[发明专利]AP下行聚合帧长度和速率的自适应调整系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种通过介质访问控制MAC层和物理层协同实现的接入点AP下行聚合帧长度和速率自适应调整的系统及方法，用于解决基础结构型无线网络中当AP与接收节点之间信道质量频繁变化而导致当前发送帧的传输速率和聚合帧帧长不能够适应信道而造成过多传输失败的问题，提高网络的传输性能。

背景技术

无线局域网WLAN目前采用的主要技术是IEEE 802.11系列标准协议。从1999年IEEE802.11工作组相继提出了IEEE 802.11a以及IEEE802.11b标准到2003年提出802.11g标准，其物理层规定了不同的调制和编码方式，均支持多速率数据传输。其中，IEEE802.11b物理层运用直接扩频跳频DSSS技术，工作在2.4GHz频段上，速率带宽最高可达11Mbps，根据网络环境的实际情况还可采用1Mbps、2Mbps和5.5Mbps传输速率。为了提高无线局域网的传输速率，IEEE802.11a物理层采用OFDM技术以取代802.11b DSSS技术，工作在5.8GHz频段，最高速率可达到54Mbps，可以使用6Mbps、9Mbps、129Mbps、189Mbps、249Mbps、369Mbps、489Mbps、54Mbps等8种速率进行传输。到2003年，802.11工作组提出了802.11g标准，其工作在2.4GHz频段上，采用正交频分复用OFDM技术，同样拥有高达54Mbps的传输速率。

随着物理层传输技术的不断提高，2009年IEEE又批准了802.11n高速无线局域网标准。IEEE 802.11n采用了几项重要技术来增加自己的数据传输速率，包括：MIMO多天线技术、物理层信道合并和MAC层帧聚合技术。另外，其核心是MIMO和OFDM技术，工作在2.4GHz频段和5GHz频段，使用带宽为20MHZ的信道传输时速度最高为300Mbps，当使用由两个20MHZ的信道合并成的一个40MHZ带宽信道时，传输速度最高可达600Mbps。

随着技术的发展和不断改进，IEEE 802.11协议在高速多媒体移动业务方面的应用已经相当成熟。然而，当前的无线局域网的发展仍然受到诸多方面的挑战。例如如何尽可能提高无线网络资源利用率，如何在复杂环境下提高网络的抗干扰能力，如何在保证QoS的情况下提供实时的支持可移动性的高速业务等等。虽然新的标准在速率上已经有了很大的提高，但是高速并不意味着较高的链路吞吐量和服务质量。由于无线网络环境中信号衰落、节点移动以及突发干扰的影响，无线信道质量会快速频繁的变化，无线信道上的数据传输速率以及整个网络的性能表现都需随之变化。因此在传输过程中节点仍然需要实时地估计和预测信道质量的变化，并且自适应调整其数据传输速率。速率自适应问题对提高无线资源利用率，和整个网络的性能有着重要的影响。

为了提高网络的吞吐率，国内外在预测信道质量，并自适应的调整其发送速率方面，即对速率自适应算法进行了许多研究。其中，主要的技术方案有以下三种：

1.基于统计连续传送成功和失败次数调整速率的方法。在这种方法中，节点不区分帧丢失原因，不论帧的丢失是由于信号衰落变化引起，还是由于突发干扰造成碰撞引起，都一律认为当前传输失败是由于信道质量恶化造成。在传输过程中，节点MAC层通过统计连续传送成功和失败次数来估计信道质量的好坏。即当节点连续成功传输N次，则认为当前信道质量良好，可以支持更高速率传输，因此提高节点传输速率，且如果提高速率后传输立即发生失败，则节点退回到原来的低速率进行传输；当节点连续传输失败M次，则认为当前信道质量恶化，不能支持高速率传输，因此节点降低传输速率。该类方法需要基于多个帧的传输结果进行信道质量的估算，不能对信道状况的变化做出及时的调整和反应，导致大部分传输所用速率低于实际信道能够支持的最大速率。

2.基于测量物理层信噪比或接收信号强度调整速率的方法。在这种方法中，节点通过测量物理层接收信号信噪比SNR或接收信号强度RSSI来估计信道质量状况。当测量到SNR或RSSI超过某一门限时，则认为当前信道质量良好，可以支持更高速率传输，因此节点提高传输速率；当测量到SNR或RSSI低于某一门限时，则认为当前信道质量恶化，不能支持高速率传输，因此降低数据传输速率。或者根据提前估算得到的SNR或RSSI与传输速率之间的映射关系表，直接查表得到适应当前信道条件的数据传输速率。该类方法在实际的无线网络环境中，由于信号的快速衰落、节点移动以及突发干扰的影响，无线信道质量会快速频繁的变化，信道的最佳传输速率和与SNR或RSSI之间并不存在相互对应的关系。