[發明專利]AP下行聚合幀長度和速率的自適應調整系統和方法

在審

• 申請號: 201410472537.8
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104219025A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 邊策;劉吉龍;陳慶勇;姚明旿;邱智亮;劉煥峰
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16;H04L5/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明涉及無線通信網絡領域，尤其涉及一種通過介質訪問控制MAC層和物理層協同實現的接入點AP下行聚合幀長度和速率自適應調整的系統及方法，用于解決基礎結構型無線網絡中當AP與接收節點之間信道質量頻繁變化而導致當前發送幀的傳輸速率和聚合幀幀長不能夠適應信道而造成過多傳輸失敗的問題，提高網絡的傳輸性能。

背景技術

無線局域網WLAN目前采用的主要技術是IEEE?802.11系列標準協議。從1999年IEEE802.11工作組相繼提出了IEEE?802.11a以及IEEE802.11b標準到2003年提出802.11g標準，其物理層規定了不同的調制和編碼方式，均支持多速率數據傳輸。其中，IEEE802.11b物理層運用直接擴頻跳頻DSSS技術，工作在2.4GHz頻段上，速率帶寬最高可達11Mbps，根據網絡環境的實際情況還可采用1Mbps、2Mbps和5.5Mbps傳輸速率。為了提高無線局域網的傳輸速率，IEEE802.11a物理層采用OFDM技術以取代802.11b?DSSS技術，工作在5.8GHz頻段，最高速率可達到54Mbps，可以使用6Mbps、9Mbps、129Mbps、189Mbps、249Mbps、369Mbps、489Mbps、54Mbps等8種速率進行傳輸。到2003年，802.11工作組提出了802.11g標準，其工作在2.4GHz頻段上，采用正交頻分復用OFDM技術，同樣擁有高達54Mbps的傳輸速率。

隨著物理層傳輸技術的不斷提高，2009年IEEE又批準了802.11n高速無線局域網標準。IEEE?802.11n采用了幾項重要技術來增加自己的數據傳輸速率，包括：MIMO多天線技術、物理層信道合并和MAC層幀聚合技術。另外，其核心是MIMO和OFDM技術，工作在2.4GHz頻段和5GHz頻段，使用帶寬為20MHZ的信道傳輸時速度最高為300Mbps，當使用由兩個20MHZ的信道合并成的一個40MHZ帶寬信道時，傳輸速度最高可達600Mbps。

隨著技術的發展和不斷改進，IEEE?802.11協議在高速多媒體移動業務方面的應用已經相當成熟。然而，當前的無線局域網的發展仍然受到諸多方面的挑戰。例如如何盡可能提高無線網絡資源利用率，如何在復雜環境下提高網絡的抗干擾能力，如何在保證QoS的情況下提供實時的支持可移動性的高速業務等等。雖然新的標準在速率上已經有了很大的提高，但是高速并不意味著較高的鏈路吞吐量和服務質量。由于無線網絡環境中信號衰落、節點移動以及突發干擾的影響，無線信道質量會快速頻繁的變化，無線信道上的數據傳輸速率以及整個網絡的性能表現都需隨之變化。因此在傳輸過程中節點仍然需要實時地估計和預測信道質量的變化，并且自適應調整其數據傳輸速率。速率自適應問題對提高無線資源利用率，和整個網絡的性能有著重要的影響。

為了提高網絡的吞吐率，國內外在預測信道質量，并自適應的調整其發送速率方面，即對速率自適應算法進行了許多研究。其中，主要的技術方案有以下三種：

1.基于統計連續傳送成功和失敗次數調整速率的方法。在這種方法中，節點不區分幀丟失原因，不論幀的丟失是由于信號衰落變化引起，還是由于突發干擾造成碰撞引起，都一律認為當前傳輸失敗是由于信道質量惡化造成。在傳輸過程中，節點MAC層通過統計連續傳送成功和失敗次數來估計信道質量的好壞。即當節點連續成功傳輸N次，則認為當前信道質量良好，可以支持更高速率傳輸，因此提高節點傳輸速率，且如果提高速率后傳輸立即發生失敗，則節點退回到原來的低速率進行傳輸；當節點連續傳輸失敗M次，則認為當前信道質量惡化，不能支持高速率傳輸，因此節點降低傳輸速率。該類方法需要基于多個幀的傳輸結果進行信道質量的估算，不能對信道狀況的變化做出及時的調整和反應，導致大部分傳輸所用速率低于實際信道能夠支持的最大速率。

2.基于測量物理層信噪比或接收信號強度調整速率的方法。在這種方法中，節點通過測量物理層接收信號信噪比SNR或接收信號強度RSSI來估計信道質量狀況。當測量到SNR或RSSI超過某一門限時，則認為當前信道質量良好，可以支持更高速率傳輸，因此節點提高傳輸速率；當測量到SNR或RSSI低于某一門限時，則認為當前信道質量惡化，不能支持高速率傳輸，因此降低數據傳輸速率。或者根據提前估算得到的SNR或RSSI與傳輸速率之間的映射關系表，直接查表得到適應當前信道條件的數據傳輸速率。該類方法在實際的無線網絡環境中，由于信號的快速衰落、節點移動以及突發干擾的影響，無線信道質量會快速頻繁的變化，信道的最佳傳輸速率和與SNR或RSSI之間并不存在相互對應的關系。