STA发送系统通知信息SNI，其他可用非主信道发送SNI的副本；
若主信道空闲，则该无线接入点AP使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道。
所述分布式协调功能的信道接入方法，是由无线接入点AP对主信道持续侦听，直到主信道持续空闲一个固定时长并且完成退避后接入主信道，并开始一个帧交换。
所述的固定时长，是分布式协调功能帧间距DIFS。
步骤2：在虚拟主信道上交换控制帧信息接入非主信道。
无线接入点AP所在基本服务集BSS内的站点STA持续侦听虚拟主信道：
若收到该无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则根据系统通知信息SNI中的TMAX参数字段设置其网络分配矢量NAV，如果站点STA能在TMAX内完成传输，则在虚拟主信道上根据点协调功能帧间间隔信道接入算法接入非主信道，否则，将不接入非主信道；
若没有收到无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道。
所述TMAX参数，根据递减计数器当前值进行设置，表示相邻基本服务集BSS内数据传输所需的时间；
所述点协调功能帧间间隔信道接入算法，是由站点STA在虚拟主信道上采用分布式协调功能的信道接入方法，并在退避到0之前的PIFS时间内检测其他非主信道的忙闲状态，若所有非主信道空闲，则开始后续的帧交换过程。
将本发明与原802.11ac协议在部分频带重叠OBSS情况下的频带利用情况进行对比，如图3所示。其中图3(a)是原802.11ac协议部分频带重叠的OBSS频谱利用情况示意图，图3(b)是本发明频谱利用情况示意图，从图3可明显看出本发明能够充分利用频谱资源。
本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：
1.仿真条件
选择图2所示的无线接入点AP重叠情形进行仿真，重叠的两个无线接入点AP1和AP2分别属于两个不同的基本服务集BSS1和BSS2。第一接入点AP1与其关联的站点STA能够在20MHz，40MHz，60MHz和80MHz信道带宽的模式下工作，而第二接入点AP2与其关联的站点STA只能工作于20MHz信道带宽的模式。
仿真中流量负载和无线局域网参数见表1，调制和编码方案MCS见表2，第一基本服务集BSS1中的数据传输使用调制与编码方案MCS1，第二基本服务集BSS2中的数据传输使用调制与编码方案MCS0。
表1仿真应用中的流量负载和WLAN参数
表2IEEE802.11调制编码方案
2.仿真内容与结果
将本发明与原802.11ac协议标准下系统网络吞吐量进行仿真对比，仿真结果如图4所示。
从图4可以看出，随着站点STA数目的增加，网络吞吐量会减少，这是因为站点STA的密集部署会引起更多的碰撞；其次，在第二基本服务集BSS2内传输概率一定的情况下，用本发明会使网络吞吐量显著增加；最后，随着第二基本服务集BSS2传输概率增加，网络吞吐量的增长率随之提高。
Claims (4)
1.基于802.11ac协议中的介质访问控制方法，包括：
(1)无线接入点AP在主信道调用载波侦听机制确定主信道的忙闲状态：
若主信道忙碌，则以侦听到的MAC帧Duration域的数值为初值启动递减计数器，并在非主信道中挑选第一个信道作为虚拟主信道向其所在基本服务集BSS内的站点STA发送系统通知信息SNI，其他非主信道发送SNI的副本；
若主信道空闲，则该无线接入点AP使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道；
(2)无线接入点AP所在基本服务集BSS内的站点STA持续侦听虚拟主信道：
若收到该无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则根据系统通知信息SNI中的TMAX参数字段设置其网络分配矢量NAV，同时生成一个随机退避时长，如果站点STA能在TMAX内完成传输，则在虚拟主信道上根据点协调功能帧间间隔信道接入算法接入非主信道，否则将不接入非主信道；
若没有收到无线接入点AP发送的系统通知信息SNI，则使用分布式协调功能的信道接入方法接入主信道。
2.根据权利要求1所述的基于802.11ac协议中的介质访问控制方法，其中所述步骤(1)中用分布式协调功能的信道接入方法将无线接入点AP接入主信道，是由无线接入点AP对主信道持续侦听，直到主信道持续空闲一个固定时长并且完成退避后，接入主信道并开始一个帧交换，所述的固定时长被称为分布式协调功能帧间间隔DIFS。
3.根据权利要求1所述的基于802.11ac协议中介质访问控制方法，其中所述步骤(2)中的TMAX参数，根据递减计数器当前值进行设置，表示相邻基本服务集BSS内数据传输所需的时间。
4.根据权利要求1所述的基于802.11ac协议中介质访问控制方法，其中所述步骤(2)中站点STA用点协调功能帧间间隔信道接入算法接入非主信道，是由站点STA在虚拟主信道上采用分布式协调功能的信道接入方法，并在退避到0之前的PIFS时间内检测其他非主信道的忙闲状态，若所有非主信道空闲，则开始后续的帧交换过程。
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