《一种超高速无线局域网中的信道聚合方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种超高速无线局域网中的信道聚合方法.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102665243 A (43)申请公布日 2012.09.12 C N 1 0 2 6 6 5 2 4 3 A *CN102665243A* (21)申请号 201210094145.3 (22)申请日 2012.04.01 H04W 28/22(2009.01) H04W 28/24(2009.01) H04W 74/08(2009.01) H04W 76/02(2009.01) (71)申请人东南大学 地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号 (72)发明人夏玮玮 林劲涛 沈连丰 胡静 宋铁成 李俊超 鲍楠 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合。
2、伙) 32204 代理人柏尚春 (54) 发明名称 一种超高速无线局域网中的信道聚合方法 (57) 摘要 本发明公开了超高速无线局域网中一种基于 等待的信道聚合方法，包括4个过程：信道监视过 程在运行时不断监视主信道及辅信道，获得实时 的信道网络分配矢量（NAV,Network Allocation Vector）信息及信道负载信息。当设备有帧需要 发送时，在主信道使用竞争退避过程竞争主信道 接入权限。在获得主信道接入权限后，设备根据 NAV信息、信道负载信息以及从媒介访问控制子 层（MAC,Media Access Control）帧中获得服务质 量（QoS,Quality of Servi。
3、ce）信息运行判决过 程，即按照一定的判决规则判决是否等待辅信道。 最后，设备根据判决结果，使用多信道接入过程指 示物理层接入信道。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1. 一种超高速无线局域网中的信道聚合方法，其特征在于：该方法在建立网络时，就 已经指定一条主信道及若干条可以用于聚合的辅信道，设备在运行时使用信道监视过程不 断监视主信道及辅信道，当设备有帧需要发送时，在主信道使用竞争退避过程竞争主信道 接入权限，在获得主信道接入权限后，启用判。
4、决过程，判断是否等待辅信道，最后，设备根据 判决结果，使用多信道接入过程接入信道，该方法具体包括如下步骤： 1）信道监视过程：启动时，与网络中的接入点AP交互，得到信道负载信息，用以初始化 本设备的信道负载寄存器；运行中，不断监视信道，获得实时的信道网络分配矢量NAV信息 及信道负载信息； 2）竞争退避过程：设备等待主信道空闲分布式协调功能帧间间隔DIFS，然后随机选择 一个退避时钟，只要主信道空闲，则该退避时钟在每个时隙递减；若主信道忙碌，则暂停递 减过程，当退避时钟递减为零时，设备获得主信道的接入权限； 3）判决过程：设备根据NAV信息、信道负载信息以及从媒介访问控制子层MAC帧中获 得服。
5、务质量QoS信息按照一定的判决规则判决是否等待辅信道； 4）多信道接入过程：设备根据辅信道的空闲情况，按照可用辅信道的判定规则判定可 用辅信道，指示物理层在主信道及可用辅信道上进行传输。 2. 根据权利要求1中所述的超高速无线局域网中的信道聚合方法，其特征在于：所述 的NAV信息用于描述当前时刻信道上传输的帧还需要多少时间才能结束，在信道监视过程 中，若信道上有新的帧开始传输，解调该帧的帧头，用帧头中的帧长度信息及帧速率计算帧 持续时间，更新该信道的NAV寄存器；若信道上无新的帧开始传输，则在每个时隙将NAV寄 存器中的值递减，直到递减为零。 3. 根据权利要求1中所述的超高速无线局域网中的信。
6、道聚合方法，其特征在于：信道 负载信息用于描述信道的拥挤程度，为信道单位时间内传输的帧个数，在信道监视过程中， 统计单位时间内信道上传输的帧个数，用以更新信道负载寄存器。 4. 根据权利要求1中所述的超高速无线局域网中的信道聚合方法，其特征在于：所述 的判决规则如下：从NAV中得到辅助信道x离传输结束的剩余时间表示为T x,left ，判断在当 前的信道拥挤程度下，等待T x,left 时间是否能满足QoS对于时延及传输速率的要求，若不 满足，则不等待；若满足，再判断等待T x,left 时间后，通过接入更多信道带来的速率提升，用 R x,gain 表示，是否大于由于碰撞及信道被别的设备占据所。
7、带来的速率损失用R x,lose 表示，若 R x,gain R x,lose ，则不等待；反之，则等待。 5. 根据权利要求1中所述的超高速无线局域网中的信道聚合方法，其特征在于：多信 道接入过程中可用辅信道的判定规则如下：在当前时刻，若辅信道x为空闲且持续空闲的 时间超过点协调功能帧间间隔PIFS，则辅信道x为可用辅信道；否则，为不可用辅信道。 权 利 要 求 书CN 102665243 A 1/4页 3 一种超高速无线局域网中的信道聚合方法 技术领域 0001 本发明综合考虑业务的服务质量（QoS, Quality of Service）要求、信道负载及 网络分配矢量（NAV, Netw。
8、ork Allocation Vector）信息，衡量信道聚合时等待辅助信道对 于QoS以及传输速率的影响，提出了超高速无线局域网中的一种信道聚合方法，属于无线 通信领域。 背景技术 0002 随着新型互联网应用对于传输速率要求的提高，传统的使用单一20MHz信道的无 线局域网标准越来越无法适应新兴高速率应用的需求。通过使用更高效的物理层传输技 术，可以使得无线局域网的传输速率不断提高。然而，在一定的信噪比情况下，传输速率最 高只能逼近香农极限，因此，要获得更高的传输速率，必须使用更大的带宽。 0003 通过同时利用多个信道进行传输，信道聚合能够提高传输带宽，同时保证对于非 聚合用户的兼容。随。
9、着各国逐渐开放5GHz信道用于超高速无线局域网，可使用的不交叠信 道数量大大增加，也就使得信道聚合的实用性提高。然而按照目前的聚合方法，聚合用户接 入多个信道的概率较低，使得信道聚合的效果较差，在网络负载较重的地区，甚至无法接入 信道，严重影响了QoS。 0004 本方法要解决的问题是：如何综合考虑业务的QoS要求，信道负载及NAV信息，衡 量信道聚合时等待辅助信道对于QoS以及传输速率的影响，设计超高速无线局域网中的一 种高效的信道聚合方法，使得聚合用户能够聚合更多的信道，从而提高传输速率，同时保证 QoS以及与非聚合用户的兼容。 发明内容 0005 技术问题：本发明的目的是提供超高速无线局。
10、域网中的一种信道聚合方法。本方 法可以最大化系统吞吐量，并保证QoS以及与非聚合用户的兼容。 0006 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了超高速无线局域网中的一种信道 聚合方法，该方法在建立网络时，就已经指定一条主信道及若干条可以用于聚合的辅信道， 设备在运行时使用信道监视过程不断监视主信道及辅信道，当设备有帧需要发送时，在主 信道使用竞争退避过程竞争主信道接入权限，在获得主信道接入权限后，启用判决过程，判 断是否等待辅信道，最后，设备根据判决结果，使用多信道接入过程接入信道，该方法具体 包括如下步骤： 1）信道监视过程：启动时，与网络中的接入点AP交互，得到信道负载信息，用以初始化 。
11、本设备的信道负载寄存器；运行中，不断监视信道，获得实时的信道网络分配矢量NAV信息 及信道负载信息； 2）竞争退避过程：设备等待主信道空闲分布式协调功能帧间间隔DIFS，然后随机选择 一个退避时钟，只要主信道空闲，则该退避时钟在每个时隙递减；若主信道忙碌，则暂停递 减过程，当退避时钟递减为零时，设备获得主信道的接入权限； 说 明 书CN 102665243 A 2/4页 4 3）判决过程：设备根据NAV信息、信道负载信息以及从媒介访问控制子层MAC帧中获 得服务质量QoS信息按照一定的判决规则判决是否等待辅信道； 4）多信道接入过程：设备根据辅信道的空闲情况，按照可用辅信道的判定规则判定可 用。
12、辅信道，指示物理层在主信道及可用辅信道上进行传输。 0007 所述的NAV信息用于描述当前时刻信道上传输的帧还需要多少时间才能结束，在 信道监视过程中，若信道上有新的帧开始传输，解调该帧的帧头，用帧头中的帧长度信息及 帧速率计算帧持续时间，更新该信道的NAV寄存器；若信道上无新的帧开始传输，则在每个 时隙将NAV寄存器中的值递减，直到递减为零。 0008 信道负载信息用于描述信道的拥挤程度，为信道单位时间内传输的帧个数，在信 道监视过程中，统计单位时间内信道上传输的帧个数，用以更新信道负载寄存器。 0009 所述的判决规则如下：从NAV中得到辅助信道x离传输结束的剩余时间表示为 T x,lef。
13、t ，判断在当前的信道拥挤程度下，等待T x,left 时间是否能满足QoS对于时延及传输速 率的要求，若不满足，则不等待；若满足，再判断等待T x,left 时间后，通过接入更多信道带来 的速率提升，用R x,gain 表示，是否大于由于碰撞及信道被别的设备占据所带来的速率损失用 R x,lose 表示，若R x,gain R x,lose ，则不等待；反之，则等待。 0010 多信道接入过程中可用辅信道的判定规则如下：在当前时刻，若辅信道x为空闲 且持续空闲的时间超过点协调功能帧间间隔PIFS，则辅信道x为可用辅信道；否则，为不可 用辅信道。 0011 速率提升由以下因素造成：由于等待，聚。
14、合用户可以聚合更多的辅助信道，而越多 的信道能够得到更高的速率。速率损失由以下因素造成：由于等待，主信道或辅信道可能被 别的用户占据，从而失去这一帧的传输权力；由于聚合更多的信道，带来更大的碰撞概率。 这些可以由信道负载，即帧的到达率计算出统计意义上的速率损失。当信道负载较重时， 帧的到达率较高，计算出的速率损失较大，通过等待得到的速率提升不易超过速率损失，因 此，聚合用户有更高的概率不等待；当信道负载较轻时，帧的到达率较低，计算出的速率损 失较小，通过等待得到的速率提升容易超过速率损失，因此，聚合用户有更高的概率等待辅 信道。 0012 有益效果：本发明充分利用有限的频谱资源，在保证传输业务。
15、的QoS以及与非聚 合用户的兼容性的情况下，尽可能提高聚合用户的吞吐量。所述方法综合考虑业务的QoS 要求，信道负载及NAV信息，衡量信道聚合时等待辅助信道对于QoS以及传输速率的影响， 通过选择性地等待辅助信道空闲，使得聚合用户能够聚合更多的信道，从而提高聚合用户 的吞吐量。 附图说明 0013 图1是方法的总体流程示意图。 0014 图2是信道监控过程的流程图。 0015 图3是设备发送一帧的流程图。 0016 图4是判决过程的流程图。 具体实施方式 说 明 书CN 102665243 A 3/4页 5 0017 1）信道监视过程：启动时，与网络中的接入点AP（Access Point）交。
16、互，得到信道 负载信息，用以初始化本设备的信道负载寄存器；运行中，不断监视信道，获得实时的信道 网络分配矢量NAV（ Network Allocation Vector）信息及信道负载信息； 2）竞争退避过程：设备等待主信道空闲分布式协调功能帧间间隔DIFS（DCF Inter-frame Space），然后随机选择一个退避时钟，只要主信道空闲，则该退避时钟在每个 时隙递减；若主信道忙碌，则暂停递减过程，当退避时钟递减为零时，设备获得主信道的接 入权限； 3）判决过程：设备根据NAV信息、信道负载信息以及从媒介访问控制子层MAC（ Media Access Control）帧中获得服务质量Qo。
17、S（Quality of Service）信息按照一定的判决规则 判决是否等待辅信道； 4）多信道接入过程：设备根据辅信道的空闲情况，在当前时刻，若辅信道x为空闲且持 续空闲的时间超过点协调功能帧间间隔PIFS，则辅信道x为可用辅信道；否则，为不可用辅 信道。指示物理层在主信道及可用辅信道上进行传输。 0018 所述的NAV信息用于描述当前时刻信道上传输的帧还需要多少时间才能结束，在 信道监视过程中，若信道上有新的帧开始传输，解调该帧的帧头，用帧头中的帧长度信息及 帧速率计算帧持续时间，更新该信道的NAV寄存器；若信道上无新的帧开始传输，则在每个 时隙将NAV寄存器中的值递减，直到递减为零。 。
18、0019 信道负载信息用于描述信道的拥挤程度，为信道单位时间内传输的帧个数，在信 道监视过程中，统计单位时间内信道上传输的帧个数，用以更新信道负载寄存器。 0020 所述的判决规则如下：从NAV中得到辅助信道x离传输结束的剩余时间表示为 T x,left ，判断在当前的信道拥挤程度下，等待T x,left 时间是否能满足QoS对于时延及传输速 率的要求，若不满足，则不等待；若满足，再判断等待T x,left 时间后，通过接入更多信道带来 的速率提升，用R x,gain 表示，是否大于由于碰撞及信道被别的设备占据所带来的速率损失用 R x,lose 表示，若R x,gain R x,lose ，。
19、则不等待；反之，则等待。 0021 下面将参照附图对本发明进行说明。 0022 如图1所示，本发明提出的方法包括4个过程。在建立网络时，就已经指定一条主 信道及若干条可以用于聚合的辅信道。 0023 在一个无线局域网的基本服务集（BSS, Basic Service Set）中，AP是处于持续运 行状态；而设备（STA, Station）由于电池等原因，并不会时时刻刻都接入BSS。AP负担建立 BSS的任务。在AP开启时，并不存在其他设备，此时，将AP的NAV寄存器和信道负载寄存器 都初始化为0。在运行中，随着STA的接入，信道不再空闲，AP需要不断监视信道。若信道 上有新的帧开始传输，解调该。
20、帧的帧头，用帧头中的帧长度信息及帧速率计算帧持续时间， 更新该信道的NAV寄存器，同时，在每个时隙将NAV寄存器中的非零值递减。信道负载寄存 器需要周期性的更新。统计单位时间内信道上传输的帧个数，周期性地将其存入信道负载 寄存器的对应元素中。 0024 STA在启动无线局域网时接入BSS，需要首先与AP交互，得到AP中的NAV寄存器 和信道负载寄存器信息；在运行过程中，与AP类似，不断监视信道，在每个时隙将NAV寄存 器中的值递减，若信道上有新的帧开始传输，解调该帧的帧头，用帧头中的帧长度信息及帧 速率计算帧持续时间，更新该信道的NAV寄存器；统计单位时间内信道上传输的帧个数，将 说 明 书C。
21、N 102665243 A 4/4页 6 其存入信道负载寄存器的对应元素中。 0025 这样，AP及STA都可以保证NAV寄存器和信道负载寄存器均反映当前的信道运行 的实时情况。信道监视过程的流程图如图2所示。 0026 如图3所示，当设备有帧需要发送时，在主信道使用竞争退避过程竞争主信道接 入权限。设备等待主信道空闲DIFS时间，然后随机选择一个退避时钟。只要主信道空闲，则 该退避时钟在每个时隙递减；若主信道忙碌，则暂停递减过程。当退避时钟递减为零时，设 备获得主信道的接入权限。在获得主信道接入权限后，启用判决过程，设备根据NAV信息、 信道负载信息以及从MAC帧中获得QoS信息按照一定的判。
22、决规则判决是否等待辅信道。最 后，设备根据判决结果，使用多信道接入过程接入信道。设备根据辅信道的空闲情况，使用 如下规则判定可用辅信道：在当前时刻，若辅信道x为空闲且持续空闲的时间超过PIFS时 间，则辅信道x为可用辅信道；否则，为不可用辅信道。根据可用辅信道判决结果，指示物理 层在主信道及可用辅信道上进行传输。 0027 其中，在判决过程中的判决规则如图4所示并简述如下：从NAV中得到辅助信道x 离传输结束的剩余时间T x,left 。将剩余时间按降序排序，将排序结束后得到等待时间记为 其中n为辅助信道数量，进行如下步骤： （1）令i=1。 0028 （2）判断在当前的信道拥挤程度下，若等待。
23、时间，是否还能满足QoS对于时 延及传输速率的要求，若不满足，则跳转到第（3）步。若满足，再判断等待时间后，通 过接入更多信道带来的速率提升（用表示），是否大于由于碰撞及信道被别的设备占 据所带来的速率损失（用表示）。若，则跳转到第（3）步；反之，跳转 到第（4）步。 0029 （3）若i=n，则跳转到第（5）步；若in，则i=i+1，跳转到第（2）步。 0030 （4）输出判决信息：等待且等待时间长度为。结束判决流程。 0031 （5）输出判决信息：不等待。结束判决流程。 0032 步骤（2）中等待带来的传输速率提升及损失可以由信道负载计算得到。速率提升 由以下因素造成：由于等待，聚合用户可。
24、以聚合更多的辅助信道，而越多的信道能够得到更 高的速率。速率损失由以下因素造成：由于等待，主信道或辅信道可能被别的用户占据，从 而失去这一帧的传输权力；由于聚合更多的信道，带来更大的碰撞概率。这些可以由信道负 载，即帧的到达率计算出统计意义上的速率损失。当信道负载较重时，帧的到达率较高，计 算出的速率损失较大，通过等待得到的速率提升不易超过速率损失，因此，聚合用户有更高 的概率不等待；当信道负载较轻时，帧的到达率较低，计算出的速率损失较小，通过等待得 到的速率提升容易超过速率损失，因此，聚合用户有更高的概率等待辅信道。 说 明 书CN 102665243 A 1/3页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102665243 A 2/3页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102665243 A 3/3页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102665243 A 。