一種全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)是常用的無線網(wǎng)絡(luò)，吞吐性能是關(guān)鍵性能指標(biāo)。新興的物理層技術(shù)“同時(shí)同頻無線全雙工”(In band Full Duplexwireless，F(xiàn)D)，因?yàn)槟軌驅(qū)o線局域網(wǎng)的物理層容量提高I倍，未來將可能廣泛應(yīng)用在無線局域網(wǎng)中。接入節(jié)點(diǎn)(Access Point，AP)和用戶節(jié)點(diǎn)(Client)都支持“同時(shí)同頻無線全雙工”的無線局域網(wǎng)，稱為全雙工無線局域網(wǎng)(FD WLAN) οFD WLAN通常由一個(gè)AP和多個(gè)Client組成。
[0003]想要將FD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來，需要對(duì)FDWLAN的介質(zhì)訪問控制方法(MediaAccess Control，MAC)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)中的通信盡量以雙工的形式進(jìn)行，從而提高系統(tǒng)的吞吐量。
[0004]已有的針對(duì)FD WLAN的MAC包括以下兩類:
[0005](I)以Janus為代表的集中式控制MAC
[0006]這類協(xié)議都是由AP統(tǒng)一管理Client的介質(zhì)訪問行為。在Janus中AP的工作具有周期性，AP的每一個(gè)周期可以分成兩個(gè)部分:第一部分，AP收集Client的傳輸意圖(S卩，Client是否有包發(fā)給AP)，然后AP廣播消息，告知每個(gè)Client的在第二部分的傳輸行為;第二個(gè)部分，Cl ient和AP建立雙工傳輸。
[0007](2)以ro-MAC為代表的分布式競(jìng)爭(zhēng)MAC
[0008]在這類協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)(AP和Client的統(tǒng)稱，下同)獨(dú)立進(jìn)行介質(zhì)訪問控制。在FD-MAC中，節(jié)點(diǎn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)802.11的分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordinat1n Funct1n,DCF)中的載波偵聽多路訪問/沖突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collis1nAvoidanCe，CSMA/CA)進(jìn)行分布式競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)勝出的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行介質(zhì)訪問并發(fā)起一次通信。如果該節(jié)點(diǎn)的通信對(duì)端也有對(duì)該節(jié)點(diǎn)的通信意圖，該節(jié)點(diǎn)和其通信對(duì)端可以建立起一次雙工傳輸;如果該節(jié)點(diǎn)的通信對(duì)端沒有對(duì)該節(jié)點(diǎn)的通信意圖，該節(jié)點(diǎn)不能和其通信對(duì)端建立雙工傳輸，數(shù)據(jù)傳輸是單工的。
[0009]我們稱一對(duì)節(jié)點(diǎn)間具有相互的傳輸意圖的情況為這對(duì)節(jié)點(diǎn)間存在雙工機(jī)會(huì)。一對(duì)節(jié)點(diǎn)間存在雙工機(jī)會(huì)是這對(duì)節(jié)點(diǎn)建立雙工通信的前提。如果一對(duì)節(jié)點(diǎn)存在雙工機(jī)會(huì)，一方(AP或者一個(gè)Client)發(fā)起向另一方(一個(gè)Client或者AP)的傳輸，另一方在解析出MAC頭部之后，可以保持接收的同時(shí)發(fā)起一個(gè)反向的傳輸，建立雙工通信。但是，如果一對(duì)節(jié)點(diǎn)間不存在雙工機(jī)會(huì)，一方(AP或者一個(gè)Client)發(fā)起向另一方(Client或者AP)的傳輸，另一方不會(huì)發(fā)起一個(gè)反向的數(shù)據(jù)傳輸，這時(shí)數(shù)據(jù)傳輸是單工的。圖1所示為FD-MAC建立雙工的方法。
[0010]集中式控制MAC需要相對(duì)苛刻的部署條件。Janus要求AP和Client嚴(yán)格的時(shí)鐘同步，嚴(yán)格時(shí)鐘在實(shí)際使用中同步難以保證，Janus很難被實(shí)際應(yīng)用。[0011 ]分布式競(jìng)爭(zhēng)MAC的部署相對(duì)容易，更有可能被廣泛利用。因?yàn)閞o-MAC可以在異步時(shí)鐘下工作，F(xiàn)D-MAC相對(duì)Janus部署起來容易很多TD-MAC主要關(guān)注如何使一對(duì)具有雙工機(jī)會(huì)的節(jié)點(diǎn)建立起雙工通信，但是完全忽略了去抓住雙工機(jī)會(huì)。因此可能會(huì)出現(xiàn)，系統(tǒng)中存在雙工機(jī)會(huì)而FD-MAC不能利用的情況。所以，F(xiàn)D-MAC的吞吐性能沒有達(dá)到我們應(yīng)用FD WLAN的預(yù)期。而且由于簡(jiǎn)單應(yīng)用CSMA/CA，F(xiàn)D-MAC還具有公平性較差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法及系統(tǒng)，其中本發(fā)明方法也可稱為AF-MAC。
[0013]本發(fā)明提供一種全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法，包括:
[0014]步驟I，節(jié)點(diǎn)通過異步方式建立雙工通信，所述節(jié)點(diǎn)包括接入節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)，其中若所述節(jié)點(diǎn)中的節(jié)點(diǎn)響節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)包P，所述節(jié)點(diǎn)A接收所述數(shù)據(jù)包P的頭部后，檢測(cè)所述節(jié)點(diǎn)A是否存在需要發(fā)送給所述節(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)包S，若有則所述節(jié)點(diǎn)A將所述數(shù)據(jù)包S發(fā)送給所述節(jié)點(diǎn)B，建立雙工通信，反之亦然；
[0015]步驟2，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立傳輸意圖表，存儲(chǔ)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸意圖，在所述節(jié)點(diǎn)進(jìn)行介質(zhì)訪問之前，首先檢測(cè)對(duì)端節(jié)點(diǎn)在所述傳輸意圖表是否存在傳輸意圖，若存在，則所述節(jié)點(diǎn)優(yōu)先接入信道，與所述對(duì)端節(jié)點(diǎn)建立雙工通信。
[0016]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法，所述步驟2中建立傳輸意圖表的步驟包括:若所述節(jié)點(diǎn)A將要對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)包，則如果所述節(jié)點(diǎn)A在發(fā)送完所述數(shù)據(jù)包的之后，還有對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B的傳輸意圖，則所述節(jié)點(diǎn)A設(shè)置所述數(shù)據(jù)包中“Moredata”比特位為‘ I’，如果所述節(jié)點(diǎn)A在發(fā)送完所述數(shù)據(jù)包之后，沒有對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B的傳輸意圖，則所述節(jié)點(diǎn)A設(shè)置所述數(shù)據(jù)包的“More data”比特位為‘0’，所述節(jié)點(diǎn)B將所述數(shù)據(jù)包中所包含的傳輸意圖記錄到傳輸意圖表中。
[0017]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法，所述步驟2包括，若所述節(jié)點(diǎn)為用戶節(jié)點(diǎn)，則所述用戶節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)包之前首先依照CSMA/CA，從[0，CW_1]中，選取一個(gè)整數(shù)作為退避計(jì)數(shù)器的值，然后所述用戶節(jié)點(diǎn)檢測(cè)所述傳輸意圖表，如果與數(shù)據(jù)包的目的地址相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)存在傳輸意圖，則所述用戶節(jié)點(diǎn)將所述退避計(jì)數(shù)器的值乘以一個(gè)參數(shù)a Ipha，并向上取整作為退避計(jì)數(shù)器的新值；
[0018]若所述節(jié)點(diǎn)為接入節(jié)點(diǎn)，則所述接入節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)包之前首先依照CSMA/CA，從[O，CW-1 ]中，選取一個(gè)整數(shù)作為退避計(jì)數(shù)器的值，然后所述接入節(jié)點(diǎn)檢測(cè)所述傳輸意圖表，如果與數(shù)據(jù)包的目的地址相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)存在對(duì)所述接入節(jié)點(diǎn)的傳輸意圖，則所述接入節(jié)點(diǎn)將退避計(jì)數(shù)器的值置成‘0’，即當(dāng)介質(zhì)空閑時(shí)，立即發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0019 ]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法，還包括接入節(jié)點(diǎn)主動(dòng)詢問步驟，包括
[0020]所述接入節(jié)點(diǎn)構(gòu)造消息POLL，并詢問所述用戶節(jié)點(diǎn)的傳輸意圖，由于節(jié)點(diǎn)間存在雙工通信，如果所述用戶節(jié)點(diǎn)存在傳輸意圖，則所述用戶節(jié)點(diǎn)解析出所述消息POLL的頭部后，立即發(fā)起通信，其中所述接入節(jié)點(diǎn)將所述消息POLL插入到隊(duì)列中，當(dāng)所述消息POLL到達(dá)隊(duì)列頭部時(shí)，所述接入節(jié)點(diǎn)立即訪問介質(zhì)并將所述消息POLL發(fā)送出去，其中所述消息POLL的格式與標(biāo)準(zhǔn)802.11幀格式一致，各個(gè)字段的意義相同。[0021 ]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制方法，所述接入節(jié)點(diǎn)主動(dòng)詢問步驟的具體步驟為所述接入節(jié)點(diǎn)每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，查看其隊(duì)列長(zhǎng)度是否超過一個(gè)隊(duì)列的長(zhǎng)度參數(shù)，所述長(zhǎng)度參數(shù)稱為公平性閾值，如果所述隊(duì)列長(zhǎng)度沒超過“公平性閾值”，則所述接入節(jié)點(diǎn)不做任何處理，否則，所述接入節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)檢查是否存在用戶節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)在所述接入節(jié)點(diǎn)的隊(duì)列中所述公平性閾值之前的位置，若不存在，則所述接入節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取一個(gè)所述用戶節(jié)點(diǎn)，并為所述用戶節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)所述消息POLL，同時(shí)所述接入節(jié)點(diǎn)檢查所述傳輸意圖表，若所述用戶節(jié)點(diǎn)沒有傳輸意圖，則所述接入節(jié)點(diǎn)將所述消息POLL插入到隊(duì)列中所述公平性閾值的位置，保證定期詢問所述用戶節(jié)點(diǎn)的傳輸意圖，若所述用戶節(jié)點(diǎn)存在傳輸意圖，則所述接入節(jié)點(diǎn)將所述消息POLL插入到所述公平性閾值之前的一固定位置，所述固定位置為一參數(shù)，將所述固定位置稱為公平位置。
[0022]本發(fā)明還提出一種全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制系統(tǒng)，包括:
[0023]建立雙工通信模塊，用于節(jié)點(diǎn)通過異步方式建立雙工通信，所述節(jié)點(diǎn)包括接入節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)，其中若所述節(jié)點(diǎn)中的節(jié)點(diǎn)響節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)包P，所述節(jié)點(diǎn)A接收所述數(shù)據(jù)包P的頭部后，檢測(cè)所述節(jié)點(diǎn)A是否存在需要發(fā)送給所述節(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)包S，若有則所述節(jié)點(diǎn)A將所述數(shù)據(jù)包S發(fā)送給所述節(jié)點(diǎn)B，建立雙工通信，反之亦然；
[0024]建立傳輸意圖表模塊，用于為每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立傳輸意圖表，存儲(chǔ)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸意圖，在所述節(jié)點(diǎn)進(jìn)行介質(zhì)訪問之前，首先檢測(cè)對(duì)端節(jié)點(diǎn)在所述傳輸意圖表是否存在傳輸意圖，若存在，則所述節(jié)點(diǎn)優(yōu)先接入信道，與所述對(duì)端節(jié)點(diǎn)建立雙工通信。
[0025]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制系統(tǒng)，所述建立傳輸意圖表模塊中建立傳輸意圖表的步驟包括:若所述節(jié)點(diǎn)A將要對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)包，則如果所述節(jié)點(diǎn)A在發(fā)送完所述數(shù)據(jù)包的之后，還有對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B的傳輸意圖，則所述節(jié)點(diǎn)A設(shè)置所述數(shù)據(jù)包中“More data”比特位為‘I’，如果所述節(jié)點(diǎn)A在發(fā)送完所述數(shù)據(jù)包之后，沒有對(duì)所述節(jié)點(diǎn)B的傳輸意圖，則所述節(jié)點(diǎn)A設(shè)置所述數(shù)據(jù)包的“More data”比特位為‘ O ’，所述節(jié)點(diǎn)B將所述數(shù)據(jù)包中所包含的傳輸意圖記錄到傳輸意圖表中。
[0026]所述的全雙工無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問控制系統(tǒng)，所述建立傳輸意圖表模塊包括，若所述節(jié)點(diǎn)為用戶節(jié)點(diǎn)，則所述用戶節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)包之前首先依照CSMA/CA