无线网络的信道接入方法及装置制造方法及图纸

技术编号:14274304 阅读:20 留言:0更新日期:2016-12-23 18:59
本发明专利技术适用于通信技术领域,提供了无线网络的信道接入方法及装置,包括:在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段;接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息;所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。在本发明专利技术中,针对IEEE 802.11标准定义的CSMA/CA机制中存在的影响网络性能的问题,进行了物理层与MAC层的跨层协议设计,从避免冲突和提升并发传输机会两方面出发,最终提升网络整体传输性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
,尤其涉及无线网络的信道接入方法及装置
技术介绍
目前,大量数据驱动型应用的出现导致无线流量的迅猛增长,对无线网络的系统带宽产生了巨大的冲击力,因此需要提高无线网络性能,以满足不断增长的用户需求。在无线局域网中,由于多个节点共享同一个信道资源,节点在发送数据前需要先进行信道可用性判断,以避免对其他节点正在进行的数据传输造成冲突。目前,在无线局域网主要采用的IEEE 802.11标准中,定义了带有冲突避免的载波监听(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)机制,用于在分布式无线局域网络中实现信道接入:节点在发送数据前首先进行信道监听,若信道空闲,则在一段退避时间(back-off time)之后发送数据,否则一直等到信道从忙转为空闲后再重新尝试。以上这种物理层CSMA/CA机制存在一定的问题:由于无线网络中的发送节点无法准确获知接收节点周围的信道环境,只能通过检测自身的信道环境作为对接收节点周围信道环境的评估,但这种评估往往是不准确的,发送节点检测到信号冲突并不代表接收节点也存在信号冲突,反之,发送节点未检测到信号冲突也并不代表接收节点也不存在信号冲突。综上,CSMA/CA机制存在着影响网络性能的两方面典型问题:(1)无法阻止可能会发生数据传输干扰的链路同时传输,导致因冲突而引发的网络性能下降,即隐藏终端问题;(2)禁止没有发生数据传输干扰的链路同时传输,导致因传输机会丢失而引发网络性能下降,即暴露终端问题。为解决隐藏终端问题,802.11协议提出虚拟的载波监听协议,即请求发送/清除发送(Request To Send/Clear To Send,RTS/CTS)机制,来为某次数据帧传输预留信道。节点在发送数据前,先发送RTS控制帧给接收节点,RTS帧中包含NAV标识(发送节点成功发送此数据帧需要的时间),接收节点若信道空闲,则回复CTS控制帧,CTS帧中同样包含NAV标识(接收节点成功接收此数据帧需要的时间),发送节点若正确接收到CTS帧,则开始向接收节点传输数据帧,在接收到接收节点回复的ACK控制帧之后,本次传输成功结束,而发送节点和接收节点周围的其他节点在收到RTS/CTS帧后,提取其中的NAV时间,在此NAV时间之内将其信道置于忙的状态,禁止数据发送,避免冲突。上述RTS/CTS机制虽然解决了一部分隐藏终端问题,但针对大干扰半径下的隐藏终端问题依然存在;同时,RTS/CTS机制引入的控制帧传输反而加深了物理层CSMA/CA机制中已经存在的暴露终端问题,总结一下,现有技术存在的问题大致分为三类(图中A→B、C→D为正在进行数据传输的两条链路):暴露终端问题1:由于禁止发送节点周围的节点发送数据而导致错失并发传输机会。如图1(a)所示,当节点A向节点B进行数据传输时,灰色区域内的节点由于在节点A的载波监听范围dCS以内,会被禁止数据发送,浪费传输机会。以C→D数据发送为例,虽然A→B与C→D的并发传输不会产生相互干扰,但由于节点C监听到信道为忙状态,因此会保持静默直到节点A的数据发送完毕。暴露终端问题2:由于未根据实际情况区分互为干扰和非互为干扰的链路,导致错失并发传输机会。如图1(b)所示,当节点A向节点B进行数据传输时,灰色区域内的节点由于在节点B的传输范围dTX以内,会被禁止数据发送,浪费传输机会。以C→D数据发送为例,虽然A→B与C→D的并发传输不会产生相互干扰,但由于节点C收到来自B的CTS帧,因此会在NAV时间段内保持静默,直到节点A数据发送完毕。大干扰半径下隐藏终端问题:由于允许干扰半径之内的节点发送数据,引发信号冲突。如图1(c)所示,由于节点的干扰半径远大于其传输半径,当节点A向节点B进行数据传输时,斜线区域以内的节点将会被允许进行数据发送,对A→B的链路传输造成干扰,引发重传,导致网络性能下降。以节点C为例,其位置超出节点B的传输半径dTX,但在其干扰半径dIR之内,由于无法正确接收来自节点B的CTS帧,节点C不会保持静默,从而导致冲突发生。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术实施例提供了无线网络的信道接入方法及装置,以解决无线网络的网络性能差的问题。第一方面,提供了一种无线网络的信道接入方法,包括:在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段;接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息;所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。第二方面,提供了一种无线网络的信道接入装置,其特征在于,包括:附加单元,用于在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段;还原单元,用于接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息;判断单元,用于所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。在本专利技术实施例中,针对IEEE 802.11标准定义的CSMA/CA机制中存在的影响网络性能的问题,进行了物理层与MAC层的跨层协议设计,从避免冲突和提升并发传输机会两方面出发,最终提升网络整体传输性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术提供的无线网络隐藏终端问题和暴露终端问题示例图;图2是本专利技术实施例提供的无线网络的信道接入方法的实现流程图;图3是本专利技术实施例提供的信标检测机制的实现流程图;图4是本专利技术实施例提供的无线网络隐藏终端问题和暴露终端问题解决效果图;图5是本专利技术实施例提供的帧结构示意图;图6是本专利技术实施例提供的控制帧发送的实现流程图;图7是本专利技术实施例提供的NAV计数器更新机制的实现流程图;图8是本专利技术另一实施例提供的无线网络的信道接入方法的实现原理图;图9是本专利技术实施例提供的无线网络的信道接入装置的结构框图。具体实施方式以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本专利技术实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。图2示出了本专利技术实施例提供的无线网线的信道接入方法的实现流程,详述如下:S201,在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段。S202,接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息。S203,所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。在本文档来自技高网
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无线网络的信道接入方法及装置

【技术保护点】
一种无线网络的信道接入方法,其特征在于,包括:在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段;接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息;所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。

【技术特征摘要】
1.一种无线网络的信道接入方法,其特征在于,包括:在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段;接收节点接收所述控制帧,并基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息;所述接收节点根据所述链路信息判断所述接收节点是否会对当前链路数据传输产生干扰,若判断结果为所述接收节点不会对当前链路数据传输产生干扰,则所述接收节点触发并发传输。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段包括:在所述控制帧中增加用于携带表示所述发送节点的节点地址的图谱信息的字段;所述基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息包括:根据预存储的节点地址到图谱信息的映射表,从接收到的控制帧的所述字段中还原出所述节点地址,用于确定节点的身份。3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述在发送节点发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段还包括:在CTS控制帧中增加用于携带所述发送节点的干扰半径的域;所述基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息还包括:当收到CTS帧时,从所述域中获取所述干扰半径;根据计算所述接收节点与所述发送节点的距离,PtCTS为CTS帧的发送功率,c与α均为常数;若所述距离小于所述干扰半径,更新所述接收节点的NAV计数。4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述在发送的控制帧中附加用于携带链路信息的字段还包括:在CTS控制帧中增加用于描述数据帧传输所需时间的域的图谱信息的字段;所述基于预设的物理层信标检测机制,从所述控制帧中还原出所述链路信息包括:根据预存储的域到图谱信息的映射表,从接收到的CTS控制帧的所述字段中还原出所述域。5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设的物理层信标检测机制包括:从接收到的信号序列的第一个码元开始,依序截取L个码元与预设信标进行互相关计算;循环执行以下操作直至对所述接收到的信号序列中的所有码元的互相关计算完毕:往后移动一个码元,依序截取L个码元与所述预设信标进行互相关计算;令所述接收到的信号序列中任意位置Δ处的互相关计算的计算结果为则将时的位置Δ'确定为所述信标在所述接收到的信号序列中的位置;其中,L为所述预设信标中的码元个数,x[i]代表所述预设信标中的第i个发送码元,该第i个发送码元对应的接收码元为y[i]=Hx[i]ej2πΔfΔt+w[i],H为复数,代表发送节点和接收节点之间的信道参数,ej2πΔfΔt代表信号的相位移动,w[i]代表...

【专利技术属性】
技术研发人员:楼炜姚俊梅熊涛
申请(专利权)人:香港理工大学深圳研究院
类型:发明
国别省市:广东;44

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