[发明专利]控制访问无线介质的系统和方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及无线通信，特别涉及利用一个基于信用的协调算法 来管理无线通信的系统和方法。

发明背景

[0002]在通信系统里，一个重要的问题是控制在多个无线设备之间的 数据传输，以避免在多个同时传输之间发生冲突。一般而言，这个问题可 以通过通信协议的“介质访问控制(MAC)”层解决。

[0003]载波侦听多路存取/碰撞避免(CSMA/CA)协议通常由通信协 议的介质访问控制(MAC)层使用。在采用载波侦听多路存取/碰撞避免 (CSMA/CA)的无线系统里，需要传输数据的无线设备首先监听介质，以 检测是否有其它无线设备正在传输。如果有另外一个设备已经正在传输， 原来的无线设备将不会开始传输。但是，如果该设备没有监测到其它无线 设备正在传输，此无线设备将开始自己的传输。有可能在尝试传输数据之 前，有多个无线设备在同时检测介质。当多个设备没有检测到传输时，这 些设备可能同时传输各自的数据，从而产生“碰撞”。一旦检测到碰撞，“延 迟”机制将被使用。每个设备产生一个随机数来定义延迟窗口时间。这些 设备等待规定的时间后，尝试再次传输。如果每个设备不会产生相同的随 机数，总有一个设备将比其它设备更迅速地尝试传输。因此，避免了随后 的碰撞。

[0004]无线通信系统还会碰到有线通信系统里不会出现的“隐藏节 点”问题。具体来说，在有线通信系统里，每个设备能够检测到每个其它 设备的传输。但是，在无线通信系统里，这不会总是可行的。例如，假设 无线通信系统由三个设备组成(设备A、B和C)。设备B被布置在设备A 和C的通信范围边线。而且，设备A和C被足够的空间隔离，以至于它 们不能检测到各自的传输。设备A和C就可能同时尝试传输(数据)到设 备B。由于在设备A和C之间的距离，在设备B上传输冲突的碰撞不会被 设备A和C中的任何一个检测到。

[0005]现有许多机制用来解决隐藏节点问题。例如，IEEE802.11协议 为此定义一个帧交换协议。当无线设备需要传送数据帧、且没有检测到其 它设备正在传输时，它首先传输一则请求发送(RTS)帧。假设在目标设 备上没有发生碰撞，目标设备传送一则消除发送(CTS)帧。消除发送(CTS) 帧使目标通信范围内的其它设备避免通信一段时间。而且，消除发送(CTS) 帧使最初的设备传送数据帧。在收到数据帧之后，目标设备发送一则确认 帧。在收到确认帧之后，其它的无线设备可以尝试进行通信。

[0006]在IEEE802.11标准里，帧的次序被称为分布式协调功能 (DCF)。分布式协调功能(DCF)避免了数据帧的重复碰撞。但是，分布 式协调功能(DCF)避免不了消除发送(CTS)和请求发送(RTS)帧的 碰撞。如果网络的通信负荷很高，网络吞吐量和媒体访问分配的公平性可 能会大大降低。

[0007]IEEE802.11标准也定义了点协调功能(PCF)使用基础网络构 造来控制访问介质。在基础网络构造里，接入点控制基本的服务集合，并 提供一个连接到更大网络。为了实现点协调功能(PCF)，接入点包含一个 点控制器(PC)。不时地，点控制器(PC)通过广播一个信标帧来控制介 质。此信标帧包含一个非竞争周期(CFP)的期望持续时间的一个标识。 收到此信标帧的设备在它们的网络分配向量(NAV)里设置持续时间，从 而预防这些设备在非竞争周期(CFP)内独立地尝试传输(数据)。而且，点 控制器(PC)使用优先帧间间隔(PIFS)进行通信，来确保最新达到的无 线设备不会尝试传输。

[0008]在点控制器(PC)控制介质之后，点控制器(PC)开始轮询 在轮询列表里标出的设备。具体地，点控制器(PC)发送一个非竞争-轮 询帧(CF-Poll)到一个特定设备，使此设备能够传输(数据)。如果此设 备有数据需要传输，就会传输一个数据帧。点控制器(PC)在接收到数据 帧之后，传输一个确认帧。而且，在非竞争期(CFP)内，点控制器(PC) 可以将数据帧传送给无线设备。为了更有效地使用介质，接入点(AP)可 以使用单帧组合轮询、确认和传送功能。在非竞争期(CFP)结束时，点 控制器(PC)发送一个非竞争-结束(CF-End)帧，然后无线设备使用分 布式协调功能(DCF)进行通信。

发明概述