專利名稱：無線局域網設備無線信道管理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在無線網絡中設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領域，尤其適用于無線局域網中設備在通訊過程中 進行無線信道的分配方法。
背景技術：
目前的無線局域網設備，在Ad-Hoc (全稱Ad-Hoc Network,即點對點的對 等式移動網絡)模式下，需要工作在預設的信道上。所有的設備共享一條無線 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備競爭使用信道，當一個設備 開始使用信道后，會獨占此信道，其他所有設備都會處于等待過程中。這種方 式會造成下面幾個問題
① 設備的使用效率低，即當網絡中存在設備在發(fā)送數據，其他設備都在等待。 不能實現多設備的并行工作。
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 多設備帶寬損失嚴重，當設備數量比較多時，當一個設備在發(fā)送數據時，這 時可能存在其他設備誤認為當前信道空閑，也在發(fā)送數據，由于無線信號的碰 撞，數據重傳。這導致整個系統(tǒng)所有設備多路通訊的總帶寬要小于單路通訊的 帶寬④組網受到限制，當設備的數量越多時，設備分布越密集時，設備間的無線干 擾就越嚴重，導致設備的組網方式和組網的規(guī)模都會受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決無線局域網中設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。為了有效的減少設備間的相互干擾提高兩個設備單路 通訊的帶寬及提高整個網絡多路通訊的總帶寬，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中設備間進行無線信道管理的方法。
*基本假設
1. 無線局域網設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 用來處理數據。
2. 無線局域網設備需要一條公共的信道，所有設備共享此信道，用來傳輸控制 信令。來完成數據信道協(xié)商等功能。
3. 無線局域網設備需要一組數據信道，設備在數據信道上收發(fā)數據，并且在這 組信道的范圍內進行信道協(xié)商。
*核心思想
根據設計背景的描述，可以將需要解決的問題歸納為如下幾點
1. 設備如何同其他設備進行數據信道的協(xié)商。
2. 設備能夠知道當前哪條數據信道沒有其他設備在使用，也夠判斷某條信道當 前是否存在其他設備在使用。
3. 設備的數據信道在發(fā)生切換時，要損耗一定的時間，這段時間內設備不能收 發(fā)數據，對帶寬造成一定的影響，盡可能降低信道切換頻率。
4. 兩個設備在持續(xù)通訊過程中，避免信道切換。5. —個設備同時和其他多個設備通訊時，避免頻繁信道切換。
6. 流量比較大的設備，避免的頻繁信道切換。
為了滿足上述需求，
1. 設備通過請求發(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 備需要向對端設備發(fā)送數據時，本端設備選擇一條空閑的信道，然后將這條信 道號，以及待發(fā)送的數據量和速率等信息通過RTS信令發(fā)送給對端設備。當對 端設備接收到RTS信令后，如果對端設備當前可以接收數據，并且對端設備判 斷請求的信道空閑，則對端設備通過CTS信令響應本端設備，可以發(fā)送中同樣 攜帶了待發(fā)送數據量，接收速率，信道號等信息。本端設備收到CTS消息后， 信道協(xié)商成功，開始發(fā)送數據。如果對端設備判斷本端設備請求的信道不空閑， 則通過NTS信令來通知本端設備，本端設備收到后繼續(xù)信道協(xié)商。
2. 每個設備都通過監(jiān)聽公共控制信道上的RTS，CTS，NTS信令，來維護一張當 前數據信道使用情況表(以下簡稱NAV表)，數據信道使用情況表中記錄當前 各個數據信道的使用情況，包括每個數據信道當前是否有設備使用，使用起始 和結束時間，使用的設備的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，根據信令中攜帶的待發(fā)送 數據量同發(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，根據信令中攜帶的待接收 數據量同接收速率，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.當數據發(fā)送方即本端設備在空閑信道選擇時要根據信道的使用情況以及自 身和數據接收方即對端設備的狀態(tài)來選擇。避免隨機和盲目的信道選擇。設備 在選擇空閑的數據信道時，首先判斷自身和數據接收方的流量，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是設備間無線信道協(xié)商成功處理流程圖 圖2是設備間通訊狀態(tài)假設圖 圖3是設備間通訊狀態(tài)假設圖 圖4是設備間通訊狀態(tài)假設圖
具體實施例方式
下面就以具體實施例結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。 實施例一
圖1中A， B， C三個設備，A設備向B設備發(fā)送數據，C設備目前不發(fā)送 數據，在控制信道上監(jiān)聽其他設備的控制信令。 Pla: A設備根據自身維護的信息，首先判斷A和B的流量大小。 Plb:如果A的流量大，則判斷A設備當前的信道是否空閑，如果不空閑，再 判斷B設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，則選擇流量大設備的信道。
P1C:如果B的流量大，則判斷B設備當前的信道是否空閑，如果不空閑，再判 斷A設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，則選擇流量大設備的信道。
Pld: A設備將發(fā)送的數據量為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設備，然后將數據信道切換到待協(xié)商的信道上。
P2: B設備收到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設備將數據信道切換到協(xié)商成功的信道上。然后將待接收的數據量，接
收速率，以及信道號通過CTS信令發(fā)送到A設備。
P4: B設備將搜掃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設備。
P5: A設備收到CTS信令后，然后開始數據發(fā)送過程。
P6a: A設備收到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設備收到RTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據RTS攜 帶的信息更新NAV表。
P8:當C設備收到CTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據CTS 攜帶的信息更新NAV表。
P8:當C設備收到NTS信令后，首先判斷信令不是發(fā)送給自身的，根據NTS攜帶的信息更新NAV表。 實施例二
假設A、 B、 C、 D四個設備，在一定時間內A和B設備間相互通訊，C和 D設備間相互通訊，如圖2;在一定時間內，B， C，D設備都同A設備進行通訊， 如圖3;在一段時間內，B， C設備都同A設備進行通訊，同時D設備同C設 備相互間通訊，如圖4。
當A向B發(fā)送數據時，雙方協(xié)商在Y信道上進行數據的收發(fā)。則其他設備 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數據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 斷依據為數據流量或發(fā)送方設備和接收方設備的當前信道，當前的工作狀態(tài)。 這些方式也均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種無線局域網設備無線信道管理方法，其特征在于，該無線局域網設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，其他的用來處理數據。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中的設備通過發(fā)送信令來完成信道協(xié)商，以判斷本端設備選擇的信道是否空閑；第二步無線局域網中的每個設備通過監(jiān)聽公共控制信道上的信令，來維護一張當前數據信道使用情況記錄表；第三步本端設備根據信道的使用情況及自身和對端設備的狀態(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. 根據權利要求1所述的無線局域網設備無線信道管理方法，其特征在于， 該設備通過請求發(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。當本端設備需要向對端設備發(fā)送數據時，本端設備選擇一條空閑的 信道，然后將這條信道號以及待發(fā)送的數據暈和速率等信息通過請求發(fā)送信令 發(fā)送給對端設備。當對端設備接收到請求發(fā)送信令后，如果對端設備當前可以 接收數據，并且對端設備判斷請求的信道空閑，則對端設備通過可以發(fā)送信令 響應本端設備，可以發(fā)送信令中同樣攜帶了待發(fā)送數據量、收速率、信道號等 信息。本端設備收到可以發(fā)送信令消息后，信道協(xié)商成功，開始發(fā)送數據。如 果對端設備判斷本端設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備，本端設備收到后繼續(xù)進行信道協(xié)商。
3. 根據權利要求1所述的無線局域網設備無線信道管理方法，其特征在于， 每個設備都通過監(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，來維護一張當前數據信道使用情況記錄表，該表中記錄當前各個數據 信道的使用情況，包括每個數據信道當前是否有設備使用，使用起始和結束時間，使用的設備的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，根據信令中攜帶的待接收數據量同接收速率，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據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，根據信令中攜帶的源和目的 MAC地址等信息將當前數據信道使用情況記錄表中保存的表項刪除。設備可以 通過當前數據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. 根據權利要求1所述的無線局域網設備無線信道管理方法，其特征在于， 當數據發(fā)送方即本端設備在空閑信道選擇時要根據信道的使用情況以及自身和 數據接收方即對端設備的狀態(tài)來選擇，以避免隨機和盲目的信道選擇。設備在 選擇空閑的數據信道時，首先判斷自身和數據接收方的流量，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設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絡模式下的無線局域網設備在數據通訊采用信道協(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，其他的用來處理數據。無線局域網中的設備通過發(fā)送信令來完成信道協(xié)商，以判斷本端設備選擇的信道是否空閑；無線局域網中的每個設備通過監(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；本端設備根據信道的使用情況及自身和對端設備的狀態(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備在使用，則多組設備可以同時收發(fā)數據，并行工作，在避免干擾的同時，又大大提高系統(tǒng)的總帶寬。并且組網時不受布點疏密程度的限制，組網更加靈活。
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