[發明專利]一種兩級幀聚合方法

有效

• 申請號: 201210203119.X
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102724706A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 楊晉生;邵新明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04L1/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明屬于無線局域網MAC層領域，特別涉及一種兩級幀聚合方法。

背景技術

隨著無線通信業務量的高速增長，需要提高無線局域網的吞吐量以適應用戶需求。IEEE?802.11n標準通過采用多輸入多輸出（MIMO）技術和正交頻分復用（OFDM）技術極大地提高了無線局域網的物理層傳輸速率。隨著物理層速率的提升，傳統MAC層協議的低效性成為限制無線局域網吞吐量增長的主要因素。在傳統的無線局域網MAC層協議中，每個數據包均需添加MAC層頭部，且數據包均采用單獨接入信道和單獨確認的方式進行傳輸，帶來了大量的空間和時間開銷，造成MAC層效率低下。為了提升MAC層效率，IEEE?802.11n標準提出了MAC層幀聚合技術。

MAC層幀聚合技術通過將多個數據包聚合為一個長數據幀，使多個數據包共享MAC層頭部或物理層頭部，降低了數據開銷的比例。幀聚合技術令多個數據包同時接入信道并在接收端對多個數據包進行整體確認，減小了信道接入和數據確認過程帶來的時間開銷。與傳統MAC層相比，采用幀聚合技術的MAC層更加高效，能夠使網絡吞吐量獲得極大提高。

IEEE?802.11n標準中規定，MAC層可實現MAC層業務數據單元聚合，MAC層協議數據單元聚合和兩級幀聚合三種幀聚合機制。

MAC層業務數據單元聚合（Aggregate-MAC?Service?Data?Unit,A-MSDU）將多個MSDU聚合為A-MSDU幀。A-MSDU幀的子幀由子幀頭部、MSDU和填充數據組成，其中子幀頭部包括目的地址（DA）、源地址（SA）和MSDU長度（Length）三部分。通過為A-MSDU幀添加MAC層頭部和幀檢驗序列（FCS），可進一步形成MAC層協議數據單元（MPDU）。由于只存在一個FCS對聚合幀進行檢測，因此只要A-MSDU幀中某一個子幀受到信道影響產生誤碼，接收端便會認為聚合幀出錯，并且要求發送端對所有子幀進行重傳。所以當信道誤碼率較高時，A-MSDU機制的吞吐量性能會急劇惡化。

MAC層協議數據單元聚合（Aggregate-MAC?Protocol?Data?Unit,A-MPDU）將多個MPDU聚合成為A-MPDU幀。A-MPDU幀的子幀由分隔符（Delimiter），MPDU和填充數據組成。由于每個MPDU均包含MAC層頭部和FCS，因此接收端可對A-MPDU的子幀進行分別檢測，只要求發送端重新發送產生誤碼的子幀，所以A-MPDU的抗誤碼性能優于A-MSDU。與A-MSDU相比，A-MPDU需要為每個MSDU添加MAC層頭部和FCS，當MSDU較小時，幀聚合帶來的數據開銷與MSDU攜帶的有效數據之比增大，導致A-MPDU效率下降。根據IEEE?802.11n協議，A-MPDU最多可包含64個子幀，對于有大量短MSDU存在的場景，A-MPDU一次發送的數據量有限，對網絡吞吐量的提升較小，效率下降。

兩級幀聚合機制是對A-MSDU和A-MPDU機制的級聯，如圖1所示。在兩極幀聚合中，首先將到達MAC層的MSDU聚合為較長A-MSDU幀，為A-MSDU幀添加MAC頭部和FCS后形成MPDU，進而通過A-MPDU機制聚合MPDU形成物理層業務數據單元（PSDU）。通過使用兩級幀聚合技術，無線站點可以一次發送更多的數據。與A-MSDU和A-MPDU相比，在存在大量短MSDU或者物理層速率較高的場景中，兩級幀聚合可以使無線局域網獲得更高的吞吐量。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

現有兩級幀聚合方法的吞吐量性能易受信道誤碼率影響，無法使網絡吞吐量到達最大值；且現有的兩級幀聚合方法沒有時延控制機制，當業務有時延要求時，不能保證業務的服務質量。

發明內容

本發明提供了一種兩級幀聚合方法，本方法使兩級幀聚合機制能夠根據信道誤碼率和業務時延要求自動調節A-MSDU幀長，解決了吞吐量性能下降和控制數據時延的問題，詳見下文描述：

一種兩級幀聚合方法，所述方法包括以下步驟：

(1)建立MAC層二維Markov鏈模型，獲取網絡空閑概率P_idle、網絡中數據發送成功概率P_s和網絡中發生數據碰撞概率P_c，以及與上述網絡狀態對應的MAC層時隙的長度T_idle、T_s和T_c；

(2)獲取使網絡飽和吞吐量S達到最大值的A-MSDU幀長L_th；