專利名稱：用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用在無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802.11系統(tǒng)中可降低AP和non-AP用戶終端交換信息冗余度的方法。
背景技術(shù)：
在無線局域網(wǎng)絡(luò)802.11協(xié)議里面現(xiàn)存有兩種方式適合傳輸語音的方式。一種是擴展數(shù)據(jù)渠道訪問(EDCA)，另一種是混合控制信道訪問(HCCA)。
混合控制信道訪問(HCCA)，它實施真正的輪詢。為此，可在AP上安裝控制裝置(HC＝混合控制器)，負責(zé)輪詢的管理。該站點接收8個出口隊列，它們根據(jù)需求將數(shù)據(jù)分配到隊列中以進行傳輸。所有等候隊列必須通過所謂的業(yè)務(wù)流規(guī)范(TSPEC)，注冊到AP。該TSPEC包含了站點對等候隊列的“期望要求”(最小和最大的服務(wù)間隔，最小的傳輸機會TXOP期限)。AP將返回一個所謂的計劃表，其中包含等候隊列的實際分配。這意味著它可能不符合“期望要求”。例如，如果AP已經(jīng)超負荷，不能再處理更多數(shù)據(jù)流，這種要求甚至可能遭到完全拒絕?，F(xiàn)在，HC應(yīng)負責(zé)通過輪詢處理各個站點排隊。由于HCCA具有絕對的優(yōu)先權(quán)，高于EDCA，因而HC實際上能夠在任何時候進行控制，通過適當(dāng)方式處理要求嚴格(包括數(shù)據(jù)速率和同步性要求)的數(shù)據(jù)流。在此期間，EDCA沒有生效，未處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)流。
EDCA站臺不像HCCA的站臺必須卑微地配合AP之輪詢排程。為執(zhí)行該功能，每個站點的傳輸終端具有相應(yīng)的4個等候隊列，發(fā)送到傳端終端的數(shù)據(jù)包可以進行分類。此外，每個站點的規(guī)則是清空優(yōu)先級較高的隊列，然后處理優(yōu)先級較低的隊列。作為標準類別，“盡力而為”業(yè)務(wù)可與分布式協(xié)同DCF進行協(xié)調(diào)。背景數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級最低，只有在網(wǎng)絡(luò)面臨失活狀態(tài)時才允許傳輸。顧名思義，視頻和音頻就是傳輸圖像和語音，此時應(yīng)該考慮到網(wǎng)絡(luò)對它們的特定需求。在這一過程中，站點不能象以往那樣，只為一個數(shù)據(jù)包占用無線網(wǎng)絡(luò)，而應(yīng)該使無線網(wǎng)絡(luò)用來傳輸整個系列的數(shù)據(jù)包(在此定義TXOP＝傳輸機會，transmissionopportunity)，這對視頻系列尤為有利。但必須注意的是，EDCA程序也稱作參數(shù)化的服務(wù)質(zhì)量，只是統(tǒng)計范圍內(nèi)的優(yōu)先方法。換句話說，從更長的時間來看，具有更高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流也被分配給更多的帶寬。就短暫時間間隔來說，低優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的速率也可能比中優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的速率快。EDCA無法為嚴格的同步數(shù)據(jù)流或?qū)崟r應(yīng)用提供足夠的安全性。
802.11技術(shù)的改良勢必將網(wǎng)絡(luò)電話、網(wǎng)絡(luò)電話加資料、視頻加資料、網(wǎng)絡(luò)電話加視頻加資料等應(yīng)用帶入主流。盡管802.11標準并未涵蓋所有網(wǎng)絡(luò)電話服務(wù)的各個層面，但仍有相當(dāng)重要的標準。特別是HCCA與EDCA都能提供在相同無線通道中支持語音加資料的方法。
這兩種方法都只是對數(shù)據(jù)包在空中的碰撞和質(zhì)量服務(wù)(QoS)有明顯地改善，但對象語音這樣的小包，802.11的協(xié)議效率并不高。對每個802.11數(shù)據(jù)包來說，物理(PHY)信息頭就占了23字節(jié)(見圖2)，它要求用最低地傳輸速率傳輸(對于無線局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準802.11b，這速率是1Mbps)，而MAC信息頭有30字節(jié)(見圖2)，它的傳輸速率是AP和non-AP用戶終端可以商榷的。如果我們已根據(jù)RFC2508把RTP(實時通訊協(xié)議)/UDP/IP信息頭壓縮到2-4字節(jié)，而不是IPv4的40字節(jié)和IPv6的60字節(jié)。在10ms中，G.723語音編碼器將產(chǎn)生40字節(jié)，G.729語音編碼器將產(chǎn)生10字節(jié).如果802.11傳輸速率是1Mbps，G.723的效率將是40/(40+30+23+4)＝41％，G.729的效率將是10/(10+30+23+4)＝15％，如果802.11傳輸速率是11Mbps，G.723的效率則變成40/(40+30+23*11+4)＝12％，G.729的效率則變成10/(10+30+23*11+4)＝3.4％，802.11為提高對于VoIP語音包的傳輸，允許PHY信息頭用短的前置序列(96微秒)配置來替代長的前置序列(192微秒)，這只是減輕了傳輸效率問題，但它要求整個系統(tǒng)最低工作速率在2Mbps，從而極大的影響了系統(tǒng)覆蓋范圍。這可見802.11協(xié)議對小包傳輸效率并沒有一個很好地解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，它產(chǎn)生一個新機制(集中式查詢和時分多址)來補充HCCA，用壓縮MAC信息頭和共享PHY信息頭的方式和方法來減少PHY和MAC信息頭的冗余度。
這項發(fā)明通過在下鏈引入集中式查詢和上鏈時分多址技術(shù)來提高語音包或小包傳輸效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案一種用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，所述的方法步驟如下a)在AP端，把到不同的用戶終端的小數(shù)據(jù)包構(gòu)成一個子幀體，然后集中到一個超級MAC下鏈幀；在一個子幀里，包含對應(yīng)的用戶中端的上鏈的傳輸機會TXOP的起始時間和長度及一個鏈路標識符；所有的子幀共享一個PHY信息頭；b)設(shè)定每個子幀有自己的CRC校驗碼；c)每一個AP和non-AP用戶端的鏈路都用一個鏈路標記符來替代MAC源和目的地址；d)設(shè)定在超級MAC下鏈幀里的持續(xù)時間/標識符(Duration/ID)域包含整個超級MAC下鏈幀的時間長度和它所對應(yīng)的所有終端用戶的上鏈時間長度；e)上鏈MAC幀包含鏈路標識符和用戶終端的隊列大?。贿@隊列大小是由用戶終端還未發(fā)完的所有包的總的大小所定義；f)上鏈MAC幀異或基本服務(wù)集標識符(BSSID)或者一個系統(tǒng)標識符來區(qū)分不同基本服務(wù)集(BSS)系統(tǒng)。
本發(fā)明所述的方法主要用于語音包的傳輸，在AP端，把不同用戶終端的語音包可集中起來共享PHY信息頭和部分MAC信息頭控制信息。
本發(fā)明所述的步驟e)中，可以用鏈路標識符來標識媒體接入控制(MAC)的目的和源地址。所述的步驟f)中用基本服務(wù)集標識符(BSSID)或鏈路標記、MAC目的地址來異或發(fā)射端信息，在接收端在相同位置異或相同序列，由CRC校驗碼判定解碼是否正確。
本發(fā)明用于語音傳輸時，傳輸中可刪除802.11 MAC幀里的分片域。
在本發(fā)明中，如果從AP出去到用戶終端們的數(shù)據(jù)或語音包使用同一種調(diào)制方式和編碼，它們可以共同組成一個超級MAC下鏈來享用同一個PHY信息頭、基本服務(wù)集標識符(BSSID)、幀控制字(frame control)、持續(xù)時間/標識符(duration/ID)域。在超級MAC下鏈幀里，到每個用戶終端的包被稱為子幀。在持續(xù)時間/標識符(duration/ID)域的值要足夠大以覆蓋所有對應(yīng)的上鏈的回應(yīng)幀和整個超級MAC幀的下鏈。在HCF機制下，每一個從HC或non-AP的用戶終端發(fā)出的幀都包含了持續(xù)時間(duration)長度域已讓在基本服務(wù)集系統(tǒng)里其他用戶終端把他們的NAV重置來保護緊接而來的幀。所有的用戶終端們都將遵循這個HCF的NAV規(guī)則。
在每個下鏈子幀里，a)因為基本服務(wù)集標識符已經(jīng)包含在超級MAC幀的幀頭，所以基本服務(wù)集標識符被抑制了；b)源和目的MAC地址可以用一個簡短的鏈路標識符來標識；因為在這種集中查詢方式下，所有的數(shù)據(jù)或語音包都很小，從而禁止它們被分片。所以分片(Fragmentation)域可以不要；c)在這種方式下，上鏈MAC幀的隊列大小域的值是由現(xiàn)在non-AP用戶端存儲的所有數(shù)據(jù)包或語音包的大小決定的；d)下鏈中每一個non-AP用戶終端的上鏈傳輸機會TXOP限制，是由在上一次通訊中，該用戶終端匯報給AP的上鏈隊列大小和現(xiàn)在系統(tǒng)所剩資源所決定的；e)有一個CRC校驗碼。
如果non-AP用戶終端已在集中式查詢方式注冊，如收到超級MAC幀，它將掃描整個幀，找到相對應(yīng)的鏈路標識符，如果通過CRC，就取下這個子幀，同時把下鏈子幀規(guī)定的上鏈發(fā)射起始時間和所需時間長度設(shè)置好。
加入這機制的Non-AP用戶終端將數(shù)據(jù)或語音包組成一個包含CRC的上鏈子幀，然后用基本服務(wù)集標識符去異或這一子幀以達到抑制基本服務(wù)集標識符，又能區(qū)分不同基本服務(wù)集的目的(見圖5)。當(dāng)AP收到上鏈數(shù)據(jù)，它將先用基本服務(wù)集標識符去異或子幀，如CRC通過，則認為正確。在上鏈，幀控制字包含有子幀數(shù)目以幫助AP取得該用戶終端的所有子幀。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、適用范圍廣，可適用于任何一個有AP和多用戶終端組成的802.11系統(tǒng)；2、該方法可有效傳輸802.11語音包或小數(shù)據(jù)包，不僅傳輸效率高，且可提高2-3倍語音容量。


圖1為本發(fā)明修改的幀控制域圖表圖2為現(xiàn)有802.11b包結(jié)構(gòu)3-a)為本發(fā)明為得到鏈路標記而修改的質(zhì)量服務(wù)信息QoS圖3-b)為本發(fā)明為增添鏈路標識符而修改的業(yè)務(wù)流加入應(yīng)答(ADDTS.response)信息域結(jié)構(gòu)4為本發(fā)明在集中查詢方式下超級下鏈和上鏈幀的幀結(jié)構(gòu)5-a)為本發(fā)明超級上鏈幀的子幀在調(diào)制下異或過程示意圖(在用戶終端)圖5-b)為本發(fā)明超級上鏈幀的子幀在解調(diào)下異或過程示意圖(在AP端)具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明方法。
圖1是本發(fā)明幀控制域圖示，其中*欄(類型＝10，子類型＝1101)中為新增的幀控制字。當(dāng)送至AP標記＝1，來自AP標記＝0，而且類型＝10(二進制)和子類型＝1101(二進制)，比特15和10就表示是子幀數(shù)目，它們最多可表示3個子幀。
在本發(fā)明方法里，如果支持集中式查詢和時分多址的用戶終端加入一個基本服務(wù)集(BSS)系統(tǒng)，它需要經(jīng)歷下列步驟以達到可以傳輸語音包a)它所先要確定AP是否支持集中式查詢和時分多址方式，通過AP發(fā)送的質(zhì)量服務(wù)QoS能力元素(QoS Capability)里的QoS信息域的B7設(shè)置是否為1，1代表該AP支持集中式查詢和時分多址機制。這個修改可在QAP發(fā)送的質(zhì)量服務(wù)信息(QOS info sent by QAP)圖3.a中看到，其中*欄即B7比特在現(xiàn)有的802.11系統(tǒng)中屬于保留比特，現(xiàn)在作為支持集中式查詢和時分多址機制的一個標志位。
b)無論什么時候，當(dāng)一個語音數(shù)據(jù)流來了，non-AP用戶終端如果通過QoS能力元素發(fā)現(xiàn)AP也支持這種新機制，將發(fā)送業(yè)務(wù)流加入請求(ADDTS.request)到AP。把業(yè)務(wù)流加入請求(ADDTS.request)里的業(yè)務(wù)流規(guī)范(TSPEC)元素里的接入政策域(access policy sub-field，比特7-8)置為00以表示該用戶終端希望用集中式查詢和時分多址工作方式。比特7-8在現(xiàn)有的802.11系統(tǒng)中屬于保留比特。
c)支持集中式查詢和時分多址的AP將回應(yīng)一個業(yè)務(wù)流加入應(yīng)答(ADDTS.response)消息，在這個方式中下，計劃表(schedule)元素里把保留的一個字節(jié)用來傳遞鏈路標志信息。這個修改可以通過圖3.b更直觀。其中鏈路標識符標志位0-不能使用集中式查詢和時分多址方式；1-要使用集中式查詢和時分多址方式，鏈路標識符在緊隨的7比特。
d)如果AP認為TSPEC是周期性的小數(shù)據(jù)包流，而且系統(tǒng)剩有足夠資源，則AP將發(fā)送一個鏈路標識符給non-AP用戶終端。以后AP將把這數(shù)據(jù)流放在超級MAC幀中傳輸。而用戶終端將記住這個標識符以用在下鏈解調(diào)和上鏈調(diào)制。
AP將維持多個語音隊列，每個隊列都有不同的802.11物理層調(diào)制和編碼方式，如果語音包進來，AP將根據(jù)對應(yīng)用戶終端不同的鏈路物理層調(diào)制和編碼方式而放在不同隊列。HC將周期性查詢每個隊列(建議10ms一次)，如隊列有鏈路標識符登記過，則組成一個超級MAC幀，如隊列有數(shù)據(jù)包存在，則放入下鏈子幀體里，否則下鏈子幀只有含有鏈路標識符和傳輸機會TXOP的包頭和CRC，每個數(shù)據(jù)包都將組成一個子幀。圖4詳細說明超級MAC幀結(jié)構(gòu)。每種802.11物理層調(diào)制和編碼方式將對應(yīng)一個超級MAC幀。超級MAC幀將共享2字節(jié)的幀控制字，在下面的表1中有上鏈和下聯(lián)幀控制字的說明。
表1控制字里的合法類型和子類型組合(表1的數(shù)值是用二進制表示)



通過設(shè)置b3-2為0b10，和b7-4為1101(表中*欄，)來表示這是一個超級MAC幀，另外它們將共享2字節(jié)持續(xù)時間/標識符(duration/ID)域，這個持續(xù)時間長度將包含整個超級MAC幀的上鏈和下鏈，以防止其它用戶終端在上鏈對無線媒體的競爭。這域設(shè)置成持續(xù)時間(Duration)＝向上取整(整個下鏈的字節(jié)數(shù)/下鏈傳輸速率)

假設(shè)第j個non-AP用戶終端的上鏈持續(xù)時間duration是TXOPj，N是所有的non-AP用戶終端數(shù)目，單位為微秒。
任何一個下鏈子幀都包含有non-AP用戶終端的傳輸機會TXOP的持續(xù)時間和起始時間。上鏈起始時間可以通過以下公式計算·第i個Non-AP用戶終端的TXOP起始上鏈發(fā)送時間是在下鏈幀結(jié)束

微秒之后，這里假設(shè)第j個non-AP用戶終端的上鏈所需時間為TXOPj。
·Non-AP用戶終端的TXOP時間長度單位可設(shè)為10us，這樣整個超級上鏈幀加一個SIFS時間的發(fā)送時間可達2550微秒。
當(dāng)non-AP用戶終端通過申請，而從業(yè)務(wù)流加入應(yīng)答(ADDTS.response)消息里得到自己的鏈路標識符。如果從AP那接收到一個MAC幀，這幀的幀控制字(見圖1)的比特7到2是110110，而且基本服務(wù)集標識符和自己注冊的AP一樣。這時用戶終端的MAC層將掃描整個MAC幀以尋找自己的鏈路標識符，如果找到，再通過CRC看整個子幀對不對。不管對不對，用戶終端都要求掃描完整幀以收全所有的子幀。Non-AP用戶終端將根據(jù)子幀里的TXOP的起始時間和持續(xù)時間來配置自己的發(fā)射時間。如果因為誤碼或其它原因，用戶終端沒收到傳輸機會TXOP信息，它就不能在上鏈時間發(fā)送。這時HC在等了SIFS加上一個時序時間以后，如果發(fā)現(xiàn)無線媒體還處于空閑，HC將重新控制無線媒體作其它用途，但時間不能超過TXOP所規(guī)定時間。如果non-AP用戶終端得到了正確子幀，它將數(shù)據(jù)或語音包組成一個包含CRC的上鏈子幀，然后用基本服務(wù)集標識符去異或這一子幀以達到抑制基本服務(wù)集標識符，又能區(qū)分不同基本服務(wù)集的目的(見圖5-a調(diào)制過程)，然后按照傳輸機會TXOP所指定來限制發(fā)送802.11包持續(xù)時間長度和起始時間。上鏈控制字(見圖1)的比特7到2是110110，比特15和比特10是上鏈幀的子幀數(shù)目，這樣一個上鏈幀可以最多有3個子幀。對同一用戶終端引入多子幀概念是為了解決語音包傳輸抖動(jittering)問題.上鏈的隊列大小是由在用戶終端緩存里的總共包的大小有關(guān)，單位可設(shè)置為字節(jié)，因此除了PHY信息頭外，在上鏈它可以總共有255字節(jié)，足以包含2個以上20ms的G.723語音包。當(dāng)AP收到上鏈數(shù)據(jù)，它將先用基本服務(wù)集標識符去異或子幀(見圖5-b解調(diào)過程)，再用CRC校驗碼判斷子幀是否正確。如果CRC正確，則提取出上鏈匯報的隊列大小以作為下一幀的傳輸機會TXOP的持續(xù)時間，當(dāng)然這時系統(tǒng)要有足夠資源以滿足該用戶終端請求。
如果AP收到業(yè)務(wù)流刪除請求(DELTS.request)或者AP發(fā)現(xiàn)non-AP用戶終端閑置時間超過TSPEC域所指定，AP將把鏈路標識符從鏈路標識符庫里釋放，同時刪除該用戶終端在集中式查詢和時分多址方式里的登記。該用戶終端在語音通訊結(jié)束，發(fā)出業(yè)務(wù)流刪除請求(DELTS.request)后或者non-AP用戶終端認為AP閑置時間超過TSPEC所指定，就退出這種機制。
這項發(fā)明并沒有影響802.11的兼容性，它只是802.11e協(xié)議的補充，具有新功能的non-AP用戶終端仍能和普通的AP通訊，反之亦然。同時這項發(fā)明對于中國的保密安全WAPI協(xié)議也沒有任何影響.這項發(fā)明中，每個子幀都含有32比特CRC校驗碼而構(gòu)成了一個獨立校驗體，所以在相同的誤碼率下，用正常的802.11協(xié)議的誤包率和用集中式查詢方式的誤子幀率是差不多的，它并不會因超級MAC包的變得更長而具有更高的誤子幀率。這里拿802.11的誤包率和該發(fā)明的誤子幀率相比是因為它們承載相同信息。該發(fā)明通過PHY信息頭共享和MAC信息頭壓縮來盡可能避免PHY和MAC信息頭的冗余。它可以提高2-3倍效率，數(shù)據(jù)顯示在表2和表3。
表2 802.11b的語音包在1Mbps速率下的傳輸時間(單位微秒)

表3 802.11b的語音包在11Mbps速率下的傳輸時間(單位微秒)

權(quán)利要求
1.一種用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，其特征在于所述的方法步驟如下a)在AP端，把到不同的用戶終端的小數(shù)據(jù)包構(gòu)成一個子幀體，然后集中成一個超級MAC下鏈幀；在一個子幀里，包含對應(yīng)的用戶中端的上鏈的傳輸機會TXOP的起始時間和持續(xù)時間及一個鏈路標識符；所有的子幀共享一個PHY信息頭和部分MAC信息頭控制信息；b)設(shè)定每個子幀有自己的CRC校驗碼；c)每一個AP和non-AP用戶端的鏈路都用一個鏈路標記符來替代MAC源和目的地址；d)設(shè)定在超級MAC下鏈幀里的持續(xù)時間/標識符域包含整個超級MAC下鏈幀的時間長度和它所對應(yīng)的所有終端用戶總的上鏈時間長度；e)上鏈MAC幀包含鏈路標識符和用戶終端的隊列大??；這隊列大小是由用戶終端還未發(fā)完的所有包的總的大小所決定；f)上鏈MAC幀異或基本服務(wù)集標識符或者一個系統(tǒng)ID來區(qū)分不同基本服務(wù)集系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，其特征在于所述的小數(shù)據(jù)包為語音包，在AP端，把不同用戶終端的語音包集中起來共享PHY包信息頭和部分MAC信息頭控制信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，其特征在于所述的步驟e)中，用鏈路標識符來標示MAC的目的和源地址。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，其特征在于所述的步驟f)中用基本服務(wù)集標識符或鏈路標記、MAC目的地址來異或發(fā)射端信息，在接收端在相同位置異或相同序列，再由CRC判定解碼是否正確。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，其特征在于在語音傳輸中刪除802.11MAC幀里的分片域。
全文摘要
一種用于無線局域網(wǎng)802.11中可降低信息交換冗余度的方法，步驟如下a)在AP端，把到不同用戶終端的小數(shù)據(jù)包構(gòu)成一子幀體，然后集中到一超級MAC下鏈幀；在一子幀里，包含對應(yīng)的用戶終端的TXOP的起始時間和長度及一個鏈路標識符；所有子幀共享一PHY信息頭；b)設(shè)定每個子幀有自己的CRC校驗碼；c)每一AP和non－AP用戶端的鏈路都用一鏈路標記符來替代MAC源和目的地址；d)設(shè)定在超級MAC下鏈幀里的Duration/ID域包含整個超級MAC下鏈幀的時間長度和它所對應(yīng)的所有終端用戶總的上鏈時間長度；e)上鏈MAC幀包含鏈路標識符和用戶終端的隊列大??；這隊列大小由用戶終端還未發(fā)完的所有包總的大小所定義；f)上鏈MAC幀異或BSSID或者一系統(tǒng)標識符來區(qū)分不同基本服務(wù)集BSS。
文檔編號H04L12/28GK101056258SQ200610072829
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者張躍, 黃齡蕙 申請人:高事達科技(北京)有限公司