專利名稱：一種避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線網絡傳輸領域，特別涉及一種在802. 11采用競爭方式進行數據傳輸時避免網絡擁塞的方法。
背景技術：
802. 11 (其的商用推廣品牌為 Wi-Fi)是 IEEEGnstitute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師協會)制定的短距高速無線局域網標準。 隨著hternet (互聯網)的快速發(fā)展，802. 11目前得到了大規(guī)模的普及和發(fā)展，被廣泛用于電腦、手機以及各種消費電子產品。802. 11產品廣泛使用2. 4GHz和5GHz兩個共享免費頻段。802. 11 有兩種網絡架構一種是 Incbpendent BSS(Independent Basic Service kt，獨立基本服務集)架構，在此架構下，STA(Sta-tion，站，STA在WLAN(Wireless Local Area Networks，無線局域網)中一般為客戶端，可以是裝有無線網卡的計算機，也可以是有Wi-Fi模塊的智能手機，可以是移動的，也可以是固定的，是無線局域網的最基本組成單元)通過Ad hoc (點對點模式)組網彼此之間進行通信；另一種是hfrastructure BSSdnfrastructure Basic Service kt，中控型基本服務集)架構，如圖1所示，在此架構下，AP ((Wireless)Access Point,(無線)訪問接入點)控制各個STA，STA通過AP與外部網絡或其他STA進行通信。在hfrastructure BSS網絡中，AP周期性的廣播Beacon幀(信標幀)，Beacon 幀中包含此hfrastructure BSS網絡運行的基本參數，STA可通過Beacon幀獲得 Infrastructure BSS網絡運行的參數信息。在Beacon幀中，有一個Beacon間隔域(Beacon Interval Field)，此域指示一個固定的廣播Beacon幀的時間間隔參數“TBTT”，如圖2所示，值得注意的是，由于802. 11基于競爭的接入方式，在TBTT的時刻，信道可能出于忙的狀態(tài)，AP不能獲得信道，此時，AP將推后發(fā)送Beacon幀。STA首先需要通過掃描過程發(fā)現周圍的hfrastructure BSS網絡，再通過認證過程和關聯過程，才能和AP建立連接，加入hfrastructure BSS網絡。其中，掃描過程包括被動掃描和主動掃描兩種方式被動掃描STA在其所支持的信道上搜索AP發(fā)送的Beacon幀，并獲得相應 Infrastructure BSS 網絡的信息；主動掃描STA在其所支持的信道上發(fā)送ftObe Request幀(探尋請求幀)，AP 收到后，回應Probe Response幀(探尋響應幀)，STA通過Probe Response幀獲得相應 Infrastructure BSS 網絡的信息。認證過程802. 11定義了兩種認證機制開放系統(tǒng)認證和共享密鑰認證。關聯(Association)過程=STA要加入某個 AP 控制的 Infrastructure BSS 網絡，其必須通過如下關聯過程加入此hfrastructure BSS網絡STA發(fā)送關聯請求 (Association Request)中貞@AP，AP 口向jS (Association Response)中貞@ STA。
當 STA 關聯入 hfrastructure BSS 網絡后，使用 DCF (Distributed Coordination Function,分布式協調功能)、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access,增強分布式協調訪問)、PCF(Point Coordination Function,點協調功能)或者 HCCA(Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access,混合式協調功能控制信道訪問)方式進行數據傳輸。其中，DCF和EDCA是采用競爭的方式進行數據傳輸的。DCF是802. 11的基本媒質訪問接入技術。如果一個STA想發(fā)送數據，其首先要通過在固定的幀間隔(IFS，Inter-frame Space)時間內執(zhí)行信道空閑評估(CCA, Clear Channel Assessment)來檢測信道是否空閑。如果信道是空的，則STA假設其可以獲得信道，并發(fā)送數據；如果信道是忙的，則STA等待信道空閑IFS時間后，并再等待一個隨機的回退(kickoff)時間。如果在回退的時間內，信道仍然是空的，則STA認為其可以獲得信道并發(fā)送數據；如果在回退的時間內，檢測出信道處于忙的狀態(tài)，則其不能獲得信道，此時STA 凍結回退定時器，等待信道再次空閑IFS時間，再重新解凍回退定時器(不重新產生隨機的回退時間)，檢測這段時間內信道是否空閑。如圖3所示，在STAl傳輸數據時，STA2、STA3都有幀要傳輸，等待信道空閑IFS間隔后，STA2和STA3進入競爭階段，每個STA在競爭窗口(CW，Contention Window)內隨機選擇一個回退時間，如圖3所示，STA3所選擇的回退時間最短，它的回退計時器最先減至0， 并開始傳輸幀，此時STA2檢測到信道變忙后，將回退計時器凍結；當信道再次空閑IFS時間后，STA2的回退計時器解凍，并在剩余的這段回退時間內，沒有檢測出信道變忙，隨即當計時器減至0后，STA2開始發(fā)送幀。根據STA要發(fā)送數據的不同(這里的數據指的并不只是業(yè)務數據，也包括管理幀等)，IFS會有所不同，有SIFS、PIFS、DIFS、AIFS、EIFS等(其中AIFS在EDCA中引入)。SIFS (Short Inter-frame Space，短的幀間間隔)在 802. 11 中 SIFS 是固定值， SIFS是最小的幀間間隔，因此采用SIFS的節(jié)點具有訪問無線鏈路的最高優(yōu)先級。DIFS(DCF Inter-frame Space，DCF幀間間隔)在DCF協議中，節(jié)點在開始發(fā)送數據之前需要監(jiān)測信道是否空閑。如果信道已經空閑，則節(jié)點仍需等待DIFS段時間才開始發(fā)送數據；而如果在DIFS時間段內任一時刻信道被監(jiān)測為忙，則節(jié)點不得不推遲它的數據發(fā)送。DIFS和SIFS間的計算關系為DIFS = SIFS+(2 X 時隙)PIFS (PCF Inter-frame Space, PCF 幀間間隔):PCF 傳輸方式中 AP 等待 PIFS 而不是DIFS以訪問信道。PIFS和SIFS間的計算關系為PIFS = SIFS+ 時隙由于DIFS > PIFS > SIFS，因此PCF傳輸方式下AP總比普通節(jié)點具有更高的訪問信道的優(yōu)先級。EIFS(Extended Inter-frame Space，擴展的幀間間隔)在前一幀出錯的情況下， 發(fā)送節(jié)點不得不延遲EIFS時間段后再發(fā)送下一幀。EIFS計算公式為EIFS =最低基本速率下的ACK幀的傳輸時間(Transmission time of Ack frame at lowest basic rate)+SIFS+DIFS在發(fā)送ACK幀、CTS幀、AP發(fā)送Beacon幀、以及在一些特定機制下發(fā)送數據幀時，使用SIFS、PIFS，SIFS的時間長度小于PIFS，這兩者都小于DIFS、AIFS和EIFS ；當數據發(fā)送使用SIFS、PIFS時，沒有回退定時器，在SIFS、PIFS時間過后，直接發(fā)送數據。回退時間在
的時間內以均勻分布選取，CW剛開始選擇最小值CWmin，如果發(fā)送數據不成功，則加倍上一次的CW值，直到達到CWmax。如果發(fā)送數據成功，則CW重置為 CffminO Cffmin的默認值為15，Cffmax的默認值為1023。AP也會采取DCF的接入機制，在采用DCF時，與上述的STA的接入方法是一樣的。STA或者AP在DIFS過后通過回退定時器得到信道后，可以向目標(AP或者STA) 發(fā)送RTS (Request To Send,請求發(fā)送)，并得到目標CTS的響應，RTS和CTS可以預約信道， 設置其它STA的NAV(Network Allocation Vector，網絡分配矢量)，其它STA在NAV的時間內不會去競爭信道；源和目標通過RTS/CTS預約信道后，源(STA或者AP)再發(fā)送要傳送的數據，并得到目標的ACK幀；RTS幀與CTS幀之間的間隔為SIFS，不需要回退定時器。基于DCF傳輸方式，802. 11還引入了集中式協調的信道接入技術PCF。另外，在 802. Ile中，為了支持QoS(Quality of krvice，服務質量)，又引入了對DCF進行增強的 EDCA,以及彌補PCF缺點而引入的HCF (hybrid coordination function,混合協調功能)。EDCA是DCF的擴展，在802. lie中引入，用于支持具有優(yōu)先級的QoS服務。EDCA 定義了 4 種接入類型(AC，Access Category) :AC_BK (Background,背景)、AC_BE (Best Effort，盡力服務)、AC_VI (Video，視頻)、AC_V0 (Voice,聲音)，其中，AC_V0的優(yōu)先級最高， 其次是AC_VI、AC_BE、AC_BK ；每種AC具有一組特定的信道接入參數，用來控制信道的接入優(yōu)先級。EDCA接入和DCF —樣，當信道空閑時，要首先推遲固定的一段時間(AIFS)，再推遲一個隨機的回退時間。與DCF不同的是，每個STA的流量被分到4個隊列中，每個隊列對應于一個AC。EDCA接入的參數是按每個AC定義的，如AIFS[AC]，CW[AC]，通過給不同優(yōu)先級的隊列定義值不相同的AIFS、CW等，來給不同優(yōu)先級的隊列提供有差別的等待時間。對于 EDCA而言，每個STA不但要和其他的STA競爭信道，而且STA內的各個AC隊列也要內部競爭信道。內部沖突的解決辦法和STA間的信道競爭解決辦法一樣如果一個STA有多個AC 隊列具有數據，它們像STA間的信道競爭那樣競爭傳輸機會(即在AIFS[AC]+Backoff [AC] 內看是否有其他的AC隊列發(fā)送數據，參見上述DCF)，如果兩個隊列同時獲得了接入信道的權限，那么高優(yōu)先級的AC隊列獲得接入，其他的AC像發(fā)生了 STA間的沖突那樣，加倍它的 Cff[AC]后重新產生回退時間，再重新嘗試接入。EDCA 中引入的 AIFS (Arbitration Inter-frame Space，仲裁幀間隔)的值如下式所示，通過定義不同級別AC的AIFSN來區(qū)分得出不同AIFS值。AIFS[AC] = AIFSN[AC]XaSlotTime+aSIFSTime其中，aSlotTime為時隙，aSIFSTime為短的幀間間隔。從上式可以看出，對AIFS 的參數設置實際上是對參數AIFSN的設置。802. Ile 中還引入了 TXOP(Transmission Opportunity，發(fā)送機會)的概念，在此前的DCF中，當STA或者AP獲得信道后，都只能發(fā)送一個幀，TXOP引入的目的是為了讓STA 或者AP在獲得信道后，可以發(fā)送多個幀。每個STA的TXOP不能超過TXOP Limit (發(fā)送機會限制)，TXOP Limit 在 AP 廣播的 Beacon 幀(或者 Probe Response 幀)的 EDCA Parameter Set IE(EDCA參數集信息元素)中提供，TXOP Limit與上述AIFS、CW都是按照每個AC定義的，也就是說不同的AC具有不同的TXOP Limit，優(yōu)先級高的AC的TXOP Limit較大，可以獲得更多的傳輸時間。2011年IEEE 802. 11工作組新成立一個802. Ilah工作組，計劃將802. 11技術推廣到小于IGHz的頻段，由于頻段降低，在相同的功率下802. IlAP可以覆蓋更遠的距離， 讓更多的STA接入網絡進行傳輸。802. Ilah的一個應用場景是將其用于M2M(Machine to Machine communication，機器通信)設備，比如用于智能電網。在這種場景下，一個AP下可能具有大量的802. Ilah終端(STA)，如6000個；802. Ilah的STA數據傳輸方式可能是周期性或者事件性觸發(fā)的。802. Ilah之前的802. 11系統(tǒng)主要是考慮H2H通信(Human to Human communication，人人通信)而設計的，并不適應上述M2M通信的傳輸方式首先，802. Ilah 之前的802. 11系統(tǒng)中，一個AP下至多支持上百個STA，802. Ilah AP考慮到幾千個STA的傳輸，需要在接入方式和傳輸方式上進行改進；其次，現有的802. 11網絡中，802. IlSTA業(yè)務的發(fā)送更多的由人進行觸發(fā)，因此具有一定的隨機性，大量STA同時傳輸數據的可能性很小，但是對于802. Ilah STA來說可能基于周期性或者事件性觸發(fā)傳輸數據，因此可能存在大量的STA同時傳輸數據的時刻，無論使用現有的DCF或者EDCA方式進行數據傳輸，都會大大增加沖突的概率，造成802. Ilah網絡的擁塞。雖然在M2M應用場景中，802. Ilah網絡可能更多的由行業(yè)用戶進行部署，行業(yè)用戶可以在應用層進行一定的設置來分散802. IlSTA的接入，但應用層的設置可能并不足夠。另外，對于突發(fā)事件(比如斷電后的突然加電)，大量STA可能不得不同時進行數據傳輸，當大量的STA同時發(fā)起傳輸時，會大大增加沖突的概率，造成網絡的擁堵。即使對于802. Ile(EDCA)來說，對不同的業(yè)務區(qū)分了優(yōu)先級，并根據優(yōu)先級分別設置AIFS[AC]、 Cff [AC] ,TXOP Limit [AC]等參數，但行業(yè)用戶仍然需要對不同的STA進行區(qū)分，以便在網絡擁塞的時候，保證部分STA的傳輸。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種避免802. 11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法， 當大量STA同時發(fā)起傳輸時，減小沖突概率，避免網絡802. 11網絡的擁塞。本發(fā)明的技術方案是這樣實現的一種避免802. 11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，包括將hfrastructure BSS網絡中的各個STA分別擇一的歸屬到至少1個優(yōu)先級組中；對每個優(yōu)先級組分別設定傳輸因子；在STA通過所述hfrastructure BSS網絡的關聯后，采用DCF或者EDCA方式競爭信道之前，根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道。進一步，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道包括 所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該 STA是否競爭信道。進一步所述傳輸因子設置于
之間，所述隨機數取值在
之間并呈均勻分布；
所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，具體包括以下步驟步驟al 所述STA產生隨機數；步驟a2 若該STA產生的隨機數小于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟a3，否則執(zhí)行步驟a4;步驟a3 該STA競爭信道；步驟a4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟a2 ；或者，所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，具體包括以下步驟步驟bl 所述STA產生隨機數；步驟1^2 若該STA產生的隨機數大于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟b3，否則執(zhí)行步驟b4;步驟b3 該STA競爭信道；步驟b4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟1^2。進一步優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子大于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子；或者優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子。進一步，優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的等待時間小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的等待時間。進一步，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道包括 所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子邏輯值進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競
爭信道。進一步所述傳輸因子設置邏輯值為0或1 ；所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競爭信道，具體包括若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為1，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道；或者，所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行判斷，根據判斷結果決定該STA 是否競爭信道，具體包括若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為0，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道。進一步，所述等待時間在所述hfrastructure BSS網絡的AP中進行設置，并通過 Beacon幀在所述Infrastructure BSS網絡中進行廣播，或者通過Probe Response幀發(fā)送給所述STA。進一步，所述傳輸因子在所述hfrastructure BSS網絡的AP中進行設置，并通過 Beacon幀在所述Infrastructure BSS網絡中進行廣播，或者通過Probe Response幀發(fā)送給所述STA。進一步，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道是在該STA中進行的。進一步，Infrastructure BSS網絡中的各個STA在向AP發(fā)送關聯請求時，均向所述AP上報STA自身所歸屬的優(yōu)先級組，所述AP根據各個STA所上報的優(yōu)先級組將各個STA 歸屬到不同的優(yōu)先級組中。進一步，在完成hfrastructure BSS網絡掃描之后并進行關聯之前，根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否進行hfrastructure BSS網絡的認證或關聯。進一步，當采用EDCA數據傳輸方式時，Beacon幀中的EDCA Parameter Set IE中的AIFS、CW、TXOP Limit參數根據優(yōu)先級組和AC進行設置。進一步，當采用EDCA數據傳輸方式時，對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定傳輸因子。進一步，當采用EDCA數據傳輸方式時，對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定等待時間。從上述方案可以看出，本發(fā)明中采用DCF或者EDCA方式競爭信道并傳輸數據之前，采用優(yōu)先級組的方式對hfrastructure BSS網絡中的各個STA進行優(yōu)先級歸類，當大量STA同時進行數據傳輸時，一方面保證所有STA都能夠根據自身優(yōu)先級順序進行數據傳輸，避免造成網絡擁塞，另一方面保證部分重要的處于高優(yōu)先級的STA能夠有更大的概率較早完成數據傳輸。傳輸因子的設定引入了各個STA對信道的競爭機制，一方面，避免了同一優(yōu)先級組下STA數量過多時(如所有的STA均處于同一優(yōu)先級組中的情況)對網絡造成的擁塞，另一方面，在保證高優(yōu)先級組中的STA有更大的概率進入到DCF或者EDCA進行信道競爭時，雖然處于低優(yōu)先級組中的STA進入到DCF或者EDCA進行信道競爭的概率較小， 但仍然能夠有機會進入到DCF或者EDCA進行信道競爭。另外，通過對不同優(yōu)先級組的傳輸因子的設定，還可以阻止低優(yōu)先級組中的STA競爭信道，保證高優(yōu)先級組對信道的占用。本發(fā)明提供的方法中，優(yōu)先級組可以設定僅為1組，此時，所有的STA均采用同一個傳輸因子，在不需要考慮某些STA需要優(yōu)先傳輸數據的情況下，通過設定一個統(tǒng)一的傳輸因子就可以對STA的信道競爭進行限制，從而避免由于大量STA同時進行信道競爭而導致網絡擁塞。


圖 1 為 802. 11 的 Infrastructure BSS 架構示意圖；圖2為Beacon幀間隔域所指示的時間間隔示意圖；圖3為DCF中STA競爭信道示意圖；圖4為本發(fā)明提供的避免802. 11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法流程圖；圖5為使用本發(fā)明方法過程中AP和STA之間進行交互的流程示意圖；圖6為本發(fā)明的一個實施例中根據比較結果決定該STA是否競爭信道的步驟示意圖；圖7為本發(fā)明的另一個實施例中根據比較結果決定該STA是否競爭信道的步驟示意圖；圖8為現有的EDCA傳輸方式中4種AC的優(yōu)先級順序示意圖；圖9為本發(fā)明的一個關于EDCA各個參數根據優(yōu)先級組和AC進行設置的實施例示意圖；圖10為AIFS參數值根據優(yōu)先級組和AC進行設置的實施例示意圖；圖11為DCF傳輸方式中傳輸因子、等待時間與優(yōu)先級組相關的示意圖；圖12為EDCA傳輸方式中對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定傳輸因子和等待時間的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖4、圖5所示，本發(fā)明提供的基于802. 11的緩解網絡擁堵，增強數據傳輸的方法包括步驟1 將hfrastructure BSS網絡中的各個STA分別擇一的歸屬到不同的優(yōu)先級組中；步驟2 對每個優(yōu)先級組分別設定傳輸因子；步驟3 在STA通過所述hfrastructure BSS網絡的關聯后，采用DCF或者EDCA 方式競爭信道之前，根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道。其中步驟1中，根據情況，也可以同時存在優(yōu)先級相同的不同優(yōu)先級組。上述步驟3中，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道可以通過如下手段實現所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道。更具體地，將所述傳輸因子設置于
之間，所述隨機數取值在
之間并呈均勻分布；所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，參見圖6，具體包括以下步驟步驟al 所述STA產生隨機數；步驟a2 若該STA產生的隨機數小于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟a3，否則執(zhí)行步驟a4;步驟a3 該STA競爭信道；步驟a4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟a2。采用上述步驟時，優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子大于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子。除上述過程外，作為另一種具體事實例，所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，參見圖7，還可以具體包括以下步驟步驟bl 所述STA產生隨機數；
步驟1^2 若該STA產生的隨機數大于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟b3，否則執(zhí)行步驟b4;步驟b3 該STA競爭信道；步驟b4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟1^2。采用上述另一種具體事實例的步驟時，優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子。等待時間的設定采用優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的等待時間小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的等待時間。這種設定方式的優(yōu)點在于，高優(yōu)先級組的STA等待時間較短，從而在同樣長的一段時間內，高優(yōu)先級組的STA比低優(yōu)先級組的STA有更多的次數嘗試產生隨機數并與傳輸因子進行比較，以進一步提高高優(yōu)先級組STA的隨機數與傳輸因子相比較而成功的概率。上述步驟3中，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道還可以通過如下手段實現所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子邏輯值進行判斷，根據判斷結果決定該 STA是否競爭信道。其中，所述傳輸因子設置值為邏輯值0或1 ；所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競爭信道，可以分別采用下述兩種方式實現A.若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為1，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道。B.若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為0，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道。本發(fā)明的方法中，關于優(yōu)先級組，可以設定為多組，也可以設定僅為1組。設定為僅為1組時，所有的STA均使用一個傳輸因子。此時，僅有1個優(yōu)先級組，也等價于不進行優(yōu)先級組的設定，Infrastructure BSS網絡中沒有優(yōu)先級組的劃分。此時，僅需要利用一個傳輸因子和等待時間對所有的STA進行信道競爭的限制，保證同時進行信道競爭的STA數量不會過多而引起網絡擁塞。比如，設定統(tǒng)一的傳輸因子為0. 2，要求所有的STA中產生隨機數低于該傳輸因子0. 2的STA才能夠進行信道競爭，這樣同一時間內，所有的要求傳送數據的STA中僅有可能20%的STA能夠進行信道競爭，另外80%則需要等待下次隨機數的產生，從而在同一時間內，將信道競爭的STA的數量限制到了 20%左右，從而避免全部STA同時進行信道競爭而可能造成的網絡擁塞。傳輸因子和等待時間的設定均在AP中進行，AP可以通過Beacon幀或者ftObe Response幀將傳輸因子和等待時間發(fā)送給STA ；隨機數的產生和與傳輸因子的比較均在 STA中進行。競爭信道的傳輸方式主要有DCF和EDCA兩種。對于EDCA來說，雖然802. Ile對不同的業(yè)務區(qū)分了優(yōu)先級，并根據優(yōu)先級分別設置AIFS[AC]、CW[AC]、TXOP Limit [AC]等參數。但在一些M2M場景中，即使大量STA傳輸的業(yè)務是相同的，但仍然需要對不同的STA區(qū)分優(yōu)先級，以便在網絡擁塞的時候，限制低優(yōu)先級STA的傳輸，保證高優(yōu)先級STA的傳輸。在 EDCA 傳輸方式中，Beacon 幀(或者 Probe Response 幀)中的 EDCAParameterSet IE中的AIFS、CW、TXOP Limit參數可以參考上述優(yōu)先級組而進行設置，即AIFS、Cff, TXOP Limit參數不但與AC有關，也與STA所處的優(yōu)先級組有關，各個參數根據優(yōu)先級組和 AC 進行設置AIFS[AC，Group]，Cff [AC, Group]、TXOP Limit [AC, Group]。AIF S、CW、TXOP Limit的具體設置可以根據網絡狀況而在AP上進行適當調整。如圖8所示以及背景技術中所述，對于現有的EDCA傳輸方式來說，AIFS、CW、TXOP Limit參數值只與AC有關，EDCA中4種AC的優(yōu)先級順序為AC_V0 > AC_VI > AC_BE > AC_BK。而本發(fā)明中提出的上述AIFS、CW、TM)P Limit參數值不僅與AC有關、也與優(yōu)先級組有關，各個參數根據優(yōu)先級組和AC進行設置，參照圖9以及如下內容進行說明。如圖9所示，假設有三個優(yōu)先級組，分別為優(yōu)先級組1、優(yōu)先級組2和優(yōu)先級組3， 優(yōu)先順序為優(yōu)先級組1 >優(yōu)先級組2 >優(yōu)先級組3，下面以AIFS的參數設置為例并參照圖10來對具體的參數設置進行說明。AIFS的時間越短，越容易競爭到信道；在同一 AC下，高優(yōu)先級組的AIFS值不大于低優(yōu)先級組的AIFS值；同一優(yōu)先級組中，優(yōu)先級高的AC的AIFS值不大于優(yōu)先級低的AC的 AIFS 值。高優(yōu)先級組中的低優(yōu)先級AC的AIFS值可能大于、可能等于、也可能小于低優(yōu)先級組中的高優(yōu)先級AC的AIFS值，如圖10中優(yōu)先級組1中的AC_VI值(AIFS :25μ s)大于優(yōu)先級組3中的AC_V0值(AIFS :20 μ s)，優(yōu)先級組1中的AC_BE值(AIFS :34 μ s)等于優(yōu)先級組3中的AC_VI值(AIFS :34 μ s)，優(yōu)先級組1中的AC_BK值(AIFS :43 μ s)小于優(yōu)先級組 3 中的 AC_BE 值(AIFS :52 μ s)。CW參數和AIFS參數的設置類似，值越小，越容易競爭到信道；CW值的設置規(guī)則和 AIFS值的設置規(guī)則類似，不在贅述。TXOP Limit參數表示STA獲得的最長ΤΧ0Ρ，當STA獲得TXOP后，其發(fā)送數據的時間不能超過TXOP Limit。TXOP Limit值越大，STA可發(fā)送數據的時間越長。因此，TXOP Limit值的設置規(guī)則和CW、AIFS值的設置規(guī)則相反，即在同一 AC下，高優(yōu)先級組的TXOP Limit值大于低優(yōu)先級組的TXOP Limit值；同一優(yōu)先級組中，優(yōu)先級高的AC的TXOP Limit 值大于優(yōu)先級低的AC的TXOP Limit值。如前所述，AIFS在Beacon幀(或者ftx)be Response幀)中的體現實際上是以 AIFSN的形式，因此AIFS此處為AIFS [AC, Group] = aSIFSTime+AIFSN[AC, Group] XaSlotTime即AIFSN參數的設置也與優(yōu)先級組有關，不同的優(yōu)先級組的AIFSN參數可以進行不同的設置。對于EDCA傳輸方式中，STA在向AP發(fā)送關聯請求中上報自己所歸屬的優(yōu)先級組，所述AP根據各個STA上報優(yōu)先級組，以確定該AP所控制的hfrastructure BSS網絡中各個優(yōu)先級組中STA的數量，以合適的確定Beacon幀中的EDCA Parameter Set IE中 AIFS [AC, Group]，Cff [AC, Group]、TXOPLimit [AC, Group]參數的值。當STA產生的隨機數小于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子后，進入競爭信道階段， 該階段中需要等待信道空閑IFS時間后，并在產生的一個隨機回退(kickoff)時間內仍然保證信道空閑，才能發(fā)送數據(如前所述并參照圖3)。STA在競爭信道時，可能出于沖突以及其他原因，數據沒有發(fā)送成功，此時STA需要重新產生隨機數，并與傳輸因子重新進行比較。上述傳輸因子和等待時間僅對STA有效，AP在DCF和EDCA機制中的數據發(fā)送并沒有傳輸因子和等待時間的限制。上述方案只適用于需要競爭信道的幀，即在DIFS、AIFS、EIFS后要發(fā)送的幀(這些幀在DIFS、AIFS、EIFS后都還需要使用回退定時器競爭信道)，此時需要產生隨機數，并與傳輸因子比較；對于在使用SIFS、PIFS后就可直接發(fā)送的幀，不使用上述所提的與傳輸因子比較的方法。通過上述方法，可以根據網絡環(huán)境等因素，對傳輸因子和等待時間進行靈活設定， 如將所有優(yōu)先級組的傳輸因子和等待時間設定為同樣的大小，則所有的優(yōu)先級組中的STA 均可以平等的競爭信道。如果需要限制某些優(yōu)先級組競爭信道，則可以根據上述的方法，將要限制的優(yōu)先級的傳輸因子設定為0或者1 (根據需要，可以設定規(guī)則0為禁止、1為允許， 或者設定規(guī)則0為允許、1為禁止)。當網絡比較空閑時，AP也可以將所有組的傳輸因子全部都設置為允許狀態(tài)(根據需要，可以設定規(guī)則0為禁止、1為允許，或者設定規(guī)則0為允許、1為禁止)，則此時所有的 STA都平等的接入，沒有優(yōu)先級的區(qū)分；當網絡利用率比較高時，AP可以設置較低的傳輸因子和較大的等待時間，暫時限制部分STA的傳輸。具體的設置由AP進行。考慮到EDCA中STA中的不同AC的優(yōu)先級，當采用EDCA數據傳輸方式時，可以對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定傳輸因子和等待時間，即傳輸因子和等待時間還可以在 AC上再進行區(qū)分。以根據需要對優(yōu)先級組進行更細致的設置。以下進行具體的說明。DCF傳輸方式沒有AC的區(qū)分，因此傳輸因子、等待時間只與優(yōu)先級組相關，如圖11 所示。3個優(yōu)先級組的優(yōu)先順序為優(yōu)先級組1 >優(yōu)先級組2 >優(yōu)先級組3。參照圖6的流程執(zhí)行，即隨機數小于傳輸因子后，開始競爭信道的實施例，傳輸因子和等待時間可進行如下設置優(yōu)先級組1的傳輸因子>優(yōu)先級組2的傳輸因子>優(yōu)先級組3的傳輸因子；優(yōu)先級組1的等待時間<優(yōu)先級組2的等待時間<優(yōu)先級組3的等待時間。參照圖7的流程執(zhí)行，即隨機數大于傳輸因子后，開始競爭信道的實施例，傳輸因子和等待時間可進行如下設置優(yōu)先級組1的傳輸因子<優(yōu)先級組2的傳輸因子<優(yōu)先級組3的傳輸因子；優(yōu)先級組1 的等待時間<優(yōu)先級組2的等待時間<優(yōu)先級組3的等待時間。EDCA傳輸方式具有4種AC，傳輸因子、等待時間可以只與優(yōu)先級相關，即在同一優(yōu)先級組中，4類AC共用相同的傳輸因子和等待時間，也可以將傳輸因子和等待時間在AC級別繼續(xù)細分，如此，每個優(yōu)先級組中的每類AC可以具有不同的傳輸因子和等待時間，具體說明如下。如圖12所示，并按照圖6所示的流程執(zhí)行，即隨機數小于傳輸因子后，開始競爭信道的實施例同一 AC下，高優(yōu)先級組的傳輸因子的值大于低優(yōu)先級組的傳輸因子的值，高優(yōu)先級組的等待時間小于低優(yōu)先級組的等待時間；同一優(yōu)先級組中，優(yōu)先級高的AC的傳輸因子的值大于優(yōu)先級低的AC的傳輸因子的值，優(yōu)先級高的AC的等待時間小于優(yōu)先級低的 AC的等待時間。如圖12所示，并按照圖7所示的流程執(zhí)行，即隨機數大于傳輸因子后，開始競爭信道的實施例同一 AC下，高優(yōu)先級組的傳輸因子的值小于低優(yōu)先級組的傳輸因子的值，高優(yōu)先級組的等待時間小于低優(yōu)先級組的等待時間；同一優(yōu)先級組中，優(yōu)先級高的AC的傳輸因子的值小于優(yōu)先級低的AC的傳輸因子的值，優(yōu)先級高的AC的等待時間小于優(yōu)先級低的 AC的等待時間。在STA完成hfrastructure BSS網絡掃描之后并進行關聯之前，也可以根據本發(fā)明提供的方法確定該STA是否進行hfrastructure BSS網絡的認證或關聯，即根據該STA 所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道。采用該方法進行hfrastructure BSS 網絡的認證或關聯，可以防止當大量STA同時發(fā)起認證或關聯時造成的網絡擁堵。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種避免802. 11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，用于分布式協調功能DCF 或者增強分布式協調訪問EDCA數據傳輸方式，其特征在于，包括將中控型基本服務集hfrastructure BSS網絡中的各個站STA分別擇一的歸屬到至少1個優(yōu)先級組中；對每個優(yōu)先級組分別設定傳輸因子；在STA通過所述hfrastructure BSS網絡的關聯后，采用DCF或者EDCA方式競爭信道之前，根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道。
2.根據權利要求1所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道包括所述STA 產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道。
3.根據權利要求2所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于所述傳輸因子設置于
之間，所述隨機數取值在W，l]之間并呈均勻分布； 所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，具體包括以下步驟 步驟al 所述STA產生隨機數；步驟a2 若該STA產生的隨機數小于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟a3， 否則執(zhí)行步驟a4 ；步驟a3 該STA競爭信道；步驟a4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟a2 ； 或者，所述STA產生隨機數并與該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行比較，根據比較結果決定該STA是否競爭信道，具體包括以下步驟 步驟bl 所述STA產生隨機數；步驟1^2 若該STA產生的隨機數大于該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子，則執(zhí)行步驟b3， 否則執(zhí)行步驟b4;步驟b3:該STA競爭信道；步驟b4 該STA待設定的等待時間后再重新產生隨機數，并執(zhí)行步驟1^2。
4.根據權利要求3所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子大于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子；或者優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的傳輸因子。
5.根據權利要求3所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于優(yōu)先級高的優(yōu)先級組所設定的等待時間小于優(yōu)先級低的優(yōu)先級組所設定的等待時間。
6.根據權利要求1所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于，所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道包括所述STA 對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子邏輯值進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競爭信道。
7.根據權利要求6所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于所述傳輸因子設置邏輯值為0或1 ；所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競爭信道，具體包括若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為1，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道；或者，所述STA對其所屬優(yōu)先級組的傳輸因子進行判斷，根據判斷結果決定該STA是否競爭信道，具體包括若該STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子為0，則該STA競爭信道，否則該STA不競爭信道。
8.根據權利要求3至5任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于所述等待時間在所述hfrastructure BSS網絡的訪問接入點AP中進行設置，并通過信標Beacon幀在所述hfrastructure BSS網絡中進行廣播，或者通過探尋響應Probe Response幀發(fā)送給所述STA。
9.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于所述傳輸因子在所述hfrastructure BSS網絡的AP中進行設置，并通過Beacon幀在所述Infrastructure BSS網絡中進行廣播，或者通過Probe Response幀發(fā)送給所述STA。
10.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于所述的根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道是在該STA中進行的。
11.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于infrastructure BSS網絡中的各個STA在向AP發(fā)送關聯請求時，均向所述AP上報STA自身所歸屬的優(yōu)先級組，所述AP根據各個STA所上報的優(yōu)先級組將各個 STA歸屬到不同的優(yōu)先級組中。
12.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于在完成hfrastructure BSS網絡掃描之后并進行關聯之前，根據STA 所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否進行hfrastructure BSS網絡的認證或關聯。
13.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于當采用EDCA數據傳輸方式時，Beacon幀中的EDCA參數集信息元素EDCA Parameter Set IE中的仲裁幀間隔AIFS、競爭窗口 CW、發(fā)送機會限制TXOP Limit參數根據優(yōu)先級組和接入類型AC進行設置。
14.根據權利要求1至7任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于當采用EDCA數據傳輸方式時，對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定傳輸因子。
15.根據權利要求3至5任一項所述的避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，其特征在于當采用EDCA數據傳輸方式時，對每個優(yōu)先級組的各種AC分別設定等待時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種避免802.11競爭式數據傳輸過程中網絡擁塞的方法，包括將Infrastructure BSS網絡中的各個STA分別擇一的歸屬到至少1個優(yōu)先級組中；對每個優(yōu)先級組分別設定傳輸因子；在STA通過所述Infrastructure BSS網絡的關聯后，采用DCF或者EDCA方式競爭信道之前，根據STA所屬優(yōu)先級組的傳輸因子確定該STA是否競爭信道。該方法采用DCF或者EDCA方式競爭信道并傳輸數據之前，采用優(yōu)先級組的方式對Infrastructure BSS網絡中的各個STA進行優(yōu)先級歸類，當大量STA同時進行數據傳輸時，一方面保證所有STA都能夠根據自身優(yōu)先級順序進行數據傳輸，避免造成網絡擁塞，另一方面保證部分重要的處于高優(yōu)先級的STA能夠最早完成數據傳輸。
文檔編號H04W74/08GK102413579SQ20111036010
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權日2011年11月14日
發(fā)明者萬屹, 劉思楊, 龔達寧 申請人:工業(yè)和信息化部電信傳輸研究所