CN1283085C

CN1283085C - 无线局域网通信控制方法

Info

Publication number: CN1283085C
Application number: CNB2003101188645A
Authority: CN
Inventors: 金兑坤
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: KR20040047376A; CN1505358A; US20040114562A1

Abstract

一种无线局域网(LAN)通信控制方法，包括：(a)在无争用周期(CFP)终止后，验证数据是否保留在点协调器(PC)的队列中；和(b)在作为验证的结果数据保留在队列中的情形中，预先，即在进入争用模式之前发送保留在PC的队列中的数据。因此，从每个站发送到PC的数据被无争用地优先传送到目的站，从而整体系统性能得到改善。

Description

无线局域网通信控制方法

技术领域

本发明涉及用于无线局域网(LAN)通信系统的通信控制方法，更具体的，涉及在基础结构模式中的无线局域网通信控制方法。

背景技术

IEEE 802.11无线局域网委员会提出了用于在局域环境中以无线方式传输数据的规范，并且商业无线局域网产品已被普遍使用。由目前趋势来看，用户在移动时搜索和使用信息，而不是停留在一个地方时使用信息，这种无线局域网技术将被使用在主通信环境中。

802.11标准的媒体接入控制(MAC)定义了两种类型的媒体接入模式。第一种媒体接入模式是分布式协作功能(DCF)模式，第二种媒体接入模式是点协作功能(PCF)模式。分布式协作功能模式是一种基于带防碰撞的载波检测多址(CSMA/CA)协议的异步数据传送模式，其中各站检验无线媒体是否空闲、是否与另一个无线媒体发生争用、是否获得对媒介的接入、和是否发送数据。

图1是用于显示分布式协作功能(DCF)模式的基本操作过程的视图。

分布式协作功能(DCF)模式是一种异步数据传送方法并在发送对时间延迟不敏感的数据时被使用，并且仅DCF模式被用于特别网络，即特别模式。DCF可被单独使用或与用于基础结构网络，即基础模式的点协作功能(PCF)共同使用。在DCF模式下工作的基本业务组(BSS)的站具有相同的优先级以通过争用来获得媒体接入。也就是说，在数据传输之前，每个站在通过争用获得媒体接入之后发送数据。

如图1所示，只要不同的站占用媒体，发送数据的站延迟对媒介的接入；当不同的站结束对媒体的使用时，检测该媒体在分布式帧间间隔(DIFS)周期内空闲；产生随机补偿时间，以避免与其他等待数据传输的站碰撞；并在补偿时间减小为零时发送数据。此时，另一个等待数据传输的站由于补偿时间尚未减小为零而没有获得接入以使用媒体。

同时，点协作功能(PCF)模式是一种考虑了要求业务质量(QoS)的数据的模式，并且由点协调器(Point Coordinator，PC)所控制，其中点协调器PC通过利用轮询方式为每个站提供预定的媒体接入，而不是通过彼此的争用规定站获得媒体的接入。

图2是用于说明点协作功能(PCF)模式的视图；具体的用于说明无争用周期/争用周期(CFP/CP)的交替。参见图2，PCF模式是用于基础结构网络的模式，并且基本上由存在于接入点(AP)的PC的轮询方案来控制。如图2所示，点协作功能PCF控制帧被用于无争用周期(CFP)，并且无争用周期(CFP)可以和以与分布式协作功能(DCF)模式相同方式工作的争用周期(CP)一起使用。点协作功能PCF模式的无争用周期CFP从信标帧开始，并且基本上按用于无争用周期CFP的基本业务组(BBS)的接入点(AP)中的点协调器(PC)控制的轮询方案工作。随着无争用周期CFP的开始，点协调器控制持续在整个无争用周期CFP期间。其控制方法利用点协调帧间间隔(PCF IFS，或PIFS)周期，所述点协调帧间间隔周期具有比在分布式协作功能DCF模式中使用的分布式帧间间隔(DIFS)短的时间间隔。随着无争用周期CFP开始，BBS中所有的站将网络配置向量(NAV)设置为与无争用周期CFP一样长的时间段，从而避免媒体接入争用。

但是，在IEEE 802.11基础模式的点协作功能(PCF)或分布式协作功能(DCF)方式下处理数据时，从站发送的数据始终被传送到点协调器，并随后被点协调器本身处理或由点协调器发送到目的站。各种论文已经提出了多种方法来改善无线LAN性能，并且还评价了这些提出的方法的性能。已经在Haita Wu的DCF+方法和其他资料中讨论了DCF模式的性能评价和改善。对于PCF模式，Jing-Yuan Yuh已经通过提出循环法的轮询方案、先进先出等评价了其性能，并且也已经在其他许多材料中进行了这样的讨论。

但是，当在上述方法中评价性能时，上述方法在假设当数据被从站发送到点协调器(PC)时数据传输结束的情形下评价了性能，而不是在假设当从源站发送的数据被传送到目的站时数据传输结束的情形下评价性能。这种情况的一个问题是：由于点协调器和站在无媒体争用周期(CFP)结束后在DCF模式中以相同级别参与媒体争用，所述无媒体争用周期在PCF模式的PC控制下工作，因此增加了保留在以前形成的PC队列中的数据没有被传送而是继续保留在队列中的可能性。在这一情形中，当数据由于超时、传输错误等等没有被发送到目的站时，除了点协调器的队列随着时间的过去变得不够的可能性之外，另一个问题存在于前述的性能评价不适合于整体性能评价。

特别的，在基础模式中经由接入点(AP)进行所有数据的传输。因此，通常许多数据不得不在AP被缓冲。此外，当数据被以对等方式从一个站发送时，AP不得不在点协作功能(PCF)模式或分布式协作功能(DCF)模式期间将其缓冲数据传送至目的站。但是，如果AP在点协作功能模式期间发送所有数据失败，则AP不得不试图在DCF模式期间传送数据。在DCF模式期间，AP必须通过一个争用过程获得对媒体的接入。因此，数据将不被传送并因此保留在队列中的可能性变得较高。此外，存在高的可能性，未传送的数据保留在队列中一段较长的时间从而由于其老化而变得无用。由于上述的情况，当在系统中进行更多的数据通信时，会出现更糟的情形。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，从而本发明的一个示例性方面是提供一种在基础模式中用于无线LAN的通信控制方法，其能够改善整体系统性能，其中从每个站发送到点协调器的数据能够被无媒体争用地、优先传送到相应的目的站。

为了实现上述示例性方面，在无线LAN通信控制方法中，根据本发明的通信控制方法包括步骤(a)在无争用周期(CFP)终止后，验证数据是否保留在点协调器(PC)的队列中；和(b)在验证结果指示数据保留在队列中的情形中，预先，即在进入争用模式之前发送保留在PC的队列中的数据。

所述步骤(b)包括以下步骤：等待一个预定的时间段；传送数据；和验证数据传输的响应信号。

此外，所述响应信号验证步骤包括：等待响应信号的到达一个预定的超时时间段；和在响应信号未能到达的情形中，重试数据传输。

预定的时间段是点协调帧间间隔PIFS(PCF IFS)时间。

附图说明

结合附图，通过对本发明示例的、非限定的实施例的详细描述，本发明的上述示例方面和其他示例特征将变得更加清楚，其中：

图1是用于显示分布式协作功能(DCF)模式的基本工作过程的视图；

图2是用于说明点协作功能(PCF)模式的视图；

图3是用于说明根据本发明实施例的扩展PCF(EPCF)模式的流程图；

图4是用于说明无争用周期(CFP)、扩展点协作功能(EPCF)和争用周期(CP)之间的相关性的视图；

图5是用于说明在DCF模式中和在与EPCF相结合的模式中的系统整体性能的模拟结果的视图；

图6是用于显示在DCF模式和在EPCF模式中在点协调器(PC)中所需要的最大缓冲器数量的测量结果的视图；

图7是用于显示在限制点协调器(PC)的缓冲器的情形中、在对等传输上的整体系统性能比较的视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明。

在点协作功能(PCF)模式中，当无争用空闲周期(CFP)终止时，点协调器(PC)在争用模式下工作。这时，PC以与在分布式协作功能(DCF)模式中相同的方式工作。如果当在争用模式下在PC的队列中保留有数据，则PC通过与其他站的争用获得对媒体的接入，并随后发送数据。

图3是用于说明根据本发明的示意实施例的方法的工作过程的流程图。用于本发明的方法被称为“扩展点协作功能PCF”(EPCF)。参照图3的流程图，扩展点协作功能EPCF在无争用周期(CFP)期间以循环法(RR)、FIFO(先进先出)优先级、优先级-ELF(成果限制合理(Effort-Limited Fair))等方式传送数据，随后，如果CFP被终止(S300)，则数据可以或不可以保留在点协调器(PC)的队列中。此时，在现有的802.11标准中，模式改变为DCF模式，并且站和PC互相竞争以接入媒体，从而获得媒体的接入的站或PC发送其数据。媒体争用所需的时间是用于工作的一段时间，在其中如同在DCF模式中一样在等待了DIFS周期之后检验媒体是否空闲，并且随后，如果产生了随机补偿时间并且不同的站没有占用媒体直到补偿时间达到零，则补偿时间为零的站获得媒体。也就是，在DCF模式期间用于获得媒体的所需时间可以用下面的等式1来表达：

[等式1]

在DCF模式期间所需的时间＝DIFS+随机补偿时间

但是，如果使用扩展点协作功能EPCF模式并且数据保留在PC(S310中的“N”)的队列中，则点协调器(PC)优先占用媒体以清空其队列。这时，为了使PC首先占用媒体，该PC利用比DIFS周期短的PIFS间隔，而其他站等待DIFS(S320)。通过这样做，PC的队列可以被清空，而不对符合802.11a/b标准的站施加任何修改。这时，由于用于发送数据所需要的时间不需要媒体争用，因此不需要随机补偿时间，而仅需要PIFS时间。即，在EPCF模式期间数据传输所需的时间可以用下面的等式2来表达：

[等式2]

在EPCF模式期间数据传输所需的时间＝PIFS

在DCF模式中发送保留在PC的队列中的数据与在等式2中的EPCF模式中发送保留在PC的队列中的数据的时间差可以用下面的等式3来表达：

[等式3]

在DCF模式期间所需的时间-在EPCF模式期间所需的时间＝DIFS+随机补偿时间-PIFS

在点协调器(PC)获得优先的媒体接入后，其经由媒体传送数据(S330)。其后，PC响应被传送的数据，在一个超时时段内，等待响应信号的到达(S340)。当在超时时段内没有接收到响应信号的情况下，重试计数器递增(S360)。只要重试计数器小于预定的重试值(S350中的“N”)，则重复数据的传输直到在超时时段内接收到响应信号。

如果当PC在EPCF模式中工作时，没有更多的数据保留在PC的队列中(S310中的“Y”)，则PC等待用于数据传输的DIFS，而不是等待PIFS，从而模式转变回DCF模式(S370)。如果当CFP被终止时，没有数据保留在PC的队列中，则PC在DCF模式工作而不是在EPCF模式下工作。

在CFP被终止后数据保留在PC的队列中的情况中，本发明利用EPCF模式预先，即在进入争用模式之前发送保留在PC的队列中的数据，从而改善系统性能。图4是用于显示无争用周期(CFP)、扩展PCF(EPCF)模式和争用周期CP之间的相关性的视图。

图5至图7是用于显示根据本发明的方法的实验结果的视图。

在下述的条件下进行目前的实验：最大MAC协议数据单元(MPDU)大小，即MAX MPDU被设置为1500字节，请求发送(RTS)的阈值被设置为2000字节，没有使用请求发送/清除发送(RTS/CTS)，没有假设碎片，超帧时间被设置为200毫秒，并且PCF持续时间被设置为50毫秒。以设置为1秒的测量时间执行了多次测量。

在目前的实验中，还假设数据始终具有1500字节的恒定大小，并且其出现频率平均为15Mbps。这时，由于从每个站产生的数据的数目不恒定，则可变长度的数据在CFP终止后被存储在点协调器(PC)的队列中。这时，当使用EPCF模式和当使用DCF模式时，为了整体系统性能的比较而取决于存储在队列中的数据量来测量所传送的分组的数目。表1示出了用于实验的参数。

[表1]

参数	值	参数	值
参数	值	参数	值	物理层	OFDM	前置码持续时间	16μsec
传输速度	54Mbps	PLCP首标	4μsec	物理层	OFDM	前置码持续时间	16μsec
传输速度	54Mbps	PLCP首标	4μsec	时隙时间	9μsec	CW最小值	15
SIFS时间	16μsec	CW最大值	1023	时隙时间	9μsec	CW最小值	15
SIFS时间	16μsec	CW最大值	1023	PIFS时间	25μsec	ACK大小	14字节
DIFS时间	34μsec	RTS阈值	2000字节	PIFS时间	25μsec	ACK大小	14字节

图5是用于显示在DCF模式中和在与EPCF模式相结合的模式中的系统整体性能的模拟结果的视图。在图5中，标记o指示使用DCF模式，而标记*指示使用EPCF模式。结果显示当使用EPCF模式时系统性能被改善，甚至在涉及更多站时更是如此。

图6是用于显示在DCF模式和在EPCF模式中PC所需要的最大缓冲器数量的测量结果的视图。在图6中，标记o指示DCF模式，而标记*指示EPCF模式。如图6所示，在DCF模式中PC所需的缓冲器的数量持续的增加，然而在EPCF模式期间，由于保留在队列中的数据优先被发送，因此相对小数量的缓冲器是足够的。

通常在计算系统性能时，当数据被从一个站发送到PC时，计算出数据传输是成功的。但是，当在PC接收到的数据由于缓冲器限制而没有被传送到目的站时，本发明决定数据传输失败，并且不把这样的失败的数据传输应用到系统性能的计算中。图7显示当不把失败的数据传输应用到系统性能的计算中时的系统性能。图7是用于显示当在PC中的缓冲器的数目被限制为300时的测量结果的视图，其中标记o指示DCF模式，而标记*指示EPCF模式。

本发明提出扩展点协作功能EPCF间隔，接入点(AP)能够在没有与其他站的媒体争用的基础模式中传送数据，并且试验结果如下所述。即，第一，该结果显示与DCF模式相比系统性能被改善。该结果显示当在(点协调器)PC的队列中存储有更多的数据时系统具有更好的性能。在最糟的情形中，本发明具有与802.11标准相同的结果。第二，本发明减少了在PC中所需的缓冲器的数目。本发明在EPCF模式期间利用优先级发送存储在队列中的所有数据，从而防止下述情形：在涉及更多站时当PC在争用周期(CP)没有获得媒体接入时，通过从其他站接收数据和将数据存储在PC的队列要求更多的缓冲器。第三，本发明改善了对等传输速率。通常，在802.11标准中，当评价性能时只考虑从站到PC的路径。但是，在利用EPCF模式的情形中，对等传输可能性增加，由于在无争用周期(CFP)期间发送到PC的数据被优先的传送而没有由于缓冲器不足数据被丢弃的情形。最后，根据本发明的EPCF模式可以与802.11a/b站一同使用而不修改802.11a/b站，所述802.11a/b站目前被以在PC中操作的算法商业化。

如上所述，根据本发明，从每个站发送到PC的数据被无争用地、优先地传送至目的站，从而整体系统性能得到改善。此外，本发明只需要修改PC，从而不需要修改符合IEEE 802.11标准的站。

已经描述了本发明的示意实施例，并且本领域的技术人员应当明白，本发明不应被限制为所述的实施例，而是可以在如附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围之内对本发明作出各种改变和修改。

Claims

1.一种无线局域网通信控制方法，包括：

在无争用周期CFP终止后，验证数据是否保留在点协调器PC的队列中；和

如果验证的结果指示数据保留在队列中，则在进入争用模式之前发送保留在点协调器PC的队列中的数据。

2.如权利要求1所述的无线局域网通信控制方法，还包括如果验证的结果指示没有数据保留在队列中，则进入争用模式。

3.如权利要求1所述的无线局域网通信控制方法，其中当一个或多个站等待使用媒体时，数据传输操作得到优先的媒体接入并传送数据。

4.如权利要求3所述的无线局域网通信控制方法，其中所述数据传输操作包括：

在预定的时间周期后，获得优先的媒体接入；

经由所述媒体传送数据；和

验证数据传输的响应信号。

5.如权利要求4所述的无线局域网通信控制方法，其中所述预定的时间周期比用于验证媒体是否空闲的分布式帧间间隔DIFS时间周期要短。

6.如权利要求4所述的无线局域网通信控制方法，其中所述响应信号验证操作包括：

等待响应信号的到达一个预定的超时时段；和

如果在预定的超时时段内响应信号未能到达，则重试数据传输。

7.如权利要求6所述的无线局域网通信控制方法，其中等待响应信号的到达的操作和重试数据传输的操作被重复预定的尝试次数。