一种用于无线局域网的数据包调度发送装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于无线局域网的数据包调度发送装置。在无线局域网中，为了实现不同优先级应用的延迟区分，需要采用数据包调度发送装置实现数据包的调度和发送。由于上层应用的发送过程并行执行，在同一时刻可能有多个队列缓存有数据包要求发送，硬件发送电路必须在所有队列中选择某个队列作为待发送队列，并将该队列队首数据包作为待发送数据包。本发明专利技术提供的数据包调度发送方法和硬件部件就是实现这一功能的装置。本发明专利技术主要包含一个数据包调度器、一个硬件退避电路和一个发送缓冲区描述符ＴｘＢＤ。采用本发明专利技术提供的装置，可以实现无线局域网标准要求的信道访问规程，以及不同优先级应用的延迟区分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络通信领域的一种数据包调度发送装置，尤其涉及一种利用数据包调度器实现IEEE 802.11e或IEEE 802.11n协议中数据包调度和发送的硬件部件。
技术介绍
为了支持有延迟约束的应用，在无线局域网中，需要将具有不同优先级属性的数据包按不同优先级顺序调度发送，这个规程称为数据包调度。每个数据包可以是四个优先级中的一个。数据包的优先级从IP包头中的DSCP域值映射得到或根据IEEE 802.11e协议规定得到。对于发送方，需要从四个优先级队列中取出一个数据包进行发送。IEEE 802.11e协议规定，应该为所有具有缓存数据的优先级队列执行退避过程。当其中任意一个退避过程结束，则取出相应优先级队列中的数据包发送。这是一个虚拟调度的过程，即，虽然没有调度器实体，但多个退避过程并行执行实际上起到了调度器的作用。在一个STA发送数据包的过程中，由于上层应用并行执行，因此，属于不同优先级应用的数据包可能同时要求发送。在没有硬件约束的情况下，发送硬件电路可以为每个新到达的数据包建立并维护一个存储结构，直到该数据包完整发送。不同优先级应用的数据包同时要求发送将引起退避过程并行执行。退避过程并行执行的过程中，有可能出现多个退避过程同时退避完成的情况，即内部冲突。这时，根据IEEE 802.11e协议规定，完成退避的退避过程应相互通知，并重新执行退避过程。这将导致退避过程的复杂化。图1显示了使用这一方法的硬件装置。由于硬件部件在存储容量、芯片面积和复杂度方面的限制，上述实现方法硬件成本高，因此迫切需要使用一种技术能在软件中实现符合IEEE 802.11e协议规定的数据包调度器，并实现延迟的优先级区分，减小硬件开销。
技术实现思路
本专利技术提供一种实现IEEE 802.11e或IEEE 802.11n无线局域网数据包调度发送的方法和装置，以期达到以尽可能小的硬件成本和复杂度实现延迟的优先级区分功能，同时支持并行退避内部冲突的处理。-->为实现这一目标，本专利技术公开了一种利用优先级区分机制实现数据包调度发送的方法和装置，本专利技术包括一个数据包调度器、一个硬件退避电路、一个发送缓冲区描述符TxBD。其中：所述数据包调度器由驱动软件实现，按照IEEE 802.11e协议规定，根据优先级发送队列的优先级不同，为各优先级队列分配不同参数，包括竞争窗口最大值、竞争窗口最小值和仲裁帧间间隔数AIFSN。数据包调度器根据上述参数，分别为各优先级队列计算伪随机整数和AIFSN的和值，并确定和值最小的相应队列作为被数据包调度器选中队列，取该队列队首数据包作为待发送数据包，送至硬件发送缓冲区TxBuff。所述硬件退避电路，位于硬件部件中，用于根据数据包调度器计算得到的伪随机整数和AIFSN的和值，计算得到退避时间，并根据退避时间执行退避过程。所述发送缓冲区描述符TxBD，记录了被数据包调度器选中队列的优先级、与该队列关联的伪随机整数值与AIFSN的和值、待发送数据包内存地址。本专利技术的特征依次包括如下步骤：(1)驱动软件接收到数据包后，根据IP包的DSCP值或IEEE 802.11e协议规定的数据包优先级，将数据包放入相应优先级发送队列，优先级发送队列由驱动软件生成并维护；(2)驱动软件判断当前事件或中断类型。如果是上层数据包到达，或硬件发送结束，则由驱动软件为所有不为空的优先级发送队列计算伪随机整数，并将伪随机整数计算结果与AIFSN相加得到和值，然后将和值写入发送缓冲区描述符TxBD；(3)驱动软件维护的数据包调度器判断是否有多个优先级队列对应的和值为相同值。若是，表明此时发生内部冲突，按照IEEE 802.11e协议规定，发生内部冲突后，冲突优先级队列竞争窗口按公式(1)指数增长，然后转步骤(2)；否则转步骤(4)。CW(t)＝(CW(t-1)+1)×2-1   (1)公式(1)中CW(t)为t时刻竞争窗口大小，CW(t-1)为t-1时刻竞争窗口大小。(4)驱动软件维护的数据包调度器选择和值最小的优先级发送队列作为选中队列，并取出该队列的队首数据包作为待发送数据包，通过总线Master设备搬移到硬件发送缓冲区TxBuff；(5)硬件退避电路根据发送缓冲区描述符TxBD中的伪随机整数与AIFSN和值，按-->照公式(2)计算退避时间，并以该时间值执行退避过程；BackoffTime＝Sum×aSlotTime   (2)公式(2)中Sum为数据包调度器计算的伪随机整数和仲裁帧间间隔数AIFSN的和值，aSlotTime为协议规定的每时隙时间长度，BackoffTime为退避时间。当数据包调度器已选择发送队列，则将退避请求(Backoff_Req)信号置为有效。在退避请求信号有效且时隙计数等于退避时间时，判断信道空闲指示(Channel_idle)信号是否有效。若有效，则说明此时退避完成，可以发送数据包，将退避完成输出信号Backoff_Done置为有效。(6)检测信道忙闲状态。如果信道忙，则挂起当前退避过程；否则转步骤(7)；(7)退避时间值随时间递减，当退避时间递减到零，将硬件发送缓存区TxBuff中的数据包添加MAC头并发送；(8)若发送硬件装置检测到重传，则发送硬件装置将当前重传计数累计值回写发送缓存区描述符TxBD重传计数(Retry Count)字段。若重传计数值不为0，则驱动软件根据公式(1)更新竞争窗口，否则转步骤(9)；(9)重复上述过程，直到优先级发送队列中的数据包发送完毕或达到发送机会TXOP最大时间限制。附图说明图1是一种实现IEEE 802.11e数据包虚拟调度的装置结构示意图；该装置具有四个优先级发送队列、四个硬件发送缓冲区TxBuff、四个硬件退避电路，没有调度器实体。图2为在图1基础上实现的一种改进的数据包调度发送的装置结构示意图；该装置具有一个软件实现的数据包调度器、四个优先级发送队列、一个硬件发送缓冲区TxBuff、一个硬件退避电路。图3为本专利技术中提供的数据包调度器结构示意图。图4为本专利技术中提供的硬件退避电路结构示意图。图5为根据本专利技术中提供的数据包调度发送装置结构，采用OPNET网络仿真工具建模仿真得到的结果。该图为由仿真模型运行结果采样到的不同优先级数据包接入信道延迟。该采样结果经过时间平均处理。具体实施方式-->以下结合附图，具体说明本专利技术。本专利技术公开了一种实现IEEE 802.11e或IEEE 802.11n无线局域网数据包调度发送的方法和硬件部件，部件包括一个数据包调度器、一个硬件退避电路、一个发送缓冲区描述符TxBD。其中：所述数据包调度器由驱动软件实现，按照IEEE 802.11e协议规定，根据优先级发送队列的优先级不同，为各优先级队列分配不同参数，包括竞争窗口最大值、竞争窗口最小值和仲裁帧间间隔数AIFSN。数据包调度器根据上述参数，分别为各优先级队列计算伪随机整数和AIFSN的和值，并确定和值最小的相应队列作为被数据包调度器选中队列，取该队列队首数据包作为待发送数据包，送至硬件发送缓冲区TxBuff。所述硬件退避电路，位于硬件部件中，用于根据数据包调度器计算得到的伪随机整数和AIFSN的和值，计算得到退避时间，并根据退避时间执行退避过程。所述发送缓冲区描述符TxBD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，其特征在于，包括一个数据包调度器、一个硬件退避电路、一个发送缓冲区描述符ＴｘＢＤ，其中：　所述数据包调度器由驱动软件实现，按照ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ协议规定，根据优先级发送队列的优先级不同，为各优先级队列分配不同参数，数据包调度器据此在各发送队列中选择待发送队列，取该队列队首数据包作为待发送数据包，送至硬件发送缓冲区ＴｘＢｕｆｆ；　所述硬件退避电路，位于硬件部件中，用于根据数据包调度器计算得到的伪随机整数和ＡＩＦＳＮ的和值，计算得到退避时间，并根据退避时间执行退避过程；　所述发送缓冲区描述符ＴｘＢＤ，记录了被数据包调度器选中队列的优先级、与该队列关联的伪随机整数值与ＡＩＦＳＮ的和值、待发送数据包内存地址。

【技术特征摘要】
1、一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，其特征在于，包括一个数据包调度器、一个硬件退避电路、一个发送缓冲区描述符TxBD，其中：所述数据包调度器由驱动软件实现，按照IEEE802.11e协议规定，根据优先级发送队列的优先级不同，为各优先级队列分配不同参数，数据包调度器据此在各发送队列中选择待发送队列，取该队列队首数据包作为待发送数据包，送至硬件发送缓冲区TxBuff；所述硬件退避电路，位于硬件部件中，用于根据数据包调度器计算得到的伪随机整数和AIFSN的和值，计算得到退避时间，并根据退避时间执行退避过程；所述发送缓冲区描述符TxBD，记录了被数据包调度器选中队列的优先级、与该队列关联的伪随机整数值与AIFSN的和值、待发送数据包内存地址。2、如权利要求1所述的一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，其特征在于，所述发送缓冲区描述符TxBD字段包括：和值(Sum)字段，用于记录由数据包调度器计算的伪随机整数和仲裁帧间间隔数AIFSN的和值；优先级(Priority)字段，用于记录由数据包调度器选择的待发送队列的优先级；帧地址(Frame Address)字段，用于记录由数据包调度器选择的待发送数据包的内存地址；重传次数(Retry Count)字段，用于记录由硬件发送电路检测到的帧重传次数。3、如权利要求1所述的一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，其特征在于，所述硬件退避电路执行退避过程所依据的退避时间由权利要求2所述发送缓冲区描述符TxBD的和值(Sum)字段与时隙时间相乘得到，硬件退避电路对外接口信号包括：信道空闲指示(Channel_idle)信号，输入信号，用于指示当前信道状态是否空闲；和值(Sum)信号，输入信号，用于指示权利要求2所述发送缓冲区描述符TxBD的和值(Sum)字段值；时隙计数(Tslot)信号，输入信号，用于指示当前累计的时隙数；退避请求(Backoff_Req)信号，输入信号，用于指示是否可以启动退避功能；退避完成(Backoff_Done)信号，输出信号，用于指示退避是否完成。4、如权利要求1所述的一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，其特征在于，所述数据包调度器，根据优先级发送队列的优先级不同，为各优先级队列分配不同参数，包括竞争窗口最大值、竞争窗口最小值和AIFSN，数据包调度器根据上述参数，分别为各优先级队列计算伪随机整数和AIFSN的和值，并确定和值最小的相应队列作为被数据包调度器选中队列，取该队列队首数据包作为待发送数据包，送至硬件发送缓冲区TxBuff。5、如权利要求1或4所述的一种用于无线局域网的数据包调度发送装置，用于调度从上层应用输入的数据包，输出满足IEEE 802.11e协议区...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪岩，
申请(专利权)人：北京中电华大电子设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]