CN101730107A - 一种无线局域网的接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线局域网的接入方法，包括：接收网络侧发送的信标消息，该信标消息携带有超高吞吐UHT能力信息元素和UHT操作信息元素；获取并根据UHT能力信息和UHT操作信息元素与网络侧进行链路验证；当链路验证通过后，与网络侧交互进行关联操作，以接入无线局域网。本发明还提供了相应的无线局域网系统。根据本发明可大幅提高了物理层速率和MAC吞吐，并最大程度的实现与现有的相关协议和标准兼容。

Description

一种无线局域网的接入方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信就网络技术领域，具体涉及无线局域网的接入方法及系统。

背景技术

无线局域网WLAN和3G协同建网和融合发展必将成为下一步的发展趋势，作为3G应用的重要补充手段，WLAN以低成本、高速率和易部署等特征，提供热点覆盖和高速的用户接入，现在WLAN产业已经进入了一个高速发展期。WLAN网络已处于大规模建设阶段，在解决好业务模式的基础上，WLAN的建设将促使运营商将宽带事业推向一个新的高峰。另外，WLAN还可广泛应用于专网领域，具有巨大的发展空间，因此，WLAN将呈现快速增长态势。随着IEEE802.11无线网络标准的制定与发展，使无线网络技术更加成熟与完善。并已成功的广泛应用于众多行业。在802.11g协议之后，业界又提高了无线网络速率和更好频段兼容性协议——802.11n，这种新的无线网络协议，尚没有得到多数无线网络设备支持，所以在市场上很少见到。

发明人经研究，基于现有的GB15629.11系列标准，提出一种新的WLAN技术方案，其性能优于现有的IEEE 802.11n系统，并具备现有的GB15629.11系列和IEEE 802.11n协议标准的后向兼容性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无线局域网的接入方法及系统，可以一种新的更高吞吐方式接入无线局域网。

本发明实施例提供的一种无线局域网的接入方法，包括：

接收网络侧发送的信标消息，该信标消息携带有超高吞吐UHT能力信息元素和UHT操作信息元素；

获取并根据所述UHT能力信息和UHT操作信息元素与网络侧进行链路验证；

当所述链路验证通过后，与网络侧交互进行关联操作，以接入无线局域网。

本发明实施例还提供一种无线局域网系统，包括：

第一接入点，具有UHT能力，用于发送信标消息，该消息携带有UHT能力信息元素和UHT操作信息元素；

第一站点，具有UHT能力，用于接收所述信标消息，并根据所述UHT能力信息元素和UHT操作信息元素与第一接入点进行交互进行验证及关联操作。

该无线局域网系统，还包括：

第二站点，不具有UHT能力，用于接收所述第一接入点的信标消息，与第一接入点进行交互进行验证及关联操作；

第二接入点，不具有UHT能力，用于发送信标消息给所述第一站点，与第一站点进行交互进行验证及关联操作。

综上所述，本实施例提供的超高吞吐无线局域网(UHT-WLAN)的技术方案，由于采用了物理层增强和MAC层改进等技术，大幅提高了物理层速率和MAC吞吐，并最大程度的实现与现有的GB15629.11协议和IEEE802.11n标准的后向兼容。

说明书附图

图1是本发明实施例的UHT-WLAN协议的管理平面架构示意图；

图2是本发明实施例一提供的无线局域网接入方法流程图；

图3是本发明实施例二中的无线局域网接入方法流程图；

图4是本发明实施例中提供的一种无线局域网系统示意图。

具体实施方式

本发明提出的超高吞吐无线局域网UHT-WLAN接入方法及系统，采用了物理层增强和MAC层改进等技术，大幅提高了物理层速率和MAC吞吐，并最大程度的实现与现有的GB15629.11系列和IEEE 802.11n协议标准的后向兼容。

本发明针对UHT-WLAN系统，就所涉及到的有关UHT的接入管理部分提出相应的实现方案。具体包括基于现有协议的接入流程，结合UHT-WLAN的系统新特性，提出相应的接入步骤和消息交互流程。

站点STA或接入点AP在启动MAC层协议实现中的进程后，首先进行进程初始化或者系统复位，然后“扫描”或者“开始”，使系统进入BSS或者IBSS的激活状态，如果前两次请求无效，则要求“加入”；当BSS或者IBSS的激活后，进行证实，证实成功后，再进行关联；关联成功后，STA就成为BSS或者IBSS的一员，可以与其他的STA、AP进行数据通信。数据传输完，便可以取消证实，取消关联，退出基本服务区。

媒体接入控制(MAC，Media Access Control)层和物理层(PHY，Physicallayer)在概念上包括管理实体，分别被称为MAC子层管理实体(MLME，MAC layer Management Entity)和PHY层管理实体(PLME，Physical layerManagement Entity)。这些实体提供层管理服务接口，通过这些接口，可以调用层管理功能，如图1所示。

实施例一

本实施例中描述UHT STA被动接入UHTAP情形下的接入流程。

当接收到包含SSID的原语MLME-SCAN.request，UHT STA应根据参数ScanMode的值，在所有的信道上侦听任何信标帧。扫描一旦完成，MLME就发布一个原语MLME-SCAN.confirm以指示所有接收到的BSS信息。当接收到原语MLME-JOIN.request，STA会通过采用该请求中规定的BSSID、TSF定时器值、PHY参数以及信标周期的值来加入到一个BSS中。

UHT STA接收来自接入点AP的UHT信标(Beacon)消息，并读取和UHT相关的能力属性。然后通过UHT关联(Association)和UHT链路验证(Authentication)等消息，分别执行扫描，同步，认证和关联等功能，完成整个接入过程。

参照图2，本实施例中提供的一种无线局域网的接入方法，包括：

步骤S 101，网络侧接入点AP发送UHT信标(Beacon)消息帧给本WLAN中的站点STA，UHT信标(Beacon)消息携带有的UHT能力信息和UHT操作信息元素；

具体地，站点STA等待AP每隔一段时间定时送出的Beacon信标消息帧，该帧提供了AP及所在BSS相关信息。

站点STA接收到信标(Beacon)消息后，提取UHT能力信息和UHT操作信息元素。

步骤S102，站点STA发送验证请求消息给接入点AP，并接收接入点AP反馈的验证响应消息，以获取验证结果。

若验证通过，则进入步骤S103，否则结束该接入点AP的接入流程；

步骤S103，站点STA发送关联请求消息给网络侧，该消息携带有UHT能力相关信息；站点STA接收网络侧反馈的关联响应消息，关联响应消息携带有UHT能力相关信息和UHT操作信息元素。

具体地，当AP向STA返回认证响应信息、身份认证获得通过后，进入关联阶段。

STA向AP发送关联请求；AP向STA返回关联响应。

至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，可以开始向AP传送数据帧。

需要说明的是，携带UHT能力相关信息是通过如下步骤实现：

利用相应的现有消息中保留字段设置UHT能力相关信息比特。具体地，实施例中的流程涉及到消息如UHT Beacon，UHT Authentication，和UHTAssociation等消息，为了后向兼容GB15629.11系列与现有的IEEE 802.11n的系统，在现有的Beacon，Assocaition，Authentication帧结构进行扩展而得到，并利用其中的保留比特重新定义UHT特性字段。具体帧格式如下：

其中信标Beacon消息的帧体如表1所示：

表1

顺序	信息	备注
			1	时间戳	——
2	信标间隔	——
			3	能力信息	——
4	SSID	——
			5	支持速率	——
6	FH参数集合	FH参数集合信息元素出现在由采用跳频PHY的STA产生的信标帧中。

顺序	信息	备注
			7	DS参数集合	DS参数集信息元素出现在STA使用GB15629.11-2003第15章、GB15629.1102-2003和GB15629.1104-2006的PHY产生的信标帧或使用GB15629.11-2003第15章或GB15629.1102-2003中定义的速率发送的信标帧中。
8	CF参数集合	CF参数仅出现在支持点协调功能(PCF)的AP产生的信标帧中。当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented为TRUE且UHT操作元素的双重CTS保护字段为1时，该元素不应出现。
			9	IBSS参数集合	IBSS参数集合信息元素仅出现在由IBSS内的STA产生的信标帧中。
10	TIM参数集合	TIM信息元素仅出现在由AP产生的信标帧中。
			11	国家	dot11MultiDomainCapabilityEnabled是TRUE；或dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
12	FH参数	dot11MultiDomainCapabilityEnalbed是TRUE时，该字段存在
			13	FH模式表	dot11MultiDomainCapabilityEnabled是TRUE时，该字段存在
14	功率约束	dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
			15	信道切换通告	dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
16	静默	dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
			17	IBSS DFS	如果dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
18	保留
			19	ERP信息	ERP信息元素出现在STA使用GB15629.1104-2006定义的扩展速率PHY(ERP)生成的信标帧中，其它情况也有可能出现。

顺序	信息	备注
			20	扩展的支持速率	只要存在超过8种支持的速率时，就会出现扩展的支持速率元素，而其它情况下该元素是可选的。
21	WAPI信息元素	WAPI信息元素字段仅在启用WAPI机制的STA生成的信标帧中包含
			22	BSS负载	当dot11QosOptionImplemented和dot11QBSSLoadImplemented都是TRUE时，该字段存在。
23	EDCA参数集	当dot11QosOptionImplemented是TRUE并且QoS能力字段不存在，该字段存在。
			24	QoS能力	当dot11QosOptionImplemented是TRUE并且EDCA参数集不存在时，该字段存在。
25～36	保留
			37	UHT能力	当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented是TRUE时，出现UHT能力元素。
38	UHT操作	当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented是TRUE时，AP包含UHT操作元素。
			39	20/40BSS共存	当dot112040BSSCoexistenceManagementSupport是TRUE时，20/40BSS共存元素可能会出现。
40	重叠BSS扫描参数	当dot11FortyMHzOptionImplemented是TRUE时，重叠BSS扫描参数元素可能会出现。
			41	扩展能力	该元素中的任何一个字段是非零时，扩展能力元素可出现。

顺序	信息	备注
			最后	供应商特定信息	一个或者多个供应商特定信息元素。

关联请求消息帧体，如表2所示。

表2

顺序	信息	备注
			1	能力信息	——
2	侦听间隔	——
			3	SSID	——
4	支持速率	——
			5	扩展支持速率	只要存在超过8种支持的速率时，就会出现扩展的支持速率元素，而其它情况下该元素是可选的。
6	电源管理	当dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
			7	支持信道	当dot11SpectrumManagementRequired是TRUE时，该字段存在。
8	WAPI信息元素	仅在启用WAPI机制的STA生成的关联请求帧中包含。
			9	QoS能力	当dot11QosOptionImplemented是TRUE时，该字段存在。
10～12	保留
			13	UHT能力	当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented是TRUE时，出现UHT能力元素。
14	20/40BSS共存	当dot112040BSSCoexistenceManagementSupport是TRUE时，20/40BSS共存元素可能会出现。
			15	扩展能力	当该元素中的任何一个字段是非零时，扩展能力元素可能会出现。
最后	供应商特定信息	一个或者多个供应商特定信息元素。

关联响应消息帧体，如表3所示。

表3

顺序	信息	备注
			1	能力信息	——
2	状态码	——
			3	关联ID(AID)	——
4	支持速率	——
			5	扩展的支持速率	只要存在超过8种支持的速率时，就会出现扩展的支持速率元素，而其它情况下该元素是可选的。
6	EDCA参数集
			7～13	保留
14	UHT能力	当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented是TRUE时，出现UHT能力元素。
			15	UHT操作	当dot11ultraHighThroughputOptionImplemented是TRUE时，AP包含UHT操作元素。
16	20/40BSS共存	当dot112040BSSCoexistenceManagementSupport是TRUE时，20/40BSS共存元素可能会出现。
			17	重叠BSS扫描参数	当dot11FortyMHzOptionImplemented是TRUE时，重叠BSS扫描参数元素可能会出现。
18	扩展能力	当该元素中的任何一个字段是非零时，扩展能力元素可能会出现。
			最后	供应商特定信息	一个或者多个供应商特定信息元素。

其中UHT能力信息包括下述至少之一：

UHT STA通过发送UHT能力元素来宣布它是UHT STA。

UHT能力元素含有数个用于广播UHT STA的可选的UHT能力的字段。UHT能力元素出现在信标、关联请求、关联响应、重新关联请求、重新关联响应、探询帧和探询响应帧中。UHT能力元素中定义如下：

其中，UHT能力信息域的长度为2个八位位组，包含能力信息比特。该字段包含UHT延时块确认/HT延时块确认字段，表明UHT系统是否支持UHT延迟块确认操作。UHT能力信息字段如下：

其中UHT扩展能力域定义了：UHT物理层协议数据单元(UHT PPDU：UHT Physical Protocol Data Unit)信息、UHT自适应子载波调制(UHT ASM：UHT Adaptive Subcarrier Modulation)信息以及UHT控制(UHTC：UHT Control)字段信息。其中UHT PPDU信息：表示是UHT系统否支持物理层超帧；UHT ASM信息表示是否支持UHT系统是否支持子载波调制技术；UHTC信息，表示UHT系统的MAC帧中是否能够携带UHT控制字段。

UHT扩展能力信息字段如下：

其中UHT信标帧，UHT探询请求，UHT探询响应帧，UHT关联请求和UHT关联响应帧中定义了UHT能力和UHT操作字段以支持UHT特性。

UHT-WLAN的相关消息帧的UHT能力相关域如表4：

表4

字段	含义	定义
			UHT PPDU支持	UHT系统是否支持物理层超帧结构	UHT PPDU支持＝0：不支持UHT PPDU支持＝1：支持

字段	含义	定义
			UHT ASM支持	UHT系统是否支持子载波的链路自适应	UHT ASM支持＝0：不支持UHT ASM支持＝1：支持
+UHTC支持	UHT帧结构能否携带UHTC字段	+UHTC支持＝0：不支持+UHTC支持＝1：不支持
			UHT延时块确认/HT延时块确认	指明对UHT延时块确认/HT延时块确认操作的支持。	如果不支持设置为0；如果支持设置为1。支持说明UHT/HTSTA能够接收一个UHT延时块确认或HT延时块确认的ADDBA请求。

UHT操作字段，如下所示，其中包括UHT保护以及非成员非绿地高吞吐站点出现。

UHT保护以及非成员Non-greenfield HT STA出现含义如表5所示。

表5

字段	定义	编码
			UHT保护	指示对于UHT传输的保护需求。	0：HT无保护模式；1：HT非成员保护模式；2：HT 20MHz保护模式；3：non-HT混合保护模式；4：UHT无保护模式；5：UHT非成员保护模式；6：UHT20MHz保护模式；7：非UHT混合保护模式。
非成员非绿地高吞吐站点出现	指示是否检测到不支持绿地模式、而且不属于本BSS的STA	0：不存在；1：存在。

由上述方案可知，通过在现有的管理消息帧中设置UHT能力和UHT操作字段，以指示站点STA按照预定消息格式及流程接入UHT无线局域网，以实现UHT-WLAN的用户接入，并保持GB15629.11系列设备和IEEE802.11n的设备的后向兼容。

实施例二

本实施例中描述UHT STA主动接入UHT AP情形下的接入流程。

当接收到原语MLME-SCAN.request，STA应发送包含期望的SSID探询请求帧执行扫描。一旦接收到探询响应帧，表示扫描完成，MLME就发布一个原语MLME-SCAN.confirm，以指示所有接收到的BSS信息。

当接收到原语MLME-JOIN.request，STA会通过采用该请求中规定的BSSID、TSF定时器值、PHY参数以及信标周期的值来加入到一个BSS中。然后通过UHT关联(Association)和UHT链路验证(Authentication)等消息，完成整个接入过程。

参照图3，本实施例中提供的另一种无线局域网的接入方法，包括：

步骤S200，站点STA主动扫描，以寻找与STA所属有相同SSID的AP：

发送包含SSID1的探询请求消息给各AP；并在该探询请求消息携带UHT能力和UHT操作信息元素，以支持UHT特性；

接收AP反馈的探询响应消息，该探询响应消息携带有SSID2；

当所述SSID1与SSID2相同，接收来自AP的信标消息。

步骤S201至S203与实施例一中的步骤S101至S103基本相同，在此不再重复赘述。

实施例三

如图4所示，本实施例提供的一种无线局域网系统400，包括：

UHT接入点AP410，具有UHT能力，用于发送信标消息，该消息携带有UHT能力相关信息；

UHT站点STA420，具有UHT能力，用于接收UHT接入点发送的信标消息，并根据UHT能力相关信息与第一接入点进行交互进行验证及关联操作。

该无线局域网系统400中还包括：

现有的支持GB15629.11协议和IEEE 802.11n的站点430，该站点不具有UHT能力，可接收UHT接入点的信标消息，与UHT接入点进行交互进行验证及关联操作，使现有的站点可接入UHT系统。

现有的支持GB15629.11协议和IEEE 802.11n的接入点AP440，不具有UHT能力，可发送现有的信标消息给UHT站点，与UHT站点进行交互进行验证及关联操作，使UHT站点可接入现有的WLAN系统。

现有的传统STA(支持GB15629.11协议和IEEE 802.11n)接入UHT接入点AP的流程：

STA侦听来自UHT AP的UHT Beacon消息，传统STA可接收到UHTBeacon消息，并读取和GB15629.11、IEEE 802.11n相关的能力属性。此时传统的STA就是把UHT AP当成支持GB15629.11协议和IEEE 802.11n的AP，通过现有的关联和链路验证等消息，完成接入过程。

UHT STA接入现有的传统接入点AP(支持GB15629.11协议和IEEE802.11n的)的流程：

UHT STA接收来自现有的传统接入点AP的Beacon消息，通过能力字段，发现其属于传统AP，那么UHT STA将以传统STA方式工作，在随后的关联和链路验证等过程中，均采用传统的接入消息完成接入过程。

综上所述，本实施例提供的超高吞吐无线局域网(UHT-WLAN)的技术方案，由于采用了物理层增强和MAC层改进等技术，大幅提高了物理层速率和MAC吞吐，并最大程度的实现与现有的GB15629.11协议和IEEE802.11n标准的后向兼容。

根据所公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线局域网的接入方法，其特征在于，包括：

接收网络侧发送的信标消息，该信标消息携带有超高吞吐UHT能力信息元素和UHT操作信息元素；

获取并根据所述UHT能力信息和UHT操作信息元素与网络侧进行链路验证；

当所述链路验证通过后，与网络侧交互进行关联操作，以接入无线局域网。

2.如权利要求1所述的接入方法，其特征在于，所述与网络侧交互进行关联操作，具体包括：

发送关联请求消息给网络侧，该消息携带有UHT能力信息元素；

接收网络侧反馈的关联响应消息，该消息携带有UHT能力信息元素和UHT操作信息元素。

3.如权利要求1所述的接入方法，其特征在于，当站点STA主动接入，在接收网络侧发送的信标消息之前，还包括站点STA主动扫描的步骤，以寻找与STA所属有相同基本服务集标识BSSID的AP：

向一个广播地址发送包含基本服务集标识BSSID和服务站点标识SSID的探询请求消息；并在该探询请求消息携带UHT能力和UHT操作信息元素，以支持UHT特性；

接收AP反馈的探询响应消息，该探询响应消息携带有SSID2；

当所述SSID1与SSID2相同，接收来自所述AP的信标消息。

4.如权利要求1至3中任一项所述的接入方法，其特征在于，所述携带UHT能力信息元素是通过如下步骤实现：

利用相应的现有消息中保留字段设置UHT能力相关信息比特。

5.如权利要求1至4中任一项所述的接入方法，其特征在于，所述UHT能力相关信息包括下述至少之一：

UHT延时块确认、UHT物理层协议数据单元UHT PPDU信息、UHT自适应子载波调制UHTASM信息以及UHT控制UHTC字段信息。

6.如权利要求1至4中任一项所述的接入方法，其特征在于，所述UHT操作相关信息包括下述：

UHT保护字段以及非成员非绿地高吞吐站点出现字段。

7.如权利要求1所述的接入方法，其特征在于，还包括：

在接收到网络侧发送的所述信标消息之后，站点根据自身的能力确定所采用的链路验证消息格式及关联的消息格式。

8.一种无线局域网系统，其特征在于，包括：

第一接入点，具有UHT能力，用于发送信标消息，该消息携带有UHT能力信息元素和UHT操作信息元素；

第一站点，具有UHT能力，用于接收所述信标消息，并根据所述UHT能力信息元素和UHT操作信息元素与第一接入点进行交互进行验证及关联操作。

9.如权利要求7所述的无线局域网系统，其特征在于，还包括：

第二站点，不具有UHT能力，用于接收所述第一接入点的信标消息，与第一接入点进行交互进行验证及关联操作。

10.如权利要求7或8所述的无线局域网系统，其特征在于，还包括：

第二接入点，不具有UHT能力，用于发送信标消息给所述第一站点，与第一站点进行交互进行验证及关联操作。

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