CN111669830B - 一种wlan通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种WLAN通信方法及装置，该方法包括：根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，STA设备根据分配的时间片发送或接收数据。通过该方案解决了现有WLAN通信中采用CSMA/CA机制存在信道资源利用率低、数据交付时间长等问题，可以缩短数据交付时间，提高信道资源利用效率，实现数据准确可靠传输。

Description

一种WLAN通信方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种WLAM通信方法及装置。

背景技术

当前WLAN通信技术(即根据IEEE802.11协议的无线局域网)因其移动性和大带宽的优势，在商业、家庭领域应用相当广泛。在移动互联网的发展趋势下，很多工业场景也开始尝试应用WLAN技术进行无线化改造。IEEE802.11协议采用最底层的CSMA/CA(碰撞检测/退避)机制，CSMA/CA机制要求网络中的各种设备在要发送数据包之前，首先侦测空中的无线信号能量(NAV)，当NAV大于一定数值，则表示该设备所处信道有数据正在发送，为了避免碰撞，该设备必须启动退避机制，按照协议规定，必须在最小退避时长CWmin与最大退避时长CWmax中间随机的获取一个退避时间，然后等待退避时间过去之后，将数据包发送出去。该方法虽然可以避免数据冲突但也带来很多不确定性问题，而空中的无线信号可能是本网络的，也可能不是本网络的不同的网络，可能是本信道网络的，也可能不是本信道网络，因此在网络比较繁忙的时候，网络拥挤会造成大量退避等待，浪费宝贵的信道资源。其次因为退避时间是随机获取，设备的数据发送时刻也将变得不可控，无法对发送数据的延时给出具体的时间。尤其在网络设备节点密集而且繁多的情况下，随机数生成的时间重叠的概率增加，会导致不可预知的碰撞隐患。

另外，在CSMA/CA机制中，搭配使用的重传机制，即当发生丢数据包的情况下，发送方的处理方式。按照IEEE802.11协议规定，数据发送方在完成发送数据包后，要启动接收，以接收接收方回传的ACK。如果由于碰撞等各种原因没有收到对方的ACK，那么发送端将启动重传机制，通常设计中，重传伴随着降低发送速率，重传包也伴随着退避机制，这样可能会导致数据包最终交付的时间很长。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种WLAN通信方法及装置，以解决现有WLAN通信中采用CSMA/CA机制存在信道资源利用率低、数据交付时间长的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种WLAN通信方法，包括：

根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小；

STA设备根据分配的时间片发送或接收数据。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种用于WLAN通信的装置，包括：

分配模块，用于根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小；

执行模块，用于STA设备根据分配的时间片进行数据发送或接收。

本发明实施例中，根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，STA设备根据分配的时间片收发数据，实现数据准确可靠传输，在此时间片分配机制下，由于STA在收发数据包的时间片内，不会有碰撞产生，因此不需要在使用CSMA/CA退避机制，可以直接发送数据，提高数据交付的可靠性，且任何设备只在分配的时间片内发送数据，发送方不需要有各种帧间隔，数据包之间可以将帧间间隔缩短，尽可能的利用聚合帧的方法减少帧间隔。同时，在此方案下，不必保留重传机制，接入设备在分配的时间片范围内尽可能的交付数据，而不需要等待ACK的确认，有效减少信道资源浪费。解决了传统CSMA/CA退避机制中存在信道资源利用率低、交付时间长的问题，不使用复杂的重传机制，缩短到极致的帧间间隔，可以更加高效的利用信道资源，提高通信效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。

图1为本发明的一个实施例提供的WLAN通信方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的WLAN通信中时间片独占机制通信原理示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的用于WLAN通信的装置的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种WLAN通信方法的流程示意图，包括：

S101、根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小；

在WLAN(Wireless Local Area Network)通信中，所述STA(Staion)设备一般指WLAN中站点设备，如装有无线网卡的计算机、具有WiFi模块的智能手机等，所述AP设备(Access Point)即无法访问接入点的设备，如无线路由、无线网关等。

beacon周期即AP每间隔一定周期发送beacon信标报文的时间间隔，一般beacon周期可根据环境、接入设备的不同进行调整。AP将一个beacon周期划分为可协商时间片，每个STA设备根据分配的时间片进行数据发送或接收，在所述时间片中设备独占使用，不受干扰。

可选的，在至少由2个AP设备组成的网络中，多个AP设备间进行协商确定对应的网络分布信道；根据AP设备数量及信道分布，调整beacon周期或时间片数量；对每个AP网络中接入的STA设备获得时间片与其余AP网络协商，使各AP网络中接入的STA设备获得的时间片进行收发数据不发生干扰。当多个AP组成网络时，多个AP间进行协商，确定各AP网络中STA设备对应的时间片分配。

S102、STA设备根据分配的时间片发送或接收数据。

在本发明一个实施例中，根据图2所示的WLAN通信中时间片独占机制通信原理示意图：

在一个AP和多个STA的网络中，将AP的beacon周期设置为100ms。AP与STA通过在联网的过程中的beacon，probe_reponse帧，associate_request帧和associate_response帧的交互来协商一个beacon周期内的时间片数量BC_slot_num和时间片ID BC_slot_id。

AP在beacon帧和probe_response帧中发送当前网络的时间片数量BC_slot_num，以及已经被占用的时间片BC_slot_id。这些信息可通过一个包含1024bit内容的IE字段携带，1024bit表示一个beacon帧周期最多的时间片数量为1024个,即BC_slot_num，即每个时间片100us。1024bit的数据中每个bit位的顺序表示对应的时间片，其中BC_slot_id.1024bit的数据的每个bit位的值表示对应的时间片是否被占用，二进制1表示被分配。二进制0表示空闲。

AP在与STA进行联网交互过程中，STA在associate_request帧中携带其自身的通信属性数据，所述通信属性数据包括：所需要的带宽(如1Kb/s)、所需要达到的延时(例如5ms)、最大数据包大小(例如1024bit)。AP将根据该STA所需要的带宽，该STA通信支持的速率(该速率也在asscociate_request帧中携带通知到AP)，可以计算得知该设备所需要的时间片数量。在该实施例中，ST1A需要1Kb/s的带宽，每个包为1024bit，即该设备每秒1个1024bit的数据包，要求延时是5ms。如果该设备支持的速率是1Mbps，那么为该设备发送一个1024bit的数据包大约需要1ms，AP为该STA分配连续10个时间片，例如从100-110编号的BC_slot_id,那么既可以满足该STA的数据需求。

在本发明一个实施例中，在一个AP和多个STA的网络中，AP的beacon周期设置为10ms，AP与STA通过在联网的过程中的beacon，probe_reponse帧，associate_request帧和associate_response帧的交互来协商一个beacon周期内的时间片数量BC_slot_num和时间片ID BC_slot_id.

AP在beacon帧和probe_response帧中发送当前网络的时间片数量BC_slot_num，以及已经被占用的BC_slot_id。这些信息由一个包含1024bit内容的IE字段携带，1024bit表示一个beacon帧周期最多的时间片数量为1024个,即BC_slot_num，即每个时间片10us，1024bit的数据每个bit位的顺序表示对应的时间片，即BC_slot_id.1024bitd的数据的每个bit位的值表示对应的时间片是否被占用，二进制1表示被分配。二进制0表示空闲。

AP在与STA进行联网交互过程中，STA在associate_request帧中携带自身的通信属性数据，所述通信属性数据包括：所需要的带宽(如80Kbps)、所需要达到的延时(例如1ms)、最大数据包大小(例如512bit)。根据此数据特性可知，该STA每秒钟需要发送10K字节数据，每个数据包是64字节，则该STA每秒钟需要发送160个64字节的数据包。如果该STA支持的最高速率是150Mbps，则传输64字节的数据包需要的时间<10us。那么AP可以根据该STA的上述特性，为该STA分配时间片如下，每秒钟需要160个数据包，每秒钟有100个beacon周期，每个beacon周期为10ms，则每个beacon周期内需要为该STA分配2个时间片，(每个时间片用来发送要给数据包)，将两个时间片分配在beacon周期内BC_slot_num的第0位和第512位，则该STA可以在1s以内，每隔5ms发送一个数据包，1秒发送200x64x8＝100Kbps的数据，满足第一特性需求。每个包在10us的是时间内发送完成。满足第二特性需求。每个数据包不超过64字节，满足第三特性需求。

在本发明另一实施例中，在2个AP和多个STA的网络中，2个AP通过有线网络互联，其中AP1关闭路由器功能和DHCP功耗，使用有线网络连接到AP2，AP2提供路由器功能和DHCP服务。在此网络中AP1下属的STA与AP1一起作为一个单独的局域网存在与AP2的网络中，从AP2来看，是一个包含了一个子网的大局域网。AP1将工作信道设置在1信道，AP2将工作信道设置在11信道。这样AP1和AP2将不互相干扰。通过这种方式可以将不同的STA部署在两个AP上，两个AP分别部署在不同的信道上互不干扰，就可以更多部署STA，同时避免了信道拥挤，在网络节点较多的环境下，可以采用该方案。该方案可以依次更多的切分网络，例如，可以部署3个AP在1，6，11信道上。或者部署更多得AP，分布部署在2.4GHz的信道和5.8GHz的信道上。

由于每个AP都分别发布beacon帧来标记自己的网络信道和时间片信息等，在此实施例中，AP1的beacon帧周期和切分时间片信息，有AP2来确定。AP2统一管控所有STA的数据特性，AP1与STA进行联网的过程中，STA通过associate_request上报的数据特性和速率能力等参数，AP1都会通过网络接口传输到AP2，有AP2统一管理，具体分配方式根据上述实施例。

本实施例中，不采用CSMA/CA通信机制，基于信道和时间片独占的通信机制，可以对网络信道资源和时间进行合理分配。同时，不使用重传机制和帧间间隔机制，缩小帧间间隔，可以更加高效的利用信道资源，提高通信效率，并保障数据传输的准确可靠。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3为本发明实施例提供的一种用于WLAN通信的装置结构示意图，该装置包括：

分配模块310，用于根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小；

可选的，在至少由2个AP设备组成的网络中，多个AP设备间进行协商确定对应的网络分布信道；

根据AP设备数量及信道分布，调整beacon周期或时间片数量；

对每个AP网络中接入的STA设备获得时间片与其余AP网络协商，使各AP网络中接入的STA设备获得的时间片进行收发数据不发生干扰。

可选的，按时间片顺序通过二进制0和1表示时间片是否被占用。

执行模块320，用于STA设备根据分配的时间片进行数据发送或接收。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种WLAN通信方法，其特征在于，包括：

根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小,其中，所述根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID还包括：在多个AP设备组成的网络中，设定所述多个AP设备中的任一个AP设备为主AP设备，其它为从AP设备，所述从AP设备关闭自身的路由器功能和DHCP功耗，基于有线网络连接至所述主AP设备，所述从AP设备在与STA设备进行联网过程中，将所述STA设备的数据特性和速率能力参数发送至所述主AP设备进行管理，所述主AP设备对所述从AP设备的beacon帧周期和切分时间片信息进行确定；

STA设备根据分配的时间片发送或接收数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID还包括：

按时间片顺序通过二进制0和1表示时间片是否被占用。

3.一种用于WLAN通信的装置，其特征在于，包括：

分配模块，用于根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID，其中，所述通信数据属性至少包括网络带宽、网络时延和数据包大小,其中，所述根据当前AP网络中接入的STA设备数量，协商每个beacon周期的时间片数量，并基于接入的STA设备通信数据属性，确定每个STA设备分配的时间片数量和时间片ID还包括：在多个AP设备组成的网络中，设定所述多个AP设备中的任一个AP设备为主AP设备，其它为从AP设备，所述从AP设备关闭自身的路由器功能和DHCP功耗，基于有线网络连接至所述主AP设备，所述从AP设备在与STA设备进行联网过程中，将所述STA设备的数据特性和速率能力参数发送至所述主AP设备进行管理，所述主AP设备对所述从AP设备的beacon帧周期和切分时间片信息进行确定；

执行模块，用于STA设备根据分配的时间片进行数据发送或接收。