CN101803447A

CN101803447A - 对媒体的访问的管理

Info

Publication number: CN101803447A
Application number: CN200880107140A
Authority: CN
Inventors: T·J·J·登特尼尔; G·R·希尔茨; B·沃尔克; P·M·范德文
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV; Signify Holding BV
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: EP2191680B1; ATE515919T1; KR20100077162A; JP2010539776A; US20110206016A1; KR101572798B1; TWI469577B; JP5438005B2; WO2009034503A1; TW200931881A; US8724650B2; CN101803447B; EP2191680A1

Abstract

本发明涉及在无线站传送帧的无线网络内，一旦帧或帧序列已由无线站传送时的一种对无线站的媒体的访问进行管理的方法，该方法包括：(a)生成由待传送的帧或帧序列的持续时间的函数产生的时间值；(b)发送该帧或帧序列；以及(c)在步骤(b)之后，无线站通过对制止时间进行倒计时来制止对媒体的访问，该制止时间的值通过考虑所述时间值来确定。

Description

对媒体的访问的管理

技术领域

本发明涉及一种用于在无线网络中对无线媒体的访问进行管理的方法。本发明尤其有关无线局域网(WLAN)，具体是基于IEEE 802.11s标准的网状网类型的WLAN。

背景技术

IEEE 802.11s标准化委员会小组目前正致力于针对网状网的802.11标准的扩展。当前的IEEE 802.11s标准规范，版本D1.06——通过引用结合于此——使用了支持在自配置多跳拓扑上的个别寻址和群寻址递送的IEEE 802.11媒体访问控制/物理(MAC/PHY)层来定义IEEE 802.11WLAN。按照802.11s标准的网状网络，或所谓的网状网，作为在大量个体的无线收发信机之间的无线协作通信基础设施而运行。

站(station)或网格点(mesh point)(MP)定义了网状网中的节点，这些节点仅与它们的相邻的邻近节点通信。

因此，MP充当中继器将消息数据从附近节点传送到那些太远以至于不能到达的对等体(peer)。

更一般而言，在无线通信系统中，由于帧可被同时传送，所以传输很容易发生碰撞。因而，系统通常内装有许多预防措施以减少碰撞的数量。

来自IEEE 802.11标准的例子包括带有碰撞避免的载波侦听多址接入(CSMA/CA)和请求发送/清除发送(RTS/CTS)虚拟载送侦听协议。

具体地，CSMA/CA协议被设计用于在很可能发生碰撞的点处减少访问媒体的多个站之间的碰撞概率。

为此，以及对于要进行传送的站，CSMA/CA协议的方法通过使用物理的(由PHY提供的)和虚拟的(由MAC提供的)载波侦听功能来对媒体进行侦听以确定媒体的状态(即另一个站是否正在传送)。当任一功能指示是忙的媒体时，该媒体应被认为忙；否则，它应被认为空闲。

如果确定媒体为忙，则该站应推迟(defer)它的传输直至当前的传输结束。

在推迟之后，或者紧接在成功传输后试图再次传送之前，该站选择随机的回退(backoff)间隔，并在媒体空闲时递减回退间隔计数器。

这样的随机回退过程对于解决繁忙时间后可能发生的媒体上的潜在传输碰撞是必要的。由于在繁忙时间期间多个站可能已经在等待媒体变得可用，所以在这个时刻确实存在高的碰撞概率。因此，如果几个站对访问媒体进行竞争，则具有最短随机时间的站会被允许访问该媒体。其他的站因此必须推迟它们的传输。

因此，这个回退过程允许站在一段随机时间之后，随机地拥有对媒体的访问。

而且，每当媒体变为忙时，该回退过程就暂停随机回退时间。一旦媒体再次空闲，它就再继续。

如果在随机时间后媒体空闲，则该站可随后发起帧或帧序列的交换。应指出的是，“帧序列”例如是通过将初始MAC数据单元分割成单独传送的更小MAC级帧的序列来构建，或者是来自独立帧的独立突发。

另外，CSMA/CA协议确保在毗邻的帧之间存在具有最小指定的持续时间的间隙。

为此，CSMA/CA提供在帧或帧序列之间的和/或在开始回退过程之前的、被称为帧间间隔(IFS)的固定推迟时间——参见通过引用的方式被合并于此的IEEE 802.11-2007标准的9.2.3节。IFS的持续时间由PHY预先确定地固定——参见通过引用的方式被合并于此的802.11-2007标准的9.2.10节和9.9.1.3节。

以下给出如IEEE 802.11标准中定义的IFS的一些示例。

短IFS(SIFS)是从前一帧最后的符号的结束到随后帧的前同步第一个符号的开始的固定时间间隔。SIFS典型地被使用于分隔帧序列的两个接连的数据帧，或者分隔所接收的数据帧与要传送的RTS、CTS或ACK帧。

分布式协调功能IFS(DIFS)是一旦在正确接收的帧之后侦听到媒体为空闲时站所等待的固定时间间隔。一旦该DIFS过去，并且如果该媒体仍然空闲，则递减随机回退时间。

一旦在所传送的帧未被正确接收之后侦听到媒体为空闲，则启动扩展IFS(EIFS)。EIFS被定义来给另一个站提供足够的时间以便在这个站开始传输之前，确认对于这个站而言被不正确地接收的帧是什么。

对于集成有MAC过程以支持带有服务质量(QoS)要求的LAN应用的网络，还定义了仲裁IFS(AIFS)。应指出的是，为了符合QoS要求，引入了协调器，其执行带宽管理，包括将传输机会(TXOP)分配给无线站。TXOP是在其间TXOP持有者维持对于媒体的不中断控制的持续时间，它包括传送被作为对TXOP持有者的传输的即时响应而发送的帧所需要的时间。TXOP具体地可包括至少一个帧以及对应的确认。因此，各站对TXOP进行竞争。TXOP的拥有者有权在TXOP期间传送一个或多个帧。AIFS是一旦在正确接收的TXOP帧之后侦听到媒体空闲就启动的固定时间间隔。一旦AIFS过去，并且如果媒体仍然空闲，则递减随机回退时间。

参考图1给出了访问管理的、按照IEEE 802.11-2007标准的例子，其中，在其间媒体忙的时间1之后，固定的推迟时间2(例如DIFS)和随机回退时间3被接连地倒计时，直到传送站可以在仍然空闲的媒体上传送帧4。然后，在停顿5之后，由该传送站接收来自接收站的确认“ACK”6。一旦接收到确认“ACK”6，则传送站可以再次开始推迟7和回退8过程。

参考图2给出了访问管理的、按照IEEE 802.11-2007的另一个例子，其中，在其间媒体忙的时间1之后，固定的推迟时间2(例如AIFS)和随机回退时间3被接连地倒计时，直到传送站可以在被称为TXOP 9的时间期间、在仍然空闲的媒体上传送一个或多个帧。该(多个)帧的持续时间等于或小于该传送站所拥有的TXOP。应指出的是，按照这个特定的标准，在TXOP中包含“ACK”确认的等同物。一旦该站已经传送了它的帧，或者TXOP持续时间9已经期满，则该传送站可以再次开始推迟7和回退8过程。

应指出的是，在按照802.11s草案标准的网状网络的情况下，其中使用了特定的“网状网确定性访问”(MDA)，该TXOP被称为MDA TXOP(网状网确定性访问TXOP)。先前已经按照802.11s草案标准预留了MDAOP的站使用按照802.11-2007标准的所述CSMA/CA和回退过程来获得MDA TXOP。

尽管有这些公知的访问控制机制，但是在节点密度高以及存在隐藏节点的系统中媒体访问问题加剧。

很可能发生这样的问题的主要例子是在网状网络中，诸如遵循IEEE802.11s草案标准的网状网络中。

图3描绘了这样一种状况，其中在网状无线网络中，每个站具有不同的近邻。网络拓扑和环境确定了每个站的邻居量。在这里，站“A”具有单个邻站“B”。但是，站“B”与四个其他的站(“A”、“C”、“D”和“E”)共享无线媒体。由于“A”有较少的邻居量，所以“A”比“B”更经常地检测到无线媒体为空闲，因为它仅被告知它的头一个邻居的传输。因此，“A”可以容易地向“B”发送与反向发送相比更多的业务量。因此，站“A”可以容易地阻塞“B”。

因此，由于其的机会主义性(opportunistic)的媒体访问，802.11MAC给处于网络边缘的站提供了更高的容量份额(share)。

相反，处于中心的站被更多地轮询，并更快地成为网络的瓶颈，因为它们要转发所有附接的站的聚集的业务量。

这对于其中站密度特别高的无线网状网络尤其成问题。

结果，边缘站可以容易地阻塞其邻居，并用大量的帧使它们过载。

因而需要有更高层协议来检测帧丢失，并由此限制业务量。

发明内容

本发明的目的是解决无线网络中的这样的阻塞问题，另一个目标是通过经济的手段来完成这样的阻塞的减少，而无须对现有系统做出巨大的改动。

因此，按照第一方面，本发明更具体地有关于在无线站经由媒体传送帧的无线网络中，一种对从无线站访问媒体进行管理的方法。该方法包括：

(a)生成由待传送的帧或帧序列的持续时间的函数产生的时间值；

(b)经由媒体传送该帧或帧序列；以及

(c)在步骤(b)之后，制止(refrain)该无线站经由媒体传送另一帧或帧序列，同时对制止时间进行倒计时，该制止时间的值通过考虑所述的时间值来确定。

本发明的方法可具体地提议(propose)去制止无线站访问媒体达某个制止时间，所述制止时间包括一持续时间(所述时间值)，该持续时间包括先前传送的数据帧或帧序列的持续时间，和/或是先前传送的数据帧或帧序列的持续时间的函数。

特别是，该函数可被选择为使得该时间值随着帧或帧序列的持续时间而增加。

就传送确定大小的帧或帧序列且因此在对应的持续时间期间占用媒体来说，该无线站因而被以如下方式“惩罚”，即：对于下一持续时间，被阻止传送另外的帧或帧序列，该下一持续时间可与先前的帧或帧序列成比例。

根据本发明的方法因而处罚了那些习惯于比其他站传送更多自己的帧的站。

具体地，根据本发明的方法降低了可能存在于网状网络中的容量份额的差异，尤其是鉴于网络中心处站的网络边缘处站之间的差异。

在特定的情况下，本发明可建议将所述时间值固定于先前传送的数据帧或数据帧序列的持续时间。

在本发明的另一个特定的情形下，无线站所传送的帧或帧序列最初被请求由至少一个其它的无线站来转发。

可能是传送无线站已经请求其它站来转发帧或帧序列。

因而，就请求其它站来代表自己转发数据来说牵涉到对传送站的处罚，这是通过制止对媒体访问达某一与所传送的帧或帧序列大小成比例的时间来进行的。

另外，这给其它站提供了充足的无线媒体容量用以转发帧或帧序列而不被处罚。

本发明因此给转发站提供优先权，且因此允许协作的行为。尽管传统的802.11网状网站“传送并遗忘”，所提出的方案帮助下一站邻居代表在前的站转发帧。因此，不需要附加的阻塞通告。

另外，本发明可被容易地实施。特别是，对现有的硬件不需要大的改动。

按照第二方面，本发明提出一种能够做为无线网络的单元的无线站，包括：

-传送器，用于将帧或帧序列传送到无线网络中；

-定时处理单元，用于：

о生成取决于待传送的帧或帧序列的持续时间的时间值；

о对包括该时间值的制止时间进行倒计时；以及

о制止该无线站将另一帧或帧序列传送到媒体上，同时对该制止时间进行倒计时。

按照第三方面，本发明提出一种包括多个所述无线站的无线网络。

按照第四方面，本发明提出一种用于实施所述方法的计算机程序产品。

附图说明

现在将参考附图、通过例子来更详细地描述本发明，其中：

-图1示意性地示出了遵循公知的IEEE 802.11标准的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图2示意性地示出了遵循公知的IEEE 802.11e标准的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图3示出了网状无线网络的例子。

-图4示意性地示出了根据本发明第一实施例的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图5示意性地示出了根据本发明第二实施例的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图6示意性地示出了根据本发明第三实施例的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图7示意性地示出了根据本发明第四实施例的、传送站如何相关于媒体的状态来管理它的媒体访问。

-图8示意性地示出了站。

具体实施例

尽管已经结合详细说明的实施例描述了本发明，但并不打算将本发明限制于这里所阐述的特定形式。

下文所描述的、用于例示本发明的具体实施例涉及无线网络中的无线站对媒体的控制，在该无线网络中各站按时间间隔，比如有规律地、定时地或不定时地(timeically or untimeically)传送帧或帧序列。待传送的数据帧的例子是在预留时隙内的信标传输或VOIP传输。

被用于传送帧的无线站、无线网络、方法或计算机程序产品可以遵循或不遵循IEEE 802.11-2007标准或802.11s草案标准D1.06，所述标准都通过引用的方式合并于此。

应指出的是，下面所讨论的“帧”可以是如IEEE 802.11-2007标准中定义的、被包含或未包含在TXOP内的数据帧，或者是如IEEE 802.11s草案标准中定义的、被包含或未包含在MDA TXOP内的数据帧。所述帧也可以是信标帧。以下所使用的“帧”还可以包括确认帧，如“ACK”帧。

图4-7图示了按照本发明的媒体控制方法的四个示例性实施例，以便从传送无线站“A”经由媒体通过无线网络向接收无线站“B”传送帧或帧序列。

图4示出：在其间媒体忙的时间1之后，由站“A”内所包括的计时器对固定推迟时间2(例如DIFS、EIFS或AIFS)和随机回退时间3接连地进行倒计时。然后，站“A”在预留的时间10(例如TXOP)内传送帧或帧序列。预留的时间10具有等于“d”的大小。一旦帧或帧序列被传送，计时器就对制止时间进行倒计时。在这里该制止时间包括接连地被倒计时的两个子时间：第一子时间，它是被生成以便等于“d”的、不可中断的(uninterruptable)固定推迟时间11，该固定推迟时间11是一旦媒体被确定为空闲就启动的。该固定推迟时间11可以是IFS，诸如EIFS、DIFS或AIFS，不过与IEEE802.11-2007标准中所描述的持续时间相比，它们具有被不同地定义的持续时间。站“A”必须检测到无线媒体在该固定推迟时间11内为不间断地空闲，才被允许进行传送。当媒体在该推迟时间11倒计时结束之前变为忙时，则该站停止并等待，直到媒体再次变为空闲。一旦该固定推迟时间11期满，则启动典型的回退8过程(它是第二子时间)。如果媒体在该回退过程的所有时隙被递减掉之前变为忙，则该站需要再次等待与推迟时间11一样长的空闲时间。

图5示出：一旦帧或帧序列已经在大小为“d”的预留时间10内被传送，则由站“A”内所包括的计时器对制止时间进行倒计时，在这里该制止时间包括接连地被倒计时的两个子时间：第一子时间，它是典型的固定推迟时间7(例如DIFS、EIFS或AIFS)，该子时间是一旦媒体被确定为空闲就启动的。一旦该固定推迟时间7期满，就递减第二子时间。该第二子时间是用多个等于“d”的时隙来增加(enhance)的典型的回退时间12。这种增加可以通过简单地将“d”加到依据争用窗口随机计算出来的回退持续时间上来实现，或者通过在依据争用窗口随机地计算回退持续时间之前将“d”加到争用窗口的最大值上来实现。

图6示出：当站“A”已经在大小为“d”的预留时间10内传送帧或帧序列之后，由站“A”内所包括的计时器对制止时间进行倒计时，在这里该制止时间包括接连地被倒计时的三个子时间：第一子时间，它是被生成以便等于“d”的、不可中断的固定推迟时间13：即使媒体在时间14期间变为忙或空闲，该固定推迟时间13也继续被倒计时——即站“A”的暂停计时器(suspension timer)保持不受媒体的当前状态的影响。一旦该固定推迟时间13期满，典型的固定推迟时间7(例如DIFS、EIFS或AIFS)和/或回退时间8就被接连地倒计时。

图7示出：当站“A”已经在大小为“d”的预留时间10内传送帧或帧序列之后，由站“A”内所包括的计时器对制止时间进行倒计时，在这里该制止时间包括接连地被倒计时的三个子时间：第一子时间，它是被生成以便等于“d”的、可中断的固定推迟时间15：

-如果在该固定推迟时间15期间媒体变为忙(16)，则该固定推迟时间停止，且站“A”在它检测到无线媒体再次为空闲之后可以开始对下一个子时间7(例如“DIFS”或“AIFS”)进行倒计时，该下一个子时间7之后是随机回退时间8。

-如果在该固定推迟时间15期间媒体保持为空闲，则该固定推迟时间15期满，且在无线媒体被检测为空闲之后，可对典型的固定推迟时间7(例如DIFS、EIFS或AIFS)和/或回退时间8接连地倒计时。

按照本发明前述实施例之一的访问控制可以尤其有关于网状无线网络，诸如按照IEEE 802.11s草案标准的网状无线网络。

特别地，本发明的网状无线网络可允许邻站“B”例如在站“A”的请求下代表站“A”转发帧或帧序列。

通过制止站“A”对媒体的访问达时间值“d”，站“A”允许站“B”有充足的容量来代表站“A”转发帧。这样，就要求站“B”转发数据来说涉及对站“A”传送另外帧的处罚。

在特定的情况下，仅当站“A”请求站“B”转发帧或帧序列时，所述时间值才被倒计时。

应指出的是，本发明并不局限于时间值等于帧或帧序列的大小“d”的情况，而是还涉及时间值被计算以便等于这个大小“d”的预定函数的结果的情况，比如该时间值与“d”成比例或取决于“d”。

应指出的是，本发明覆盖所有种类的无线网络，不管其是遵循或是不遵循IEEE 802.11-2007标准及其进一步的修改。

图8示意性示出了根据本发明的站“A”的例子，包括：

-传送器100，用于经由媒体90将帧和/或帧序列传送到无线网络中；

-定时处理单元110，用于：

о生成取决于第一帧(或帧序列)——未示出——的持续时间的时间值；

о对包括该时间值的制止时间进行倒计时；以及

о制止该无线站将第二帧10(或帧序列)传送到媒体上，同时对制止时间进行倒计时。

时间值的生成可以通过硬件和/或软件计算器来实现，该硬件和/或软件计算器可以实施这样的功能，其输入表示所述第一帧的持续时间的信号，以及输出所述时间值。该操作可以在已传送第一帧之前进行(基于对所存储的第一帧的持续时间的测量)、在第一帧的传输期间进行(基于对该传输的持续时间的计数)、或者一旦第一帧被传送就进行(基于对第一帧的持续时间的测量和/或计数)。

定时处理单元120可包括用于生成将所述时间值考虑在内的制止时间的装置。该制止时间可以被生成以便包括该时间值以及可能的一些其他种类的制止子时间，诸如IFS和/或回退时间。这些不同的制止子时间被相继地加入以形成所述制止时间。而且，只有当站“A”先前已请求另一个站转发第一帧时，定时处理单元110才可以被安排成把所述时间值包括到制止时间内。

一旦站“A”经由传送器110传送了第一帧(或帧序列)，则制止时间的倒计时被处理定时单元120触发。该倒计时被实施以便取决于媒体的状态和/或所实施的本发明的实施例(见描绘本发明四个示例性实施例的图4-7)而被中断一次或若干次、或不被中断。在实施倒计时的同时，站“A”必须等待传送第二帧10。

一旦制止时间的倒计时结束，且媒体被侦听为空闲，则站“A”经由传送器100将第二帧或帧序列10传送到媒体90上。通过开关120示意性地描绘了这种状况，开关120按照由定时处理单元110发送的控制信号(130)来被闭合，从而允许站“A”在媒体上传送第二帧或帧序列10。

不过，如果因为侦听到媒体为忙而中断倒计时，或者如果在倒计时结束时侦听到媒体为忙，则第二帧或帧序列10的传输被推迟到另一个时间，并且定时处理单元110不触发开关120的闭合——即第二帧或帧序列10因此不在媒体上传送。

一旦第二帧或帧序列10已被传送，则定时处理单元120：

о根据第二帧10(或帧序列)的持续时间生成时间值；

о对包括该时间值的制止时间进行倒计时；以及

о制止该无线站将第三帧(或帧序列)——未示出——传送到媒体上，同时对制止时间进行倒计时。

Claims

1.在无线站经由媒体传送帧的无线网络内，一种对从无线站访问媒体进行管理的方法，所述方法包括：

(a)生成由帧或帧序列的持续时间的函数产生的时间值；

(b)经由媒体传送所述帧或帧序列；以及

(c)在步骤(b)之后，制止该无线站经由媒体传送另一帧或帧序列，同时对制止时间进行倒计时，所述制止时间的值通过考虑所述时间值来确定。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述函数可被选择为使得如果所述帧或帧序列的持续时间增加则所述时间值增加。

3.按照权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)生成的所述时间值基本上等于待传送的帧或帧序列的持续时间。

4.按照权利要求1所述的方法，其中所述帧或帧序列指定要被至少另一个无线站接收，以及其中只有当所述帧或帧序列被请求由该至少另一个无线站转发的时候，所述制止时间的值才通过考虑所述时间值来确定。

5.按照权利要求1所述的方法，其中所述制止时间包括取决于所述时间值的固定推迟时间，该固定推迟时间是一旦媒体被确定为空闲就被倒计时的。

6.按照权利要求1所述的方法，其中所述制止时间包括用所述时间值加强的随机回退时间。

7.按照权利要求1所述的方法，其中步骤(c)被实施成使得所述制止时间包括取决于所述时间值的等待时间。

8.按照权利要求1所述的方法，其中步骤(c)被实施成使得所述制止时间包括取决于所述时间值的等待时间，一旦侦听到媒体为忙，则所述等待时间的倒计时能中断。

9.按照权利要求7或8所述的方法，其中所述制止时间还包括固定推迟时间和随机回退时间，它们在所述等待时间的倒计时之后被倒计时。

10.按照权利要求5或9所述的方法，其中所述固定推迟时间是如IEEE 802.11-2007标准中所定义的IFS。

11.按照权利要求6或9所述的方法，其中所述随机回退时间在IEEE802.11-2007标准中被定义。

12.按照权利要求1所述的方法，其中所述无线网络是遵循IEEE802.11s草案标准的网状无线网络。

13.一种能够做为无线网络的单元的无线站，包括：

-传送器，用于经由媒体将帧或帧序列传送到无线网络中；

-定时处理单元，用于：

о生成取决于待传送的帧或帧序列的持续时间的时间值；

о对包括所述时间值的制止时间进行倒计时；以及

о制止该无线站将另一帧或帧序列传送到媒体上，同时对所述制止时间进行倒计时。

14.一种无线网络，其包括多个按照前述权利要求的无线站。

15.用于实施按照权利要求1-12之一的方法的计算机程序产品。