CN101695181B

CN101695181B - 无线局域网的数据发送装置及方法、无线接入点装置

Info

Publication number: CN101695181B
Application number: CN 200910208809
Authority: CN
Inventors: 黄赞
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN101695181A

Abstract

本发明涉及一种无线局域网的数据发送装置及方法、无线接入点装置，发送装置包括：帧发送单元，用于设定客户端的链接速率，并根据设定的链接速率向所述客户端发送聚合帧；速率采集单元，用于从所述帧发送单元采集所述客户端的链接速率；聚合深度设定单元，用于根据所述链接速率设定聚合深度；所述聚合深度为待发送数据帧聚合为聚合帧的帧长度；所述待发送数据的目的地为所述客户端；聚合单元，用于将所述待发送数据帧聚合为帧长度为所述聚合深度的聚合帧，由所述帧发送单元进行发送。通过采集客户端的链接速率，并根据客户端的链接速率设定聚合深度，实现了客户端对传输时间占用的公平性。

Description

无线局域网的数据发送装置及方法、无线接入点装置

技术领域

本发明涉及无线局域网技术领域，尤其涉及一种无线局域网的数据发送装置及方法、无线接入点装置。

背景技术

无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)是以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，采用无线的方式提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

WLAN协议802.11n由电子和电气工程师协会(IEEE)制定并发布，该协议采取了更高的传输速率。

WLAN协议802.11n实现更高传输速率的一种方法是采用多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术，大幅提高无线链接速率到300Mbps。与前代WLAN协议802.11g技术相比，链接速率提高了5倍。除最高链接速率之外，WLAN协议802.11n还规定了13Mbps、26Mbps、104Mbps等其它速率，可根据客户端的信号质量选择合适的链接速率，以达到稳定地传输。

WLAN协议802.11n实现更高传输速率的另一种方法采用帧聚合方法。帧聚合方法通过将多个较短的数据包聚合成1个长的数据包进行传输，也即将多个普通数据帧中的数据合并为一个帧中的数据进行传输，以减小传输开销，提高传输速率。其中，合并后的数据所在的帧为聚合帧。

图1A为普通数据帧的帧格式示意图，图1B为普通数据帧传输的示意图。如图1A所示，普通数据帧包括帧头(Header)、数据(Data)和帧校验序列(FCS)三个部分。帧头为接收机提供解码所必须的一些参数，帧校验序列为接收机验证数据帧在传输过程中是否发生误码提供依据。如图1B所示，传输过程中，每个帧(Frame)传输完毕后，接收端如果正确接收，会发出一个确认帧(ACK)；另外，在各个帧之间必须有一定的间隔时间，该间隔时间为帧间隙。帧头、帧校验序列、确认帧、帧间隙不承担有效数据的传输，都属于传输开销。

由于传输开销占用了甚至比有效数据更多的信道时间，导致有效的传输速率很低，因而，发送端将若干个普通数据帧中的数据抽取出来，聚合在一起，赋予新的帧头和帧校验序列，形成如图2A所示的聚合帧。聚合帧中的各子帧(SubFrame)：子帧1、子帧2、...、子帧N为原来各普通数据帧中的数据。图2B为聚合帧传输的示意图，采用帧聚合方法将多个短帧合成一个聚合帧传输，减少了传输开销。对于WLAN协议802.11n，能够提高3～4倍的有效传输速率。

其中，聚合帧的长度即聚合深度，以字节为单位。聚合帧的最大聚合深度受2个因素制约：聚合帧中的子帧数量不能超过64个，聚合帧的帧长度不能超过65536字节。实际应用中，聚合深度受限于帧缓冲区的大小，一般小于最大聚合深度。

现有技术中，采用帧聚合方法发送数据时，发送端即WLAN的数据发送装置采取统一的帧聚合策略，即高速客户端(client)和低速客户端具有相同的聚合深度。根据上述帧聚合策略，发往高速客户端和低速客户端的帧长度是相同的。其中，WLAN的数据发送装置包括帧缓冲区、帧聚合单元及帧发送单元。帧缓冲区用于缓存待发送数据帧，并按先后顺序将待发送数据帧发送给帧聚合单元；帧聚合单元将数据帧聚合为聚合帧后，发送给帧发送单元；帧发送单元对聚合帧进行编码、调制等处理后，发送给客户端。此外，客户端的链接速率由帧发送单元根据实际情况设定，并且发送聚合帧时采用设定的链接速率。

现有技术存在的缺陷在于：由于各个客户端的链接速率存在差异，因而现有技术不区分客户端的链接速率，采取统一的帧聚合策略，即采用相同的聚合深度，导致低速客户端的帧需要更多传输时间，影响了信道占用的公平性。如图3所示，网络中存在两个客户端的传输示意图，第一客户端的速率较低，只有13Mbps，第二客户端速率较高，达到130Mbps。向二者传输相同长度的数据帧，第一客户端所花费的时间要远远长于第二客户端。虽然从传输帧的数量上衡量，第一客户端和第二客户端是相等的，但由于第一客户端占用了过多的传输时间，造成了第二客户端者传输时间的不平等，导致第二客户端的高速率发挥不出来，也影响了整个网络的性能。这样，当多种速率的客户端共存时，就需要提出一种技术方案来实现各客户端对传输时间占用的公平性。

发明内容

本发明提出一种无线局域网的数据发送装置及方法、无线接入点装置，以实现客户端对传输时间占用的公平性。

本发明提供了一种无线局域网的数据发送装置，包括：

帧发送单元，用于设定客户端的链接速率，并根据设定的链接速率向所述客户端发送聚合帧；

速率采集单元，用于从所述帧发送单元采集所述客户端的链接速率；

聚合深度设定单元，用于根据所述链接速率设定聚合深度；所述聚合深度为待发送数据帧聚合为聚合帧的帧长度；所述待发送数据的目的地为所述客户端；

聚合单元，用于将所述待发送数据帧聚合为帧长度为所述聚合深度的聚合帧，由所述帧发送单元进行发送；

其中，所述无线局域网的数据发送装置还包括：

速率平均单元，用于对采集的链接速率取平均值；

相应地，所述聚合深度设定单元用于根据所述平均值设定聚合深度。

本发明还提供了一种无线局域网的数据发送方法，包括：

采集客户端的链接速率；

根据所述链接速率设定聚合深度；所述聚合深度为待发送数据帧聚合为聚合帧的帧长度；所述待发送数据的目的地为所述客户端；

将所述待发送数据帧聚合为帧长度为所述聚合深度的聚合帧，进行发送；

其中，所述采集客户端的链接速率之后还包括：

对采集的链接速率取平均值；

相应地，所述根据所述链接速率设定聚合深度，包括：根据所述平均值设定聚合深度。

本发明还提供了一种无线接入点装置，包括上述无线局域网的数据发送装置。

上述实施例提供的技术方案通过采集客户端的链接速率，并根据客户端的链接速率设定聚合深度，能够为低速率客户端提供较低深度的帧聚合，为高速率客户端提供较高深度的帧聚合，从而使高速率客户端和低速率客户端享用基本一致的传输时间，实现了客户端对传输时间占用的公平性。并且，各客户端对传输时间占用的公平性，使得低速率客户端的传输速率略有降低的同时，高速率客户端的传输速率得到大幅提高，从而提升了整个网络的传输性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1A为普通数据帧的帧格式示意图；

图1B为普通数据帧传输的示意图；

图2A为聚合帧的帧格式示意图；

图2B为聚合帧传输占用时间的示意图；

图3为现有技术中两个客户端的帧传输示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无线局域网的数据发送装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的无线局域网的数据发送装置传输数据时所占用时间的示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种无线局域网的数据发送装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的无线局域网的数据发送方法的流程图；

图8为本发明实施例提供的无线接入点装置的结构示意图。

具体实施方式

图4为本发明实施例提供的一种无线局域网的数据发送装置的结构示意图。该发送装置包括：帧发送单元41、速率采集单元42、聚合深度设定单元43及聚合单元44。帧发送单元41用于设定客户端的链接速率，并根据设定的链接速率向所述客户端发送聚合帧。速率采集单元42用于从帧发送单元采集所述客户端的链接速率。聚合深度设定单元43用于根据所述链接速率设定聚合深度。例如对于值较小的速率，设定较低深度的聚合深度；对于值较大的速率，设定较高深度的聚合深度。所述聚合深度为待发送数据帧聚合为聚合帧的帧长度。当深度较低时，聚合帧的帧长度较小；当深度较高时，聚合帧的帧长度较大。所述待发送数据的目的地为所述客户端。聚合单元44用于将所述待发送数据帧聚合为帧长度为所述聚合深度的聚合帧，由所述帧发送单元41进行发送。其中，速率采集单元42可按预设的周期从帧发送单元41客户端的链接速率。

本发明实施例提供的无线局域网的数据发送装置还可包括：速率平均单元45。该速率平均单元45用于对采集的链接速率取平均值，以保证提供给聚合深度设定单元43的速率尽量稳定。此时，所述聚合深度设定单元43用于根据所述平均值设定聚合深度。

本发明实施例提供的无线局域网的数据发送装置还可包括：速率剔除单元46。速率剔除单元46用于剔除采集的链接速率中与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率，以保证提供给聚合深度设定单元43的速率尽量稳定；此时，所述聚合深度设定单元43用于根据剔除所述与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率后的链接速率设定聚合深度。

本实施例中，无线局域网的数据发送装置通过聚合深度设定单元43，根据客户端的链接速率设定聚合深度，为低速率客户端提供较低深度的帧聚合，为高速率客户端提供较高深度的帧聚合，从而使高速率客户端和低速率客户端享用基本一致的传输时间。以两个不同速率客户端的场景为例，第二客户端的链接速率远高于第一客户端，通过采用本实施例提供的无线局域网的数据发送装置，为高速客户端设置高的聚合深度，为低速客户端设置低的聚合深度，普通数据帧经过聚合后，第二客户端所传输的帧长度要远大于第一客户端，传输所占用的时间如图5所示，两个客户端的传输时间基本上是相等的。也即将原来供低速率客户端传输的部分时间提供给高速率客户端，使得低速率客户端的传输速率略有降低，同时高速率客户端的传输速率大幅提高，从而提升了整个网络的传输性能。

图6为本发明实施例提供的另一种无线局域网的数据发送装置的结构示意图。本实施例提供的数据发送装置通过对现有的802.11n无线局域网的数据发送装置改进获得。本实施例提供的数据发送装置包括帧缓冲区61、帧聚合单元62、帧发送单元63、速率采集单元64及聚合深度设定单元65。其中，帧缓冲区61及帧发送单元63均为现有的802.11n无线局域网的数据发送装置中已有的功能单元，帧聚合单元62、速率采集单元64分别通过对现有的802.11n无线局域网的数据发送装置中的帧聚合单元、客户端速率采集单元的改进获得。聚合深度设定单元65为新增的单元，具体详见图4所示实施例中聚合深度设定单元43的说明。

待发送的数据被组装成802.11格式的数据帧，通过本实施例提供的数据发送装置发送时，首先被放入帧缓冲区61中缓存。发往同一客户端的若干个数据帧按照先后顺序从帧缓冲区61进入帧聚合单元62。进入帧聚合单元62的上述若干个数据帧，经过帧聚合单元62聚合，形成一个聚合帧，进入帧发送单元63。帧发送单元63对聚合帧进行编码、调制等处理后，发往802.11n无线网络中的客户端。速率采集单元64及聚合深度设定单元65作为信息收集和聚合深度控制模块，辅助数据帧的发送。

帧聚合单元62聚合第一个聚合帧时，仍然采取统一的帧聚合策略进行聚合，速率采集单元64及聚合深度设定单元65不执行任何操作。帧发送单元63发送第一个聚合帧时，速率采集单元64采集相应客户端的链接速率，并发送给聚合深度设定单元65，以设定相应的聚合深度。

速率采集单元64不必每一帧都采集速率，可按照预先设定的周期从帧发送单元63采集客户端的链接速率，以提高处理效率。

速率采集单元64中还可设置图4所示实施例中的速率平均单元45及速率剔除单元46的功能模块，对采集的客户端的链接速率进行多次采集求取平均速率值、剔除明显异常的速率值等处理，以防止采集的速率频繁变动，保证采集的速率尽量稳定。

处理后的速率提供给聚合深度设定单元65设定聚合深度。聚合深度设定单元65根据客户端的链接速率集合，通过一定的算法，计算出各速率客户端对应的聚合深度，建立“速率-聚合深度”对应关系。

假设802.11n网络中存在n种不同速率的客户端，速率分别为V1，V2......Vn，其中最高速率值为Vmax。设帧头时间为Th，一般情况下，发往不同速率客户端的帧，其帧头时间是相同的。设帧聚合单元62所支持的最大聚合深度为Dmax。

将Vmax对应的聚合深度设置为Dmax，则速率为Vmax的客户端的帧传输时间为：

T＝Th+Dmax/Vmax (1)

将Vn对应的聚合深度设置为Dn，则速率为Vn的客户端的帧传输时间为：Th+Dn/Vn。

要保证各速率客户端公平占用信道传输时间，也即要保证每个客户端占用信道传输的时间Th+Dn/Vn＝T，则可得到：

Th+Dn/Vn＝Th+Dmax/Vmax (2)

Dn＝Dmax×Vn/Vmax (3)

当聚合深度设定单元65接收到速率采集单元64发送的速率值时，便可根据上述公式(3)得到对应的聚合深度。

帧聚合单元62可按照外部设定的聚合深度即聚合深度设定单元65根据公式(3)设定的聚合深度，对发往不同客户端的帧进行聚合，从而为每种速率的客户端赋予对应的聚合深度，实现了信道占用时间的公平。并且，与现有技术相比，本实施例所提供的数据发送装置显著提高了高率速客户端的传输速率，以速率分别为V1、V2的客户端C1、客户端C2为例进行说明。

假设V1＝10，V2＝1，帧头时间均为Th＝1，帧聚合单元62所支持的最大聚合深度为Dmax＝100，客户端C1和客户端C2交替传输，此处忽略帧间隙及其它开销。

如果按照现有技术，客户端C1、客户端C2均采用最大聚合深度Dmax，则客户端C1各帧的传输时间为：

T1＝Th+Dmax/V1；

客户端C2各帧的传输时间为：

T2＝Th+Dmax/V2。

则客户端C1的有效传输速率为：

Vc1＝Dmax/(T1+T2)；

客户端C2的有效传输速率为：

Vc2＝Dmax/(T1+T2)。

将V1＝10，V2＝1，Th＝1，Dmax＝100代入上式，可得到：

Vc1＝Vc2＝0.89，即，高速率客户端和低速率客户端的有效传输速率相同，高速率客户端无法体现速率优势。

如果采用图4、图6所示实施例提供的技术方案，则客户端C1的聚合深度仍为Dmax，客户端C2的聚合深度根据公式(3)计算的结果可为：D2＝Dmax*V2/V1。则客户端C1各帧的传输时间为：

T1＝Th+Dmax/V1；

客户端C2各帧的传输时间为：

T2＝Th+D2/V2

＝Th+Dmax/V1

＝T1，即，此时客户端C1和客户端C2的传输时间相同。

则客户端C1的有效传输速率为：

Vc1＝Dmax/(T1+T2)；

客户端C2的有效传输速率为：

Vc2＝D2/(T1+T2)。

将V1＝10，V2＝1，Th＝1，Dmax＝100代入上式，可得到

Vc1＝4.55；

Vc2＝0.45。

可见，与现有技术相比，客户端C1的有效传输速率得到显著提高，达到了客户端C2的10倍，体现了速率优势。并且，参见上述计算过程，Vc1+Vc2即是整个网络的有效传输速率。采用现有技术得到的整个网络的有效传输速率为1.78；采用上述图4、图6所示实施例提供的技术方案得到整个网络的有效传输速率为5.00，是现有技术的2.8倍，显著提高了整个网络的有效传输速率。

图7为本发明实施例提供的无线局域网的数据发送方法的流程图。该方法包括：

步骤71、采集客户端的链接速率；具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明，如按预设的周期采集客户端的链接速率。

步骤72、根据所述链接速率设定聚合深度；所述聚合深度为待发送数据帧聚合为聚合帧的帧长度；所述待发送数据的目的地为所述客户端；具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明，如对于值较小的速率，设定较低深度的聚合深度；对于值较大的速率，设定较高深度的聚合深度。

步骤73、将所述待发送数据帧聚合为帧长度为所述聚合深度的聚合帧，进行发送。具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明，如上述步骤72设定的聚合深度较低时，则按照设定的较低的聚合深度对数据帧进行聚合；如上述步骤72设定的聚合深度较高时，则按照设定的较高的聚合深度对数据帧进行聚合，然后并发送聚合得到的聚合帧。

上述步骤71之后还可包括：对采集的链接速率取平均值，以保证上述步骤73中设定聚合设定所依据的速率尽量保持稳定，具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明。

此时，上述步骤72可包括：根据所述平均值设定聚合深度，具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明。

上述步骤71之后还可包括：剔除采集的链接速率中与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率；以保证上述步骤73中设定聚合设定所依据的速率尽量保持稳定，具体详见上述图4、图6所示实施例中的说明。

此时，上述步骤72可包括：根据剔除所述与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率后的链接速率设定聚合深度。

本实施例提供的技术方案通过采集客户端的链接速率，并根据客户端的链接速率设定聚合深度，能够为低速率客户端提供较低深度的帧聚合，为高速率客户端提供较高深度的帧聚合，从而使高速率客户端和低速率客户端享用基本一致的传输时间，解决了低速率客户端过度占用传输时间的问题，保证了各个客户端对信道的公平占用，提升了整个网络的传输性能。

图8为本发明实施例提供的无线接入点装置的结构示意图。该无线接入点(AP)装置包括数据发送装置81，用于采集客户端的链接速率，并根据客户端的链接速率设定聚合深度，从而为低速率客户端提供较低深度的帧聚合，为高速率客户端提供较高深度的帧聚合。该数据发送装置81可为上述装置实施例提供的任一种无线局域网的数据发送装置。

本实施例中，无线接入点装置通过采集客户端的链接速率，并根据客户端的链接速率设定聚合深度，能够为低速率客户端提供较低深度的帧聚合，为高速率客户端提供较高深度的帧聚合，从而使高速率客户端和低速率客户端享用基本一致的传输时间，实现了客户端对传输时间占用的公平性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种无线局域网的数据发送装置，其特征在于，包括：

其中，所述无线局域网的数据发送装置还包括：

速率平均单元，用于对采集的链接速率取平均值；

2.根据权利要求1所述的无线局域网的数据发送装置，其特征在于，速率采集单元用于按预设的周期采集客户端的链接速率。

3.根据权利要求1或2所述的无线局域网的数据发送装置，其特征在于，还包括：

速率剔除单元，用于剔除采集的链接速率中与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率；

所述聚合深度设定单元用于根据剔除所述与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率后的链接速率设定聚合深度。

4.一种无线局域网的数据发送方法，其特征在于，包括：

采集客户端的链接速率；

其中，所述采集客户端的链接速率之后还包括：

对采集的链接速率取平均值；

5.根据权利要求4所述的无线局域网的数据发送方法，其特征在于，采集客户端的链接速率，包括：

按预设的周期采集客户端的链接速率。

6.根据权利要求4或5所述的无线局域网的数据发送方法，其特征在于，采集客户端的链接速率之后还包括：

剔除采集的链接速率中与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率；

根据所述链接速率设定聚合深度，包括：根据剔除所述与采集的链接速率的平均值差值最大的链接速率后的链接速率设定聚合深度。

7.一种无线接入点装置，其特征在于，包括上述权利要求1-3中任一项所述的无线局域网的数据发送装置。