一种基于竞争式MAC的链路构造方法及装置与流程

本发明涉及数据传输技术领域，特别涉及一种基于竞争式MAC的链路构造方法及装置。

背景技术：

随着现代社会科技的发展，数据传输技术伴随着计算机应用的普及获得了快速的发展。MAC(媒介接入控制协议)定义了数据包怎样在介质上进行传输。不管是在传统的有线局域网(LAN)中还是在目前流行的无线局域网(WLAN)中，MAC协议都被广泛地应用。

802.11定义的CSMA/CA协议(带有冲突避免的载波监听多路访问，MAC协议的一种)是当前最典型，也是最流行的竞争式MAC层协议，广泛应用于Ad-hoc网络，应用这种协议的无线设备在组网后，通过随机的退避竞争，可以获取对无线信道的接入控制权。具体的过程可以如下，每个无线设备在发送数据帧之前，首先侦听信道，当信道持续空闲一个IFS(帧间隔时间)时间后，如果信道继续空闲，则选取一个随机数进行随机退避，总的退避时间为选取的随机数乘以SLOT(无线设备退避的最小单元，由物理层特性决定)的时间，当其中某一设备较其他设备提前结束随机退避后，即表示此设备成功抢占信道，此设备开始发送数据帧，发送完毕后，如还有数据帧需要发送则继续进行随机退避，加入与其他设备竞争使用信道的序列。

现有技术中，这种竞争式MAC层协议的方式保证了所有设备在一个相对有序的控制规则下接入信道媒介，同时也保证了所有设备接入媒介的机会是均等和公平的，从吞吐量带宽的角度看，也就是所有设备的发送带宽和接收带宽均是相等的。但是，在实际在业务传递过程中，设备间的业务量是不对称的，那么这种公平的接入媒介方式就会导致实际带宽的浪费，带来不必要的带宽损耗；同时当某个设备发送的信道条件较其他设备优良时，此设备将采用更高的发送速率，那么其发送一个帧所需要的时间比其他设备小，其一次发送占用信道的时间也就小，这种情况下继续采用公平的接入方式，就会导致此台设备的高发送带宽的能力未被充分利用，白白浪费了其带宽。因此，如何根据每个设备需发送的业务量大小及信道条件决定其连续发数据帧的数量，减少随机退避引入的带宽浪费，是现在亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于竞争式MAC的链路构造方法及装置，以构造一个发送数据带宽和接收数据带宽不对称的链路，解决随机退避引入的带宽浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于竞争式MAC的链路构造方法，应用于无线设备，包括：

当竞争到接入信道的权利后，发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；

若所述数据帧发送成功，则判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值；

若所述数据帧的数量不大于所述阈值，则继续发送所述数据帧；

若所述数据帧的数量大于所述阈值，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，判断所述数据帧是否发送成功之后，还包括：

若所述数据帧发送失败，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，竞争到接入信道的权利，具体为：

发起数据发送请求并重置帧间隔时间；

当侦听到所述信道持续空闲一个帧间隔时间后，配置退避计数器的退避时间；其中，所述退避时间为随机数乘以所述无线设备的最小单元的时间；

当确定所述退避时间内的所述信道均空闲后，接入所述信道。

可选的，判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值，具体为：

判断连续发送所述数据帧的次数加1的数值是否大于所述阈值。

此外，本发明还提供一种基于竞争式MAC的链路构造装置，应用于无线设备，包括：

信道竞争模块，用于竞争到接入信道的权利；

发送判断模块，用于当竞争到接入所述信道的权利后，发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；

阈值判断模块，用于若所述数据帧发送成功，则判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值；若所述数据帧的数量不大于所述阈值，则继续发送所述数据帧；若所述数据帧的数量大于所述阈值，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，所述发送判断模块，还包括：

信道竞争单元，用于若所述数据帧发送失败，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，所述信道竞争模块，包括：

请求发送单元，用于发起数据发送请求并重置帧间隔时间；

侦听单元，用于当侦听到所述信道持续空闲一个帧间隔时间后，配置退避计数器的退避时间；其中，所述退避时间为随机数乘以所述无线设备的最小单元的时间；

信道接入单元，用于当确定所述退避时间内的所述信道均空闲后，接入所述信道。

可选的，所述阈值判断模块，包括：

下一时刻连续发帧计算单元，用于将连续发送所述数据帧的次数加1计算下一时刻需要发送所述数据帧的连续次数；

阈值判断单元，用于判断所述连续次数是否大于阈值；若否，则继续发送所述数据帧；若是，则重新竞争接入所述信道的权利。

本发明所提供的一种基于竞争式MAC的链路构造方法，应用于无线设备，包括：当竞争到接入信道的权利后，发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；若所述数据帧发送成功，则判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值；若所述数据帧的数量不大于所述阈值，则继续发送所述数据帧；若所述数据帧的数量大于所述阈值，则重新竞争接入所述信道的权利；

可见，本发明引入了可以根据无线设备的发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣进行实时更新的阈值，使得无线设备的发送带宽和接收带宽不一致形成非对称链路，并且可以使得无线设备间的发送带宽不一致，使得信道的使用权更加倾向于需要发送大量数据帧的无线设备，减少了随机退避引入的带宽浪费，提高了信道利用率，也就增加了需要发送数据帧的无线设备的发送带宽，提升了用户体验。此外，本发明还提供了一种基于竞争式MAC的链路构造装置，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种基于竞争式MAC的链路构造方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的另一种基于竞争式MAC的链路构造方法的流程图；

图3为本发明实施例所提供的另一种基于竞争式MAC的链路构造方法的示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种基于竞争式MAC的链路构造装置的结构图；

图5为本发明实施例所提供的一种无线设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种基于竞争式MAC的链路构造方法的流程图。该方法应用于无线设备，可以包括：

步骤101：当竞争到接入信道的权利后，发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；若是，则进入步骤102。

其中，无线设备竞争到接入信道的权利的方式，可以为如现有的竞争式MAC般，通过随机避退的方式竞争到接入信道的权利；也可以通过其他方式竞争到接入信道的权利，本实施例对此不受任何限制。

需要说明的是，无线设备通过随机避退的方式竞争到接入信道的权利，具体可以为：当数据帧写入缓冲区后，发起数据发送请求并重置帧间隔时间；当侦听到信道持续空闲一个帧间隔时间后，配置退避计数器的退避时间；其中，退避时间为随机数乘以无线设备的最小单元的时间；当确定退避时间内的信道均空闲后，接入信道。

可以理解的是，本实施例所提供的方法是为了在数据帧发送成功的情况下，通过接下来的步骤对本次使用信道发送的数据帧的数量与阈值的比较，判断是否需要继续发送位于发送缓冲区的数据帧。因此，对于数据帧发送失败的情况，可以如现有技术般令本无线设备重新竞争接入信道的权利，也可以令本无线设备再次尝试发送该发送失败的数据帧，本实施例对此不做任何限制。

步骤102：判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值；若否，则进入步骤103；若是，则进入步骤104。

其中，阈值可以采用动态配置的方法，即无线设备通过相应的策略实时的修改本次使用信道的连续发帧次数。也就是说，该策略可根据无线设备发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣实时更新连续发帧的次数。

可以理解的是，阈值的设置可以由无线设备根据相应的策略更新存储在阈值寄存器的数值。对于阈值的具体设置方式也就是具体的更新策略，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，本实施例对此不做任何限制。并且，阈值实时更新的方式，可以为无线设备每次竞争到接入信道的权利后，对预置寄存器中的阈值进行一次更新，也可以为无线设备在发送数据帧时，每发送一个数据帧就更新一次阈值，本实施例对此同样不做任何限制。

需要说明的是，判断发送的数据帧的数量是否大于阈值，可以为每次发送一个数据帧后，将发送的此刻已发送的数据帧的数量加以1，判断下一时刻将发送的数据帧是否大于阈值规定的连续发帧次数；也可以为每次发送一个数据帧后，判断本时刻已发送的数据帧的次数是否大于阈值规定的连续发帧次数。具体的判断方式可以根据阈值设置的方式对应进行，本实施例对此不受任何限制。

步骤103：继续发送所述数据帧。

可以理解的是，继续发送数据帧可以为在判断发送的数据帧的数量不大于阈值后，无线设备继续发送位于发送缓冲区的下一数据帧。

步骤104：重新竞争接入所述信道的权利。

其中，重新竞争接入信道的权利可以为无线设备在本次使用信道发送数据帧的数量大于阈值后，结束本次信道的使用，重新竞争信道的使用权。

可以理解的是，若本无线设备重新竞争接入信道的权利后，在此获取信道的使用权，则可再次进行步骤101的流程。

本实施例中，本发明实施例引入了可以根据无线设备的发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣进行实时更新的阈值，使得无线设备的发送带宽和接收带宽不一致形成非对称链路，并且可以使得无线设备间的发送带宽不一致，使得信道的使用权更加倾向于需要发送大量数据帧的无线设备，减少了随机退避引入的带宽浪费，提高了信道利用率，也就增加了需要发送数据帧的无线设备的发送带宽，提升了用户体验。

请参考图2和图3，图2为本发明实施例所提供的另一种基于竞争式MAC的链路构造方法的流程图，图3为本发明实施例所提供的另一种基于竞争式MAC的链路构造方法的示意图。该方法应用于无线设备，可以包括：

步骤201：发起数据发送请求并重置帧间隔时间。

其中，发起数据发送请求可以为无线设备的发送缓冲区写入数据帧后，发起的请求，也可以为在接下来的步骤中未能成功发送数据帧或需要继续发送数据帧时，发起的请求。也就是说，只要发送缓冲区由数据帧需要发送，均可发起数据发送请求，本实施例对于发起数据发送请求的具体方式不做任何限制。

可以理解的是，重置帧间隔时间是为了接下来的步骤202可以更好地对信道的空闲时间进行计时，若通过其他方式也可以达到对信道的空闲时间进行计时的目的，则可以不进行重置帧间隔时间的步骤，对应换成上述其他方式所需的步骤，本实施例对此不受任何限制。

步骤202：当侦听到所述信道持续空闲一个帧间隔时间后，配置退避计数器的退避时间；其中，所述退避时间为随机数乘以所述无线设备的最小单元的时间。

具体的，本步骤可以如图3中第一次对信道空闲的判断，若信道空闲，则通过持续空闲的帧间隔时间(IFS)减1是否等于0，判断信道持续空闲是否达到一个帧间隔时间，若是，则可以配置退避计数器的退避时间。

可以理解的是，配置退避计数器的退避时间可以如现有技术般，由无线设备的退避计数器选取一个随机数(N)乘以无线设备的最小单元(SLOT)得到的数值作为退避时间。

需要说明的是，对于侦听信道持续空闲时间的设置，可以如本步骤设置侦听信道持续空闲一个帧间隔时间后，便配置退避计数器的退避时间；也可以设置侦听信道持续空闲多个帧间隔时间后，再配置退避计数器的退避时间，如设置侦听信道持续空闲两个帧间隔时间后，再配置退避计数器的退避时间，也就是说通过信道持续空闲的帧间隔时间(IFS)减2是否等于0，判断信道持续空闲是否达到两个帧间隔时间，若等于0，则配置退避计数器的退避时间。本实施例对此不受任何限制。

步骤203：当确定所述退避时间内的所述信道均空闲后，接入所述信道。

可以理解的是，本步骤的目的是在多个无线设备竞争接入信道的权利时，通过各自等待逼退时间，由逼退时间最先结束的无线设备获取接入信道的权利，而其他未竞争到接入信道的权利的无线设备，则可以重新竞争接入信道的权利，也就是返回步骤201再次发起数据发送请求。

具体的，本步骤可以如图3中第二次对信道空闲的判断，通过退避计数器中退避时间(N*SLOT)减1是否等于0的判断，确定第一个逼退时间结束的无线设备，使其可以接入信道，发送位于发送缓冲区的数据帧。并且通过不等于0时，持续对信道是否空闲的判断，可以确保准确的了解是否已有无线设备已接入信道，不会打断其余无线设备间的通信，重新发起数据发送请求。

可以理解的是，未竞争到接入信道的权利的无线设备再次发起数据发送请求时，可以如图3中所示，保留当前计数值，也就是保留退避计数器已配置好的退避时间，使得下次进入配置退避计数器的步骤时，可以直接使用已保留的退避时间。

步骤204：发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；若是，则进入步骤205；若否，则进入步骤201。

其中，步骤204与步骤101相似，在此不再赘述。

步骤205：判断连续发送所述数据帧的次数加1的数值是否大于所述阈值；若是，则进入步骤201；若否，则进入步骤204。

可以理解的是，本步骤可以如图3所示，本时刻连续发帧数X加1也就是下一时刻连续发送数据帧的次数。若该次数大于阈值，则需要重新发起数据发送请求，重新竞争信道的使用权；若该次数小于阈值，则说明本次获得接入信道的权利后总的发帧数未超过发送次数的阈值，即无需重新竞争接入信道的权利，可以直接发送下一数据帧。

本实施例中，本发明实施例通过判断连续发送数据帧的次数加1的数值是否大于阈值，可以对下一时刻连续发送数据帧的次数与阈值进行比较，确定是否需要发送下一时刻的数据帧。并且引入了可以根据无线设备的发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣进行实时更新的阈值，使得无线设备的发送带宽和接收带宽不一致形成非对称链路，减少了随机退避引入的带宽浪费，提高了信道利用率，也就增加了需要发送数据帧的无线设备的发送带宽，提升了用户体验。

请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种基于竞争式MAC的链路构造装置的结构图。该装置应用于无线设备，可以包括：

信道竞争模块100，用于竞争到接入信道的权利；

发送判断模块200，用于当竞争到接入所述信道的权利后，发送位于发送缓冲区的数据帧，判断所述数据帧是否发送成功；

阈值判断模块300，用于若所述数据帧发送成功，则判断发送的所述数据帧的数量是否大于阈值；若所述数据帧的数量不大于所述阈值，则继续发送所述数据帧；若所述数据帧的数量大于所述阈值，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，所述发送判断模块200，还包括：

信道竞争单元，用于若所述数据帧发送失败，则重新竞争接入所述信道的权利。

可选的，所述信道竞争模块100，包括：

请求发送单元，用于发起数据发送请求并重置帧间隔时间；

侦听单元，用于当侦听到所述信道持续空闲一个帧间隔时间后，配置退避计数器的退避时间；其中，所述退避时间为随机数乘以所述无线设备的最小单元的时间；

信道接入单元，用于当确定所述退避时间内的所述信道均空闲后，接入所述信道。

可选的，所述阈值判断模块300，包括：

下一时刻连续发帧计算单元，用于将连续发送所述数据帧的次数加1计算下一时刻需要发送所述数据帧的连续次数；

阈值判断单元，用于判断所述连续次数是否大于阈值；若否，则继续发送所述数据帧；若是，则重新竞争接入所述信道的权利。

本实施例中，本发明实施例通过阈值判断模块300引入了可以根据无线设备的发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣进行实时更新的阈值，使得无线设备的发送带宽和接收带宽不一致形成非对称链路，并且可以使得无线设备间的发送带宽不一致，使得信道的使用权更加倾向于需要发送大量数据帧的无线设备，减少了随机退避引入的带宽浪费，提高了信道利用率，也就增加了需要发送数据帧的无线设备的发送带宽，提升了用户体验。

请参考图5，图5为本发明实施例所提供的一种无线设备的示意图。该无线设备可以包括：

处理器(CPU)，用于运行上层协议将需要发送的数据帧通过处理器与现场可编程门阵列(FPGA)之间的总线写入发送缓冲区。

现场可编程门阵列，用于通过发送缓冲区存储需要发送的数据帧，通过MAC层协议进行信道侦听和退避获取接入信道的权利，最后由物理层进行调制，调制后经射频发射数据帧。

其中，无线设备可以具体为无线通信设备，如可自组网的无线mesh设备。

可以理解的是，上述现场可编程门阵列可以包括如上一实施例所述的基于竞争式MAC的链路构造装置。

本实施例中，本发明实施例通过现场可编程门阵列引入了可以根据无线设备的发送缓冲区内滞留的待发数据帧数量和发送的信道条件的优劣进行实时更新的阈值，使得无线设备的发送带宽和接收带宽不一致形成非对称链路，并且可以使得无线设备间的发送带宽不一致，使得信道的使用权更加倾向于需要发送大量数据帧的无线设备，减少了随机退避引入的带宽浪费，提高了信道利用率，也就增加了需要发送数据帧的无线设备的发送带宽，提升了用户体验。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的基于竞争式MAC的链路构造方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。