本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種超密集網(wǎng)絡(luò)中用戶間直接通信的方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中，基站又被稱為接入站點(diǎn)(AP, access point)，用戶相當(dāng)于工作站點(diǎn)（STA，station）。在一個(gè)超密集網(wǎng)絡(luò)中，分布著多個(gè)小小區(qū)。若一個(gè)小小區(qū)中的用戶想要與另一個(gè)小小區(qū)中的用戶進(jìn)行通信，當(dāng)兩個(gè)用戶距離較近時(shí)，可以直接通過(guò)藍(lán)牙等技術(shù)直接通信；但當(dāng)兩個(gè)用戶距離較遠(yuǎn)時(shí)，用戶間不能直接通信，而必須借助宏基站（MBS，Macro Base Station）的轉(zhuǎn)發(fā)，將一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳給另一個(gè)用戶。

場(chǎng)景1：當(dāng)超密集網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)距離較近的用戶之間相互通信時(shí)，可以借助藍(lán)牙、超寬帶、ZigBee和Wi-Fi等技術(shù)直接通信，但是這幾種技術(shù)同屬于短距離無(wú)線通信技術(shù)，它能達(dá)到的距離從幾米到幾十米，因此通信距離受到限制，在兩個(gè)用戶相隔較遠(yuǎn)時(shí)則不能通信。當(dāng)超密集網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的用戶之間相互通信時(shí)，由于距離的限制，必須采用宏基站轉(zhuǎn)發(fā)，而用戶與宏基站之間存在著大尺度衰落，這就使得用戶端數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中會(huì)有損耗，因此從一個(gè)用戶傳到另一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)干擾較大。同時(shí)，由于存在轉(zhuǎn)發(fā)，這也會(huì)增加額外的轉(zhuǎn)發(fā)開銷，增加誤碼率，從而降低系統(tǒng)的吞吐量。

目前為止，在超密集網(wǎng)絡(luò)中，距離較近的用戶只能通過(guò)短距離無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行通信，而距離較遠(yuǎn)的用戶則不能直接通信，而且使其直接通信尚無(wú)有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供超密集網(wǎng)絡(luò)中用戶間直接通信的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，用戶間可通過(guò)超密集局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接通信而不需宏基站的轉(zhuǎn)發(fā)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：超密集網(wǎng)絡(luò)中用戶間直接通信的方法，在一個(gè)具有基礎(chǔ)設(shè)施的基本服務(wù)集BSS系統(tǒng)中有一個(gè)接入站點(diǎn)AP，接入站點(diǎn)AP含有指示用戶間是否具有直接通信能力的信標(biāo)幀，發(fā)送用戶A和目標(biāo)用戶B之間通過(guò)多個(gè)接入站點(diǎn)AP進(jìn)行通信，具體方法是：

發(fā)送用戶A通過(guò)其所關(guān)聯(lián)的接入站點(diǎn)AP發(fā)送的信標(biāo)幀來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并向所關(guān)聯(lián)的AP發(fā)送含有目標(biāo)用戶B地址信息的數(shù)據(jù)；

AP收到該數(shù)據(jù)后，將其所在BSS存儲(chǔ)的用戶地址信息與接收數(shù)據(jù)中目標(biāo)用戶B的地址信息進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)用戶B；如果匹配失敗，則攜帶發(fā)送用戶A數(shù)據(jù)的AP將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其周圍具有直接通信能力的AP，用上述的地址匹配方法繼續(xù)進(jìn)行匹配；

在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)，如果匹配成功，匹配成功的AP逐級(jí)向上一級(jí)AP回傳結(jié)束通信的指令，直至反饋給發(fā)送用戶A；接收到結(jié)束通信指令的AP向其他其已發(fā)送數(shù)據(jù)的下一級(jí)AP發(fā)送結(jié)束通信的指令，直至所有攜帶上述數(shù)據(jù)的AP都結(jié)束通信；如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)一直沒(méi)有匹配成功，則逐級(jí)向上一級(jí)AP反饋匹配失敗的信息，直至反饋給發(fā)送用戶A，并丟棄匹配失敗的數(shù)據(jù)。

當(dāng)接入站點(diǎn)AP識(shí)別不到周圍具有直接通信能力的AP而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，一方面，接入站點(diǎn)AP將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到其所在的BSS系統(tǒng)中，等待AP相對(duì)位置變化后再重新識(shí)別周圍的AP，另一方面，接入站點(diǎn)AP繼續(xù)接收其他AP發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行地址匹配。

接入站點(diǎn)AP同時(shí)接收到多個(gè)AP發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，按設(shè)定的順序依次進(jìn)行地址匹配。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在不改動(dòng)現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)機(jī)制的前提下，當(dāng)存在較多無(wú)線局域網(wǎng)密集覆蓋時(shí)，用戶間可通過(guò)超密集局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信而不需宏基站的轉(zhuǎn)發(fā)，尤其適用于無(wú)法關(guān)聯(lián)到4G網(wǎng)絡(luò)等宏基站的情況。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的 VHT能力元素的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的方法與現(xiàn)有技術(shù)的誤碼率的仿真比較圖。

具體實(shí)施方式

首先介紹一下無(wú)線局域網(wǎng)IEEE 802.11ac的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11ac工作在5GHz頻段，與IEEE 802.11n部分兼容，支持20/40/80/160/80+80MHz可變帶寬運(yùn)行。IEEE 802.11ac物理層采用多用戶MIMO+OFDM技術(shù)，支持最高為256QAM、5/6碼率的調(diào)制編碼方式，最高速率可達(dá)1Gbps。IEEE 802.11ac的MAC層引入了多用戶下行TXOP機(jī)制，允許AP同時(shí)傳輸幀到多個(gè)STA，在一個(gè)TXOP中可以傳輸多個(gè)接入類別（AC）的數(shù)據(jù)；此外MAC層還改進(jìn)了聚合機(jī)制，通過(guò)增大A-MSDU和A-MPDU的長(zhǎng)度提升了MAC層能效。

BSS是一個(gè)802.11無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的基本組成部分。BSS分為兩種——獨(dú)立BSS（IBSS，Independent BSS）和具有基礎(chǔ)設(shè)施的BSS。其中，IBSS指的是相互之間直接通信的站點(diǎn)所建立起來(lái)的ad-hoc關(guān)聯(lián)。一個(gè)具有基礎(chǔ)設(shè)施的BSS具有一個(gè)AP，AP可能與分布式系統(tǒng)（DS, Distributed System）相連。在本發(fā)明中，我們所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)BSS?；A(chǔ)BSS中的AP定期廣播“信標(biāo)”幀。“信標(biāo)”時(shí)段定義了目標(biāo)信標(biāo)傳輸時(shí)間(Target Beacon Transmission Time,TBTT)的固定時(shí)刻表，在媒體空閑的前提下，“信標(biāo)”幀本身則在TBTT時(shí)刻或者盡量靠近TBTT的時(shí)刻發(fā)送。“信標(biāo)”幀帶有管制信息、能力信息以及用來(lái)管理BSS的信息。

802.11管理功能為通過(guò)掃描，也就是被動(dòng)地尋找“信標(biāo)”傳輸或者利用“試探請(qǐng)求”/“試探響應(yīng)”交換來(lái)主動(dòng)探測(cè)AP的存在，站點(diǎn)就能知道一個(gè)BSS的存在。這里的掃描是站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)BSS以及與該BSS相關(guān)聯(lián)的屬性的過(guò)程。掃描有兩種形式：被動(dòng)掃描和主動(dòng)掃描。 站點(diǎn)在BSS中的成員身份是動(dòng)態(tài)的。站點(diǎn)可能上電打開或關(guān)閉，或者站點(diǎn)可能是移動(dòng)的，并移進(jìn)或移出BSS所覆蓋的區(qū)域。站點(diǎn)通過(guò)“關(guān)聯(lián)”到BSS來(lái)成為BSS的成員。當(dāng)離開BSS時(shí)，站點(diǎn)則變成“去關(guān)聯(lián)”。在一個(gè)或多個(gè)基礎(chǔ)BSS組成的擴(kuò)展BSS（ESS, Extent Service Set）中，站點(diǎn)可以通過(guò)“重關(guān)聯(lián)”在ESS中從一個(gè)BSS遷移到另一個(gè)BSS。

其中，關(guān)聯(lián)是站點(diǎn)必須先與AP關(guān)聯(lián)，然后才被允許通過(guò)AP發(fā)送數(shù)據(jù)。在站點(diǎn)和AP間建立起一種映射關(guān)系，以允許分布系統(tǒng)(Distributed System, DS)內(nèi)的消息可以抵達(dá)站點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的AP，并最終抵達(dá)站點(diǎn)本身。在任何給定時(shí)刻，一個(gè)站點(diǎn)只能與一個(gè)AP關(guān)聯(lián)。重關(guān)聯(lián)是對(duì)站點(diǎn)的移動(dòng)性提供支持，從而使站點(diǎn)可以在同一個(gè)ESS中從與一個(gè)AP相關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)。去關(guān)聯(lián)-可以由站點(diǎn)或AP發(fā)起，以結(jié)束一個(gè)已有的關(guān)聯(lián)。站點(diǎn)在離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)該主動(dòng)執(zhí)行去關(guān)聯(lián)操作。

VHT站點(diǎn)能力是802.11ac協(xié)議中特有的能力，它是通過(guò)使用VHT能力元素來(lái)在信令中表明的。這個(gè)元素存在于VHT AP或VHT站點(diǎn)所發(fā)送的“信標(biāo)”、“關(guān)聯(lián)請(qǐng)求”、“關(guān)聯(lián)響應(yīng)”、“重關(guān)聯(lián)請(qǐng)求”、“重關(guān)聯(lián)響應(yīng)”、“試探請(qǐng)求”以及“試探相應(yīng)”管理幀等。VHT能力元素包含用來(lái)宣告VHT站點(diǎn)或VHT AP的可選能力的字段，VHT能力元素包含能力信息比特，字段長(zhǎng)度有32bit，存在足夠的預(yù)留比特。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

在超密集網(wǎng)絡(luò)中，定義IEEE 802.11ac中管理幀中的子類型，即定義其信標(biāo)幀中的信息元素字段中的VHT能力元素的預(yù)留字段B30-B31中的B30或B31作為用戶間是否具有直接通信能力的標(biāo)記，編碼“1”為具備這種能力，編碼“0”則不具備這種能力。如圖1，B0-B31共32個(gè)比特位，其中B0-B29的比特位是IEEE 802.11ac已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的域意，本發(fā)明在兼容已有協(xié)議的前提下，對(duì)預(yù)留比特位B30-B31賦予“直接通信”能力標(biāo)示，可有效實(shí)現(xiàn)超密集網(wǎng)絡(luò)下用戶間的直接通信，該圖下面的數(shù)字表示所占的比特位數(shù)目，例如B0-B1標(biāo)示的“最大MPDU長(zhǎng)度”包含B0和B1共2個(gè)比特位。下表1是本發(fā)明一實(shí)施例IEEE 802.11ac的管理幀的類型。

表1 管理幀的類型

當(dāng)發(fā)送用戶A和目標(biāo)用戶B之間距離較近時(shí)，除了采用藍(lán)牙等短距離無(wú)線通信技術(shù)外，還可以在現(xiàn)有協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過(guò)AP實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶間的TDSL(Tunnel Direct Session Link)協(xié)議直接通信。

當(dāng)發(fā)送用戶A和目標(biāo)用戶B之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，兩個(gè)用戶之間有多個(gè)基本服務(wù)集(BSS，Basic Service Set)，用戶間的直接通信采用如下方法：

發(fā)送用戶A通過(guò)其所關(guān)聯(lián)的接入站點(diǎn)AP發(fā)送的信標(biāo)幀來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并向所關(guān)聯(lián)的AP發(fā)送含有目標(biāo)用戶B地址信息的數(shù)據(jù)，其中信標(biāo)幀中包含指示用戶間直接通信能力的比特信息，即識(shí)別B30或B31的比特位，用戶的關(guān)聯(lián)幀中也包含具備該能力的VHT能力元素。

AP收到該數(shù)據(jù)后，將其所在BSS存儲(chǔ)的用戶地址信息與接收數(shù)據(jù)中目標(biāo)用戶B的地址信息進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)用戶B；如果匹配失敗，則攜帶發(fā)送用戶A數(shù)據(jù)的AP將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其周圍具有直接通信能力的AP，用上述的地址匹配方法繼續(xù)進(jìn)行匹配。

在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)，如果匹配成功，匹配成功的AP逐級(jí)向上一級(jí)AP回傳結(jié)束通信的指令，直至反饋給發(fā)送用戶A；接收到結(jié)束通信指令的AP向其他其已發(fā)送數(shù)據(jù)的下一級(jí)AP發(fā)送結(jié)束通信的指令，直至所有攜帶上述數(shù)據(jù)的AP都結(jié)束通信；如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)一直沒(méi)有匹配成功，則逐級(jí)向上一級(jí)AP反饋匹配失敗的信息，直至反饋給發(fā)送用戶A，并丟棄匹配失敗的數(shù)據(jù)。

當(dāng)接入站點(diǎn)AP識(shí)別不到周圍具有直接通信能力的AP而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，一方面，接入站點(diǎn)AP將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到其所在的BSS系統(tǒng)中，等待AP相對(duì)位置變化后再重新識(shí)別周圍的AP，另一方面，接入站點(diǎn)AP繼續(xù)接收其他AP發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行地址匹配。

接入站點(diǎn)AP同時(shí)接收到多個(gè)AP發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，按設(shè)定的順序依次進(jìn)行地址匹配。

圖2是上述實(shí)施例的方法與采用現(xiàn)有技術(shù)的誤碼率的仿真比較圖。橫坐標(biāo)SNR表示信噪比，縱坐標(biāo)BER表示誤碼率。圖2中的實(shí)施例指的是本發(fā)明的上述實(shí)施例，對(duì)比例1和2是在與上述實(shí)施例相同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)比例1采用集中式方案，數(shù)據(jù)完全由宏基站轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)比例2采用分布式方案，將一個(gè)小區(qū)分成多個(gè)簇，每一個(gè)簇有一個(gè)中心基站控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)質(zhì)上是半分布式通信。圖2中的NT表示發(fā)送端天線數(shù)，NR表示接收端天線數(shù)。由圖2可以看出，采用本發(fā)明的方法，誤碼率明顯降低。

本發(fā)明適用于IEEE 802.11ac協(xié)議，也適用于具有能力元素的其他802.11協(xié)議。