PL225712B1 - Method for transmitting and receiving frames with data and electronic wireless device for transmitting and receiving frames - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób transmisji i odbioru ramek z danymi i elektroniczne urządzenie bezprzewodowe do transmisji i odbioru ramek działające w pierwszej i drugiej warstwie modelu warstwowego OSI/ISO (ISO/IEC 7498-1:1994), wykorzystujące zsynchronizowany mechanizm backoff. Znajduje ono zastosowanie w bezprzewodowych sieciach lokalnych, w przypadku których urządzenie to musi rywalizować z pozostałymi urządzeniami występującymi w sieci o dostęp do kanału radiowego. W dostępie do kanału radiowego urządzenie będące przedmiotem wynalazku wykorzystuje pewne wspólne elementy z urządzeniami zgodnymi ze standardem IEEE 802.11 (IEEE Std. 802.11-2012, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, Marzec 2012). Są to: tryb wysyłanych ramek z danymi, potwierdzenia poprawnie odebranych ramek, nasłuch kanału radiowego przed rozpoczęciem transmisji, mechanizm backoff oraz dwa rodzaje odstępów międzyramkowych (dłuższy DIFS oraz krótszy SIFS).The present invention relates to a method for transmitting and receiving data frames and a wireless electronic device for transmitting and receiving frames operating in the first and second layers of the OSI / ISO layered model (ISO / IEC 7498-1: 1994) using a synchronized backoff mechanism. It is used in wireless local networks, where this device has to compete with other devices in the network for access to the radio channel. In accessing the radio channel, the inventive device uses some common elements with devices compliant with the IEEE 802.11 standard (IEEE Std. 802.11-2012, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-) Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, March 2012). These are: the mode of sending frames with data, acknowledgment of correctly received frames, listening to the radio channel before starting the transmission, backoff mechanism and two types of interframe spacing (longer DIFS and shorter SIFS).

Pod pojęciem DIFS (ang. Distributed Inter-Frame Space) rozumiany jest okres międzyramkowy zdefiniowany w standardzie IEEE 802.11.The term DIFS (Distributed Inter-Frame Space) is understood as the interframe period defined in the IEEE 802.11 standard.

Pod pojęciem SIFS (ang. Short Inter-Frame Space) rozumiany jest najkrótszy okres międzyramkowy zdefiniowany w standardzie IEEE 802.11.The term SIFS (Short Inter-Frame Space) is understood as the shortest inter-frame period defined in the IEEE 802.11 standard.

Znany jest z literatury (IEEE Std. 802.11-2012, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, Marzec 2012) mechanizm backoff wykorzystywany przez funkcję dostępu do kanału radiowego DCF (Distributed Coordination Function) w lokalnych sieciach bezprzewodowych, pozwalający na zmniejszenie liczby kolizji występujących w sieci. Standardowy mechanizm backoff polega na wybieraniu w sposób losowy wartości licznika backoff z pewnego deterministycznego przedziału w następujący sposób:He is known from literature (IEEE Std. 802.11-2012, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY Specifications, March 2012) a backoff mechanism used by the DCF (Distributed Coordination Function) radio channel access function in local wireless networks, allowing to reduce the number of collisions occurring in the network. The standard backoff mechanism is to randomly select the value of the backoff counter from some deterministic interval as follows:

backoff = random[0,min(2^k(CW_min+1)-1,CW_max)] gdzie k oznacza liczbę kolizji, w których uczestniczyło dane urządzenie bezprzewodowe przy próbie transmisji pojedynczej ramki danych, a zmienne CW_min oraz CW_max oznaczają odpowiednio minimalną oraz maksymalną wartość parametru okna współzawodnictwa CW (Contention Window), która wyznacza aktualny górny limit przedziału, z którego losowana jest wartość licznika backoff.backoff = random [0, min (2 ^k (CW _min +1) -1, CW _max )] where k is the number of collisions in which a given wireless device participated in an attempt to transmit a single data frame, and the variables CW _min and CW _max denote the minimum and maximum value of the CW (Contention Window) parameter, respectively, which determines the current upper limit of the range from which the value of the backoff counter is drawn.

Znane są modyfikacje mechanizmu backoff mające na celu zwiększenie wydajności (tj. zmniejszenie prawdopodobieństwa kolizji). Mechanizmy wyboru backoff zawarte w publikacjach Y. He, R. Yuan, J. Sun, W. Gong, Semi-Random : Towards Resource Reservation for Channel Access in Wireless LANs, In Proc. 17th IEEE International Conference on Network Protocols, ICNP 2009, pages 21-30, Beijing, Chiny, 2004 oraz Y. He, X. Ma, Deterministic : Toward Efficient Polling for IEEE 802.11e HCCA in Wireless Home Networks, IEEE Transactions on Mobile Computing, pages 1726-1740, vol. 10, no. 12, 2011 wykorzystują synchronizację w celu dokonania pseudo-rezerwacji zasobów w kanale. W publikacji Y. Kim, „Analysis of the back-off mechanism and enhancing fairness in IEEE 802.11 ad-hoc networks, Ph.D. dissertation, Department of Electrical Engineering and Computer Science, College of Engineering, Seoul National University, grudzień 2008 urządzenia bezprzewodowe wymieniają się informacją o wymaganiach przepustowościowych. Na podstawie tej informacji, wszystkie urządzenia bezprzewodowe ustawiają odpowiednio te same wartości parametrów CW_min i CW_max. W pracach Y. Kim, „Analysis of the back-off mechanism and enhancing fairness in IEEE 802.11 ad-hoc networks, Ph.D. dissertation, Department of Electrical Engineering and Computer Science, College of Engineering, Seoul National University, grudzień 2008 oraz J. Choi, J. Yoo, S. Choi, and C. Kim, EBA: An Enhancement of the IEEE 802.11 DCF via Distributed Reservation, IEEE Transactions on Mobile Computing, pages 378-390, vol. 4, no. 4, 2005 zaproponowano mechanizmy, w którym urządzenia bezprzewodowe informują się wzajemnie w sposób bezpośredni o wybranych przez nie wartościach licznika backoff.Modifications to the backoff mechanism are known to increase performance (i.e. reduce the probability of collisions). Backoff selection mechanisms included in publications by Y. He, R. Yuan, J. Sun, W. Gong, Semi-Random: Towards Resource Reservation for Channel Access in Wireless LANs, In Proc. 17th IEEE International Conference on Network Protocols, ICNP 2009, pages 21-30, Beijing, China, 2004 and Y. He, X. Ma, Deterministic: Toward Efficient Polling for IEEE 802.11e HCCA in Wireless Home Networks, IEEE Transactions on Mobile Computing, pages 1726-1740, vol. 10, no . 12, 2011 use timing to pseudo-reserve resources on the channel. In Y. Kim, "Analysis of the back-off mechanism and enhancing fairness in IEEE 802.11 ad-hoc networks, Ph.D. dissertation, Department of Electrical Engineering and Computer Science, College of Engineering, Seoul National University, December 2008, wireless devices exchange information on bandwidth requirements. Based on this information, all wireless devices set the parameters CW _min and CW _{max to the same respectively} . In the work of Y. Kim, "Analysis of the back-off mechanism and enhancing fairness in IEEE 802.11 ad-hoc networks, Ph.D. dissertation, Department of Electrical Engineering and Computer Science, College of Engineering, Seoul National University, December 2008 and J. Choi, J. Yoo, S. Choi, and C. Kim, EBA: An Enhancement of the IEEE 802.11 DCF via Distributed Reservation , IEEE Transactions on Mobile Computing, pages 378-390, vol. 4, no. 4, 2005, mechanisms have been proposed in which wireless devices inform each other directly about their selected backoff values.

Znane też są z literatury, np. z Y. Xiao, F. H. Li, K. Wu, K. K. Leung, Q. Ni, On Optimizing Counter Reservation and Classifying Stations for the IEEE 802.11 Distributed Wireless LANs, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 17, no. 7, 2006, sygnały zajętości (ang. busy tones) będące falami sinusoidalnymi o określonej częstotliwości nadawanymi przez jedno lub wieleThey are also known from the literature, e.g. from Y. Xiao, FH Li, K. Wu, KK Leung, Q. Ni, On Optimizing Counter Reservation and Classifying Stations for the IEEE 802.11 Distributed Wireless LANs, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 17, no. 7, 2006, busy tones, which are sine waves with a specific frequency, transmitted by one or more

PL 225 712 B1 urządzeń. Takie sygnały używane są w literaturze na przykład jako mechanizm sygnalizacji pozapasmowej jak opisano w Z.J. Haas, J. Deng, Dual busy tone multiple access (DBTMA) - a multiple access control scheme for ad hoc networks, IEEE Transactions on Communications, vol. 50, no. 6, pp. 975-985, Jun 2002 albo w celu nadawania priorytetów kategoriom ruchu jak opisano w M. Natkaniec, A.R. Pach, PUMA - a new channel access protocol for wireless LANs, Wireless Personal Multimedia Communications, 2002. The 5th International Symposium on, vol.3, no., pp. 1351-1355 vol.3, 27-30 October 2002.Devices. Such signals are used in the literature, for example, as an out-of-band signaling mechanism as described in Z.J. Haas, J. Deng, Dual busy tone multiple access (DBTMA) - a multiple access control scheme for ad hoc networks, IEEE Transactions on Communications, vol. 50, no. 6, pp. 975-985, Jun 2002 or to prioritize traffic categories as described in M. Natkujec, A.R. Pach, PUMA - a new channel access protocol for wireless LANs, Wireless Personal Multimedia Communications, 2002. The 5th International Symposium on, vol.3, no., Pp. 1351-1355 vol. 3, 27-30 October 2002.

Dotychczas jednak żadna propozycja nie wykorzystywała jednocześnie trzech mechanizmów stanowiących podstawę działania urządzenia będącego przedmiotem niniejszego zgłoszenia: rozgłaszania wartości okna współzawodnictwa, synchronizacji wartości okna współzawodnictwa oraz użycia sygnałów zajętości jako mechanizmu sygnalizacji wewnątrzpasmowej.Hitherto, however, no proposal has simultaneously used the three mechanisms underlying the operation of the device of the present application: the broadcast of the competition window value, the synchronization of the competition window value, and the use of busy signals as an in-band signaling mechanism.

Urządzenie bezprzewodowe według wynalazku wykorzystuje zsynchronizowany mechanizm backoff, w którym prawdopodobieństwo dostępu do kanału radiowego jest uzależnione od liczby usłyszanych sygnałów zajętości.The wireless device of the present invention uses a synchronized backoff mechanism where the probability of accessing the radio channel is dependent on the number of busy signals heard.

W standardowym podejściu wartość okna współzawodnictwa w mechanizmie backoff nie jest zsynchronizowana. Każde urządzenie bezprzewodowe indywidualnie aktualizuje wartość swojego okna współzawodnictwa. Prowadzi to do niesprawiedliwego oraz nieefektywnego wykorzystania kanału radiowego.In the standard approach, the competition window value in the backoff mechanism is out of sync. Each wireless device individually updates its competition window value. This leads to unfair and ineffective use of the radio channel.

Istotą wynalazku jest elektroniczne urządzenie bezprzewodowe, które realizuje zsynchronizowany mechanizm backoff. Przedstawiony poniżej mechanizm jest stosowany kolejno dla każdej ramki z danymi przychodzącej do bufora urządzenia bezprzewodowego. Bufor urządzenia bezprzewodowego działa zgodnie z regułą kolejkowania FIFO (First-In First-Out). W celu realizacji transmisji ramki z danymi, z kolejki pobierana jest tylko jedna, pierwsza w kolejności ramka, a wszystkie pozostałe ramki czekają do momentu zakończenia procedury obsługi pobranej ramki.The essence of the invention is an electronic wireless device that implements a synchronized backoff mechanism. The following mechanism is used sequentially for each data frame arriving in the buffer of the wireless device. The cache of the wireless device follows the FIFO (First-In First-Out) queuing rule. In order to transmit a data frame, only one, first frame is retrieved from the queue, and all the remaining frames wait until the received frame handler is completed.

Jeżeli urządzenie bezprzewodowe po raz pierwszy próbuje nadać daną ramkę z danymi to czeka, aż kanał radiowy będzie wolny przez odstęp czasowy DIFS. Następnie nasłuchuje kanał radiowy przez odstęp czasowy SIFS.If the wireless device tries to transmit a given data frame for the first time, it waits for the radio channel to be free for the DIFS interval. Then it listens to the radio channel through the SIFS.

• Jeżeli w trakcie trwania odstępu czasowego SIFS urządzenie bezprzewodowe nie usłyszy żadnego sygnału zajętości to wybiera okno współzawodnictwa z zakresu backoff = random[0,CWmin] (1) i rozpoczyna jego odliczanie. Odliczony wcześniej odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia pierwszej szczeliny z okna współzawodnictwa.• If, during the SIFS, the wireless device does not hear any busy signal, it selects a competition window from the range backoff = random [0, CWmin] (1) and starts its countdown. The previously deducted SIFS is included in the time needed to deduct the first slot from the competition window.

• Jeżeli w trakcie trwania odstępu czasowego SIFS urządzenie bezprzewodowe usłyszy choć jeden sygnał zajętości, to rozpoczyna procedurę zliczania liczby sygnałów zajętości (l_BT, przy czym każdy sygnał zajętości trwa jedną szczelinę czasową), a następnie po tym jak kanał radiowy będzie wolny przez odstęp czasowy SIFS, wybiera okno współzawodnictwa z zakresu backoff = random[0,2 ^lBT(CWmin+1)-1] (2) i rozpoczyna jego odliczanie. Pierwszy odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do rozpoznania pierwszego sygnału zajętości. Drugi odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia pierwszej szczeliny z okna współzawodnictwa.• If during the SIFS time interval the wireless device hears at least one busy signal, it starts the procedure of counting the number of busy signals (l _BT , where each busy signal lasts one time slot), and then after the radio channel is free for the time interval SIFS, selects the competition window from the range backoff = random [0.2 ^lBT (CWmin + 1) -1] (2) and starts the countdown. The first counted SIFS time interval is included in the time needed to recognize the first busy signal. The second deducted SIFS is included in the time needed to deduct the first slot from the competition window.

Jeżeli urządzenie bezprzewodowe po raz kolejny próbuje nadać tę samą ramkę z danymi (pr ocedura retransmisji), to oznacza, że uczestniczyło wcześniej w kolizji z innym urządzeniem bezprzewodowym i po zakończeniu odstępu czasowego DIFS nadaje sygnały zajętości równe liczbie kolizji, w których kolejno brało udział, a następnie sprawdza stan kanału radiowego.If the wireless device tries to send the same data frame again (retransmission procedure), it means that it has previously participated in a collision with another wireless device and, after the end of the time interval, the DIFS transmits busy signals equal to the number of collisions in which it participated in turn, and then checks the status of the radio channel.

• Jeżeli urządzenie bezprzewodowe nie usłyszy żadnego sygnału zajętości przez odstęp czasowy SIFS to wybiera okno współzawodnictwa z zakresu backoff = random[0,min(2^k(CWmin+1)-1,CWmax)] (3) gdzie k oznacza liczbę kolizji związanych z aktualną transmisją ramki z danymi i rozpoczyna jego odliczanie zaraz po nadaniu swoich sygnałów zajętości. Odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia pierwszej szczeliny z okna współzawodnictwa.• If the wireless device does not hear any busy signal through the SIFS, it selects the competition window in the range backoff = random [0, min (2 ^k (CWmin + 1) -1, CWmax)] (3) where k is the number of collisions associated with current transmission of the data frame and starts its countdown as soon as it transmits its busy signals. The deducted SIFS is included in the time needed to deduct the first slot from the competition window.

PL 225 712 B1 • Jeżeli urządzenie bezprzewodowe usłyszy przynajmniej jeden sygnał zajętości w trakcie trwania odstępu czasowego SIFS, to rozpoczyna procedurę zliczania liczby sygnałów zajętości (I_UBT), a następnie po tym jak kanał radiowy będzie już wolny przez odstęp czasowy SIFS, wybiera okno współzawodnictwa z zakresu backoff = random[0,min(2 ^k+1UBT (CWmin+1)-1,CWmax)] (4 ) i rozpoczyna jego odliczanie. Odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia pierwszej szczeliny z okna współzawodnictwa.If the wireless device hears at least one busy signal during the SIFS duration, it starts the busy signal count (I _UBT ) procedure, then after the radio channel is free for the SIFS, it selects the competition window. from the range of backoff = random [0, min ( ^{2k + 1UBT} (CWmin + 1) -1, CWmax)] (4) and starts its countdown. The deducted SIFS is included in the time needed to deduct the first slot from the competition window.

Odliczanie szczelin czasowych licznika backoff trwa dopóki kanał radiowy jest wolny. Jeżeli urządzenie bezprzewodowe skończyło odliczać wybrane szczeliny to rozpoczyna nadawanie ramki z danymi. Jeżeli stan kanału radiowego zmienił się na zajęty, a urządzenie bezprzewodowe nie skończyło odliczać wybranej wartości backoff, to zatrzymuje odliczanie szczelin czasowych swojego licznika backoff i czeka, aż kanał radiowy znów będzie wolny przez odstęp czasowy DIFS. Następnie nasłuchuje kanał radiowy przez odstęp czasowy SIFS.The countdown of the backoff time slots continues as long as the radio channel is free. If the wireless device has finished counting the selected slots, it starts transmitting the data frame. If the state of the radio channel has become busy and the wireless device has not finished the selected backoff value, it stops counting its backoff timer and waits for the radio channel to be free again by the DIFS interval. Then it listens to the radio channel through the SIFS.

• Jeżeli w trakcie trwania odstępu czasowego SIFS urządzenie bezprzewodowe nie usłyszy żadnego sygnału zajętości to kontynuuje odliczanie szczelin czasowych swojego licznika backoff. Odliczony wcześniej odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia kolejnej szczeliny z okna współzawodnictwa.• If the wireless device does not hear any busy tone during the SIFS, it continues counting the time slots of its backoff timer. The previously deducted SIFS is included in the time needed to count the next slot from the competition window.

• Jeżeli w trakcie trwania odstępu czasowego SIFS urządzenie bezprzewodowe usłyszy choć jeden sygnał zajętości to czeka aż kanał radiowy znów będzie wolny przez odstęp czasowy SIFS. Po tym jak kanał radiowy będzie wolny przez cały odstęp czasowy SIFS, urządzenie kontynuuje odliczanie szczelin czasowych swojego licznika backoff. Pierwszy odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do rozpoznania pierwszego sygnału zajętości. Drugi odliczony odstęp czasowy SIFS wliczany jest w czas potrzebny do odliczenia kolejnej szczeliny z okna współzawodnictwa.• If, during the SIFS interval, the wireless device hears at least one busy signal, it waits for the radio channel to be free again for the SIFS interval. After the radio channel is free for the entire SIFS time slot, the device continues to count the time slots of its backoff counter. The first counted SIFS time interval is included in the time needed to recognize the first busy signal. The second deducted SIFS is included in the time needed to count the next slot from the competition window.

Jeżeli urządzenie bezprzewodowe prawidłowo wysłało swoją ramkę z danymi, ale po odczekaniu odstępu czasowego SIFS nie rozpoczęło procedury odbioru ramki z potwierdzeniem od urządzenia, do którego wysyłało ramkę z danymi, oznacza to, że wystąpiła kolizja i uruchamiana jest procedura retransmisji danej ramki z danymi.If the wireless device correctly sent its data frame, but after waiting the SIFS time interval, it did not start the acknowledgment frame reception procedure from the device to which it sent the data frame, a collision has occurred and the retransmission procedure of the given data frame is started.

Jeżeli urządzenie bezprzewodowe prawidłowo przesłało swoją ramkę z danymi i poprawnie odebrało ramkę z potwierdzeniem od urządzenia, do którego wysyłało ramkę z danymi, to następuje koniec obsługi danej ramki i urządzenie może rozpocząć obsługę kolejnej ramki znajdującej się w buforze urządzenia.If the wireless device correctly sent its data frame and correctly received the acknowledgment frame from the device to which it sent the data frame, the handling of the given frame is ended and the device may start handling the next frame in the device buffer.

Zatem urządzenie bezprzewodowe wybiera licznik backoff z deterministycznego przedziału, który obliczany jest na podstawie aktualnych wartości okien współzawodnictwa oraz liczby sygnałów zajętości usłyszanych przez to urządzenie bezprzewodowe przy próbie dostępu do kanału radiowego. Liczba usłyszanych sygnałów zajętości jest wprost proporcjonalna do liczby kolizji, w jakich uczestniczyły pozostałe urządzenia bezprzewodowe.Thus, the wireless device selects a backoff from a deterministic interval that is calculated based on the current competition window values and the number of busy signals heard by the wireless device when attempting to access the radio channel. The number of busy signals heard is directly proportional to the number of collisions in which other wireless devices participated.

Zgodnie z wynalazkiem sposób transmisji i odbioru ramek z danymi przez zbiór elektronicznych urządzeń bezprzewodowych pozostających we wspólnym zasięgu i korzystających ze wspólnego kanału radiowego, w którym w celu rozpoczęcia transmisji źródłowe urządzenie bezprzewodowe sprawdza zajętość kanału radiowego przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS. Jeżeli kanał radiowy był wolny przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS, to źródłowe urządzenie sprawdza czy w kanale radiowym słyszany jest ton zajętości. Jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe słyszy ton zajętości, przechodzi się do bloku po sygnale zajętości PBSZ. Jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe nie słyszy tonu zajętości albo kiedy źródłowe urządzenie bezprzewodowe zakończyło nasłuchiwanie tonu zajętości przechodzi się do bloku procedury backoff BPB. Po zakończeniu procedury backoff BPB źródłowe urządzenie bezprzewodowe sprawdza czy procedura odliczania licznika backoff zakończyła się sukcesem. Jeżeli procedura odliczania licznika backoff nie została zakończona sukcesem to źródłowe urządzenie bezprzewodowe sprawdza zajętość kanału radiowego przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS. Jeżeli procedura odliczania licznika backoff zakończyła się sukcesem, źródłowe urządzenie bezprzewodowe nadaje ramkę z danymi i oczekuje przez okres czasu SIFS i kolejno sprawdza czy po czasie SIFS rozpoczęła się procedura odbioru ramki z potwierdzeniem oraz czy poprawnie otrzymało ramkę z potwierdzeniem od bezprzewodowego urządzenia przeznaczenia. Jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe otrzymało ramkę z potwierdzeniem od bezprzewodowego urządzenia przeznaczenia, kończy się procedurę transmisjiAccording to the invention, a method for transmitting and receiving data frames by a plurality of electronic wireless devices that are in common range and use a common radio channel, in which the wireless source device checks the radio channel occupation for a time period equal to the sum of the DIFS and SIFS times to initiate transmission. If the radio channel has been free for a period of time equal to the sum of the DIFS and SIFS times, the source device checks whether a busy tone is heard on the radio channel. If the wireless source device hears the busy tone, it proceeds to the block after the PBSZ busy tone. If the source wireless device does not hear a busy tone, or when the source wireless device has finished listening for a busy tone, it proceeds to the BPB backoff. After the BPB has completed the backoff procedure, the source wireless device checks whether the backoff countdown procedure was successful. If the backoff countdown procedure is not successful, the wireless source device checks the radio channel for occupation for a period of time equal to the sum of the DIFS and SIFS times. If the backoff countdown is successful, the source wireless device transmits the data frame and waits for a SIFS period, and sequentially checks if the SIFS acknowledgment frame has started after the SIFS timeout and has correctly received the acknowledgment frame from the wireless destination device. If the source wireless device has received an acknowledgment frame from the wireless destination device, it completes the transmission procedure

PL 225 712 B1 ramki, a w przypadku braku poprawnego potwierdzenia przechodzi się do bloku po kolizji BPK, a następnie ponownie źródłowe urządzenie sprawdza czy w kanale radiowym słyszany jest ton zajętości.After the BPK collision, the source device checks if the busy tone is heard on the radio channel again.

Przedmiotem wynalazku jest również elektroniczne urządzenie bezprzewodowe do transmisji i odbioru ramek oraz tonów zajętości składające się z układu antenowego połączonego z zespołem nadawczo-odbiorczym i układem sterowania dostępem do kanału radiowego zawierającym blok po sygnale zajętości połączony z blokiem po kolizji i blokiem procedury backoff.The invention also relates to an electronic wireless device for transmitting and receiving frames and busy tones consisting of an antenna array coupled to a transceiver and a radio channel access control circuit including a post-busy block coupled to a post-collision block and a backoff block.

Korzystnie w elektronicznym urządzeniu bezprzewodowym blok po sygnale zajętości służy do zliczania szczelin czasowych zajętych przez transmisje sygnałów zajętości wysyłanych przez urządzenia bezprzewodowe uczestniczące w procedurze backoff.Preferably, in an electronic wireless device, a block after the busy signal is used to count the time slots occupied by transmissions of busy signals sent by wireless devices participating in the backoff.

Korzystnie w elektronicznym urządzeniu bezprzewodowym blok po kolizji steruje nadawaniem sygnałów zajętości, których liczba jest równa liczbie kolizji, w jakich źródłowe urządzenie bezprzewodowe brało udział.Preferably, in the wireless electronic device, the post-collision block controls the transmission of busy signals equal to the number of collisions that the source wireless device has been involved in.

Korzystnie w elektronicznym urządzeniu bezprzewodowym blok procedury backoff służy do uruchamiania procedury backoff, sprawdzania czy procedura backoff została wcześniej uruchomiona, losowania początkowych wartości licznika backoff oraz odliczania licznika backoff.Preferably, in the wireless electronic device, the backoff block is used to start the backoff procedure, check whether the backoff procedure has been started beforehand, draw the initial backoff counter values, and count the backoff timer.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 - przedstawia procedurę transmisji przykładowej ramki z danymi przez urządzenie bezprzewodowe; fig. 2 - blok po sygnale zajętości; fig. 3 - blok po kolizji; fig. 4 - blok procedury backoff;The invention is illustrated in an embodiment in which Fig. 1 shows a procedure for transmitting an exemplary data frame by a wireless device; Fig. 2 shows the block after the busy signal; Fig. 3 shows the block after the collision; Fig. 4 is a backoff block;

fig. 5 - przedstawia zbiór elektronicznych urządzeń bezprzewodowych pozostających we wspólnym zasięgu i korzystających ze wspólnego kanału radiowego z przykładową wymianą ramek danych i potwierdzeń;Fig. 5 is a representation of a plurality of electronic wireless devices in common range and using a common radio channel with exemplary exchange of data frames and acknowledgments;

fig. 6 - przedstawia schemat blokowy urządzenia bezprzewodowego według wynalazku. Wynalazek przybliżono na przykładzie pokazanym na fig. 1, która przedstawia sposób transmisji przykładowej ramki z danymi przez urządzenie bezprzewodowe. Sposób ten jest wykonywany osobno dla każdej ramki z danymi znajdującej się w buforze urządzenia bezprzewodowego. Najpierw uruchamiana jest procedura A, która, w celu rozpoczęcia transmisji, sprawdza zajętość kanału radiowego. Procedura ta trwa dopóki kanał radiowy nie będzie wolny przez okres będący sumą czasów DIFS oraz SIFS. Następnie dokonywane jest sprawdzenie B, czy urządzenie słyszy ton zajętości. Jeśli tak, następuje przejście do bloku po sygnale zajętości (PBSZ) C. Jeżeli urządzenie bezprzewodowe nie usłyszało sygnału zajętości lub jeśli została zakończona procedura C, następuje przejście do bloku procedury backoff (BPB) D. Po zakończeniu procedury D, dokonywane jest sprawdzenie E czy procedura odliczania licznika backoff została zakończona sukcesem. Jeżeli nie została zakończona sukcesem, uruchamiana jest ponownie procedura A. Jeżeli została zakończona sukcesem, urządzenie bezprzewodowe nadaje ramkę z danymi oraz czeka czas SIFS (procedura F). Następnie dokonywane jest sprawdzenie G, czy po odczekaniu odstępu czasowego SIFS rozpoczęła się procedura odbioru ramki z potwierdzeniem i czy urządzenie bezprzewodowe poprawnie otrzymało ramkę z potwierdzeniem. Jeżeli nie otrzymano poprawnego potwierdzenia, następuje przejście do bloku po kolizji (BPK) H, po której następuje powrót do sprawdzenia B. Jeżeli otrzymano potwierdzenie, następuje koniec procedury transmisji ramki z danymi.Figure 6 is a schematic block diagram of a wireless device according to the present invention. The invention is further illustrated in Fig. 1, which illustrates a method for transmitting an exemplary data frame over a wireless device. The method is performed separately for each data frame in the buffer of the wireless device. First, procedure A is started which checks the radio channel for occupation in order to start transmission. This procedure continues until the radio channel is free for a period which is the sum of the DIFS and SIFS times. Then a B check is made to see if the device hears a busy tone. If so, it goes to the block after the busy tone (PBSZ) C. If the wireless device did not hear the busy tone or if procedure C was completed, it goes to the backoff (BPB) D block. the backoff countdown procedure has been completed successfully. If it was not completed successfully, procedure A is restarted. If it was successful, the wireless device transmits the data frame and waits the SIFS time (procedure F). Then a check is made whether, after waiting the SIFS time interval, the acknowledgment frame reception procedure has started and whether the wireless device has correctly received the acknowledgment frame. If no correct acknowledgment is received, a transition to the block after collision (BPK) H is followed, followed by a return to check B. If an acknowledgment is received, the data frame transmission procedure is ended.

Elektroniczne urządzenie bezprzewodowe do transmisji i odbioru ramek oraz tonów zajętości według wynalazku przedstawione zostało na fig. 6. Składa się z układu antenowego 4 połączonego z zespołem nadawczo-odbiorczym 5 stanowiącym część warstwy fizycznej. Zespół 5 połączony jest z układem sterowania dostępem do kanału radiowego 6 zrealizowanym jako część warstwy łącza danych oraz pozostałe funkcje określone w ramach warstwowego modelu OSI/ISO.The wireless electronic device for transmitting and receiving frames and busy tones according to the invention is shown in Fig. 6. It consists of an antenna system 4 connected to a transceiver 5 that forms part of a physical layer. The assembly 5 is connected to a radio channel access control system 6 implemented as part of the data link layer and other functions defined in the OSI / ISO layered model.

Blok po sygnale zajętości (BPSZ), przedstawiony na fig. 2, jest odpowiedzialny za zliczanie szczelin czasowych zajętych przez transmisje sygnałów zajętości wysyłanych przez urządzenia bezprzewodowe uczestniczące w procedurze backoff.The post-busy block (BPSZ) shown in Fig. 2 is responsible for counting the time slots occupied by the transmissions of busy signals sent by wireless devices participating in the backoff procedure.

Blok po kolizji (BPK), przedstawiony na fig. 3, jest odpowiedzialny za nadawanie sygnałów zajętości równych liczbie kolizji, w jakich dane urządzenie bezprzewodowe brało udział. Przed transmisją tonów zajętości BPK odczekuje czas równy DIFS. Po transmisji tonów zajętości BPK odczekuje czas równy SIFS, w celu sprawdzenia czy inne urządzenie bezprzewodowe nie wysłało większej liczby tonów zajętości.The Block Post-Collision (BPK) shown in Figure 3 is responsible for transmitting busy signals equal to the number of collisions that the wireless device has been involved in. Before transmitting busy tones, BPK waits a time equal to DIFS. After transmitting the busy tones, BPK waits the time equal to SIFS in order to check whether another wireless device has sent a larger number of busy tones.

PL 225 712 B1PL 225 712 B1

Blok procedury backoff (BPB), przedstawiony na fig. 4, jest odpowiedzialny za uruchamianie procedury backoff, sprawdzanie czy procedura backoff została wcześniej uruchomiona, losowanie początkowych wartości licznika backoff oraz odliczanie licznika backoff, szczelina po szczelinie, w przypadku, kiedy kanał radiowy jest wolny.The backoff block (BPB) shown in Fig. 4 is responsible for starting the backoff procedure, checking if the backoff procedure has been started beforehand, the randomization of the initial backoff counter values and the countdown of the backoff counter, slot by slot, in case the radio channel is free .

Niniejszy wynalazek znajduje zastosowanie w lokalnych sieciach bezprzewodowych, ponieważ zastosowanie takich urządzeń zmniejsza liczbę kolizji w nich występujących, a tym samym zapewnia lepsze wykorzystanie bezprzewodowego kanału radiowego. Wynalazek może znaleźć zastosowanie zarówno w sieciach, w których pracują urządzenia zgodne ze standardem IEEE 802.11, jak również w innych rodzajach sieci bezprzewodowych (np. IEEE 802.15.4).The present invention finds application in wireless local area networks because the use of such devices reduces the number of collisions that occur in them, and thus provides better use of the wireless radio channel. The invention may find application both in networks with devices compliant with the IEEE 802.11 standard, as well as in other types of wireless networks (eg IEEE 802.15.4).

Claims (5)

1. Sposób transmisji i odbioru ramek z danymi przez zbiór elektronicznych urządzeń bezprzewodowych (1,2, 3, 3n) pozostających we wspólnym zasięgu i korzystających ze wspólnego kanału radiowego, w którym w celu rozpoczęcia transmisji źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) sprawdza zajętość kanału radiowego przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS;1. A method of transmitting and receiving data frames by a set of wireless electronic devices (1, 2, 3, 3n) within a common range and using a common radio channel, in which, in order to start transmission, the wireless source device (1) checks the occupation of the radio channel for a period of time equal to the sum of the DIFS and SIFS times; jeżeli kanał radiowy był wolny przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS, to źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) sprawdza czy w kanale radiowym słyszany jest ton zajętości;if the radio channel has been free for a period of time equal to the sum of the DIFS and SIFS times, the wireless source device (1) checks for a busy tone on the radio channel; jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) słyszy ton zajętości, przechodzi się do bloku po sygnale zajętości PBSZ;if the wireless source device (1) hears a busy tone, it proceeds to the block after the busy tone PBSZ; jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) nie słyszy tonu zajętości albo kiedy źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) zakończyło nasłuchiwanie szczelin z tonem zajętości przechodzi się do bloku procedury backoff BPB;if the source wireless device (1) does not hear a busy tone, or if the source wireless device (1) has finished listening for slots with a busy tone, proceeds to the BPB backoff; po zakończeniu procedury backoff BPB źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) sprawdza czy procedura odliczania licznika backoff zakończyła się sukcesem; jeżeli procedura odliczania licznika backoff nie została zakończona sukcesem to źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) sprawdza zajętość kanału radiowego przez okres czasu równy sumie czasów DIFS i SIFS;after the BPB has completed the backoff procedure, the wireless source device (1) checks whether the backoff countdown procedure was successful; if the backoff countdown procedure is not successful, the source wireless device (1) checks the radio channel occupancy for a time period equal to the sum of the DIFS and SIFS times; jeżeli procedura odliczania licznika backoff zakończyła się sukcesem, źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) nadaje ramkę z danymi i oczekuje przez okres czasu SIFS i kolejno sprawdza czy po czasie SIFS rozpoczęła się procedura odbioru ramki z potwierdzeniem oraz czy poprawnie otrzymało ramkę z potwierdzeniem od bezprzewodowego urządzenia przeznaczenia (2);if the backoff countdown procedure is successful, the source wireless device (1) transmits a data frame and waits for the SIFS time period and then checks whether after the SIFS time frame the acknowledgment frame procedure has started and whether it has correctly received the acknowledgment frame from the wireless destination device (2); jeżeli źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) otrzymało ramkę z potwierdzeniem od bezprzewodowego urządzenia przeznaczenia (2), kończy się procedurę transmisji ramki, a w przypadku braku poprawnego potwierdzenia przechodzi się do bloku po kolizji BPK, a następnie ponownie źródłowe urządzenie (1) sprawdza czy w kanale radiowym słyszy się ton zajętości.if the source wireless device (1) has received an acknowledgment frame from the wireless destination device (2), the frame transmission procedure is completed, and in the absence of a correct acknowledgment, it goes to the block after the BPK collision, and then the source device (1) again checks for the channel you hear a busy tone on the radio. 2. Elektroniczne urządzenie bezprzewodowe do transmisji i odbioru ramek oraz tonów zajętości składające się z układu antenowego (4) połączonego z zespołem nadawczo-odbiorczym (5), który połączony jest z układem sterowania dostępem do kanału radiowego (6) zawierającym blok po sygnale zajętości (BPSZ) połączony z blokiem po kolizji (BPK) i blokiem procedury backoff (BPB).2. An electronic wireless device for transmitting and receiving frames and busy tones consisting of an antenna system (4) connected to a transceiver (5) which is connected to a radio channel access control system (6) containing a block after the busy signal ( BPSZ) connected to a collision block (BPK) and a backoff routine (BPB). 3. Elektroniczne urządzenie bezprzewodowe według zastrz. 2, znamienne tym, że blok po sygnale zajętości (BPSZ) służy do zliczania szczelin czasowych zajętych przez transmisje sygnałów zajętości wysyłanych przez urządzenia bezprzewodowe uczestniczące w procedurze backoff.3. An electronic wireless device as claimed in claim 1; The method of claim 2, characterized in that the post-busy block (BPSZ) is for counting the time slots occupied by the transmissions of busy signals sent by wireless devices participating in the backoff. 4. Elektroniczne urządzenie bezprzewodowe według zastrz. 2, znamienne tym, że blok po kolizji (BPK) steruje nadawaniem sygnałów zajętości, których liczba jest równa liczbie kolizji, w jakich źródłowe urządzenie bezprzewodowe (1) brało udział.4. The wireless electronic device according to claim 1, The method of claim 2, characterized in that the post-collision block (BPK) controls transmission of busy signals equal to the number of collisions the source wireless device (1) has been involved in. 5. Elektroniczne urządzenie bezprzewodowe według zastrz. 2, znamienne tym, że blok procedury backoff (BPB) służy do uruchamiania procedury backoff, sprawdzania czy procedura backoff została wcześniej uruchomiona, losowania początkowych wartości licznika backoff odliczania licznika backoff.5. An electronic wireless device as claimed in claim 1; The method of claim 2, characterized in that the backoff (BPB) block is used to start the backoff procedure, check whether the backoff procedure has been started before, draw the initial values of the backoff counter of the counting backoff counter.