CN106559900B - 一种基于非对称带宽的多信道多址接入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于非对称带宽的多信道多址接入，涉及通信技术领域，AP在一个特定的主信道上进行信道竞争，AP竞争信道成功后，根据其下行数据业务的需求，选择进行下行的数据业务调度传输、上行的数据业务调度传输或上行的数据业务传输请求收集，本发明充分利用了AP的调度能力，AP具有全信道侦听和数据收发能力，而STA只有20MHz的单信道侦听和OFDMA子信道数据收发能力，充分利用AP的调度能力，保证所有信道上有更多的用户同时收发数据，从而极大的提高MAC效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是无线局域网环境多信道下组网的技术问题。
背景技术
现如今，基于802.11协议的无线局域网已经渗透在我们生活的每个角落，在家庭、办公场所、公共场合为我们提供了无线的网络连接方式。从1997年开始发展和普及的五代WLAN(Wireless Local Area Networks)标准(801.11，802.11b，802.11a/g，802.11n，802.11ac)，现有的WLAN标准都采用了对称带宽的MAC(Media Access Control)协议，接入点AP(Access Point)与站点STA(Station)的信道侦听能力均只覆盖20MHz的单信道，从而大大地限制了MAC协议效率的提升。而目前，FCC(Federal Communications Commission)在5GHz的频带上公布了555MHz的非授权频段用于Wi-Fi以及其他高速无线连接。同时，节点的大载波侦听能力不可避免地会增加节点的设备成本，让AP具有大带宽载波侦听能力而STA具有小带宽载波侦听能力可以有效地降低节点设备成本。因此，在这种非对称带宽的情况下，如何设计多信道MAC，成为不得不解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种在非对称带宽的多信道的无线局域网环境下进行多用户数据并发传输的MAC协议方案，该方案采用正交频分多址OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、多用户多入多出MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)等技术，解决了下一代无线局域网协议中多用户组网的技术问题，提升了MAC协议的效率和系统的用户容量。
本发明方案核心思想为AP在一个特定的主信道上进行信道竞争，STA将不具备主动信道竞争的能力，而只有在被AP调度时才有被动信道竞争的能力，AP竞争信道成功后，根据其下行数据业务的需求，选择进行下行的数据业务调度传输、上行的数据业务调度传输或上行的数据业务传输请求收集。
总体来说，本MAC方案主要包括三个主要的协议流程：
(a)上行的数据业务调度传输；
(b)下行的数据业务调度传输；
(c)上行的数据业务传输请求收集。
整个协议流程以“AP竞争信道成功”为开始，以“AP释放信道”为结束，之后AP通过采用竞争获取信道的子进程重新回到开始阶段。整个MAC协议级联的AP占用信道总时长，不超过给定的最大时长值TXOPunlicenced，TXOPunlicenced为Transmission Opportunity，即WIFI系统在非授权频段节点可连续占用信道的最大时长；
本发明的技术方案包含如下9个步骤：
步骤1：AP竞争信道
接入点AP(Access Point)竞争信道成功后，设置AP占用信道最大时长的计时器Timer，超时时间为TXOPunlicenced，同时将计时器Timer和资源分配请求RAR(ResourceAllocation Request)收集次数计数器Counter清零，进入步骤2；
若AP竞争信道失败，则继续竞争；
步骤2：AP判断是否满足上行数据传输条件，若满足条件，则协议转入步骤5上行数据业务传输流程，否则转入步骤3；
步骤3：AP判断是否满足下行数据传输条件，若满足条件，则协议转入步骤6下行数据业务传输流程，否则转入步骤4；
步骤4：AP判断RAR收集次数计数器Counter是否达到门限值，门限值的设定包括但不仅限于与信道数、子信道数、每个子信道可承载的MU-MIMO用户数、网络中用户数有关，若Counter未超门限值，则Counter自加1，协议转入步骤7上行数据业务传输请求收集，否则转入步骤9；
步骤5：上行数据业务传输流程
若上行数据传输成功，则协议转入步骤8，否则转入步骤9；
步骤6：下行数据业务传输流程
若下行数据传输成功，则协议转入步骤8，否则转入步骤9；
步骤7：上行数据业务传输请求收集，协议转入步骤8；
步骤8：判断计时器Timer是否超时，当Timer>TXOPunlicenced则超时，若计时器未超时，则返回步骤2，否则协议转入步骤9；
步骤9：AP释放信道，返回步骤1竞争信道；
所述步骤5的上行数据业务传输流程，如果AP能够成功竞争到信道，且AP已经通过主动或被动的方式收集了满足上行数据传输条件的STA上行数据传输请求时，则进入上行数据业务传输流程，所述上行数据传输条件为上行数据用户数大于等于Cthre个，且每个用户的下行数据长度大于等于Cthre为上下行数据调度传输的站点STA(Station)个数的门限值，门限值的设定包括但不仅限于与信道数、子信道数、每个子信道可承载的MU-MIMO用户数、网络中用户数有关,为AP成功获取信道之后，进行上行数据传输时采用的最小TXOP值，并且具体上行数据业务传输流程的步骤如下：
步骤5-1：AP在主信道上竞争成功后，在主信道上广播增强型清除发送调度帧ECTS&SCH(Enhanced Clear To Send And Schedule)，该帧包括了所有被调度的STA将在哪个信道哪个OFDMA子信道以及是否需要以MU-MIMO的方式传输数据的调度信息，AP进入等待上行数据的状态，流程转入上行步骤5-2；
步骤5-2：STA如果主信道上收到ECTS&SCH帧后，根据所包含的调度信息进行信道切换，在对应的信道上以OFDMA+MU-MIMO的方式上行发送数据，以piggyback的方式反馈本节点的数据缓存状态buffer state信息，其中，数据为A-MPDU(Aggregation MAC ProtocolData Unit)聚合帧的形式传输，DATA帧中FC(Frame Control)域最后一位用于piggyback反馈；
若STA在主信道上未收到ECTS&SCH帧，则不会发送上行数据，流程转入上行步骤5-3；
步骤5-3：若AP未接收到任何上行数据，流程转入上行步骤5-4；否则，在收到上行数据的信道的主子信道上，回复多用户确认帧ACKM(Acknowledge For Mutiuser)进行确认，流程转入上行步骤5-5；
步骤5-4：上行数据传输失败，则转入步骤9；
步骤5-5：上行数据传输成功结束，则转入步骤8；
所述步骤6的下行数据业务传输流程，如果AP能够成功竞争到信道，且满足下行数据传输条件则进入下行数据业务传输流程，所述下行数据传输条件为：
(1)当AP有足够多的数据进行下行数据传输时，即下行数据用户数大于等于Cthre个，且每个用户的下行数据长度大于等于其中为AP成功获取信道之后，进行下行数据传输时建议采用的最小TXOP值，并且
(2)当AP有紧急数据需要下行传输时，紧急数据是指高QoS要求的数据；
所述的下行数据业务传输流程具体步骤如下：
步骤6-1：如果AP在主信道上竞争成功则在主信道上广播增强型请求发送调度帧ERTS&SCH(Enhanced Request To Send And Schedule)，其中包括了所有被调度的STA将在哪个信道哪个OFDMA子信道以及是否需要以MU-MIMO的方式回复ECTSV，ECTSV(EnhancedClear To Send With V-Matrix)为携带信道预编码矩阵V-Matrix的增强型清除发送帧ECTS(Enhanced Clear To Send)；随后在全信道发送空数据包帧NDP(Null Data Packet)，发起信道测量过程；最后，AP进入等待STA回复ECTSV帧的状态，流程转入下行步骤6-2；
步骤6-2：STA若在主信道上收到ERTS&SCH帧后，根据所包含的调度信息进行信道切换，若收到信道测量包NDP后，测量该信道的信道状态信息CSI(Channel StateInformation)，执行AMU-MIMO算法计算MU-MIMO预编码矩阵，AMU-MIMO算法为STA计算AP所采用的MU-MIMO预编码矩阵的算法，将其所计算的MU-MIMO预编码矩阵V以ECTSV的形式反馈给AP，回复ECTSV时采用OFDMA+MU-MIMO的方式，STA进入等待下行数据的状态，流程转入下行步骤6-4；
若STA未收到ECTS&SCH或者未收到NDP，则不会发送ECTSV，流程转入下行步骤6-3；
步骤6-3：如果AP未接收到任何ECTSV帧或者收到的ECTSV帧个数小于下行调度门限值Cthre，流程转入下行步骤6-6；否则，AP收到所有调度STA的MU-MIMO预编码矩阵之后，以作为数据传输的默认时长AP以OFDMA+MU-MIMO的方式进行下行数据传输，并等待STA回复确认信息，流程转入下行步骤6-4；
步骤6-4：STA收到数据之后，以OFDMA+MU-MIMO的方式回复单用户确认帧ACKS(Acknowledge For Single User)，流程转入下行步骤6-7；
步骤6-5：AP若未收到任何ACKS，流程转入步骤6-6；否则，流程转入步骤6-7；
步骤6-6：下行传输失败，则转入步骤9；
步骤6-7：下行数据传输成功结束，则转入步骤8；
所述的步骤7的上行数据业务传输请求收集，如果AP能够成功竞争到信道，且当AP不满足上行数据传输条件，又不满足下行数据传输条件时，具体步骤如下：
步骤7-1：AP在主信道上发送触发帧TRIG(Trigger)帧开始RAR收集，TRIG帧中规定增强型请求发送帧ERTS(Enhanced Request To Send)回复轮数为x，x设置的具体方法为：
其中TimerLeft为TXOP剩余时间长度，TrgLen为TRIG帧在信道上的持续时间，ECTSLen为ECTS帧持续时间，ERTSLen为ERTS帧的持续时间，ERTSnum为目前收到的ERTS个数，n、m、k分别是信道数、子信道数和MU-MIMO用户数；
步骤7-2：若STA未收到TRIG帧，则不做任何操作，流程转入步骤7-3；否则，STA进行时频二维随机退避，以OFDMA+MU-MIMO的方式回复ERTS进行信道竞争接入，流程转入步骤7-3；
步骤7-3：AP等待ERTS发送轮数的时间，对接入信道的STA发送多用户增强型清除发送帧ECTSM(Enhanced Clear To Send For Mutiuser)帧进行确认，流程转入步骤7-4，其中，ECTSM包含了在该信道上竞争接入的所有STA地址；
步骤7-4：上行数据业务传输请求收集结束。
本发明的有益效果在于充分利用了AP的调度能力，AP具有全信道侦听和数据收发能力，而STA只有20MHz的单信道侦听和OFDMA子信道数据收发能力。因此，如果允许STA主动竞争信道，将会极大地降低MAC效率。本发明充分利用AP的调度能力，保证所有信道上有更多的用户同时收发数据，从而极大的提高MAC效率。
(1)上行数据传输请求收集阶段与数据传输阶段相分离：将STA的上行数据传输请求收集单独的作为一个阶段，尽可能多地、高效地收集STA的上行数据传输请求，从而提高MAC效率。
上行数据传输请求收集包括AP主动收集和AP被动收集两种模式，AP主动收集模式为AP竞争成功之后通过发送TRIG帧，让STA以OFDMA+MU-MIMO的方式采用时频二维退避的方法提交上行传输请求；AP被动收集模式为STA在给AP发送数据或者控制信息时，以piggyback的方式将其上行数据传输请求反馈给AP。AP主动收集的模式主要适用于新入网用户的上行数据传输请求提交，而AP被动收集的模式则主要适用于已经入网用户的上行数据传输请求提交，该模式可以更加高效的使得AP获取节点buffer state信息，从而降低信道竞争冲突。
附图说明
图1为本发明协议方案总体流程图。
图2为本发明上行数据业务传输流程图。
图3为本发明下行数据业务传输流程图。
图4为本发明上行数据业务请求收集流程图。
图5为本发明ERTS&SCH帧结构示意图。
图6为本发明TRIG帧结构示意图。
图7为本发明ECTSM帧结构示意图。
图8为本发明ECTSV帧结构示意图。
图9为本发明ECTS&SCH帧结构示意图。
图10为本发明ACKS帧结构示意图。
图11为本发明ACKM帧结构示意图。
图12为本发明DATA帧结构示意图。
图13为本发明实施例1的流程示意图。
图14为本发明实施例2的流程示意图。
图15为本发明实施例3的流程示意图。
图2-图4中为信道数n＝10、子信道数m＝2和MU-MIMO用户数k＝2环境下的流程示意图，以上三个参数可以按需修改。
其中，DIFS(Distributed Interframe Space)为信道空闲的时间间隔，SIFS(Short Interframe Space)为节点收发数据帧之间需要等待的帧间间隔，RIFS(ReducedInterframe Space)为AP连续发送两个连续的OFDM形式的包之间的时间间隔，OIFS(OFDMAInterframe Space)为STA连续发送两个连续的OFDMA形式的包之间的时间间隔，CH(Channel)表示信道，BUSY表示信道在该时间段内处于忙状态，BK(Backoff)为AP在该时间段内正处于退避状态。
图5-图12为本协议方案修改后的帧结构示意图。
其中，Frame Control为802.11MAC帧的帧控制域，该域中的类型Type、子类Subtype为802.11MAC帧的帧类型区分域，种别sort域为本发明自定义的域以扩展本专利涉及的子类型帧，Duration为持续时间域，用来记载网络分配矢量(Network AllocationVector)。TA(Transmitter Address)为发送方地址，RA(Receiver Address)为接收方地址。CH(Channel)表示信道，SCH(Subchannel)表示子信道，CH-Elements(Channel-Elements)域为上下行调度信息，STA的MAC地址在该域的位置决定了其发送上行数据或者接收下行数据的信道号、子信道号和第几个流。FCS(Frame Check Sequence)为帧校验序列，通常为32位的循环冗余校验码。ERTS Rounds域为本次RAR收集ERTS的回复轮数。SingleCH-Elements为单信道上的STA接入信息，该域包含了所有在该信道上发送ERTS或者发送上行数据的STA的MAC地址。STA-Num表示SingleCH-Elements中STA的个数。Variant表示SingleCH-Elements域的长度可变，字节长度为6*STA-Num。V-Matrix为信道预编码矩阵，其字节长度为L。PB为Piggyback指示，PB＝1为该STA还有后续上行数据业务需求，PB＝0为该STA无后续上行数据业务需求，PB出现在ACKS或者DATA帧的FC域中。Addr1(Address 1)表示地址1，SequenceControl为数据帧的序列号控制域，Qos Control(Quality of Service)为数据帧的服务质量控制域，HT Control(High Throughput Control)为高吞吐率控制域，Frame Body为数据帧的帧体，TXOPunlicenced为超时时间。
附图13-附图15中，ERTSx、DATAx、ACKSx、ECTSVx分别表示STAx所发送的ERTS、DATA、ACKS、ECTSV，例如：ERTS13为STA13所发送的ERTS帧。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明中，AP频宽覆盖全信道，同时和多个STA建立正交频分多址OFDMA+MU-MIMO的传输链路，可以有效地提高数据吞吐率和MAC协议效率。
本发明的协议方案适用于以下多信道无线局域网场景，整个5G频段划分为n个彼此不相交的信道，信道带宽为20MHz，每个信道以OFDMA的方式划分成m个子信道。AP侦听能力覆盖n个信道，而STA只能侦听20MHz的带宽，每个OFDMA子信道上，最多有k个STA可以做MU-MIMO传输，即MU-MIMO用户数为k。
附图1为本发明方案的协议流程，本发明主要特点包括：
(1)节点的信道竞争能力：在所设计的MAC方案中，只有AP具有信道竞争能力，STA不具有信道竞争能力；
(2)STA的信道侦听和信道切换原则：在所设计的每一种协议流程开始之前，所有STA都侦听主信道；在协议流程中，根据AP的调度进行信道切换；在协议流程结束之后，所有STA都切换回主信道进行信道侦听。
(3)充分利用AP的调度能力：AP具有全信道侦听和数据收发能力，而STA只有20MHz的单信道侦听和OFDMA子信道数据收发能力。因此，如果允许STA主动竞争信道，将会极大地降低MAC效率。本方案充分利用AP的调度能力，保证所有信道上有更多的用户(最多支持n*m*k个用户)同时收发数据，从而极大的提高MAC效率。
(4)上行数据传输请求收集阶段与数据传输阶段相分离：将STA的上行数据传输请求收集单独的作为一个阶段，其目的就是尽可能多地、高效地收集STA的上行数据传输请求，从而提高MAC效率。
(5)上行数据传输请求收集包括AP主动收集和AP被动收集两种模式：AP主动收集模式：AP竞争成功之后通过Trigger的方式，让STA以OFDMA+MU-MIMO的方式采用时频二维退避的方法提交上行传输请求(将在后续协议流程中详细描述)。AP被动收集模式：STA在给AP发送数据或者控制信息时(比如ACK信息)，以piggyback的方式将其上行数据传输请求反馈给AP。AP主动收集的模式主要适用于新入网用户的上行数据传输请求提交；而AP被动收集的模式则主要适用于已经入网用户的上行数据传输请求提交，该模式可以更加高效的使得AP获取节点buffer state信息，从而降低信道竞争冲突。
(6)下行信道接入与信道测量阶段相结合：由于在AP下行数据传输阶段需要使用OFDMA+MU-MIMO的数据传输模式，因此在数据传输之前需要对每个接入的STA所采用信道的信道状态进行测量。本方案中，由STA侧完成信道测量的工作并将MU-MIMO预编码矩阵反馈给AP。
本发明中所述时频二维退避方法步骤如下，但不仅限于此步骤：
设多个STA中的任意一个STAn从竞争窗口(0，CWSTA)中选择的随机退避数为r，令r＝(n·m·k)×a+(m·k)×b+m×c+d，其中n、m、k分别是信道数、子信道数和MU-MIMO用户数，参数取值范围为：a∈R+，R+为正整数集，b∈[0,n-1]，c∈[0,m-1]，d∈[0,k-1]，CWSTA为STA的竞争窗口大小，CWSTA大小的设置包括但不仅限于与信道数、子信道数、每个子信道可承载的MU-MIMO用户数、网络中用户数相关，设TRIG帧之后的ERTS收集轮数为x，x≥1，则：
(1)当x≤a时，则STAn不竞争信道，且经过本轮Trigger之后，r＝r-(n·m·k)×x；
(2)当x＞a时，则STAn选择第(a+1)轮的第(b+1)个信道的第(c+1)个OFDMA子信道发送ERTS帧，且经过本轮Trigger之后，r＝0。
上述时频二维退避方法在时间域的退避具体表现在选择的ERTS轮数(即参数a上)，在频率域的退避具体表现在信道号和子信道号(即参数b和c)上。
假设无线局域网中，信道数n为10，每个信道上OFDMA子信道数m为2，MU-MIMO用户数k为2，RAR收集次数门限为3，TRIG帧中ERTS回复轮数x为3，上下行数据传输的STA个数的门限值Cthre为30，STA竞争窗口大小CWSTA为360。上下行数据传输条件与网络中节点个数、每个节点数据量大小以及网络中信道状况因素相关，实施例中简易条件为达到STA个数门限值Cthre。
其中，图2为上行数据业务传输流程图，图3为下行数据业务传输流程图，图4为上行数据业务请求收集流程图，图5-图12为本协议方案修改后的帧结构示意图。
实施实例一：
假设：在组网初始阶段，AP中没有STA的任何信息，3次RAR收集后，收集次数计数器超过门限值3，AP释放信道。具体步骤如下(流程图见图13)：
步骤1：AP侦听到主信道上DIFS时间的空闲，退避后成功竞争信道，设置计时器Timer的超时时间为TXOPunlicenced，同时将计时器Timer和RAR收集次数计数器Counter清零，进入步骤2。
步骤2：在组网初始阶段，AP中没有STA的任何信息，判断此时不满足上行数据传输条件，协议转入步骤3。
步骤3：AP判断不满足下行数据传输条件，协议转入步骤4。
步骤4：AP判断RAR收集次数Counter此时为0未达到门限值3，则Counter自加1，协议转入步骤5上行数据业务传输请求收集。
步骤5：第一次上行数据传输请求收集。
RAR步骤5-1：AP首先在主信道上广播TRIG帧，调度STA进行时频二维退避，流程进入RAR步骤5-2；
RAR步骤5-2：STA在主信道上收到TRIG后，执行时频二维退避，流程转入RAR步骤5-3。如图13中，当STA13收到TRIG帧后，在[0，CWSTA)产生一个随机退避数4，4＝(10×2×2)×0+(2×2)×1+2×0+0，因此，STA13在第1轮的第2个信道的第1个OFDMA子信道发送ERTS帧；STA1选出的退避数分别为76，其对应的a、b、c分别为1、9、0，因此STA1在第2轮的第10个信道的第1个OFDMA子信道发送ERTS帧。STA6选出的退避数为160，对应的a＝4大于ERTS回复轮数x，因此STA6本次RAR收集将不竞争信道，退避值更新为160-40×3＝40，如STA18选出退避数284，同样本轮RAR收集不竞争信道，退避值r更新为164；
RAR步骤5-3：AP等待3轮ERTS后在对应的信道上回复ECTSM帧，对于成功竞争到信道的STA，不再响应AP的下一次RAR收集TRIG直到该STA成功执行完一次上行数据传输；
RAR步骤5-4：上行数据传输请求收集结束，协议进入步骤6。
步骤6：计时器Timer未超时，即Timer<TXOPunlicenced，协议进入步骤7。
步骤7：图13中，RAR收集到STA的接入个数为10，未达上行调度门限值Cthre，此时不满足上行数据传输条件，协议转入步骤8。
步骤8：AP判断此时不满足下行数据传输条件，协议转入步骤9。
步骤9：RAR收集次数Counter此时为1未达到门限值3，则Counter自加1，协议转入步骤10上行数据业务传输请求收集。
步骤10：第二次上行数据传输请求收集。
RAR步骤10-1：AP首先在主信道上广播TRIG帧，此时离步骤5-3ECTSM发送完成的时间间隔为RIFS，流程进入RAR步骤10-2。
RAR步骤10-2：上一轮成功竞争到信道的STA不再响应TRIG，未成功竞争到信道的STA开始进行时频二维退避。如图13中，STA6上一轮RAR收集后退避值为40，根据退避公式选择在第2轮ERTS的第1个信道的第1个OFDMA子信道发送ERTS，而STA8可能由于在上一轮RAR收集中ERTS被碰撞导致接入失败，此时重新选择退避值为116，因此选择在第3轮ERTS第10个信道的第2个OFDMA子信道发送ERTS。对于STA18，上一轮RAR后退避值为164，对应的a依然大于ERTS回复轮数3，将不进行信道竞争，退避值更新为44。
RAR步骤10-3：AP等待3轮ERTS后在对应的信道上回复ECTSM帧。
RAR步骤10-4：第二次上行数据传输请求收集结束，协议进入步骤11。
步骤11：计时器Timer未超时，协议进入步骤12。
步骤12：假设图13中，第二次RAR收集到STA的接入个数为6，两次RAR收集接入STA总数为16未达上行调度门限值30，此时不满足上行数据传输条件，协议转入步骤13。
步骤13：AP判断此时不满足下行数据传输条件，协议转入步骤9。
步骤14：RAR收集次数Counter此时为2未达到门限值3，则Counter自加1，协议转入步骤15上行数据业务传输请求收集。
步骤15：第三次上行数据传输请求收集。
RAR步骤15-1：AP在主信道上广播TRIG帧，流程进入RAR步骤15-2。
RAR步骤15-2：未成功接入的STA进行时频二维退避。如图13中前两轮RAR都竞争失败的STA18，此时退避值为44，对应在第2轮ERTS第2个信道的第1个OFDMA子信道发送ERTS，成功竞争到信道。
RAR步骤15-3：AP等待3轮ERTS后在对应的信道上回复ECTSM帧。
RAR步骤15-4：第三次上行数据传输请求收集结束，协议进入步骤16。
步骤16：计时器Timer未超时，协议进入步骤17。
步骤17：图13中，第三次RAR收集到STA的接入个数为11，两次RAR收集接入STA总数为27未达到上行调度门限值30，此时不满足上行数据传输条件，协议转入步骤18。
步骤18：AP判断此时不满足下行数据传输条件，协议转入步骤19。
步骤19：RAR收集次数Counter此时为3达到门限值3，协议转入步骤20。
步骤20：AP释放信道。
实施实例二：
设AP经过一次RAR收集，满足上行数据传输条件进行上行调度传输，之后，由于上行数据传输条件不满足而满足下行数据传输条件，AP调度STA进行下行数据传输。最后，TXOPunlicenced超时，AP释放信道。具体步骤如下(流程图见图14)：
步骤1：AP侦听到主信道上DIFS时间的空闲，退避后成功竞争信道，设置计时器Timer，超时时间为TXOPunlicenced，同时将计时器Timer和RAR收集次数计数器Counter清零，进入步骤2。
步骤2：在组网初始阶段，AP中没有STA的任何信息，判断此时不满足上行数据传输条件，协议转入步骤3。
步骤3：AP判断不满足下行数据传输条件，协议转入步骤4。
步骤4：AP判断RAR收集次数Counter此时为0未达到门限值3，则Counter自加1，协议转入步骤5上行数据业务传输请求收集。
步骤5：第一次上行数据传输请求收集。
RAR步骤5-1：AP首先在主信道上广播TRIG帧，流程进入RAR步骤5-2。
RAR步骤5-2：STA在主信道上收到TRIG后，执行时频二维退避，根据退避值在各自相应信道子信道上发送ERTS帧，流程进入RAR步骤5-3。图14中只画出CH1、CH2和CH10上的退避情况，假设在10个信道上共有40个STA成功发送了ERTS帧。
RAR步骤5-3：AP等待3轮ERTS后在对应的信道上回复ECTSM帧，流程转入RAR步骤5-4。
RAR步骤5-4：上行数据传输请求收集结束，协议进入步骤6。
步骤6：计时器Timer未超时协议进入步骤7。
步骤7：图13中，RAR收集到STA的接入个数为40，已达上行调度门限值Cthre，此时满足上行数据传输条件，协议转入步骤8。
步骤8：进入上行数据业务传输流程，即：
上行步骤8-1：经过RIFS时长，AP在主信道上广播ECTS&SCH帧，流程进入上行步骤8-2。
上行步骤8-2：STA收到ECTS&SCH帧后，根据其调度信息，在各自对应信道的子信道上以OFDMA+MU-MIMO的方式发送上行数据，流程转入上行步骤8-3。其中，在上行数据最后一帧DATA的FC域中PB指示该STA是否有后续上行业务需求。图14中，STA1-STA40按序被调度在20个OFDMA子信道上，共40个空间流。如STA1与STA2、STA3与STA4分别组成MU-MIMO，这两对STA又已OFDMA的方式调度在CH1上传输。
上行步骤8-3：AP收到上行数据后经过SIFS时长对各个信道上回复ACKM，流程转入上行步骤8-4。如图14中，CH1上的ACKM只包含本信道上所有被调度的STA MAC地址，即STA1、STA2、STA3和STA4的地址。
上行步骤8-4：上行数据业务传输成功，协议进入步骤9。
步骤9：计时器Timer未超时，协议转入步骤10。
步骤10：设图14中，AP根据上一次上行传输调度中Piggyback收集到有后续上行业务需求的STA个数未达到门限值30，流程转入步骤11。
步骤11：AP此时需要向40个STA发送下行数据，达到下行数据业务传输条件，流程进入步骤12。
步骤12：下行数据业务传输流程
下行步骤12-1：AP在主信道上广播ERTS&SCH帧，经过RIFS时间，在全信道发送NDP信道测量包，发起信道测量过程，流程进入下行步骤12-2。
下行步骤12-2：STA收到ERTS&SCH帧后，根据其中的调度信息切换到相应的信道上接收NDP包，并测量该信道的信道状态信息(CSI)，执行AMU-MIMO计算预编码矩阵，以ECTSV的形式发送给AP，流程进入下行步骤12-3。
下行步骤12-3：AP收到ECTSV后经过SIFS时间以OFDMA+MU-MIMO的方式进行下行数据传输，流程进入下行步骤12-4。
下行步骤12-4：STA收到下行数据后经过SIFS时间以OFDMA+MU-MIMO的方式回复ACKS确认，其中ACKS帧FC域的PB指示了该STA是否有后续上行业务需求。
下行步骤12-5：AP收到ACKS，提取有后续上行业务需求的STA个数用于下一次调度决策，即判断下一次AP是否执行上行数据传输，流程转入下行步骤12-6。
下行步骤12-6：下行数据传输成功结束，协议进入步骤13。
步骤13：AP检查当前计时器Timer超时，协议进入步骤14。
步骤14：AP释放信道。
实施实例三：
设AP按序执行一次上行数据业务传输流程、下行数据业务传输流程和RAR传输请求收集，最后，TXOPunlicenced超时，AP释放信道。具体步骤如下(流程图见图15)：
步骤1：AP侦听到主信道DIFS时间的空闲，退避后成功竞争信道，设置计时器Timer超时时间为TXOPunlicenced，同时将计时器Timer和RAR收集次数计数器Counter清零，进入步骤2。
步骤2：假设AP在上一次TXOP期间通过RAR收集或者Piggyback反馈的方式认知到此时满足一次上行数据传输条件，协议进入步骤3。
步骤3：上行数据传输流程
上行步骤3-1：AP在主信道上广播ECTS&SCH帧，流程进入上行步骤3-2。
上行步骤3-2：STA收到ECTS&SCH帧后，根据调度信息在SIFS时间后发送上行数据，其中，上行数据最后一帧DATA携带了Piggyback信息反馈该用户是否有后续上行数据业务的需求。
上行步骤3-3：AP收到上行数据后经过SIFS时间在各个信道上回复ACKM，流程转入上行步骤3-4。
上行步骤3-4：上行数据业务传输成功，协议进入步骤4。
步骤4：计时器Timer未超时，协议转入步骤5。
步骤5：假设图15中，AP根据上一次上行传输调度中Piggyback收集到有后续上行业务需求的STA个数未达到门限值30，流程转入步骤6。
步骤6：设AP此时下行传输STA用户数为40，达到下行数据业务调度门限值30，流程进入步骤7。
步骤7：下行数据传输流程。
下行步骤7-1：AP在主信道上广播ERTS&SCH帧，经过RIFS时间，在全信道发送NDP信道测量包，发起信道测量过程，流程进入下行步骤7-2。
下行步骤7-2：STA收到ERTS&SCH帧以及NDP包后，测量对应信道的信道状态信息(CSI)，执行AMU-MIMO计算预编码矩阵，以ECTSV的形式发送给AP。流程进入下行步骤7-3。
下行步骤7-3：AP收到ECTSV后经过SIFS时间以OFDMA+MU-MIMO的方式进行下行数据传输，流程进入下行步骤7-4。
下行步骤7-4：STA收到下行数据后经过SIFS时间以OFDMA+MU-MIMO的方式回复ACKS确认，其中ACKS携带了Piggyback信息反馈该用户是否有后续上行数据业务的需求。
下行步骤7-5：AP收到ACKS，提取有后续上行业务需求的STA个数用于下一次调度决策，流程转入下行步骤7-6。
下行步骤7-6：下行数据传输成功，协议进入步骤8。
步骤8：AP检查计时器Timer未超时，协议进入步骤9。
步骤9：图15中，AP根据前两次传输调度中反馈的Piggyback信息发现有后续上行数据业务的STA个数未达门限值30，流程转入步骤10。
步骤10：设AP此时下行传输STA个数未达到门限值，流程进入步骤11。
步骤11：上行数据传输请求收集。
RAR步骤11-1：AP在主信道上广播TRIG帧，流程进入RAR步骤11-2。
RAR步骤11-2：STA在主信道上收到TRIG后，执行时频二维退避，根据退避值在各自相应信道子信道上发送ERTS帧，流程进入RAR步骤11-3。
RAR步骤11-3：AP等待3轮ERTS后在对应的信道上回复ECTSM帧，流程转入RAR步骤11-4。
RAR步骤11-4：上行数据传输请求收集结束，协议进入步骤12。
步骤12：AP检查当前计时器Timer计时超时，协议进入步骤13。
步骤13：AP释放信道。
以上所述仅为本发明的几个比较典型的实施例，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，应均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于非对称带宽的多信道多址接入的方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：AP竞争信道
接入点AP(Access Point)竞争信道成功后，设置AP占用信道最大时长的计时器Timer，超时时间为TXOPunlicenced，同时将计时器Timer和资源分配请求RAR(Resource AllocationRequest)收集次数计数器Counter清零，进入步骤2；
若AP竞争信道失败，则继续竞争；
步骤2：AP判断是否满足上行数据传输条件，若满足条件，则协议转入步骤5上行数据业务传输流程，否则转入步骤3；
步骤3：AP判断是否满足下行数据传输条件，若满足条件，则协议转入步骤6下行数据业务传输流程，否则转入步骤4；
步骤4：AP判断RAR收集次数计数器Counter是否达到门限值，门限值的设定包括但不仅限于与信道数、子信道数、每个子信道可承载的MU-MIMO用户数、网络中用户数有关，若Counter未超门限值，则Counter自加1，协议转入步骤7上行数据业务传输请求收集，否则转入步骤9；
步骤5：上行数据业务传输流程
若上行数据传输成功，则协议转入步骤8，否则转入步骤9；
步骤6：下行数据业务传输流程
若下行数据传输成功，则协议转入步骤8，否则转入步骤9；
步骤7：上行数据业务传输请求收集，协议转入步骤8；
步骤8：判断计时器Timer是否超时，当Timer>TXOPunlicenced则超时，若计时器未超时，则返回步骤2，否则协议转入步骤9；
步骤9：AP释放信道，返回步骤1竞争信道；
所述步骤5的上行数据业务传输流程，如果AP能够成功竞争到信道，且AP已经通过主动或被动的方式收集了满足上行数据传输条件的STA上行数据传输请求时，则进入上行数据业务传输流程，所述上行数据传输条件为上行数据用户数大于等于Cthre个，且每个用户的下行数据长度大于等于Cthre为上下行数据调度传输的站点STA(Station)个数的门限值，门限值的设定包括但不仅限于与信道数、子信道数、每个子信道可承载的MU-MIMO用户数、网络中用户数有关,为AP成功获取信道之后，进行上行数据传输时采用的最小TXOP值，并且具体上行数据业务传输流程的步骤如下：
步骤5-1：AP在主信道上竞争成功后，在主信道上广播增强型清除发送调度帧ECTS&SCH(Enhanced Clear To Send And Schedule)，该帧包括了所有被调度的STA将在哪个信道哪个OFDMA子信道以及是否需要以MU-MIMO的方式传输数据的调度信息，AP进入等待上行数据的状态，流程转入上行步骤5-2；
步骤5-2：STA如果主信道上收到ECTS&SCH帧后，根据所包含的调度信息进行信道切换，在对应的信道上以OFDMA+MU-MIMO的方式上行发送数据，以piggyback的方式反馈本节点的数据缓存状态buffer state信息，其中，数据为A-MPDU(Aggregation MAC Protocol DataUnit)聚合帧的形式传输，DATA帧中FC(Frame Control)域最后一位用于piggyback反馈；
若STA在主信道上未收到ECTS&SCH帧，则不会发送上行数据，流程转入上行步骤5-3；
步骤5-3：若AP未接收到任何上行数据，流程转入上行步骤5-4；否则，在收到上行数据的信道的主子信道上，回复多用户确认帧ACKM(Acknowledge For Mutiuser)进行确认，流程转入上行步骤5-5；
步骤5-4：上行数据传输失败，则转入步骤9；
步骤5-5：上行数据传输成功结束，则转入步骤8；
所述步骤6的下行数据业务传输流程，如果AP能够成功竞争到信道，且满足下行数据传输条件则进入下行数据业务传输流程，所述下行数据传输条件为：
(1)当AP有足够多的数据进行下行数据传输时，即下行数据用户数大于等于Cthre个，且每个用户的下行数据长度大于等于其中为AP成功获取信道之后，进行下行数据传输时建议采用的最小TXOP值，并且
(2)当AP有紧急数据需要下行传输时，紧急数据是指高QoS要求的数据；
所述的下行数据业务传输流程具体步骤如下：
步骤6-1：如果AP在主信道上竞争成功则在主信道上广播增强型请求发送调度帧ERTS&SCH(Enhanced Request To Send And Schedule)，其中包括了所有被调度的STA将在哪个信道哪个OFDMA子信道以及是否需要以MU-MIMO的方式回复ECTSV，ECTSV(Enhanced ClearTo Send With V-Matrix)为携带信道预编码矩阵V-Matrix的增强型清除发送帧ECTS(Enhanced Clear To Send)；随后在全信道发送空数据包帧NDP(Null Data Packet)，发起信道测量过程；最后，AP进入等待STA回复ECTSV帧的状态，流程转入下行步骤6-2；
步骤6-2：STA若在主信道上收到ERTS&SCH帧后，根据所包含的调度信息进行信道切换，若收到信道测量包NDP后，测量该信道的信道状态信息CSI(Channel State Information)，执行AMU-MIMO算法计算MU-MIMO预编码矩阵，AMU-MIMO算法为STA计算AP所采用的MU-MIMO预编码矩阵的算法，将其所计算的MU-MIMO预编码矩阵V以ECTSV的形式反馈给AP，回复ECTSV时采用OFDMA+MU-MIMO的方式，STA进入等待下行数据的状态，流程转入下行步骤6-4；
若STA未收到ECTS&SCH或者未收到NDP，则不会发送ECTSV，流程转入下行步骤6-3；
步骤6-3：如果AP未接收到任何ECTSV帧或者收到的ECTSV帧个数小于下行调度门限值Cthre，流程转入下行步骤6-6；否则，AP收到所有调度STA的MU-MIMO预编码矩阵之后，以作为数据传输的默认时长AP以OFDMA+MU-MIMO的方式进行下行数据传输，并等待STA回复确认信息，流程转入下行步骤6-4；
步骤6-4：STA收到数据之后，以OFDMA+MU-MIMO的方式回复单用户确认帧ACKS(Acknowledge For Single User)，流程转入下行步骤6-7；
步骤6-5：AP若未收到任何ACKS，流程转入步骤6-6；否则，流程转入步骤6-7；
步骤6-6：下行传输失败，则转入步骤9；
步骤6-7：下行数据传输成功结束，则转入步骤8；
所述的步骤7的上行数据业务传输请求收集，如果AP能够成功竞争到信道，且当AP不满足上行数据传输条件，又不满足下行数据传输条件时，具体步骤如下：
步骤7-1：AP在主信道上发送触发帧TRIG(Trigger)帧开始RAR收集，TRIG帧中规定增强型请求发送帧ERTS(Enhanced Request To Send)回复轮数为x，x设置的具体方法为：
x＝min(x1,x2)，
其中TimerLeft为TXOP剩余时间长度，TrgLen为TRIG帧在信道上的持续时间，ECTSLen为ECTS帧持续时间，ERTSLen为ERTS帧的持续时间，ERTSnum为目前收到的ERTS个数，n、m、k分别是信道数、子信道数和MU-MIMO用户数；
步骤7-2：若STA未收到TRIG帧，则不做任何操作，流程转入步骤7-3；否则，STA进行时频二维随机退避，以OFDMA+MU-MIMO的方式回复ERTS进行信道竞争接入，流程转入步骤7-3；
步骤7-3：AP等待ERTS发送轮数的时间，对接入信道的STA发送多用户增强型清除发送帧ECTSM(Enhanced Clear To Send For Mutiuser)帧进行确认，流程转入步骤7-4，其中，ECTSM包含了在该信道上竞争接入的所有STA地址；
步骤7-4：上行数据业务传输请求收集结束。
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