一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法技术

本发明专利技术公开了一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。针对大规模分布式站点采集数据效率不高的问题，本发明专利技术提出一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。在接入点AP配置多天线多信道、采集终端配置单天线多信道的情况下，基于已有的IEEE 802.11ac通信标准，设计了一种聚合多站点CF-Poll控制帧，并给出了具体的多射频多信道AP与单天线站点之间的单信道聚合多站点轮询方法和多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。该方法特别适合下行传输少量指令数据，上行站点多且单个采集数据量不大的不对称数据传输应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。该方法设计了聚合多站点CF-Poll控制帧，并给出了具体的多射频多信道接入点AP与单天线站点之间的单信道聚合多站点轮询方法和多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。
技术介绍
常见的大规模无线采集的应用场景有：电力高压传输线健康监测、公路铁路大桥形变监测、水库水坝的形变监测、地震区域强度监测、山体滑坡泥石流现场数据采集、水文水质环境监测等。这些大规模无线采集站点的信息传输具有如下特点：(1)不要求时刻进行数据的上行传输，定期采集上传即可，间隔周期可以为分钟级甚至小时级。(2)站点多，并且可能由于地形等因素位置分布不均。(3)每个站点的数据信息都非常重要，关系百姓生命财产安全，需要可靠传输。针对大规模分布式站点信息采集，不能采用传统的基于竞争的信道接入方式，这样不能保证通信的服务质量(QualityofService,QoS)。故一般采用接入点(AccessPoint,AP)集中轮询站点的方式进行数据的传输。现有基于IEEE802.11轮询方法是AP对某一个信道进行单站点轮询，如图1所示，其工作原理为：AP首先通过信标帧建立一个免竞争期(ContentionFreePeriod,CFP)，然后AP使用CF-Poll依次轮询每个站点，站点依次向AP传输数据并确认，AP进行确认并轮询下一个站点，如此反复，直到CF-End，即CFP结束。但是该AP通过单一信道逐次轮询单站点方法效率不高，尤其是面对大规模站点时，其弊端尤为突出。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其关键在于，包括如下步骤：步骤1，接入点AP配置M个天线、N个工作信道，每个天线利用一个或者几个工作信道，或者多个天线共用一个工作信道，每个工作信道对应一个工作频点，J个配置单天线多信道的站点，每个站点配置的工作频点及信道带宽与接入点AP相同，接入点AP和采集站点的起始工作频率f0和总信道带宽B均已知，所述M、N、J均为正整数；步骤2，接入点AP定期通过信标帧建立免竞争期CFP，然后接入点AP发送聚合多站点CF-Poll帧，所述聚合多站点CF-Poll帧包含在免竞争期CFP需要轮询的所有站点的接收的MAC地址；步骤3，所有站点进行全工作信道扫描，接收聚合多站点CF-Poll帧，每个站点分别检查自己的MAC地址字段和接入点AP发送的接收地址字段是否一致，在地址字段一致状态下，从聚合多站点CF-Poll帧中确定相应的站点的工作频点和信道带宽，与该工作频点的接入点AP保持同步，并且按照接入点AP发送的轮询站点MAC地址字段的顺序依次向接入点AP发送采集的数据，直到接入点AP采集到所有站点的数据为止。所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，所述步骤1包括：接入点AP有M个天线，天线之间的间隔大于λ/2，其中λ为工作频点对应波长，相互独立的正交工作信道有N个，每个工作信道进行动态带宽分配，分别为B1，…，BN；每个工作信道对应一个工作频点，工作频点和信道带宽之间的关系为其中，fi为实际工作频点值，f0为起始射频工作频点值，为前i-1个信道带宽总和，Bi为每个信道带宽值，k<i，且k、i为正整数。所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，所述步骤2包括：设计的聚合多站点CF-Poll控制帧，其设计过程为，在聚合多站点CF-Poll帧的MAC头帧控制字段中，类型设置为2个比特的01控制，子类型为4个比特的0011；MAC头的地址字段中，目标地址TA是接入点AP的MAC地址，接收地址RA1、……、RAn是与接入点AP关联的CFP阶段需要轮询的所有站点MAC地址；CO是信道操作字段，完成射频工作频点映射和信道带宽映射；该控制帧的其它字段设置默认参考IEEE802.11ac。所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，所述步骤2包括：接入点AP工作信道数为N，每个工作信道带宽大小为BN，总信道带宽为；且信道带宽的起始频率为f0，则实际信道工作频点与CO字段中工作频点映射的关系为fi＝f0+(L+1)B0,0≤L≤255，其中，f0是信道带宽的起始频率，B0是最小固定带宽，L是信道工作频点距离起始频率之间间隔的最小固定带宽数，十进制L转换为无符号二进制数后，映射到CO对应的1个字节的工作频点映射字段中；工作频点f0固定之后，确定该免竞争期CFP中接入点AP轮询站点的信道带宽，则实际信道带宽与CO字段中信道带宽映射的关系为Bi＝(K+1)B0,0≤K≤255，其中，K是以工作频点f0为中心，Bi信道包含最小固定带宽B0的数目，K是信道带宽距离起始频率之间间隔的最小固定带宽数，十进制K转换为无符号二进制数后，映射到CO对应的1个字节的信道带宽映射字段中。所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，所述步骤3包括：步骤3-1，接入点AP在不同的射频点通过不同的天线发射信标帧建立工作在不同频点的CFP，CFP的长度由接入点AP控制，其最大时长由信标帧的CF参数集中的CFPMaxDuriation参数指定，如果CFP时长长于信标帧间隔，接入点AP会在CFP期间合适的时刻传输信标帧；接入点AP保证这个时长总是不大于CFPMaxDuriation；步骤3-2，接入点AP在发送完信标帧之后，会继续发送一个聚合多站点CF-Poll帧，该聚合多站点CF-Poll帧包含在CFP期间需要轮询的关联站点的接收MAC地址；步骤3-3，所有站点通过工作信道扫描后，接收聚合多站点CF-Poll帧，检查聚合多站点CF-Poll帧中的接收地址RA字段的MAC地址与该站点MAC地址是否相同，如果不同，就根据该站点其中的持续时间字段值更新自己的网络分配矢量NAV值；如果相同，接收站点根据接收聚合多站点CF-Poll帧中的信道操作CO字段确定该工作频点及其信道带宽，并与工作在该工作信道下的接入点AP保持一致；步骤3-4，在接入点AP发送完聚合多站点CF-Poll帧且间隔短帧间间隔SIFS之后，按聚合多站点CF-Poll帧中的接收地址RA顺序，所有站点依次向接入点AP发送采集到的数据；步骤3-5，接入点AP在成功接收到站点的数据后，依次发送CF-ACK帧进行确认，直至CFP周期结束前或结束时，再发送CF-End帧或CF-End和CF-ACK控制帧，结束该CFP周期。所述的多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，优选的，还包括：在多工作站点轮询的过程中，所有的帧间间隔都一样，为SIFS。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：该方法特别适合在多射频多信道AP与单天线站点之间的单信道聚合多站点轮询方法和多天线多信道聚合多站点并行轮询时，下行传输少量指令数据，上行站点多且单个采集数据量不大的不对称数据传输应用场景。保证站点与AP及时响应建立链接，保证数据传输高效、稳定、准确。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，接入点AP配置M个天线、N个工作信道，每个天线利用一个或者几个工作信道，或者多个天线共用一个工作信道，每个工作信道对应一个工作频点，J个配置单天线多信道的站点，每个站点配置的工作频点及信道带宽与接入点AP相同，接入点AP和采集站点的起始工作频率f0和总信道带宽B均已知，所述M、N、J均为正整数；步骤2，接入点AP定期通过信标帧建立免竞争期CFP，然后接入点AP发送聚合多站点CF‑Poll帧，所述聚合多站点CF‑Poll帧包含在免竞争期CFP需要轮询的所有站点的接收的MAC地址；步骤3，所有站点进行全工作信道扫描，接收聚合多站点CF‑Poll帧，每个站点分别检查自己的MAC地址字段和接入点AP发送的接收地址字段是否一致，在地址字段一致状态下，从聚合多站点CF‑Poll帧中确定相应的站点的工作频点和信道带宽，与该工作频点的接入点AP保持同步，并且按照接入点AP发送的轮询站点MAC地址字段的顺序依次向接入点AP发送采集的数据，直到接入点AP采集到所有站点的数据为止。

【技术特征摘要】
1.一种多天线多信道聚合多站点并行轮询方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，接入点AP配置M个天线、N个工作信道，每个天线利用一个或者几个工作信道，或者多个天线共用一个工作信道，每个工作信道对应一个工作频点，J个配置单天线多信道的站点，每个站点配置的工作频点及信道带宽与接入点AP相同，接入点AP和采集站点的起始工作频率f0和总信道带宽B均已知，所述M、N、J均为正整数；接入点AP有M个天线，天线之间的间隔大于λ/2，其中λ为工作频点对应波长，相互独立的正交工作信道有N个，每个工作信道进行动态带宽分配，分别为B1，…，BN；每个工作信道对应一个工作频点，工作频点和信道带宽之间的关系为其中，fi为实际工作频点值，f0为起始射频工作频点值，为前i-1个信道带宽总和，Bi为每个信道带宽值，k<i，且k、i为正整数；其中，天线数M和信道数N之间的映射关系为如果M>N为多个发射天线共享一个信道，在通信时，发射相同的信号，起到发射分集的作用，能够扩展到复用；如果M＝N，即一根天线对应一个信道；如果M<N除了一根天线独立对应一个信道之外，对多余的信道，如果是空闲信道，采用信道捆绑，扩展某一些天线的信道带宽，构成动态带宽分配；步骤2，接入点AP定期通过信标帧建立免竞争期CFP，然后接入点AP发送聚合多站点CF-Poll帧，所述聚合多站点CF-Poll帧包含在免竞争期CFP需要轮询的所有站点的接收的MAC地址；设计的聚合多站点CF-Poll控制帧，其设计过程为，在聚合多站点CF-Poll帧的MAC头帧控制字段中，类型设置为2个比特的01控制，子类型为4个比特的0011；MAC头的地址字段中，目标地址TA是接入点AP的MAC地址，接收地址RA1、……、RAn是与接入点AP关联的CFP阶段需要轮询的所有站点MAC地址；CO是信道操作字段，完成射频工作频点映射和信道带宽映射；该控制帧的其它字段设置默认参考IEEE802.11ac；所述步骤2包括：接入点AP工作信道数为N，每个工作信道带宽大小为BN，总信道带宽为且信道带宽的起始频率为f0，则实际信道工作频点与CO字段中工作频点映射的关系为fi＝f0+(L+1)B0,0≤L≤255，其中，f0是信道带宽的起始频率，B0是最小固定带宽，L是信道工作频点距离起始频率之间间隔的最小固定带宽数，十进制L转换为无符号二进制数后，映射到CO对应的1个字...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立，廖勇，
申请(专利权)人：成都希盟泰克科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51