CN1925481B - 无线局域网装置及其帧序列号编号方法 - Google Patents

Abstract

一种帧序列号编号方法，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号，其包括以下步骤：接收数据单元及其接收工作站地址和传输速率(TXRate)；及将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号。本发明还提供一种无线局域网装置，当无线局域网装置利用本发明方法传送数据时，其对应接收装置可利用本发明方法计算不同传输速率时无线局域网装置的帧错误率。

Description

无线局域网装置及其帧序列号编号方法

【技术领域】

本发明涉及无线局域网，尤其涉及一种无线局域网装置及其帧序列号编号方法。

【背景技术】

电气与电子工程师协会(IEEE)的标准-802.11定义了媒介存取控制(Media Access Control，以下简称为MAC)帧格式的主体架构，其包括数据帧、管理帧以及控制帧三种。如图1及图2所示，分别为MAC数据帧100及MAC管理帧200。数据帧100及管理帧200中各包含一序列控制域160、260。序列控制域160、260分别包含两个子域：分段号(SegmentNumber)域161、261以及序列号(Sequence Number，以下简称为SN)域162、262。其中，序列号是帧携带的MAC服务数据单元(MAC ServiceData Unit，以下简称为MSDU)或MAC管理协议数据单元(MACManagement Protocol Data Unit，以下简称为MMPDU)的序列号。每一个MSDU或MMPDU都有一个序列号，其数值从0开始到4095。

在传统方法中，传送装置对其传送的数据单元不论MSDU或MMPDU，其序列号都只是一直累加，累加到4095后再从头开始。但一般来讲，传送装置对IEEE 802.11的三种不同帧传送的速率都不同，管理帧与控制帧通常利用基本速率传送，而数据帧则通常用可支持的最高传送速率传送。

另外，一般传送装置会以接收装置有没有响应肯定应答讯号(Acknowledgement signal，ACK signal)来作为其帧错误率的计算依据，有些装置并以此作为其传输速率是否减慢之依据。但在下列情况下，并不能由接收端得到其帧错误率。

第一种情况是：广播帧或一些管理帧并不需要接收装置来响应ACK讯号，因此传送装置并不能知道所传送的帧是否成功的到达接收装置。

第二种情况是：No-ACK(no-acknowledgement)之碰撞问题，一支持no-ACK的装置所传送的帧并不需要接收装置来响应ACK。

传送装置在上述情况下，不能根据接收装置是否响应ACK讯号来计算其帧错误率，甚至在同一个环境中，其它接收装置也无法利用序列号计算其帧错误率。

【发明内容】

本发明实施方式中提供的无线局域网装置包括一媒介存取控制层协议模块，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号。媒介存取控制层协议模块包括一列表模块及一序列号编号模块。列表模块用于根据数据单元的接收工作站地址提供数据单元的传输速率。序列号编号模块用于对不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元编序列号。所述序列号编号模块包括计数模块库、第一选择模块及第二选择模块。计数模块库包括多个计数模块。第一选择模块用于接收所述数据单元及其接收工作站地址，并根据所述数据单元的接收工作站地址从所述计数模块库中选择至少一个计数模块，分别用于对不同传输速率的数据单元编序列号。第二选择模块用于根据所述数据单元目前的传输速率从所述第一选择模块所选的计数模块中选择一个计数模块，用于对所述数据单元编序列号。

本发明实施方式中提供的帧序列号编号方法包括以下步骤：接收数据单元及其接收工作站地址和传输速率；及将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号，所述将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号的步骤包括以下步骤：根据所述数据单元的接收工作站地址选择至少一个计数模块，用于对不同传输速率的数据单元编序列号；及根据所述数据单元目前的传输速率从上述计数模块中选择一个计数模块，用于对所述数据单元进行编序列号。

本发明无线局域网装置将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号，并将所编的序列号应用到数据单元所形成帧的序列号域，这样对应接收装置通过检查不同传输速率时所接收帧的帧校验域可计算出正确帧的个数，再通过分析不同传输速率时所接收的帧的序列号域可计算出所接收的帧总数，从而可求出不同传输速率时的帧错误率。

【附图说明】

图1是IEEE 802.11定义的MAC数据帧格式。

图2是IEEE 802.11定义的MAC管理帧格式。

图3是本发明实施例中无线通信系统的架构图。

图4是本发明的无线局域网装置的实施方式的模块图。

图5是本发明的无线局域网装置处理数据的流程图。

图6是本发明的MAC层协议模块的帧序列号编号方法的流程图。

图7是本发明的无线局域网装置的另一实施方式的模块图。

【具体实施方式】

开放式系统互联参考模型(Open System Interconnect Reference Model，以下简称为OSI模型)将网络通信协议体系区分为7个层。体系的最底层为物理层(Physical Layer，以下简称为PHY)，其定义媒介、传输方法及布线方式。体系的第二层为数据链路层(Data Link Layer)，其定义如何确保数据正确传输，给数据加上相关信息域而形成帧。数据链路层包括两个子层，分别为：逻辑连结控制(Logical Link Control，以下简称为LLC)层，负责将数据正确的发送到物理层，以及媒介存取控制(Media AccessControl，以下简称为MAC)层，负责控制与连结物理层的物理媒介。体系的第三层为网络层(Network Layer)，其负责数据路由(Routing)，包括转换地址，寻找最佳路径及管理流量。体系的第四层为传送层(TransportLayer)，其确保数据到达顺序及正确性。体系的第五层为会谈层(SessionLayer)，其定义连结对话，错误处理与逻辑地址名称转换。体系的第六层为表现层(Presentation Layer)，其处理数据格式，包括格式转换、加密与解密、压缩与还原。体系的第七层为应用层(Application Layer)，其定义供应用程序存取的接口与功能，还有目录服务及档案存取。

IEEE 802.11标准定义了物理层和MAC层的协议规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内，建立互相操作网络设备。IEEE 802.11的MAC层必须与LLC层兼容，以利于相互间的操作。

图1是IEEE 802.11所定义的MAC数据帧格式。MAC数据帧100包括：帧控制域110、持续时间/标示符域120、地址1域130、地址2域140、地址3域150、序列控制域160、地址4域170、帧体域180以及帧校验域190。其中序列控制域160包括两个子域：分段号(Segment Number)域161及序列号域(Sequence Number，SN)162。图2是IEEE 802.11所定义的MAC管理帧格式。MAC管理帧200包括：帧控制域210、持续时间/标示符域220、地址1域230、地址2域240、地址3域250、序列控制域260、帧体域280以及帧校验域290。其中序列控制域260包括两个子域：分段号域261及序列号域262。

如图1及图2所示，其中地址1域130、230为接收工作站地址(ReceiverAddress，RA)域，即待传送的MAC服务数据单元(MAC Service Data Unit，MSDU)或MAC管理协议数据单元(MAC Management Protocol Data Unit，MMPDU)的接收工作站地址。接收工作站地址由48个位构成，不同接收工作站地址对应不同接收工作站，而地址“FF:FF:FF:FF:FF:FF”则为广播地址。序列控制域160、260包括两个子域：分段号域161、261以及序列号域162、262。其中序列号是帧携带的MSDU或MMPDU的序列号。每一个MSDU或MMPDU都有一个序列号，其数值的范围从0到4095。

图3是本发明实施例中无线通信系统的架构图。在本实施方式中，无线通信系统包括多个无线局域网装置1000、2000及3000。在本实施方式中，无线局域网装置1000传送数据给多个无线局域网装置2000，3000，且可传送广播数据。

图4是本发明的无线局域网装置1000的实施方式的模块图。在本实施方式中，无线局域网装置1000包括：一高层协议模块1100、一MAC层协议模块1200以及一物理层协议模块1300。高层协议模块1100用于执行OSI中应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及LLC层等协议层之功能，把传送数据转换为MSDU，且把该MSDU及其接收工作站地址传送给MAC层协议模块1200。

MAC层协议模块1200包括：一数据接口1210、一序列号编号模块1220、一MAC处理模块1230以及一列表模块1240。列表模块1240包含接收工作站地址(RA)与传输速率(TX Rate)列表，用于根据数据单元的接收工作站地址提供数据单元的传输速率。数据接口1210用于从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并将其传送给序列号编号模块1220。MAC处理模块1230用于根据管理需求而产生一MMPDU及其接收工作站地址，并将其传送给序列号编号模块1220。MAC处理模块1230还根据列表模块1240提供目前的传输速率给序列号编号模块1220。

序列号编号模块1220用于将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号。在本实施方式中，序列号编号模块1240从数据接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，从MAC处理模块1230接收MMPDU及其接收工作站地址，以及从MAC处理模块1230接收目前的传输速率，还用于对所接收的MSDU及MMPDU进行编序列号。

序列号编号模块1220包括：一第一选择模块1221、一第二选择模块1222、一计数模块库1223、一判断模块1224及一设定模块1225。计数模块库1223提供多个计数模块，例如：第一计数模块1223a、第二计数模块1223b...第N计数模块1223n。第一选择模块1221用于接收数据单元及其工作站地址，并根据数据单元的接收工作站地址从计数模块库1223中选择至少一计数模块，分别用于对不同传输速率的数据单元编序列号。在本实施方式中，第一选择模块1221从数据接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，及从MAC处理模块1230接收MMPDU及其接收工作站地址，根据所接收的数据单元的接收工作站地址从计数模块库1223中选择至少一计数模块，并把所选的计数模块告知第二选择模块1222。第二选择模块1222用于根据数据单元的传输速率从第一选择模块1221所选的计数模块中选择一计数模块，用于对数据单元编序列号。在本实施方式中，第二选择模块1222根据MAC处理模块1230所提供的目前的传输速率，从第一选择模块1221所选的计数模块中选择一计数模块，用于对所接收的数据单元编序列号。判断模块1224用于判断第二选择模块1222所选择的计数模块所编的序列号是否小于一预设边界值。若是，则设定模块1225把所接收的数据单元之序列号设为上述计数模块所编的序列号；若否，则设定模块1225把所接收的数据单元的序列号设为预设序列号。设定模块1225还用于更新计数模块库1223。

MAC处理模块1230用于将设定模块1225所设定的序列号应用于数据单元。在本实施方式中，MAC处理模块1230给MSDU及MMPDU加上相关信息域而形成MAC协定数据单元(MAC Protocol Data Unit，MPDU)，即帧，并把序列号编号模块1220对MSDU及MMPDU所编的序列号应用到所形成的MPDU的序列号域(如上述图1与图2所示的序列号域161、162)。

物理层协议模块1300用于给MAC层协议模块1200所形成的MPDU加上另一相关信息域而形成一物理层协议数据单元(PHY Protocol dataUnit，PPDU)，并把PPDU传送出去。

图5是本发明的无线局域网装置1000处理数据的流程图。在本实施方式中，当无线局域网装置1000传送数据给多个无线局域网装置2000，3000，以及传送广播数据时，所传送之数据需经过OSI七层协议处理后，再传送出去。

在步骤S500，高层协议模块1100对所传送的数据进行处理，执行OSI中应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及LLC层等协议层的功能，把所传送的数据转换为MSDU，并把MSDU及其接收工作站地址传送给MAC层协议模块1200。

在步骤S502，MAC层协议模块1200从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并根据管理需求而产生MMPDU及其接收工作站地址。MAC层协议模块1200给所接收的MSDU及所产生的MMPDU加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并将所形成的MPDU发送给物理层协议模块1300。其具体操作流程见图6。

在步骤S504，物理层协议模块1300从MAC层协议模块1200接收MPDU，MPDU加上另一相关信息域而形成PPDU，再把PPDU发送出去。

图6是本发明的MAC层协议模块的帧序列号编号方法的流程图。

在步骤S600，数据接口1210从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址(RA)，并将其传送给序列号编号模块1220之第一选择模块1221。MAC处理模块1230根据管理需求而产生MMPDU及其接收工作站地址(RA)，并将其传送给序列号编号模块1220之第一选择模块1221。所产生的MMPDU在联机前帮忙联机，或是联机后作为断线的通知。

在步骤S602，第一选择模块1221接收数据单元MSDU及其接收工作站地址，以及数据单元MMPDU及其接收工作站地址后，根据所接收的数据单元的接收工作站地址从计数模块库1223中选择出至少一计数模块，分别用于对不同传输速率之数据单元编序列号，应注意的是，计数模块的数量是根据传输速率的种类而决定。在本实施方式中，所接收的数据单元的接收工作站地址指明该数据单元是传送给无线局域网装置2000，无线局域网装置1000、2000皆支持11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps等四种传输速率，因此，需选择四个计数模块。在其它实施方式中，如果无线局域网装置1000、2000可支持更多传输速率，则相应选择计数模块之个数。如果所接收的数据单元指明该数据单元是传送给其它无线局域网装置，则相应选择其它计数模块。

在步骤S604，MAC处理模块1230根据列表模块提供目前的传输速率给第二选择模块1222。第二选择模块1222根据所提供的目前的传输速率从第一选择模块1222所选择的计数模块中选择一计数模块。在本实施方式中，第二选择模块1222根据所提供的目前的传输速率所选的计数模块为第一计数模块1223a。

在步骤S606，第一计数模块1223a根据一函数对所接收数据单元进行编序列号(SN)。在本实施方式中，该函数为F(x)＝4x+1，其中x定义为以目前传输速率传送给无线局域网装置2000的数据单元的次序，故以目前传输速率传送给无线局域网装置2000的第一个数据单元的序列号编号为5，第二个编号则为9，以此类推。在其它实施方式中，上述函数可为其它线性函数或其它类型函数。

在步骤S608，判断模块1224判断第一计数模块1223a所编的序列号(SN)是否小于预设边界值。在本实施方式中，该预设边界值为4096。

如果小于预设边界值，在步骤S610，设定模块1225设定数据单元的序列号为第一计数模块1223a所编的序列号(SN)。在本实施方式中，把数据单元的序列号设为第一计数模块1223a所编的序列号。

如果不小于预设边界值，则执行步骤S612，设定模块1225设定数据单元的序列号为预定序列号。在本实施方式中，该预定序列号为0。

在步骤S614，设定模块150根据步骤S610或S612的设定结果对计数模块库1223中的计数模块进行更新。在本实施方式中，设定模块1225对第一计数模块1223a进行更新。设定模块1225把数据单元及其接收工作站地址和所编的序列号传送给MAC处理模块1230。

在步骤S616，MAC处理模块1230接收数据单元及其接收工作站地址和所编的序列号，并将所接收的数据单元加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并将设定模块1225对数据单元所设序列号应用于所形成的MPDU的序列号域，然后将MPDU发送给物理层协议模块1300。

图7是本发明的无线局域网装置另一实施方式的模块图。在本实施方式中，在MAC层协议模块1200中，与上述实施例之区别在于MAC处理模块1230先透过数据接口1210从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址。MAC处理层1230将所接收的MSDU及所产生的MMPDU加上相关信息域而形成MPDU，并传送给序列号编号模块1220。在本实施方式中，所加相关信息域包括序列号域，故序列号编号模块1220对所形成的MPDU的序列号域进行更新。

在其它实施方式中，MAC处理模块1230所加相关信息域不包括序列号域，则编号模块1220对所形成的MPDU进行编序列号域。然后，序列号编号编号模块1220把所形成的MPDU传送给物理层协议模块1300。本实施方式之其它构成组件与上一实施方式之构成组件功能相同，因此不再赘述。

本发明无线局域网装置将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号，并应用到所形成的MPDU的序列号域，对应接收装置通过检查不同传输速率时所接收MPDU的帧校验域(FCS)可计算出正确MPDU个数，再藉由分析不同传输速率时所接收的MPDU的序列号域可计算出所接收的MPDU总数，从而可求出不同传输速率时的MPDU的错误率(Frame Error Rate，FER)，即帧错误率，其计算公式为：

FER＝错误MPDU个数/所接收MPDU总数；

亦即，FER＝(所接收的MPDU总数-正确MPDU个数)/所接收的MPDU总数。

因此可确定传输速率(TX Rate)与帧错误率(FER)之关系。接收装置将传输速率与FER之关系回报给传送装置，从而可作为传送装置调整传输速率的一个参考因素。在本实施方式中，序列号编号模块1220所用第一计数模块1223a之函数为F(x)＝4x+1，因而，若序列号不超过4095，所接收之MPDU总数可通过下面数学公式计算：

所接收的MPDU总数＝(最后一个MPDU的SN-第一个MPDU的SN)/4+1；

若序列号超过4095，则以0-4095为区段分区段求出所接收的MPDU的个数，然后再汇总，即可求出所接收的MPDU之总数。从而，可计算出不同传输速率时的FER。

Claims (12)

1.一种帧序列号编号方法，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号，其特征在于所述帧序列号编号方法包括：

接收数据单元及其接收工作站地址和传输速率；以及

将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号，包括：

根据所述数据单元的接收工作站地址选择至少一个计数模块，用于对不同传输速率的数据单元编序列号；及

根据所述数据单元目前的传输速率从上述计数模块中选择一个计数模块，用于对所述数据单元进行编序列号。

2.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其特征在于：所述数据单元包括媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元。

3.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其特征在于：所述将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号的步骤还包括以下步骤：

判断根据所述数据单元的传输速率选择的计数模块所编的序列号是否小于一个预设边界值；以及

若小于所述预设边界值，则把所述数据单元的序列号设为根据所述数据单元的传输速率选择的计数模块所编的序列号。

4.如权利要求3所述的帧序列号编号方法，其特征在于：其更包括以下步骤：如果根据所述数据单元的传输速率选择的计数模块所编的序列号不小于所述预设边界值，则把所述数据单元的序列号设为预设序列号。

5.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其特征在于：其更包括以下步骤：将所编的序列号应用于所述数据单元。

6.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其特征在于：根据所述数据单元的接收工作站地址选择的至少一个计数模块的数量是根据传输速率的种类而决定。

7.一种无线局域网装置，包括媒介存取控制层协议模块，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号，其特征在于所述媒介存取控制层协议模块包括：

列表模块，用于根据所述数据单元的接收工作站地址提供所述数据单元的传输速率；以及

序列号编号模块，用于将不同接收工作站地址及不同传输速率的数据单元分开编序列号，所述序列号编号模块包括：

计数模块库，包括多个计数模块；

第一选择模块，用于接收所述数据单元及其接收工作站地址，并根据所述数据单元的接收工作站地址从所述计数模块库中选择至少一个计数模块，分别用于对不同传输速率的数据单元编序列号；及

第二选择模块，用于根据所述数据单元目前的传输速率从所述第一选择模块所选的计数模块中选择一个计数模块，用于对所述数据单元编序列号。

8.如权利要求7所述的无线局域网装置，其特征在于：所述数据单元包含媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元。

9.如权利要求7所述的无线局域网装置，其特征在于：所述序列号编号模块更包括判断模块，用于判断所述第二选择模块选择的计数模块所编的序列号是否小于一个预设边界值。

10.如权利要求9所述的无线局域网装置，其特征在于：所述序列号编号模块更包括设定模块，用于根据所述判断模块的判断结果为所述数据单元设定序列号。

11.如权利要求10所述的无线局域网装置，其特征在于：所述序列号编号模块更包括媒介存取控制处理模块，用于将所述设定模块所设定的序列号应用于所述数据单元。

12.如权利要求7所述的无线局域网装置，其特征在于：所述第一选择模块选择的至少一个计数模块的数量是根据传输速率的种类而决定。

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