CN105813094B - 无线局域网中txop机制冗余nav的截短方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线局域网中TXOP机制冗余NAV的截短方法，本发明针对IEEE 802.11ax网络场景，将交叠业务集站点和与基本服务集x有交叠的基本服务集y的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一帧的时刻，截止时刻设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一帧的时刻。本发明具有提高信道利用率，减少网络接入时延的优点，可用于IEEE 802.11ax网络场景中使得空闲信道及时释放，方便网络节点的接入，缓解超密集部署的网络中干扰严重的问题。

Description

无线局域网中TXOP机制冗余NAV的截短方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种无线局域网中传输机会TXOP(Transmission Opportunity,TXOP)机制冗余网络分配矢量NAV(NetworkAllocation Vector,NAV)的截短方法。本发明将网络分配矢量NAV截短，可应用于IEEE802.11ax通信协议下超密集网络部署技术领域中使得空闲信道及时释放，方便网络节点的接入。
背景技术
无线局域网中传输机会TXOP机制使获得传输机会的站点可以拥有信道的使用权。在传输机会TXOP时长TXOP Limit内，获得传输机会的站点可以连续接入无线信道而不被打扰。在这个传输机会TXOP时长内，邻近站点的网络分配矢量NAV都被设置为传输机会TXOP时长，从而不能与无线接入点AP交互数据，在非密集部署的区域内，此问题并不严重，但对于IEEE 802.11ax超密集网络部署场景，交叠业务集OBSS站点大量存在，这些站点设置的传输机会TXOP时长，不仅会影响到该站点所在服务集BSS内的无线接入点及站点的网络分配矢量NAV，甚至会影响到邻近服务集BSSs内的无线接入点及站点的网络分配矢量NAV，使其在这段时间内不能交互数据，导致信道利用率降低，***吞吐量下降。
东南大学拥有的专利技术“一种无线局域网TXOP内冗余NAV时长的清除方法”(申请号201210468409.7，授权公开号CN102938909A)中公开了一种无线局域网TXOP内冗余NAV时长的清除方法。该方法有两种方案，方案一：多用户多入多出MU-MIMO(Multi-UserMultiple-Input Multiple-Output,MU-MIMO)传输中，当传输到最后一帧时，通知站点STA目前收到最后一帧，当接收站点判断出当前接收到的帧为最后一帧时后，如果满足清除的网络分配矢量NAV时长值小于主长网络分配矢量NAV和次长网络分配矢量NAV的差值且站点等待一个timeout时间后，即可清除无用时长；方案二，设置检测站点满足清除无用时长的条件下，清除剩余的或者无用的网络分配矢量NAV时长，但被其设置网络分配矢量NAV的关联站点仍需要等待一个timeout时间才能有所动作。该方法虽然可以清除冗余的网络分配矢量NAV时长，有效提高信道利用率，提高***吞吐量，但是，该方法仍然存在的不足之处是，该方法仅仅将最后一帧作为网络分配矢量NAV的截止时刻，并没有优化网络分配矢量NAV的开始时刻。
陈晨,高新波,张素兵等作者在其发表的论文“无线局域网中TXOP动态分配方法”(计算机工程,2010,36(7):11-13.)中提出一种传输机会TXOP动态分配方法。该方法在节点传输前，根据碰撞次数估计碰撞程度和估计得到的网络负载情况调整节点的传输机会TXOP，使不同优先级、不同传输速率的业务获得相应的传输机会TXOP值。该方法虽然在采用不同发送速率的业务间，能保证吞吐量的公平性,并减少分组重传次数，降低了分组传输的平均时延。然而，该方法仍然存在的不足之处是，该方法虽然可以自适应的改变传输机会TXOP时长，但并不适用于IEEE 802.11ax超密集网络部署场景，不能解决交叠业务集站点导致的干扰问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，针对无线局域网中由于频谱重叠以及传输机会TXOP冗余时长无法消除所造成的带宽浪费问题，提出一种无线局域网中传输机会TXOP机制冗余网络分配矢量NAV时长的截短方法，旨在解决无线局域网中多用户多入多出MU-MIMO传输时提高吞吐量以及信道利用率，降低网络时延的问题。
为实现上述目的，本发明针对IEEE 802.11ax网络场景中交叠业务集OBSS站点可以影响基本服务集BSSs内无线接入点以及接收站点的网络分配矢量NAV时长的问题，在载波侦听多路访问/冲突避免CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance,CSMA/CA)机制的基础上，在信令字段中附加参数，进一步截短网络分配矢量NAV时长。
本发明包括如下步骤：
(1)侦听下行链路信道状态：
采用空闲信道评估方法，所有基本服务集中的无线接入点侦听下行链路信道状态，所述的所有基本服务集包含交叠成交叠业务集的基本服务集x和基本服务集y；
(2)判断基本服务集x中的无线接入点侦听的下行链路信道状态是否为空闲，若是，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；
(3)基本服务集x中的无线接入点等待一个分布式帧间间隔之后，执行步骤(5)；
(4)二进制指数退避：
基本服务集x中的无线接入点等待一个分布式帧间间隔之后，基本服务集x中的无线接入点执行二进制指数退避过程，待退避计数器递减为0之后，执行步骤(5)；
(5)下行链路数据交互：
(5a)基本服务集x中的无线接入点在可支持的信道上，向基本服务集x中的接收站点发送请求发送RTS帧之后，基本服务集x中的接收站点，在空闲信道上向基本服务集x中的无线接入点回应准许发送CTS帧；
(5b)基本服务集x中的无线接入点根据IEEE 802.11e协议，确定传输机会TXOP时长，在所确定的传输机会TXOP时长内，基本服务集x中的无线接入点无干扰的向本服务集中的接收站点传输下行链路多用户多入多出数据帧，完成下行链路数据交互；
(6)设置信令字段保留位：
(6a)判断基本服务集x中的接收站点是否位于基本服务集x和基本服务集y的交叠区域内，若是，执行步骤(6b)，否则，执行步骤(6c)；
(6b)将基本服务集x中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为1之后，执行步骤(7)；
(6c)将基本服务集x中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为0之后，执行步骤(8)；
(7)设置交叠业务集站点的网络分配矢量：
(7a)将交叠业务集站点的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点开始在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(7b)将交叠业务集站点的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(8)设置基本服务集x的网络分配矢量：
(8a)将基本服务集x中基本服务集x和基本服务集y构成的交叠业务集以外的接收站点和无线接入点的网络分配矢量的开始时刻，设置为传输机会TXOP的开始时刻；
(8b)将基本服务集x中基本服务集x和基本服务集y构成的交叠业务集以外的接收站点和无线接入点的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点发送无竞争周期结束CF-END帧的时刻；
(9)设置基本服务集y的网络分配矢量：
(9a)将基本服务集y的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点开始在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(9b)将基本服务集y的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(10)在网络分配矢量的开始时刻，判断基本服务集y中的无线接入点是否在发送请求发送RTS帧，若是，执行步骤(11)，否则，执行步骤(12)；
(11)处理冲突：
(11a)基本服务集y中的无线接入点停止发送请求发送RTS帧，等待一个短帧间间隔之后，在网络分配矢量期间，基本服务集x中的无线接入点与接收站点无干扰的进行下行链路多用户多入多出数据帧交互；
(11b)在网络分配矢量的截止时刻，基本服务集y中的无线接入点保持退避指数和冲突之前相同，等待退避计时器递减为0之后，重新竞争信道发送请求发送RTS帧；
(12)判断基本服务集x中的无线接入点是否还有下行链路多用户多入多出数据帧需要传输，若是，则执行步骤(1)，否则执行步骤(13)；
(13)结束。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
第一，由于本发明截短网络分配矢量时，将交叠业务集站点和与基本服务集x有交叠的基本服务集y的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一帧的时刻，将交叠业务集站点和与基本服务集x有交叠的基本服务集y的网络分配矢量的截止时刻设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一帧的时刻，克服了现有技术中仅仅将最后一帧作为网络分配矢量的截止时刻，并没有优化网络分配矢量NAV的开始时刻的不足，使得本发明具有可以进一步截短网络分配矢量，进一步提高信道利用率的优点。
第二，由于本发明用信令字段中的1比特保留位来标识一个站点是否为交叠业务集站点，克服了现有技术中不适用于IEEE 802.11ax超密集网络部署场景，不能解决交叠业务集站点导致的干扰问题的不足，使得本发明具有可以使站点清楚地知道哪些是交叠业务集站点，并据此及时做出正确的对策，减小交叠业务集站点对其他站点的干扰的优点。
附图说明：
图1为本发明的网络场景图；
图2是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。
附图1为本发明的网络场景图，BSS1是一个基本服务集，BSS2是与BSS1构成交叠业务集的基本服务集，STA1、STA2、STA3是BSS1中的接收站点，AP1是BSS1中的无线接入点，STA3、STA4、STA5是BSS2中的接收站点，AP2是BSS2中的无线接入点，STA指的是接收站点，AP指的是无线接入点。STA3位于BSS1与BSS2的交叠业务集OBSS中，是交叠业务集站点，在BSS1中，AP1向STA1～STA3发送下行链路多用户多入多出数据帧，在BSS2中，AP2向STA3～STA5发送下行链路多用户多入多出DL MU-MIMO数据帧。
信道使用情况如下：
BSS1占据80MHz的带宽，支持信道#1、#2、#3、#4，主信道是20MHz的信道#1；BSS2也占据80MHz的带宽，支持信道#1、#2、#3、#4，主信道是20MHz的信道#2。
参照附图2，本发明的具体步骤如下：
步骤1：侦听下行链路信道状态
采用空闲信道评估方法，AP1和AP2侦听下行链路信道状态。
步骤2：判断AP1侦听的下行链路信道状态是否为空闲，若是，执行步骤3，否则，执行步骤4。
步骤3：AP1等待一个分布式帧间间隔之后，执行步骤5。
步骤4：二进制指数退避
AP1等待一个分布式帧间间隔之后，执行二进制指数退避过程，待退避计数器递减为0之后，执行步骤5。
步骤5：下行链路数据交互
AP1在可支持的信道#1、#2、#3、#4上，向STA1、STA2、STA3发送请求发送RTS帧之后，STA1、STA2、STA3在空闲信道上向AP1回应准许发送CTS帧；AP1根据IEEE 802.11e协议，确定传输机会TXOP时长，在所确定的传输机会TXOP时长内，AP1无干扰的向STA1、STA2、STA3传输下行链路多用户多入多出数据帧，完成下行链路数据交互。
步骤6：设置信令字段保留位
判断BSS1中的接收站点是否位于BSS1和BSS2所构成的交叠业务集OBSS内，若是，将BSS1中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为1之后，执行步骤7，否则，将BSS1中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为0之后，执行步骤8。
步骤7：设置交叠业务集站点STA3的网络分配矢量
将STA3的网络分配矢量的开始时刻，设置为AP1开始在信道#2上向STA3发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；将STA3的网络分配矢量的截止时刻，设置为AP1在信道#2上向STA3发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻。
步骤8：设置BSS1的网络分配矢量
将STA1、STA2和AP1的网络分配矢量的开始时刻，设置为传输机会TXOP的开始时刻；将STA1、STA2和AP1的网络分配矢量的截止时刻，设置为AP1发送无竞争周期结束CF-END帧的时刻。
步骤9：设置BSS2网络分配矢量
将BSS2的网络分配矢量的开始时刻，设置为AP1开始在信道#2上向STA3发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；将BSS2的网络分配矢量的截止时刻，设置为AP1在信道#2上向STA3发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻。
步骤10：在网络分配矢量的开始时刻，判断AP2是否在发送请求发送RTS帧，若是，执行步骤11，否则，执行步骤12。
步骤11：处理冲突
AP2停止发送请求发送RTS帧，等待一个短帧间间隔之后，在网络分配矢量NAV期间，AP1与STA1、STA2、STA3无干扰的进行下行链路多用户多入多出数据帧交互；在网络分配矢量的NAV的截止时刻，AP2保持退避指数和冲突之前相同，等待退避计时器递减为0之后，重新竞争信道发送请求发送RTS帧
步骤12：判断AP1是否还有下行链路多用户多入多出数据帧需要传输，若是，则执行步骤1，否则执行步骤13。
步骤13：结束。

Claims (2)

1.一种无线局域网中TXOP机制冗余NAV的截短方法，其特征是，根据接收站点与基本服务集的关系设置信令字段保留位，根据基本服务集x中的无线接入点开始在基本服务集y的主信道上，向交叠业务集站点发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻和最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻，设置交叠业务集站点的网络分配矢量；该方法的步骤包括如下：
(1)侦听下行链路信道状态：
采用空闲信道评估方法，所有基本服务集中的无线接入点侦听下行链路信道状态，所述的所有基本服务集包含交叠成交叠业务集的基本服务集x和基本服务集y；
(2)判断基本服务集x中的无线接入点侦听的下行链路信道状态是否为空闲，若是，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；
(3)基本服务集x中的无线接入点等待一个分布式帧间间隔之后，执行步骤(5)；
(4)二进制指数退避：
基本服务集x中的无线接入点等待一个分布式帧间间隔之后，基本服务集x中的无线接入点执行二进制指数退避过程，待退避计数器递减为0之后，执行步骤(5)；
(5)下行链路数据交互：
(5a)基本服务集x中的无线接入点在可支持的信道上，向基本服务集x中的接收站点发送请求发送RTS帧之后，基本服务集x中的接收站点，在空闲信道上向基本服务集x中的无线接入点回应准许发送CTS帧；
(5b)基本服务集x中的无线接入点根据IEEE 802.11e协议，确定传输机会TXOP时长，在所确定的传输机会TXOP时长内，基本服务集x中的无线接入点无干扰的向本服务集中的接收站点传输下行链路多用户多入多出数据帧，完成下行链路数据交互；
(6)设置信令字段保留位：
(6a)判断基本服务集x中的接收站点是否位于基本服务集x和基本服务集y的交叠区域内，若是，执行步骤(6b)，否则，执行步骤(6c)；
(6b)将基本服务集x中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为1之后，执行步骤(7)；
(6c)将基本服务集x中的接收站点所发送数据帧的信令字段的1比特保留位设置为0之后，执行步骤(8)；
(7)设置交叠业务集站点的网络分配矢量：
(7a)将交叠业务集站点的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点开始在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(7b)将交叠业务集站点的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(8)设置基本服务集x的网络分配矢量：
(8a)将基本服务集x中基本服务集x和基本服务集y构成的交叠业务集以外的接收站点和无线接入点的网络分配矢量的开始时刻，设置为传输机会TXOP的开始时刻；
(8b)将基本服务集x中基本服务集x和基本服务集y构成的交叠业务集以外的接收站点和无线接入点的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点发送无竞争周期结束CF-END帧的时刻；
(9)设置基本服务集y的网络分配矢量：
(9a)将基本服务集y的网络分配矢量的开始时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点开始在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送第一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(9b)将基本服务集y的网络分配矢量的截止时刻，设置为基本服务集x中的无线接入点在基本服务集y的主信道上向交叠业务集站点发送完最后一个下行链路多用户多入多出数据帧的时刻；
(10)在网络分配矢量的开始时刻，判断基本服务集y中的无线接入点是否在发送请求发送RTS帧，若是，执行步骤(11)，否则，执行步骤(12)；
(11)处理冲突：
(11a)基本服务集y中的无线接入点停止发送请求发送RTS帧，等待一个短帧间间隔之后，在网络分配矢量期间，基本服务集x中的无线接入点与接收站点无干扰的进行下行链路多用户多入多出数据帧交互；
(11b)在网络分配矢量的截止时刻，基本服务集y中的无线接入点保持退避指数和冲突之前相同，等待退避计时器递减为0之后，重新竞争信道发送请求发送RTS帧；
(12)判断基本服务集x中的无线接入点是否还有下行链路多用户多入多出数据帧需要传输，若是，则执行步骤(1)，否则执行步骤(13)；
(13)结束。
2.根据权利要求1所述的无线局域网中TXOP机制冗余NAV的截短方法，其特征在于，步骤(1)中所述的空闲信道评估方法，包括如下步骤：
第1步，在直接序列物理层中，无线接入点开启一个3.65ms的定时器，所述的3.65ms是指用5.5Mps传输速率传输一个最大可能帧所需的时间；
第2步，在定时器计时期间，无线接入点持续侦听下行链路信道上的信号；
第3步，在定时器计时期间，在下行链路信道上，如果无线接入点侦听到的信号为直接序列扩频DSSS信号或强度超过信号能量阈值ED的非直接序列扩频信号，则执行第4步；否则，执行第5步；
第4步，无线接入点认为下行链路信道处于繁忙状态，继续侦听下行链路信道上的信号；
第5步，无线接入点认为下行链路信道处于空闲状态，在下行链路信道上发送下行链路多用户多入多出数据帧。
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