專利名稱：無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備間進行無線信道管理的方法，該發(fā)明屬 于無線通信和信息傳播技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于無線局域網(wǎng)中設(shè)備在通訊過程中 進行無線信道的分配方法。
背景技術(shù)：
目前的無線局域網(wǎng)設(shè)備，在Ad-Hoc (全稱Ad-Hoc Network,即點對點的對 等式移動網(wǎng)絡(luò))模式下，需要工作在預(yù)設(shè)的信道上。所有的設(shè)備共享一條無線 信道，對信道的使用采用載波偵聽多點接入/避免沖撞的方式。這種信道的使用 方式為競爭性和獨占性。即當信道空閑時所有設(shè)備競爭使用信道，當一個設(shè)備 開始使用信道后，會獨占此信道，其他所有設(shè)備都會處于等待過程中。這種方 式會造成下面幾個問題
① 設(shè)備的使用效率低，即當網(wǎng)絡(luò)中存在設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)，其他設(shè)備都在等待。 不能實現(xiàn)多設(shè)備的并行工作。
② 信道的使用效率低，即按上面的信道使用方式，所有設(shè)備都要使用同一條信 道。而其他的多條信道都處于閑置狀態(tài)，不能有效的利用多信道來提高帶寬。
③ 多設(shè)備帶寬損失嚴重，當設(shè)備數(shù)量比較多時，當一個設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)時，這 時可能存在其他設(shè)備誤認為當前信道空閑，也在發(fā)送數(shù)據(jù)，由于無線信號的碰 撞，數(shù)據(jù)重傳。這導致整個系統(tǒng)所有設(shè)備多路通訊的總帶寬要小于單路通訊的 帶寬④組網(wǎng)受到限制，當設(shè)備的數(shù)量越多時，設(shè)備分布越密集時，設(shè)備間的無線干 擾就越嚴重，導致設(shè)備的組網(wǎng)方式和組網(wǎng)的規(guī)模都會受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決無線局域網(wǎng)中設(shè)備之間進行無線通訊時引起的信道使用效 率低、帶寬損失等情況。為了有效的減少設(shè)備間的相互干擾提高兩個設(shè)備單路 通訊的帶寬及提高整個網(wǎng)絡(luò)多路通訊的總帶寬，以及為了提高無線信道的使用 效率，本發(fā)明采用了一種在無線局域網(wǎng)中設(shè)備間進行無線信道管理的方法。
*基本假設(shè)
1. 無線局域網(wǎng)設(shè)備需要兩個以上的射頻單元， 一個用來處理控制信令，其他的 用來處理數(shù)據(jù)。
2. 無線局域網(wǎng)設(shè)備需要一條公共的信道，所有設(shè)備共享此信道，用來傳輸控制 信令。來完成數(shù)據(jù)信道協(xié)商等功能。
3. 無線局域網(wǎng)設(shè)備需要一組數(shù)據(jù)信道，設(shè)備在數(shù)據(jù)信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，并且在這 組信道的范圍內(nèi)進行信道協(xié)商。
*核心思想
根據(jù)設(shè)計背景的描述，可以將需要解決的問題歸納為如下幾點
1. 設(shè)備如何同其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)信道的協(xié)商。
2. 設(shè)備能夠知道當前哪條數(shù)據(jù)信道沒有其他設(shè)備在使用，也夠判斷某條信道當 前是否存在其他設(shè)備在使用。
3. 設(shè)備的數(shù)據(jù)信道在發(fā)生切換時，要損耗一定的時間，這段時間內(nèi)設(shè)備不能收 發(fā)數(shù)據(jù)，對帶寬造成一定的影響，盡可能降低信道切換頻率。
4. 兩個設(shè)備在持續(xù)通訊過程中，避免信道切換。5. —個設(shè)備同時和其他多個設(shè)備通訊時，避免頻繁信道切換。
6. 流量比較大的設(shè)備，避免的頻繁信道切換。
為了滿足上述需求，
1. 設(shè)備通過請求發(fā)送信令(以下簡稱RTS信令)，可以發(fā)送信令(以下簡稱CTS信 令)，不能發(fā)送信令(以下簡稱NTS信令)共三條信令來完成信道的協(xié)商。當本端設(shè) 備需要向?qū)Χ嗽O(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，本端設(shè)備選擇一條空閑的信道，然后將這條信 道號，以及待發(fā)送的數(shù)據(jù)量和速率等信息通過RTS信令發(fā)送給對端設(shè)備。當對 端設(shè)備接收到RTS信令后，如果對端設(shè)備當前可以接收數(shù)據(jù)，并且對端設(shè)備判 斷請求的信道空閑，則對端設(shè)備通過CTS信令響應(yīng)本端設(shè)備，可以發(fā)送中同樣 攜帶了待發(fā)送數(shù)據(jù)量，接收速率，信道號等信息。本端設(shè)備收到CTS消息后， 信道協(xié)商成功，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果對端設(shè)備判斷本端設(shè)備請求的信道不空閑， 則通過NTS信令來通知本端設(shè)備，本端設(shè)備收到后繼續(xù)信道協(xié)商。
2. 每個設(shè)備都通過監(jiān)聽公共控制信道上的RTS，CTS，NTS信令，來維護一張當 前數(shù)據(jù)信道使用情況表(以下簡稱NAV表)，數(shù)據(jù)信道使用情況表中記錄當前 各個數(shù)據(jù)信道的使用情況，包括每個數(shù)據(jù)信道當前是否有設(shè)備使用，使用起始 和結(jié)束時間，使用的設(shè)備的MAC地址等信息。
① 當收到RTS信令時，如果信令不是發(fā)送給自己的，根據(jù)信令中攜帶的待發(fā)送 數(shù)據(jù)量同發(fā)送速率，可以計算此信道將被使用時間長度。然后將信道號，信道 使用的時間長度，使用信道的源和目的MAC地址等信息保存到NAV表中。
② 當收到CTS信令時，如果信令不是發(fā)送給自己的，根據(jù)信令中攜帶的待接收 數(shù)據(jù)量同接收速率，可以計算此信道將被使用時間長度。然后將信道號，信道 使用的時間長度，使用信道的源和目的MAC地址等信息保存到NAV表中。
③ 當收到NTS信令時，如果信令不是發(fā)送給自己的，根據(jù)信令中攜帶的源和目的MAC地址等信息將NAV表中保存的表項刪除。
設(shè)備可以通過這張表來判斷某條信道當前是否空閑，當前是否存在空閑的 信道。
3.當數(shù)據(jù)發(fā)送方即本端設(shè)備在空閑信道選擇時要根據(jù)信道的使用情況以及自 身和數(shù)據(jù)接收方即對端設(shè)備的狀態(tài)來選擇。避免隨機和盲目的信道選擇。設(shè)備 在選擇空閑的數(shù)據(jù)信道時，首先判斷自身和數(shù)據(jù)接收方的流量，然后在自身信 道和對端的信道中取流量大一方的信道。然后再判斷選取的信道是否空閑，如 果空閑，則采用選取的信道來進行信道協(xié)商。如果此信道不空閑，再判斷另一 信道是否空閑。如果不空閑，最后再尋找其他空閑的信道。


圖1是設(shè)備間無線信道協(xié)商成功處理流程圖 圖2是設(shè)備間通訊狀態(tài)假設(shè)圖 圖3是設(shè)備間通訊狀態(tài)假設(shè)圖 圖4是設(shè)備間通訊狀態(tài)假設(shè)圖
具體實施例方式
下面就以具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。 實施例一
圖1中A， B， C三個設(shè)備，A設(shè)備向B設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，C設(shè)備目前不發(fā)送 數(shù)據(jù)，在控制信道上監(jiān)聽其他設(shè)備的控制信令。 Pla: A設(shè)備根據(jù)自身維護的信息，首先判斷A和B的流量大小。 Plb:如果A的流量大，則判斷A設(shè)備當前的信道是否空閑，如果不空閑，再 判斷B設(shè)備當前的信道是否空閑，如果仍然不空閑，尋找其他的空閑的信道。如果最終沒有空閑的信道，則選擇流量大設(shè)備的信道。
P1C:如果B的流量大，則判斷B設(shè)備當前的信道是否空閑，如果不空閑，再判 斷A設(shè)備當前的信道是否空閑，如果仍然不空閑，尋找其他的空閑的信道。如 果最終沒有空閑的信道，則選擇流量大設(shè)備的信道。
Pld: A設(shè)備將發(fā)送的數(shù)據(jù)量為M，發(fā)送的速率為V，協(xié)商的信道號等信息通過
RTS信令發(fā)送到B設(shè)備，然后將數(shù)據(jù)信道切換到待協(xié)商的信道上。
P2: B設(shè)備收到RTS信令后，判斷信令中的信道是否空閑，如果空閑，信道協(xié)
商成功，執(zhí)行P3過程。如果不空閑，協(xié)商失敗，執(zhí)行P4過程。
P3: B設(shè)備將數(shù)據(jù)信道切換到協(xié)商成功的信道上。然后將待接收的數(shù)據(jù)量，接
收速率，以及信道號通過CTS信令發(fā)送到A設(shè)備。
P4: B設(shè)備將搜掃NAV表中所有的空閑信道，組成空閑信道列表。然后通過 NTS發(fā)送到A設(shè)備。
P5: A設(shè)備收到CTS信令后，然后開始數(shù)據(jù)發(fā)送過程。
P6a: A設(shè)備收到NTS信令后，如果信令中攜帶有空閑信道列表，將信令中攜帶 的B設(shè)備的空閑信道同自身的空閑信道取交集，然后從中選取一條信道重新發(fā) 起RTS信令。
P6b:如果NTS信令不存在空閑信道列表或者交集中沒有可用的信道，則重新 開始執(zhí)行P1流程。
P7:當C設(shè)備收到RTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據(jù)RTS攜 帶的信息更新NAV表。
P8:當C設(shè)備收到CTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據(jù)CTS 攜帶的信息更新NAV表。
P8:當C設(shè)備收到NTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據(jù)NTS攜帶的信息更新NAV表。 實施例二
假設(shè)A、 B、 C、 D四個設(shè)備，在一定時間內(nèi)A和B設(shè)備間相互通訊，C和 D設(shè)備間相互通訊，如圖2;在一定時間內(nèi)，B， C，D設(shè)備都同A設(shè)備進行通訊， 如圖3;在一段時間內(nèi)，B， C設(shè)備都同A設(shè)備進行通訊，同時D設(shè)備同C設(shè) 備相互間通訊，如圖4。
當A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時，雙方協(xié)商在Y信道上進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。則其他設(shè)備 在A， B使用這條信道的過程中將盡量避免使用Y信道。
① 如果C和D需要通訊，則會通過協(xié)商使用Z信道。在A同B，C同D通 訊的過程中，雙方互不干擾。
② 如果C想同A通訊，則C會知道A在一段時間內(nèi)同B通訊。C會使用A 當前所使用的Y信道同A進行通訊。這時A， B， C數(shù)據(jù)信道會工作在同一信 道上，通過競爭的方式來使用Y信道。
以上以特定實施例闡述了本發(fā)明的方法，但本發(fā)明的上述方法不限于所列 舉的實施例。如采用其他信令流程通過發(fā)送方和接收方協(xié)商的方式進行信道分 配，或采用監(jiān)聽控制信道上的其他信令，來維護同本專利NAV表類似的信息， 指導后續(xù)的信道分配，或采用其他各種方式來避免頻繁信道切換時，但主要判 斷依據(jù)為數(shù)據(jù)流量或發(fā)送方設(shè)備和接收方設(shè)備的當前信道，當前的工作狀態(tài)。 這些方式也均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法，其特征在于，該無線局域網(wǎng)設(shè)備在通訊過程中引入無線信道的分配策略，其包括兩個以上的射頻單元，一個用來處理控制信令，其他的用來處理數(shù)據(jù)。其無線信道管理方法和流程包含以下步驟第一步無線局域網(wǎng)中的設(shè)備通過發(fā)送信令來完成信道協(xié)商，以判斷本端設(shè)備選擇的信道是否空閑；第二步無線局域網(wǎng)中的每個設(shè)備通過監(jiān)聽公共控制信道上的信令，來維護一張當前數(shù)據(jù)信道使用情況記錄表；第三步本端設(shè)備根據(jù)信道的使用情況及自身和對端設(shè)備的狀態(tài)，在其信道及對端信道中選取流量大的信道來進行信息的傳送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法，其特征在于， 該設(shè)備通過請求發(fā)送信令、可以發(fā)送信令、不能發(fā)送信令共三條信令來完成信 道的協(xié)商。當本端設(shè)備需要向?qū)Χ嗽O(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，本端設(shè)備選擇一條空閑的 信道，然后將這條信道號以及待發(fā)送的數(shù)據(jù)暈和速率等信息通過請求發(fā)送信令 發(fā)送給對端設(shè)備。當對端設(shè)備接收到請求發(fā)送信令后，如果對端設(shè)備當前可以 接收數(shù)據(jù)，并且對端設(shè)備判斷請求的信道空閑，則對端設(shè)備通過可以發(fā)送信令 響應(yīng)本端設(shè)備，可以發(fā)送信令中同樣攜帶了待發(fā)送數(shù)據(jù)量、收速率、信道號等 信息。本端設(shè)備收到可以發(fā)送信令消息后，信道協(xié)商成功，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如 果對端設(shè)備判斷本端設(shè)備請求的信道不空閑，則通過不能發(fā)送信令來通知本端設(shè)備，本端設(shè)備收到后繼續(xù)進行信道協(xié)商。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法，其特征在于， 每個設(shè)備都通過監(jiān)聽公共控制信道上的請求發(fā)送信令、可以發(fā)送信令、不能發(fā) 送信令，來維護一張當前數(shù)據(jù)信道使用情況記錄表，該表中記錄當前各個數(shù)據(jù) 信道的使用情況，包括每個數(shù)據(jù)信道當前是否有設(shè)備使用，使用起始和結(jié)束時間，使用的設(shè)備的MAC地址等信息。當收到請求發(fā)送信令或可以發(fā)送信令時， 如果信令不是發(fā)送給自己的，根據(jù)信令中攜帶的待接收數(shù)據(jù)量同接收速率，可 以計算此信道將被使用時間長度。然后將信道號，信道使用的時間長度，使用 信道的源和目的MAC地址等信息保存到當前數(shù)據(jù)信道使用情況記錄表中。當收 到不能發(fā)送信令時，如果信令不是發(fā)送給自己的，根據(jù)信令中攜帶的源和目的 MAC地址等信息將當前數(shù)據(jù)信道使用情況記錄表中保存的表項刪除。設(shè)備可以 通過當前數(shù)據(jù)信道使用情況記錄表來判斷某條信道當前是否空閑，當前是否存 在空閑的信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法，其特征在于， 當數(shù)據(jù)發(fā)送方即本端設(shè)備在空閑信道選擇時要根據(jù)信道的使用情況以及自身和 數(shù)據(jù)接收方即對端設(shè)備的狀態(tài)來選擇，以避免隨機和盲目的信道選擇。設(shè)備在 選擇空閑的數(shù)據(jù)信道時，首先判斷自身和數(shù)據(jù)接收方的流量，然后在自身信道 和對端的信道中選取一方流量大的信道。然后判斷選取的信道是否空閑，如果 空閑，則采用選取的信道來進行信道協(xié)商。如果此信道不空閑，再判斷另一信 道是否空閑。如果都不空閑，最后再尋找其他空閑的信道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線局域網(wǎng)設(shè)備無線信道管理方法，該發(fā)明采用工作在點對點的對等式移動網(wǎng)絡(luò)模式下的無線局域網(wǎng)設(shè)備在數(shù)據(jù)通訊采用信道協(xié)商的方式，克服了共享信道競爭方式的缺點。該設(shè)備包括兩個以上的射頻單元，一個用來處理控制信令，其他的用來處理數(shù)據(jù)。無線局域網(wǎng)中的設(shè)備通過發(fā)送信令來完成信道協(xié)商，以判斷本端設(shè)備選擇的信道是否空閑；無線局域網(wǎng)中的每個設(shè)備通過監(jiān)聽公共控制信道上的信令，來維護一張當前信道使用情況記錄表；本端設(shè)備根據(jù)信道的使用情況及自身和對端設(shè)備的狀態(tài)，在其信道及對端信道中選取流量大的信道來進行信息的傳送。由于設(shè)備在通訊時，協(xié)商一條空閑的無線信道，這條信道上只有相互通訊的兩個設(shè)備在使用，則多組設(shè)備可以同時收發(fā)數(shù)據(jù)，并行工作，在避免干擾的同時，又大大提高系統(tǒng)的總帶寬。并且組網(wǎng)時不受布點疏密程度的限制，組網(wǎng)更加靈活。
文檔編號H04B7/26GK101453260SQ20071017121
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者史成文, 崔利明, 樊宇偉 申請人:上海寰創(chuàng)通信科技有限公司