一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法技术

本发明专利技术公开了一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，包括以下步骤：在WiFi干扰的环境中，为避免与常规WiFi的碰撞问题，引入了虚拟载波侦听机制；同时在TDMA调度机制的基础上，设计了提前预定机制，如果上一个调度链路中的重传次数没有全部使用，把剩余的未使用的重传时间提前预定给下一个将要发送数据的链路；通过把已经传输成功的链路中尚未使用的重传时间提前预定给下一个将要调度的链路，增加下一个将要调度链路的传输时间，从而提高数据传输的可靠性；同时缩短TDMA网络的帧间间隔IFS来提高TDMA网络的优先级，这样TDMA网络可以比普通WiFi网络有更高的机会先进行数据的传输。

A method to enhance transmission reliability of WLAN in WiFi interference

The invention discloses a method for enhancing the reliability of wireless local area network transmission under WiFi interference, which comprises the following steps: in the environment of WiFi interference, a virtual carrier interception mechanism is introduced to avoid collision with conventional WiFi; and on the basis of TDMA scheduling mechanism, an advance reservation mechanism is designed if the previous one is used. The number of retransmissions in each of the scheduled links is not fully used, and the remaining unused retransmissions are scheduled in advance for the next link to transmit data; by scheduling the unused retransmissions in the link that has been successfully transmitted to the next link to be scheduled in advance, the transmission of the next link to be scheduled is increased. Transmission time can improve the reliability of data transmission, and shorten the frame interval IFS of TDMA network to improve the priority of TDMA network, so that TDMA network can have a higher chance of data transmission than ordinary WiFi network.

【技术实现步骤摘要】
一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法
本专利技术涉及无线通信传输技术，尤其涉及一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法。
技术介绍
无线网络技术已因其移动性的巨大优势，更容易部署以及减少维护和配置成本。但是现有的CSMA/CA机制，不确定的延迟不能够提供实时可靠的数据包交付，而且多数情况下信道条件处在不停的动态变化。如何提高数据传输的可靠性，如何根据具体应用，减少普通WiFi的干扰，提高无线局域网络数据传输的可靠性具有重大的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现在的研究热点——在TDMA调度机制的基础上，针对在WiFi干扰的环境中如何避免与普通WiFi的碰撞的问题，提供一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，在TDMA链路调度的实时数据传输的基础上，采用TDMA网络优先传输的机制，同时共享未使用的带宽到常规WiFi网络，并且通过虚拟载波侦听机制，避免与普通WiFi的碰撞，提高无线链路的吞吐量。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，该方法包括以下步骤：第一步：在Ath9k中安装并打开虚拟载波侦听；第二步：在Ath9k中构建TDMA链路调度组件，包括用于触发链路调度的定时器模块、用于对接入的站安排调度顺序的通信链路调度模块、用于管理接入的站的信道接入控制模块；第三步：构建链路调度超帧，为每个站分配上行和下行链路调度，在每次调度轮循的开始，在第一个时隙AP发送信标帧，用于全局时间同步；第四步：在通信链路调度模块中添加提前预定机制，具体为，如果重传次数没有全部使用，把剩余的未使用的重传时间提前预定给下一个将要发送数据的链路；第五步：缩短帧间间隔IFS：为TDMA节点分配比常规WiFi短的IFS，以给予TDMA调度机制的节点访问信道更高的优先级，使得TDMA节点比常规WiFi节点更早地开始传输；第六步：与常规WiFi网络共享未使用的带宽：带宽共享机制由保护帧和信道使用估计组成；保护针在TDMA调度机制的网络中广播NAV去推迟常规WiFi的传输；信道使用估计通过记录测量过去的常规WiFi流量的信道接入时间，并通过使用指数加权平均来估计访问时间；假设对于常规WiFi的信道接入时间估计是tEst，并且保护帧传输时间是tGuardFrame，定义共享阈值时间tShared如下：tShared＝tEst+tGuardFrame如果信道空闲时间小于tShared，使用虚拟载波侦听来保护TDMA机制下的数据传输；如果信道空闲时间在通信调度中超过tShared，调度一个保护针并且将所未使用的信道空闲时间共享给常规WiFi。进一步地，所述第一步中，通过操纵AR9285的硬件寄存器的AR_DIAG_SW和AR_D_GBL_IFS_MISC打开其载波侦听。进一步地，所述第三步中，通过hostapd来释放wifi信号，isc-dhcp-server对接入的站分配IP地址；站连接成功后，信道接入控制模块就会构建新的超帧；链路调度模块是控制对超帧中的站的调度顺序，调度完毕后在进行一次新的循环；定时器模块用于触发每个时隙的开始；一个超帧有很多时隙组成，在每一次轮询的开始，第一个时隙为AP发送信标帧，用于全局时间上的同步。进一步地，所述第四步中，当链路在一次调度中预留三次传输机会时，在这三次机会当中，有可能第一次就传输成功，或者是第一次传输失败，在第二次重传中传输成功，或者是前两次都传输失败，此时需要第三次重传；设置一个有效机制，用来检测第一条链路L1的最后一次重试链是否使用，具体为：提前预订第三个微时隙，在第一条链路L1没有使用最后一次重试机会时，让下一个将要发送的第二条链路L2直接在第一条链路L1的第三次重试机会中提前发送，此外，提前预订机制依然需要确保L1和L2满足它们的可靠性的要求；对于L1，由于第三次重传总是在必要时传输，可靠性满足L1的要求；此外，只有在第三次微时隙不发送L1的第三次传输时才可以提前调度L2，因此，L1和L2都可以按照预期的可靠性进行调度。进一步地，所述第六步中，在常规WiFi网络中灵活使用虚拟载波侦听解决传输阻塞，虚拟载波侦听过程中，链路通过使用NAV阻塞wifi网络，但是在NAV的长时间中，未使用的NAV长信道空闲时间浪费了与常规WiFi传输的共享机会，通过保护TDMA流量的机制并使常规WiFi网络共享未使用的带宽解决该问题。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了一种在TDMA调度机制下，在普通WiFi信号干扰下提高无线局域网络数据传输可靠性的方法。本专利技术针对在WiFi干扰的环境中如何避免与普通WiFi的碰撞的问题，引入了虚拟载波侦听机制；同时在速率自适应导出重试链的基础上，设计了提前预定机制，如果重传次数没有全部使用，把剩余的未使用的重传时间提前预定给下一个将要发送数据的链路；通过把已经传输成功的链路中尚未使用的重传时间提前预定给下一个将要调度的链路，增加下一个将要调度链路的传输时间，从而提高数据传输的可靠性；同时缩短TDMA网络的帧间间隔IFS来提高TDMA网络的优先级，这样TDMA网络可以比普通WiFi网络有更高的机会先进行数据的传输；本专利技术通过引入虚拟载波侦听，避免普通WiFi网络的碰撞，通过缩短TDMA网络的帧间间隔IFS来提高TDMA网络的优先级，以及提出了一种提前预定和带宽共享机制。附图说明图1为TDMA链路调度模块；图2为TDMA调度机制的整体架构；图3为时隙的设计图；图4中，(a)为没有提前预定的链路调度，(b)为提前预定机制下的链路调度；图5为TDMA网络与普通WiFi网络不同模式下的共存，(a)为原始的共存模式，(b)为虚拟载波侦听下的共存模式，(c)为带宽共享下的共存模式。具体实施方式为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点更加明显，下文将作进一步详细的说明。如图1所示，TDMA链路调度组件主要有三大模块，信道接入控制模块用于接入的站，通过hostapd来释放wifi信号，isc-dhcp-server对接入的站分配IP地址；站连接成功后，信道接入控制模块就会构建新的超帧；链路调度模块是控制对超帧中的站的调度顺序，调度完毕后在进行一次新的循环；定时器模块用于触发每个时隙的开始；一个超帧有很多时隙组成，在每一次轮询的开始，第一个时隙为AP发送信标帧，用于全局时间上的同步，如表1所示。表1有7个时隙例子的一个超帧图2所示为整体软件架构，即在AP端和站端的TDMA调度机制网络管理框架的软件架构，这个设计是建立在Linux操作系统上并使用IEEE802.11兼容硬件。为了满足TDMA严格的时间限制，在linux内核中开发了TDMA调度机制中的MAC模块和速率自适应控制模块。为兼容现有的系统设计，整合了TDMA调度机制的管理框架与内核空间中现有的两个内核模块(mac80211和硬件依赖的MAC)。mac80211是一个内核管理模块，用于管理linux中IEEE802.11协议中MAC子层实体，和硬件依赖的MAC内核模块用于处理特定的无线网络接口驱动程序。除了修改现有的内核模块，我们在内核中开发一个可配置的TDMA数据链路层。在这个网络管理架构中有两种类型的消息流。图2中的黑实线代表通过内部接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：在Ath9k中安装并打开虚拟载波侦听；第二步：在Ath9k中构建TDMA链路调度组件，包括用于触发链路调度的定时器模块、用于对接入的站安排调度顺序的通信链路调度模块、用于管理接入的站的信道接入控制模块；第三步：构建链路调度超帧，为每个站分配上行和下行链路调度，在每次调度轮循的开始，在第一个时隙AP发送信标帧，用于全局时间同步；第四步：在通信链路调度模块中添加提前预定机制，具体为，如果重传次数没有全部使用，把剩余的未使用的重传时间提前预定给下一个将要发送数据的链路；第五步：缩短帧间间隔IFS：为TDMA节点分配比常规WiFi短的IFS，以给予TDMA调度机制的节点访问信道更高的优先级，使得TDMA节点比常规WiFi节点更早地开始传输；第六步：与常规WiFi网络共享未使用的带宽：带宽共享机制由保护帧和信道使用估计组成；保护针在TDMA调度机制的网络中广播NAV去推迟常规WiFi的传输；信道使用估计通过记录测量过去的常规WiFi流量的信道接入时间，并通过使用指数加权平均来估计访问时间；假设对于常规WiFi的信道接入时间估计是tEst，并且保护帧传输时间是tGuardFrame，定义共享阈值时间tShared如下：tShared＝tEst+tGuardFrame如果信道空闲时间小于tShared，使用虚拟载波侦听来保护TDMA机制下的数据传输；如果信道空闲时间在通信调度中超过tShared，调度一个保护针并且将所未使用的信道空闲时间共享给常规WiFi。...

【技术特征摘要】
1.一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：在Ath9k中安装并打开虚拟载波侦听；第二步：在Ath9k中构建TDMA链路调度组件，包括用于触发链路调度的定时器模块、用于对接入的站安排调度顺序的通信链路调度模块、用于管理接入的站的信道接入控制模块；第三步：构建链路调度超帧，为每个站分配上行和下行链路调度，在每次调度轮循的开始，在第一个时隙AP发送信标帧，用于全局时间同步；第四步：在通信链路调度模块中添加提前预定机制，具体为，如果重传次数没有全部使用，把剩余的未使用的重传时间提前预定给下一个将要发送数据的链路；第五步：缩短帧间间隔IFS：为TDMA节点分配比常规WiFi短的IFS，以给予TDMA调度机制的节点访问信道更高的优先级，使得TDMA节点比常规WiFi节点更早地开始传输；第六步：与常规WiFi网络共享未使用的带宽：带宽共享机制由保护帧和信道使用估计组成；保护针在TDMA调度机制的网络中广播NAV去推迟常规WiFi的传输；信道使用估计通过记录测量过去的常规WiFi流量的信道接入时间，并通过使用指数加权平均来估计访问时间；假设对于常规WiFi的信道接入时间估计是tEst，并且保护帧传输时间是tGuardFrame，定义共享阈值时间tShared如下：tShared＝tEst+tGuardFrame如果信道空闲时间小于tShared，使用虚拟载波侦听来保护TDMA机制下的数据传输；如果信道空闲时间在通信调度中超过tShared，调度一个保护针并且将所未使用的信道空闲时间共享给常规WiFi。2.根据权利要求1所述的一种增强无线局域网络在WiFi干扰下传输可靠性的方法，其特征在于，所述第一步中，通过操纵AR9285的硬件寄存器的AR_DIAG_SW和AR_D_GBL_IFS_MISC打开其载...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟强，李二兵，黄勇，王成群，程维维，史清江，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33