数据帧保护机制自适应阈值的方法和装置.pdf

一种基于自适应阈值启动和/或禁用数据分组保护机制的方法和装置。该自适应阈值可以由无线局域网上传输的数据分组冲突率和隐藏节点的检测来确定。

1.  一种方法，包括：
根据发送阈值的自适应请求的值，启动数据分组保护机制，其中根据无线局域网上传输的数据分组冲突率来确定所述自适应请求值。

2.  如权利要求1所述的方法，包括：
基于从控制信号接收的冲突率参数来自适应该自适应阈值。

3.  如权利要求2所述的方法，其中自适应包括：
从接收的冲突率参数中计算平均冲突率；
确定传输数据率和控制消息数据分组长度；以及
基于平均冲突率、传输数据率和该控制消息数据分组长度自适应该自适应阈值。

4.  如权利要求1所述的方法，其中启动所述数据分组保护机制包括：
如果所述数据分组长度低于自适应阈值，则启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

5.  如权利要求1所述的方法，其中启动所述数据分组保护机制包括：
如果冲突率参数指示一个可能隐藏的站点，则启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

6.  如权利要求5所述的方法，进一步包括：
根据在一个暴露站点接收到请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的一个控制消息且没有接收到另一个控制消息、或者接收确认帧的情况下，来检测一个隐藏站点。

7.  如权利要求6所述的方法，进一步包括：
增加检测到的隐藏站点到列表。

8.  如权利要求7所述的方法，包括：
当在暴露站点接收来自该隐藏站点的请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的控制消息时，从列表中删除该隐藏站点。

9.  如权利要求7所述的方法，包括：
如果所述列表是空的，则通过自适应该自适应请求值来发送阈值，以禁用请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

10.  一种装置，包括：
阈值适配器，基于自适应阈值来启动和/或禁用数据分组保护机制，其中，自适应阈值根据无线局域网传输的数据分组冲突率来确定。

11.  如权利要求10所述的装置，其中，所述阈值适配器基于从控制信号接收的冲突率参数来自适应所述自适应阈值。

12.  如权利要求10所述的装置，包括：
用于从已接收的冲突率参数计算平均冲突率的冲突估算器。

13.  如权利要求12所述的装置，其中，所述阈值适配器能基于平均冲突率、传输数据率和控制消息数据分组长度来自适应该自适应阈值。

14.  如权利要求10所述的装置，其中，如果所述数据分组长度低于自适应阈值，则所述阈值适配器能够启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

15.  如权利要求10所述的装置，其中，如果根据冲突率参数在所述无线局域网上存在一个可能的隐藏站点，则所述阈值适配器启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

16.  如权利要求10所述的装置，包括：
隐藏节点检测器，根据在暴露站点处接收到请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的一个控制消息且没有接收到另一个控制消息的情况下，来检测一个隐藏站点；以及
存储器，用来在隐藏站点列表中存储所述检测到的隐藏站点。

17.  一种装置，包括：
双极天线，用来接收具有在无线局域网上传输的数据分组冲突率的数据的控制信号；以及
阈值适配器，用来基于自适应阈值启动和/或禁用数据分组保护机制，其中，自适应阈值由所述冲突率确定。

18.  如权利要求17所述的装置，其中，所述阈值适配器能够基于从控制信号中接收的冲突率参数来自适应该自适应阈值。

19.  如权利要求17所述的装置，包括：
用来从所述接收的冲突率参数计算平均冲突率的冲突估算器。

20.  如权利要求18所述的装置，其中，所述阈值适配器基于所述平均冲突率、传输数据率和控制消息数据分组长度来自适应该自适应阈值。

21.  如权利要求17所述的装置，其中，如果所述数据分组长度低于自适应阈值，则所述阈值适配器能够启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

22.  如权利要求17所述的装置，其中，如果根据冲突率参数在所述无线局域网上存在一个可能的隐藏站点，则所述阈值适配器能够启动请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

23.  如权利要求17所述的装置，包括：
隐藏节点检测器，根据在暴露站点接收到的发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的一个控制消息且没有接收到另一个请求控制消息的情况下，来检测隐藏站点；以及
存储器，用来在隐藏站点列表中存储所述检测到的隐藏站点。

24.  一种无线通信系统，包括：
站点，用来基于所述无线通信系统上发送和接收数据分组；以及
接入点，所述接入点包括用来基于自适应阈值启动和/或禁用数据分组保护机制的阈值适配器，其中，所述自适应阈值由所述无线通信系统上传输的数据分组的冲突率确定。

25.  如权利要求24所述的无线通信系统，其中，所述阈值适配器基于从控制信号中接收的冲突率参数来自适应自适应阈值。

26.  如权利要求24所述的无线通信系统，其中，所述接入点包括：
用来从所述接收的冲突率参数计算平均冲突率的冲突估算器。

27.  如权利要求26所述的无线通信系统，其中，所述冲突估算器基于所述数据分组时间参数和所述冲突概率参数来估算网络负载，并基于所述网络负载估算吞吐量损耗参数。

28.  如权利要求24所述的无线通信系统，进一步包括：
隐藏节点检测器，根据在暴露站点接收到的发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的一个控制消息且没有接收到另一个请求控制消息的情况下，来检测隐藏站点；以及
存储器，用来在隐藏站点列表中存储所述检测到的隐藏站点。

29.  一种构件，包括：具有存储在其上的指令的存储媒介，当执行该指令时，导致：
基于发送阈值的自适应请求的值来启动数据分组保护机制，其中，所述的自适应请求值根据无线局域网上传输的数据分组冲突率来确定。

30.  如权利要求29的构件，其中，所述指令执行时，导致：
基于根据所述冲突估算的吞吐量损耗参数来推算冲突概率。

31.  如权利要求29的构件，其中，所述指令执行时，导致：
基于从控制信号中接收的冲突率参数来自适应所述自适应阈值。

32.  如权利要求29的构件，其中，所述指令执行时，导致：
从所述接收的冲突率参数推算平均冲突率；
确定传输数据率和控制消息数据分组长度；以及
基于所述平均冲突率、所述传输数据率和所述控制消息数据分组长度来自适应所述自适应阈值。

33.  如权利要求29所述的构件，其中所述指令确定所述数据分组保护机制，导致：
如果所述数据分组长度低于所述自适应阈值，则启动发送请求/清除发送(RTS/CTS)控制机制。

34.  如权利要求29的构件，其中，所述指令执行时，导致：
根据在暴露站点接收到请求发送/清除发送(RTS/CTS)控制机制的一个控制消息且没有接收到另一个控制消息的情况下或者在接收一个确认帧的情况下，来检测隐藏站点。

数据帧保护机制自适应阈值的方法和装置
发明背景
在无线局域网(WLAN)中，网络站点可以使用信道访问机制和控制机制来保护通过网络传输数据分组。访问机制的一个示例可以是具有冲突避免机制的载波侦听多址接入(CSMA/CA)，尤其是具有二进制指数抵销方法的CSMA/CA。请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制包括在CSMA/CA机制中并可以用于保护数据分组传输。
例如，RTS/CTS机制的激活由预定阈值控制，该阈值称为RTS阈值。该RTS/CTS机制通过从第一站点(STA1)发送RTS控制信息到第二站点(STA2)以控制数据分组。如果希望的话，在实际数据帧传输之前，可以执行发送RTS消息。STA2回应CTS控制消息给STA1，以及STA1通过发送实际数据给STA2作为回应。如果STA1没有接收到来自STA2的CTS消息，则STA1继续发送RTS消息给STA2直到接收到CTS消息为止。
附图说明
本发明的主题在说明书的结束部分特别地被指出并清楚地要求保护。然而，当参考附图阅读时，有关操作的组织和方法，连同本发明的目标、特征和优点可以通过参照下面详细的描述来更好地理解，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的无线通信系统的示意图；
图2是根据本发明一些示例性实施例的站点的框图；
图3是根据本发明示例性实施例的接入点的框图；以及
图4是根据本发明一些示例性实施例的无线通信方法的流程图。
应当理解，为了简单、清楚的说明，附图中的元件没有必要按比例画出。例如，为了清楚，一些元件的尺寸相对其他元件可能夸大。此外，出于适当考虑，附图标记重复使用以表明相应或相似的元件。
本发明实施例的详细描述
在下面的详细描述中，为了提供对本发明全面的理解，阐述了大量具体细节。然而，本领域普通技术人员应当理解，在没有这些具体细节的情况下本发明也可以实施。在其他情况下，公知的方法、过程、组件和电路没有详细描述以避免模糊本发明。
下面详细描述的一些部分，依照计算机存储器中有关数据位或二进制数字信号的操作的算法和符号表示被呈现出来。这些算法描述和表示是数据处理中普通技术人员用于给本领域其他普通技术人员传达他们工作主旨的技术手段。
除非另外特定的声明，正如下面讨论中显而易见的，可以理解：贯穿说明书中所采用的术语如：“处理”、“计算”、“推算”、“确定”等等指的是计算机或计算系统、或类似电子计算设备的动作和/或处理，他们将表示为诸如电子的、该计算系统注册表中和/或存储器中的物理量这样的数据操作和/或者变换为其他的数据，这些其他数据类似于表示为计算系统存储器、注册表或其他这样信息存储、传输或显示设备中的物理量的数据。
应当理解，本发明可以用于多种应用中。虽然本发明不限于此，但这里披露的电路和技术可以用在许多诸如无线系统站点的装置中。包括在本发明范围内的站点包括：仅是示例性的，无线局域网(WLAN)站点、双向无线电站点、数字系统站点、模拟系统站点、蜂窝无线电话站点等等。
虽然不是局限，但本发明范围内的WLAN站点的类型包括：移动站、接入点、用于接收和发送诸如跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、补偿码键控(CCK)、正交频分复用(OFDM)等这样的扩频信号的站点。
首先转到图1，示出了诸如WLAN通信系统的无线通信系统100。虽然本发明范围不限与此，但该示例性WLAN通信系统100由IEEE 802.11-1999标准定义为基本服务群(BSS)。例如，BSS包括至少一个诸如接入点(AP)110的通信站和站点120130，其中至少一个站点是移动单元(MU)。在一些实施例中，站点130和120通过无线通信系统100发送和/或接收一个或多个数据分组。该数据分组包括数据、控制消息、网络信息等等。附加地或可选地，在本发明的其他实施例中，无线通信系统100包括两个或多个AP以及两个或多个移动站。虽然本发明范围不限于此，但无线通信系统100的这种配置在IEEE 802.11-1999中被称为扩展服务群(ESS)。
虽然本发明范围不限于此，但如果希望的话，AP 110通过经由信标125、135、145发送数据分组保护机制的控制命令来控制通信。例如，如果希望的话，诸如具有二进制指数抵销的CSMA/CA的数据分组保护机制可包括RTS/CTS机制，该RTS/CTS机制用于提供数据帧传输的冲突保护。
转到图2，示出根据本发明一些示例性实施例的站点200的框图。虽然本发明范围不限于此，但站点200包括天线210、发射机(TX)220、接收机(RX)225和媒体访问控制(MAC)处理器230。在本发明的一些实施例中，MAC处理器230包括冲突估算器240、隐藏节点检测器250、RTS阈值适配器260、RTS/CTS机制270和存储器280。
虽然本发明范围不限于此，但天线210可以是全方向天线、单极天线、双极天线、端馈电天线、圆极化天线、微型带状天线、分集天线等等。MAC处理器230可以包括数字信号处理器、通信处理器等等。
虽然本发明范围不限于此，但站点200包括TX 220和RX 225来分别发送和接收信号。如果数据分组215被成功接收，如果希望的话，已接收数据分组217信息中的至少一部分，例如，信道负载上的信息，被输入到冲突估算器240。在本发明的一些实施例中，RTS/CTS机制可以用于克服由于“隐藏节点”诸如站点140而导致冲突率的增长，“隐藏节点(visiblenode)”在这里称为“隐藏站点”。返回到图1，例如，站点120、130和AP 110称为“暴露站点”，因为他们能接收其他站点的所有传输。然而，诸如站点140的隐藏站点接收一个诸如AP 110的站点的传输，但不接收诸如站点120和130的其他站点的传输。
虽然本发明范围不限于此，但根据冲突率参数值，如果确定一个诸如站点140的可能隐藏站点在无线通信系统100中，则RTS/CTS机制270可以用于控制数据帧的传输。隐藏节点检测器250通过监控来自BSS站点的帧来检测该隐藏站点。例如，如果来自AP 110地CTS消息接收到，但来自站点120的相应RTS消息没有接收到，同时CTS消息接收到以前侦听该信道为空闲，则隐藏节点检测器250检测该隐藏站点。附加地或可选地，如果接收到从AP 110到站点140的确认消息，但是来自站点120的相应数据分组没有接收到，同时在确认消息接收到之前侦听该信道为空闲，则隐藏节点检测器250检测隐藏站点。
虽然本发明范围不限于此，但隐藏节点检测器250将检测到的隐藏站点存储在存储器280中，同时启动隐藏节点保护。例如，本发明的一些实施例中，隐藏节点检测器250通过发送RTS阈值到RTS阈值适配器260以自适应RTS阈值。RTS/CTS机制270根据该RTS阈值启动和/或禁用。RTS/CTS机制270避免数据分组冲突和网络负载增长。本发明的一些实施例中，存储器280包括隐藏节点站点285的列表。例如，如果希望的话，当暴露站点变成隐藏或隐藏站点变成暴露时，隐藏节点检测器250从隐藏节点列表285中增加/删除站点。在一些实施例中，当隐藏节点列表285为空时，隐藏节点检测器250命令RTS阈值适配器自适应该RTS阈值。如果希望的话，该RTS阈值的自适应导致RTS/CTS机制270禁用该隐藏节点保护。
转到图3，示出了根据本发明的一些示例性实施例的AP 300的框图。虽然本发明范围不限于此，但AP 300包括至少一种用于在诸如WLAN的无线通信系统100(图1)上传输和/或接收数据分组的天线310。在本发明的实施例中，天线310可以是全方向天线、单极天线、双极天线、端馈电天线、圆极化天线、微型带状天线、分集天线等等。
虽然本发明范围不限于此，但AP 300包括发射机(TX)320、接收机(RX)325和MAC处理器330。TX 320和RX 325可分别用来在空中传输和/或接收数据分组。该数据分组的一些可以包括在诸如信标125的控制信号中。信标125包括数据、控制消息和诸如冲突参数的网络参数等等。在一些实施例中，MAC处理器330包括RTS/CTS机制370，该机制基于自适应RTS阈值385的值启动和/或禁用。RTS阈值适配器360基于数据分组冲突率自适应RTS阈值385的值。虽然本发明范围不限于此，但通过将自适应阈值385的值与数据分组长度进行比较以启动或禁用RTS/CTS机制370。例如，如果数据分组长度低于该自适应阈值385，则启动RTS/CTS机制370和/或如果数据分组长度高于自适应阈值385，则禁用RTS/CTS机制370。
虽然本发明范围不限于此，但阈值适配器360可以包括在MAC处理器330中。如果希望的话，阈值适配器360基于从诸如信标125的控制信号中接收的冲突率参数推算自适应阈值385的值。此外，在一些实施例中，阈值适配器360基于平均冲突率、传输数据率和控制消息数据分组长度推算自适应阈值385的值。
在本发明的一些实施例中，MAC处理器330包括一个从已接收的冲突率参数估算平均冲突率的冲突估算器340，以及检测隐藏站点和启动RTS/CTS机制370的隐藏节点检测器350。在这实施例中，如果希望的话，隐藏节点检测器350从RX 325接收冲突率参数，并通过减少RTS阈值385的值启动RTS/CTS机制370。
转到图4，示出了根据本发明的一些示例性实施例的自适应阈值来选择数据分组控制机制的方法的流程图。虽然本发明范围不限于此，但本示例性方法根据WLAN的BSS中的冲突率自适应RTS_threshold。在本发明的一些实施例中，RTS_threshold自适应根据下面等式执行：
RTS threshold = T phy 1 - c c * r + L rts c ]]>
(等式1)
其中，T_phy是物理层(PHY)开销(以秒为单位)；
L_RTS是TS数据分组长度(以比特为单位)；
r是当前数据率(以比特/秒为单位)；以及
c是当前冲突率。
虽然本发明范围不限于此，但RTS/CTS机制的使用通过RTS_threshold控制。例如，如果数据分组长度远大于RTS_threshold，如果希望的话，则RTS帧比数据优先发送。P是传输功率，T_RTS是RTS数据分组长度，T_data是数据分组长度，以及c是冲突率(0≤c≤1)，在一些实施例中，发送具有RTS/CTS机制的数据分组所需要的功率使用下面等式进行估算：
E RTS = P · ( T RTS 1 - c + T data ) ]]>
(等式2)
发送不具有RTS/CTS机制的数据分组所需要的功率使用下面等式进行估算：
E noRTS = P T data 1 - c ]]>
(等式3)
虽然本发明范围不限于此，通过使用等式2和等式3的估算，使用RTS的条件是E_RTS＜E_noRTS，该条件表示如下：
T data > T RTS c ]]>
(等式4)
在本发明的一些实施例中，发射时间T用于长度L的以数据率r发送的数据分组，可以推算如下：
T = T PHY + L r ]]>
(等式5)
其中，T_phy是PHY开销时间。
虽然本发明范围不限于此，但AP 110接收来自信标125的冲突率参数。AP110收集N个信标(如：信标125)周期中冲突率参数的统计，其中N可以是任何适当的数(方框400)。AP 110基于统计计算的平均冲突率c(方框410)。在本发明的一些实施例中，AP 110确定传输的数据分组的传输率(方框420、430)。AP 110将平均冲突率c和冲突率阈值C_threshold(判定框440)进行比较。例如，C_threshold定义如下：
C threshold = L rts L max ]]>
(等式6)
其中L_max表示最大数据分组长度。
虽然本发明范围不限于此，但如果平均冲突参数c低于C_threshold，则AP 110发送具有预定数据分组控制机制的数据分组而不是具有RTS/CTS机制的数据分组，例如，CSMA/CA控制机制355(方框470)。如果c高于C_threshold，则比较发送的数据分组的长度L_packet与RTS_threshold(判定框450)。
虽然本发明范围不限于此，但如果发送的数据分组的长度L_packet低于RTS阈值RTS_threshold，则AP 110发送具有预定数据分组控制机制的数据分组，而不是具有RTS/CTS机制的数据分组，例如，CSMA/CA控制机制355(方框470)。如果发送的数据分组的长度L_packet高于RTS阈值RTS_threshold，则AP 110发送具有RTS/CTS控制机制的数据分组(方框460)。
虽然本发明范围不限于此，但从等式1中可以看出：因为平均数据分组冲突参数c在数据分组传输前被调节，所以RTS_threshold在发送数据分组前被自适应。在方框480中，AP 110规划用于传输的新的数据分组并被初始化新分组的发送(方框490)。虽然本发明范围不限于此，但通过基于平均冲突参数c自适应RTS_threshold来启动和/或禁用数据分组保护控制机制的方法可以重复用于数据分组传输。
虽然本发明的某些特征在这里示出和描述，但一些修改、置换、改变以及等同将示出给本领域普通的技术人员。因此，可以理解，附加的权利要求涵盖了落入本发明实质中的所有这样的修改和改变。