CN1543159A - 无线兼容的mac帧发送/接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种能够通过使用关于在现有无线网络环境下的物理层所支持的最大MAC帧尺寸的信息和通过确定在网络设备之中的最大MAC业务数据单元(MSDU)来将数据吞吐量最大化的方法和装置。一种本发明的装置包括：MACSAP，用于在上协议层和MAC层之间提供数据的发送/接收业务；MLMESAP，用于在装置和另一个网络节点之间提供报文的发送/接收业务；分组器模块，用于通过使用从上协议层所接收的数据来产生与MAC帧格式一致的帧；以及MSDU协商模块，用于存储通过管理报文所获得的网络节点的最大MSDU尺寸和MAC地址并且根据信道的状态来控制分段门限。

Description

无线兼容的MAC帧发送/接收方法和装置

技术领域

与本发明一致的装置和方法涉及增加在网络上的网络设备之间的数据的发送/接收中的数据吞吐量。更具体地说，本发明涉及一种能够通过使用关于由现有的无线网络环境下的物理层所支持的最大的媒体访问控制(MAC)帧尺寸的信息和通过确定在网络设备之中的最大的MAC业务数据单元(MSDU)来使数据吞吐量最大化的方法和装置。

背景技术

在现有的网络通信中，对于每一个标准来说，MAC层帧尺寸都是固定的。这导致了一个问题，该问题为：在没有考虑物理层能发送的最大尺寸的情况下，由于在MAC层中使用固定尺寸的帧而不能有效地发送MAC帧。

对于IEEE802.11来说，MAC层的帧的最大MSDU尺寸固定在2304个字节。如图1中所示，在帧体中，最大MSDU尺寸是2312个字节，该2312个字节为4个字节的初始化矢量(IV)、2304个字节的内容和4个字节的完整性检验值(ICV)的和，以及最大MAC协议数据单元(MPDU)为2336个字节。

但是，通过使用跳频扩频方法来在物理层中发送4095个字节的MPDU是可能的。这里，跳频扩频方法是诸如直接序列扩频(DSSS)的扩频方法中的一个，在没有固定频率的情况下，利用所述方法通过随时间来改变频率进行传输，即，通过在发送和接收部分改变频率来进行通信。

一种使用DSSS方法的物理层最大能发送8191个字节的MPDU。一种使用红外线的方法的物理层能发送2500个字节的MPDU。IEEE802.11a和IEEE802.11b的物理层能发送多达4095个字节的MPDU。在超宽带(UWB)中，发送稍微较大的MAC帧是可能的。

如图2中所示，MAC帧(即，MPDU)通过在物理层的PLCP处对物理层汇聚协议(PLCP)前同步码(preamble)和PLCP报头进行组合来产生PLCP协议数据单元(PPDU)。因此，随着在每一个帧中由物理层所需要的大的前同步码和报头、在各个帧之间的宽的帧空间以及UWB中的长的信道获取时间而使帧尺寸变得较小，开销(overhead)将增加和整体吞吐量将降低。

如图3中所示，需要内部帧空间(IFS)来发送单一帧和用于每一个帧的确认码(ACK)报文也可以存在。这可能防止最大的帧的传输，从而由于不必要的IFS和ACK帧、MAC报头、PLCP前同步码和PLCP报头的数目的增加而导致吞吐量减少。

今天，由于数字媒体的发展和扩散，频繁地使用了诸如DVD播放机、Cable STB、DVCR、DTV的数字产品。再者，在如此的产品连接到无线网络的环境下，在有限的无线网络带宽内发送音频/视频(AV)流和各种数据。因此，存在改善在如此的无线环境中的吞吐量的需要。

发明内容

构思了本发明来解决这些问题。本发明的一个方面是提供一种通过使用关于由在现有的无线网络环境下的物理层所支持的最大MAC帧尺寸的信息和通过在网络设备之间的协商来确定MAC帧尺寸的最大MSDU尺寸来使吞吐量最大化的方法。

本发明的另一个方面是提供一种，当使用关于由物理层所支持的最大MAC帧尺寸的信息和通过在网络设备之间的协商来确定最大MSDU尺寸时，根据信道状态来变更要使用的最大MSDU尺寸的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种MAC帧管理装置，该MAC帧管理装置存储通过管理报文所获得的其它网络节点的最大MSDU尺寸和目标MAC地址，以及通过根据发送/接收信道的状态调整分段门限值来控制MAC帧尺寸，其中所述发送/接收信道的状态是通过将已发送的帧的失败率和由物理层所接收的报文的接收信号强度进行比较来确定的。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线兼容的MAC帧发送装置，其包括：MAC业务接入点(SAP)，用于在上协议层和MAC层之间提供数据的发送/接收业务；MAC层管理实体(MLME)SAP，用于在装置和其它的网络节点之间提供报文的发送/接收业务；分组器模块，用于通过使用从上协议层所接收的数据来产生与MAC帧格式一致的帧；以及MSDU协商模块，用于存储通过管理报文所获得的网络节点的最大MSDU尺寸和MAC地址并且根据信道的状态来控制分段门限。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线兼容的MAC帧接收装置，其包括：成组器模块，用于移去在MAC层中所产生的报头；MAC SAP，用于在上协议层和MAC层之间提供数据的发送/接收业务；MLME SAP，用于在装置和其它的网络节点之间提供报文的发送/接收业务；以及MSDU协商模块，用于通过所接收的管理报文来确定其它网络节点的MSDU尺寸和通过使用管理报文来发送关于它自己的MSDU尺寸的信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线兼容的MAC帧发送方法，其包括步骤：由发送部分通过利用管理帧来广播它自己的最大MSDU尺寸；从对广播作出响应的网络节点接收包含关于最大MSDU尺寸的信息的管理帧；从所接收的管理帧中提取网络节点的MAC地址和最大MSDU尺寸信息并且将其存储在目标目录中；将它自己的最大MSDU尺寸和存储在目标目录中的网络节点的最大MSDU尺寸进行比较并且确定哪个最大MSDU尺寸是较大的；以及根据确定结果来发送MAC帧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线兼容的MAC帧接收方法，其包括步骤：由发送部分从其它网络节点接收广播帧并且将网络节点的最大MSDU尺寸和MAC地址存储在目标目录中；将带有关于它自己的最大MSDU尺寸的信息的管理帧发送到网络节点；以及从网络节点接收MAC帧。

附图说明

从下列结合附图对示范性实施例进行的描述中，本发明的上述和其它的方面和特征将变得显而易见，其中：

图1是说明IEEE802.11的MAC帧的结构的示意性图；

图2是说明IEEE802.11的PLCP帧的结构的示意性图；

图3显示IEEE802.11的定向帧、ACK和IFS的结构；

图4是显示根据本发明的在发送装置中的MAC的结构的方框图；

图5是显示根据本发明的在接收装置中的MAC的结构的方框图；

图6是说明根据本发明的发送装置的操作的流程图；

图7是说明根据本发明的接收装置的操作的流程图。

具体实施方式

以后，将参照附图来详细地描述本发明的实施例。

图4是显示根据本发明的在发送装置中的MAC设备的结构的方框图。参照这个图，发送装置包括：MAC SAP 410、分段模块420、分组器模块430、MLME SAP 450、ACK检查器模块460和MAC帧管理设备401。以及，MAC帧管理设备401包括：目标目录470、MSDU协商模块480和信道状态监视模块490。

MAC SAP 410提供了用于使数据通过其从上协议层(即，逻辑链路控制(LLC)协议层)到MAC层的发送/接收的业务。通常，SAP(业务接入点)起使数据发送到上层协议层和从上层协议层接收数据的路径的作用。

MLME SAP 450提供使管理报文和其它的网络节点或者设备进行交换的业务。特别地，在本发明中，MLME SAP 450起通过使用管理报文来广播它自己的最大MSDU(MAC业务数据单元)尺寸以便确定最大MSDU尺寸并且接收响应于广播询问的单播(unicast)响应的它的对手(opponent)的最大MSDU尺寸的作用。至于传播(casting)数据的方法，存在有广播方法、多播方法另外加上单播方法。在单播方法中，存在有用于接收数据的单一节点。广播方法考虑作为接收器的连接到网络的所有节点，以及多播方法考虑作为接收器的连接到网络的一些节点。

MSDU协商模块480将已经通过使用MLME SAP所获得的最大MSDU尺寸和它的对手(opponent)网络节点的MAC地址一起存储在目标目录470中并且对它们进行管理。该MSDU协商模块480也提供了用于根据发送/接收信道的状态来控制分段门限的功能。如果分段门限太高，则将改善通信速度但是同时将增加错误率。相反，如果分段门限太低，则将减少错误率但是同时将降低通信速度。因此，需要为分段门限确定合适的值。

分段模块420根据分段门限将MAC帧划分成几个帧并且发送所划分的帧。分组器模块提供产生与MAC帧格式一致的帧的功能。

在根据ACK策略来发送带有ACK的帧的情况中，ACK检查器模块460通过检查所接收的ACK帧来确定帧的传输的成功或失败。此外，ACK检查器模块将确定结果提供给信道状态监视模块490。

信道状态监视模块490提供了用于通过将从ACK检查器模块460发送的帧的失败率和由物理层所接收的报文的接收信号强度进行比较来监视发送/接收信道的当前状态的功能。

图5是显示根据本发明的在接收装置中的MAC设备的配置的方框图。参照这个图。接收装置包括：MAC SAP 410、成组器(depacketizer)模块530、成段(defragmentation)模块520、MLME SAP 450、循环冗余检查(CRC)检查器模块550、ACK产生器模块540和MAC帧管理设备401。将不再重复地描述与图4的那些单元相同的单元而下面将描述仅仅在图5中存在的元件。

成组器模块530提供用于移去在MAC层中所产生的报头的功能。成段模块520将分段的MAC帧组合成单一帧和将其发送到MAC SAP 410。CRC检查器模块550检查已接收的MAC帧的CRC，以便确定是否存在任何可能的错误以及将确定结果提供给ACK产生器模块540。ACK产生器模块540根据ACK策略发送基于CRC检查结果的ACK帧。

再者，当MSDU协商模块480接收最大MSDU尺寸的管理报文，该MSDU协商模块480将网络节点的MAC地址和最大MSDU尺寸存储在目标目录中，并且通过使用管理报文来发送它自己的最大MSDU尺寸。

图6是说明根据本发明的发送装置的操作的流程图。参照这个图，当第一网络节点(发送部分节点)和在无线网络中存在的其它网络节点进行通信时，该第一网络节点(发送部分节点)通过使用来自MSDU协商模块的管理帧来广播它自己的最大MSDU尺寸(S610)。在已经接收到广播帧的网络节点之中的用于提供本发明的功能的第二网络节点(接收部分节点)将第一网络节点的MSDU尺寸和MAC地址存储在目标目录中，并且利用单播方法通过使用管理响应帧来将关于它自己的最大MSDU尺寸的信息发送到第一网络节点(S620)。第一网络节点从已经从几个设备接收的管理响应帧中提取第二网络节点的最大MSDU尺寸信息和MAC地址，并且将它们存储在目标目录中(S630)。此时，第一网络节点不再从不支持本发明的功能的第二网络节点接收任何管理响应帧。在如此的情况中，MSDU尺寸将成为由每一个设备的规格(specification)所指定的值。

至于在第一网络节点通过MAC SAP发送数据的情况中要发送的数据的最大MSDU尺寸，第一网络节点将MTU(最大发送单元)确定为由它的物理层所支持的值，并且然后通过查阅目标地址(S640)来将它自己的最大MSDU尺寸和在目标目录中存在的第二网络节点的最大MSDU尺寸进行比较(S640)。如果第二网络节点的最大MSDU尺寸大于或者等于第一网络节点的最大MSDU尺寸，则第一网络节点将它自己的最大MSDU增加到单一帧并且发送该帧(S650)。但是，如果第二网络节点的最大MSDU尺寸小于第一网络节点的最大MSDU尺寸，则该第一网络节点基于第二网络节点的最大MSDU尺寸来执行帧的分段并且发送已分段的帧(S660)。接收部分将接收达到能由接收部分所接收的最大尺寸的帧。如果已接收的帧包括分段的帧，则将对该已分段的帧进行成段(defragment)并且将其发送到上层。

在根据ACK策略发送包括ACK的帧的情况中，将通过查阅已接收的ACK帧来确定帧的发送的成功或者失败(S670)。根据确定结果和已接收的ACK帧的接收信号长度来调整第二网络节点的当前MSDU尺寸是可能的。因此，目标目录其中存储了目标网络节点的MAC地址、最大MSDU尺寸和当前MSDU。该当前MSDU最初具有最大MSDU尺寸。将基于第二网络节点的当前MSDU、第一网络节点的MSDU和分段门限管理信息库(MIB)的最小值来选择分段。这里，MIB通过使用简单网络管理协议(SNMP)(用于管理网络、和监视和控制网络设备和它们的操作的协议)来查阅能够管理的一系列网络对象的正式描述符。

图7是说明根据本发明的接收装置的操作的流程图。它说明图6的第二网络节点的操作。参照该图，第二网络节点接收来自第一网络节点的广播帧，并且将第一网络节点的最大MSDU尺寸和MAC地址存储在目标目录(S710)中。然后，第二网络节点将包括关于它自己的最大MSDU尺寸的信息的管理帧发送到第一网络节点(S720)。正如参照图6的S640、S650和S660所描述的，已经接收帧的第一网络节点发送尺寸合适的帧，该尺寸取决于它自己的MSDU和第二网络节点的最大MSDU的尺寸的比较结果，以及第二网络节点然后将接收帧(S730)。如果第二网络节点接收分段的帧，则它在成段模块中将分段的帧组合成第一帧。相反，如果所接收的帧没有包括分段的帧，则因为所接收的帧其本身是单一完整帧从而没有必要对其进行成段。在下一步骤中，通过检查MAC帧的CRC来确定是否存在任何错误(S760)。将确定结果提供给ACK产生器模块(S770)以及将包括CRC检查结果的ACK帧发送到第一网络节点(S780)。

为了发送单一MAC帧而需要MAC报头、PLCP前同步码、PCLP报头、IFS(帧之间的帧内空间)、以及ACK帧。因此，在发送MAC帧的情况中，即使发送同样的数据也能更有效地发送最大尺寸的MAC帧。另外，在发送已分段的数据的情况中，能减少分段的数量，因此也能减少各自的报头、ACK和IFS。因此，具有能进一步增加吞吐量的优点。

虽然已经结合本发明的示范性实施例来描述本发明，但是本发明不限于此。在没有脱离本发明的技术精神和范围的情况下，本领域技术人员能够对其作出各种修改和变化。

Claims (11)

1.一种媒体存取控制(MAC)帧管理方法，包括：

存储通过管理报文所获得的网络节点的最大MAC业务数据单元(MSDU)尺寸和目标MAC地址；

将发送到网络节点的帧的失败率和由物理层所接收的报文的信号强度进行比较，以便输出结果；以及

通过根据由结果所确定的发送/接收信道的状态调整分段门限值来控制MAC帧尺寸。

2.一种无线兼容的MAC帧发送装置，包括：

媒体存取控制(MAC)业务接入点(SAP)，用于在上协议层和MAC层之间提供数据的发送/接收业务；

MAC层管理实体(MLME)SAP，用于在装置和网络节点之间提供报文的发送/接收业务；

分组器模块，用于通过使用从上协议层所接收的数据来产生与MAC帧格式一致的MAC帧；以及

MAC业务数据单元(MSDU)协商模块，用于存储通过管理报文所获得的网络节点的最大MSDU尺寸和MAC地址并且根据信道的状态来控制分段门限。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括：分段模块，用于根据分段门限来将MAC帧划分成多个帧并且发送该多个帧。

4.根据权利要求2所述的装置，还包括：

确认码(ACK)检查器模块，用于，当发送第一帧作为已发送帧时，利用ACK，基于已接收的ACK帧来确定第一帧的发送的成功或者失败；以及

信道状态监视模块，用于通过将已发送的帧的失败率和由物理层所接收的报文的接收信号强度进行比较来监视信道的当前的状态。

5.一种无线兼容的媒体存取控制(MAC)帧接收装置，包括：

成组器模块，用于移去在MAC层中所产生的报头；

MAC业务接入点(SAP)，用于在上协议层和MAC层之间提供数据的发送/接收业务；

MAC层管理实体(MLME)SAP，用于在装置和网络节点之间提供报文的发送/接收业务；以及

MAC业务数据单元(MSDU)协商模块，用于通过所接收的管理报文来确定网络节点的第一MSDU尺寸和通过使用已发送的管理报文来发送关于MAC帧接收装置的第二MSDU尺寸的信息。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括：

循环冗余检查(CRC)检查器模块，用于检查从网络节点所接收的MAC帧以便确定是否存在任何错误，以及产生确定结果；以及

ACK产生器模块，用于接收确定结果和产生ACK帧。

7.根据权利要求5所述的装置，还包括：成段模块，用于将分段的MAC帧组合成单一模块并且将该单一模块发送到MAC SAP。

8.一种无线兼容的媒体存取控制(MAC)帧发送方法，包括：

通过使用广播中的第一管理帧来广播发送节点的第一最大MAC业务数据单元(MSDU)尺寸；

从对广播作出响应的网络节点接收包含关于第二最大MSDU尺寸的信息的第二管理帧；

从第二管理帧中提取网络节点的MAC地址和第二最大MSDU尺寸信息并且将所述网络节点的MAC地址和第二最大MSDU尺寸信息存储在目标目录中；

将发送节点的第一最大MSDU尺寸和存储在目标目录中的网络节点的第二最大MSDU尺寸进行比较并且确定第一和第二最大MSDU尺寸的哪一个是较大的，以便输出确定结果；以及

根据确定结果来在传输中发送MAC帧。

9.根据权利要求8所述的方法，其中MAC帧的发送包括：

如果网络节点的第二最大MSDU尺寸大于发送节点的第一最大MSDU，则将发送节点的第一最大MSDU增加到单一MAC帧并且发送该单一MAC帧；

如果网络节点的第二最大MSDU尺寸小于发送节点的第一最大MSDU，则基于网络节点的第二最大MSDU尺寸来将帧分段成分段帧，将每一个分段帧增加到多个MAC帧的各个帧上并且发送所述多个MAC帧。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤：

如果MAC帧包括ACK帧，则根据已接收的ACK帧的接收信号强度和通过该已接收的ACK帧所确定的MAC帧的发送的成功或者失败来调整当前的MSDU尺寸。

11.一种媒体存取控制(MAC)帧管理装置，包括：

用于存储通过管理报文所获得的网络节点的最大MAC业务数据单元(MSDU)尺寸和目标MAC地址的装置；

用于将发送到网络节点的帧的失败率和由物理层所接收的报文的信号强度进行比较以输出结果的装置；以及

用于通过根据由结果所确定的发送/接收信道的状态调整分段门限值来控制MAC帧尺寸的装置。

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