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CN1943157A - 在包括通过公共无线信道连接的多个站的网络中确认数据分组的方法 - Google Patents

在包括通过公共无线信道连接的多个站的网络中确认数据分组的方法 Download PDF

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CN1943157A CNA2005800114529A CN200580011452A CN1943157A CN 1943157 A CN1943157 A CN 1943157A CN A2005800114529 A CNA2005800114529 A CN A2005800114529A CN 200580011452 A CN200580011452 A CN 200580011452A CN 1943157 A CN1943157 A CN 1943157A
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Abstract

一种方法在包括通过公共无线信道连接的多个站的网络中选择性确认数据分组。发送站请求来自接收站的块确认。发送站发送数据分组的块给接收站。接收站确定成功接收的数据分组的数量和不正确接收分组的数量。然后，如果有用接收的数据分组的数量小于不正确接收的数据分组的数量，接收站仅选择性确认成功接收的数据分组，否则仅确认不正确接收的分组。

Description

在包括通过公共无线信道连接的 多个站的网络中确认数据分组的方法
技术领域
本发明通常涉及无线通信网络，更具体而言涉及在这些网络中确认接收的分组。
背景技术
在根据IEEE802.11标准的无线局域网(WLAN)中，小区中的接入点(AP)协调用于与该小区相关的所有站的分组传输。用于数据和控制信号的从站到AP的上行链路以及从AP到站的下行链路共享单个无线信道，即频带。每个站能够与AP通信，而不需要任何两个站位于相互的通信范围内。
该无线信道的传输速率能够根据感知的信噪比(SNR)变化。例如，IEEE802.11b标准的物理层支持1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps四种速率。
根据当前的用于无线局域网(WLAN)的IEEE802.11标准，参见“Wireless LAN Mediu m Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifcations”，Standard，IEEE，1999年8月，接收机必须通过发送确认(ACK)消息给发送机明确确认正确接收数据分组。因为ACK消息直接与接收的前一数据分组相关，该ACK消息具有非常简单的格式。
IEEE802.11e块确认(BlockACK)
为了提高无线信道使用的效率，IEEE802.11e任务组(TGe)开发了一种块确认技术并且定义一组新消息，参见IEEE802.11e，“Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications：Medium Access Control(MAC)Enhancementsfor Quality of Service(QoS)”，Draft v6，IEEE，2003年11月。这里，使用单个但是更复杂的ACK消息来确认多个相继的数据分组，以代替用于每个数据分组的一个简单的ACK消息。
所以，IEEE802.11e标准使用MAC首部中的附加QoS控制字段。该字段包括规定所使用ACK策略类型的2比特ACK策略子字段。
块ACK会话由建立、数据传送、BlockACK以及终止阶段构成。在块数据传送之前，交换附加BlockACK(ADDBA)请求和附加BlockACK(ADDBA)响应，在所述会话涉及的两个站之间协商参数。规定BlockACK超时值，在该超时值到期时，终止该块ACK会话。
表1和表2分别示出ADDBA请求和响应帧的内容。对于每个字段的详细描述参见所述标准。
                       表1
  顺序   信息   值
  1   类别   对于BlockACK，设置为3
  2   动作   对于ADDBA请求，设置为0
  3   对话标记   设置为站选择的非零值
  4   BlockACK参数集
  5   BlockACK超时值
                       表2
  顺序   信息   值
  1   类别   对于BlockACK，设置为3
  2   动作   对于ADDBA响应，设置为1
  3   对话标记   从相应的ADDBA请求复制
  4   状态码
  5   BlockACK参数集
  6   BlockACK超时值
在建立BlockACK会话时，发送机能够发送通过短帧间间隔(SIFS)周期分隔的数据分组块。
执行所述会话建立达一段流，这段流可能在几秒到几分钟、几小时甚至几天的时间周期上持续成千上万甚至数百万的分组。
为了请求待处理的数据分组的确认，发送机发送BlockACK请求消息给接收机。设置BlockACK序列控制字段为与接收的前一BlockACK请求消息中相同的值。包括在BlockACK中的BlockACK位映像字段具有128个八位组并指示多达64个MAC业务数据单元(MSDU)或分组的接收状态。
图1示出了BlockACK请求消息格式100的字节，以及图2示出了如在IEEE802.11e标准中定义的BlockACK消息格式200的字节。在所有图中，各个字段上面的数字指示(改变附图以便这些字段上面的数字仅指示字节数量)字节分配。
BlockACK请求消息100包括以下字段：帧同步比特控制101、持续时间102、接收机地址(RA)103、发送机地址(TA)104、BlockACK请求(BAR)控制105、开始序列控制106、和帧校验序列(FCS)107。
图2包括以下字段：帧控制201、持续时间202、接收机地址(RA)203、发送机地址(TA)104、BlockACK(BA)控制205、BlockACK开始序列控制206、BlockACK位映像207、以及帧校验序列(FCS)208。
图3所示为具有格式300的BlockACK请求(BAR)控制字段和BlockACK(BA)字段的比特。BAR/BA字段的最高有效4位是TID子字段302。保留BAR/BA字段中的最低有效12位301。
图4所示为BlockACK消息中BlockACK位映像字段的格式400。BlockACK位映像包括64个2字节长序列控制号码，包括分段号码401、403和405，各分段号码跟随有序列号码402、404和406。
如图5中更详细所示，每个2字节长序列控制号码500唯一地标识已被接收的一个数据分组。序列号码字段包括12比特长序列号码502和4比特长分段号码501。分段和重新装配处理使用所述分段号码。
当前BlockACK的局限性
在任何网络中，带宽是重要的资源。对于根据IEEE802.11n标准的高吞吐量WLAN，MAC协议必须实现70-80％效率以满足在MAC业务接入点(AP)100Mbps的设计要求。所以，必须改进当前的MAC协议。
但是，根据当前IEEE802.11标准的每帧ACK机制呈现无线信道的巨大浪费的潜在源。这就是在IEEE802.11e标准中建议BlockACK的确切原因。不幸的是，对于带宽效率并未完全优化BlockACK机制本身。
BlockACK帧中的BlockACK位映像字段具有128字节的固定长度。因此，对于使用BlockACK作为块发送的任何数量的数据分组，128字节长BlockACK位映像必须包括在BlockACK中。对于小块这样产生了显著的浪费和非灵活性。
而且，当前BlockACK消息具有确认必须是对于属于相同业务分类(TC)或业务流(TS)的数据的约束条件。当前，通过争用(ECCA-TXOP)获得或通过轮询(HCCA-TXOP)分配的传输机会(TXOP)总是与特定的TC或TS相关，并且在TXOP期间只能够发送该TC或TS的数据分组。
所以，期望更好的块确认方法。
发明内容
IEEE802.11n标准要求在业务接入点(AP)的媒体访问控制(MAC)层具有100Mbps的吞吐量。当前IEEE802.11/IEEE802.11eMAC协议中的各种机制需要极大的开销并最终导致严重的吞吐量性能恶化。在IEEE802.11n标准上直接应用当前的MAC协议是不实用的。
所以，本发明提供了一种改进的块确认方法。与现有技术的块确认方案相比该方法使用较小的带宽。所述方法使用IEEE802.11/IEEE802.11e MAC帧中的保留字段来实现范围广泛的在现有技术IEEE802.11/IEEE802.11e MAC协议中不可获得的新功能。分析显示本发明的方法提高效率70％或更高。
具体地，一种方法选择性确认网络中的数据分组，该网络包括通过公共无线信道连接的多个站。
发送站请求来自接收站的块确认。该发送站发送数据分组的块到接收站。
所述接收站确定成功接收的数据分组的数量以及不正确接收的分组的数量。
然后，如果有用接收的数据分组的数量小于不正确接收的数据分组的数量，该接收站仅选择性确认成功接收的数据分组，否则，仅确认不正确接收的分组。
附图说明
图1是现有技术BlockAck请求帧格式的方框图；
图2是现有技术BlockACK帧格式的方框图；
图3是现有技术BAR/BA控制字段的方框图；
图4是现有技术BlockACK位映像格式的方框图；
图5是现有技术序列控制字段的方框图；
图6是根据本发明BlockACK参数集固定字段的方框图；
图7是根据本发明BlockACK请求消息的方框图；
图8是根据本发明BlockACK消息的方框图；
图9是根据本发明用于第一确认模式的BAR/BA字段的方框图；
图10是根据本发明用于第一模式的BlockACK位映像字段的方框图；
图11是根据本发明用于第二确认模式的BAR/BA字段的方框图；以及
图12是根据本发明用于第二模式的BlockACK位映像字段的方框图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于在根据IEEE802.11标准设计的无线局域网(WLAN)中确认数据分组块的方法。该方法使用BlockACK位映像中的可变大小字段。BlockACK字段能够发信号报告已经成功或不正确接收的数据分组，不论哪种都采取较少的比特。
通常，物理信道的条件趋于稳定，而不是波动。所以，速率自适应优化发送速率以实现合理低的分组错误率(PER)。因此，分组错误持久发生的概率低。这意味着成功地接收了绝大多数数据分组，以及BlockACK字段只需要指示还不正确接收的数据分组。
该方法支持对于多个业务分类(TC)和业务流(TS)的灵活确认。所述方法能够用于在增强分布式信道接入(EDCA)周期期间通过争用获得的发送机会(TXOP)，在混合协调信道接入(HCCA)周期期间通过接入点(AP)分配的TXOP。
所述方法包括会话建立、数据交换、块确认、以及终止阶段并且能够以两种模式操作。
模式1
当建立会话时在发送机和接收机之间交换ADDBA请求消息和ADDBA响应消息。包含在ADDBA请求消息和ADDBA响应消息中的BlockACK参数集固定字段用于协商用于将要建立的BlockACK会话的参数。
表3所示为根据IEEE802.11e标准能够通过ADDBA请求启动的所有可能的ACK模式。
          表3
  位5   位6   含义
  0   0   正常确认
  1   0   无确认
  0   1   无明确确认
  1   1   块确认
表4所示为BlockACK参数集固定字段内规定用于会话的TC或TS的业务ID(TID)子字段。
              表4
  位0-3  用途
  0-7  用于优先化的QoS(TC)的用户优先级(UP)
  8-15  用于参数化的QoS(TS)的TSID
图6所示为BlockACK参数集固定字段格式600的比特。我们使用现有技术BlockACK参数集固定字段的保留比特(B0)601以指示是否在块传输会话中支持多个TID 603。如果B0是1，那么启用根据本发明的混合业务，否则，如果B0是零，则禁止混合业务。
因为BlockACK参数集固定字段包含在ADDBA请求消息和ADDBA响应消息中，包含在会话中的两个站能够协商是否支持这种混合模式。字段602存储2比特长的BlockACK策略，参见表3，字段604存储缓冲器大小。
具体而言，所述ADDBA请求通过适当地设置比特B0发起所述协商。然后，接收机返回具有被设置成其能力和相应的ADDBA请求消息的B0比特的ADDBA响应消息。在这种交换之后，两个站都能够确定是否能够在会话期间使用混合业务。
在建立会话之后，能够发送数据分组。如果发送机需要确认是否接收机已经成功地接收所发送的数据分组，那么发送机通过发送BlockACK请求消息以请求来自接收机的BlockACK。
在图7和图8中分别示出了根据本发明的BlockACK请求消息700和BlockACK消息800的格式。格式700包括帧控制701、持续时间702、接收机地址703、发送机地址704、BAR控制705、序列控制706-707，以及FCS708字段。格式800包括帧控制801、持续时间802、接收机地址803、发送机地址804、BA控制805、序列控制806-807、包括n个字节的BlockACK位映像808，以及FCS809字段。
为了增强BlockACK灵活性和效率，本发明使用BlockACK请求和BlockACK消息的BAR/BA控制字段中的保留12比特长字段。
图9所示为用于模式1的BAR控制字段的格式900。BA控制字段的设计类似，但是为了简化，在图9中只示出了BAR控制字段并在以下进行描述。现有技术中保留的12比特长字段910被分成子字段。对于模式1，使用最低有效3位(B0-B2)901进行模式选择。在表5中列出了所有八种可能模式。以下描述各种字段例如NACK、相对序列号码等等。
在模式1中，使用BAR控制字段的比特B3-B4 902指示将要包括在当前BlockACK请求消息中的TID的数量。比特B5-B8 903指示包含在BlockACK请求消息中的TID。例如，如果设置B5为1，那么在BlockACK请求消息中存在TID1的BlockACK开始序列控制字段。比特B9-B11 904被保留。TID字段905，B12-B15，表示为其建立BlockACK会话的原始TID。
有效数据分组只能够具有一个TC或一个TS，但不是同时具有。而且，数据分组的块传输只能够在争用周期或无争用周期中发生，但不是在两个周期中都发生。所以，有理由假设在任何时间，BlockACK请求消息能够只属于TC或TS，但不属于二者。这意味着在任何BlockACK请求消息中可能只有四个有效的TID。所以，分别只有2比特和4比特分配给“TID号码”字段902和“TID位映像”字段903。这意味着最多4个BlockACK开始序列控制字段能够包括在单个BlockACK请求帧中。
                                表5
位0 位1 位2 含义
  1   0   0   0   遗留BlockACK
  2   0   0   1   模式2
  3   0   1   0   模式1，禁止NACK，禁止相对序列号码
  4   0   1   1   模式1，启用NACK，启用相对序列号码
  5   1   0   0   模式1，禁止NACK，启用相对序列号码
  6   1   0   1   模式1，启用NACK，禁止相对序列号码
  7   1   1   0   保留
  8   1   1   1
包括在BlockACK请求和BlockACK消息中的BlockACK开始序列子字段规定将要确认分组块内的开始数据分组的序列号码。如图5中所示，序列控制字段分成两部分，分段号码子字段501和序列号码子字段502，它们分别是4比特和12比特。
图10中示出了用于模式1的BlockACK位映像字段100的格式。代替如在现有技术中包括固定长度的BlockACK位映像，能够选择确认成功接收的分组或不正确接收的分组，无论哪种都采取较少的比特。
如果在分组块中成功和不正确接收的分组数量分别是N(成功)和N(失败)，块的总大小是N(总共)，那么
N(成功)+N(失败)＝N(总共)。
对于现有技术BlockACK位映像所需的字节数量即大小(位映像-现有技术)是
大小(位映像-现有技术)＝128字节
本发明BlockACK位映像所需的字节数量即大小(位映像-发明)是
大小(位映像-发明)＝2×min{N(成功)，N(失败)}
                 ＝2×min{N(成功)，N(总共)-N(成功)}
                 ≤2×[N(总共)/2]
                 ≤大小(位映像-现有技术)/2字节
即，大小(位映像-发明)≤大小(位映像-现有技术)/2。
换言之，在最差情况下，根据本发明的确认方法使用与现有技术方案相比一半的字节数量。因此，适应性地使用选择性确认和否定ACK(NACK)能够显著减小BlockACK中序列控制字段的数量。BlockACK请求消息和BlockACK消息中的新BAR/BA控制字段的模式选择字段指示是否使用肯定或否定ACK。
BlockACK位映像的长度n是可变的。例如，如果发送64个数据分组以及只接收20个分组，那么根据本发明在BlockACK位映像中只有20个序列号码。这表示当与现有技术BlockACK相比时80％的节省。
由于每个TID的开始序列号码包括在BlockACK开始序列字段中，因此在确认中不需要发送回完整的序列控制字段，只要块中的数据分组具有连续的序列号码。
所以，本发明使用6比特长的相对序列号码(1001和1003)，代替使用IEEE802.11标准定义的2字节长(16比特)的序列号码能够实现进一步的节省。相对序列号码中的6比特能够表示最多64个不同的数据分组。现有技术BlockACK位映像仅支持最多64个完整的序列号码。
如在图10中所示，剩余的2比特(1002和1004)能够表示确认数据的编码TID。利用这种新的增强，在相同的块中发送不同业务分类的数据分组变成可能。
在这种情况下，大小(位映像-发明)≤大小(位映像-现有技术)/4
也就是，与现有技术的BlockACK相比本发明只需要四分之一的字节，甚至具有更为灵活的传输方案。
模式2
当数据分组具有连续的序列号码时，能够使用根据本发明确认方法的第二模式。在模式2中，所述建立和数据交换阶段与模式1的相同。
但是，不同地设计BlockACK请求消息和BlockACK消息来提供简化。事实上，这两个消息几乎类似于现有技术的BlockACK消息，除优化BAR/BA字段和BlockACK位映像字段以实现更好的效率之外。
图11所示为用于模式2的BAR/BA字段1100。在现有技术中保留的12比特长的字段1110被分成多个子字段。首先的3比特(B0-B2)构成模式选择字段1101，该字段与用于模式1的BAR/BA字段具有相同的定义。具体而言，当模式选择字段具有值0×0时，将使用模式1。
块大小字段1102(B3-B8)指示在BlockACK消息中将确认多少分组。该块大小字段是6比特长，因为在模式2中支持的最大块大小是64个分组，这与用于现有技术BlockACK的最大块大小相同。字段1103被保留，字段1104存储TID。
图12所示为用于模式2的BlockACK位映像字段1200。这个位映像具有32字节长分段号码级联字段1201以及8字节长序列号码位映像字段1202。所述分段号码级联字段是用于将要确认的所有数据分组的4比特分段号码1203的级联。由于在块中分组的最大数量是64，所以使用16字节用于该字段足够了。序列号码位映像字段的每个比特指示是否已经成功接收或不正确地接收特定的分组。比特的相对位置表示序列号码。例如，如果该位映像字段的最低有效位设置成0，那么已经成功地接收到具有序列号码(BlockACK开始序列号码+0)的分组。
有可能在已经发送64个分组之前请求BlockACK。但是，所述位映像字段不提供足够的逻辑来区别根本没有发送分组的情况和已经成功或不正确接收分组的情况。所以，所述块大小子字段包括在模式2的BAR/BAR字段中。对于模式2，该大小(位映像-发明)＝40，而大小(位映像-现有技术)＝40/128，因此节省68.75％。如果进一步取消分段号码级联字段，我们能够获得(1-8/128)＝0.9375％的节省。
应该注意到能够根据应用来选择操作模式。
实现和兼容性问题
在BlockACK请求和BlockACK消息中将BAR/BA控制字段的模式选择子字段设置成零使得根据本发明的方法与现有技术相兼容。
尽管已经通过优选实施例的方式描述了本发明，但是应理解在本发明的精神和范围内可以作出各种其他适配和修改。所以，所附权利要求书的目的在于覆盖位于本发明真实精神和范围内的所有这种变型和修改。

Claims (9)

1、一种在包括通过公共无线信道连接的多个站的网络中确认数据分组的方法，包括：
通过发送站请求来自接收站的块确认；
通过发送站发送数据分组的块给接收站；
在接收站中确定成功接收的数据分组的数量和不正确接收分组的数量；以及
如果有用接收的数据分组的数量小于不正确接收的数据分组的数量，仅确认成功接收的数据分组；否则
仅确认不正确接收的分组。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认请求用于单一业务分类的数据分组。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认请求用于多种业务分类的数据分组。
4、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认请求用于单一业务流的数据分组。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认请求用于多业务流的数据分组。
6、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认中的位映像包括每个被确认数据分组的完全序列号码。
7、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认中的位映像包括每个被确认数据分组的相对序列号码。
8、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认中的位映像包括分段号码级联和序列号码位映像。
9、根据权利要求1所述的方法，其中所述块确认中的位映像仅包括序列号码位映像。
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