一种基于ofdma技术的wifi系统中高效传输信息的动态机制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，更具体的说，涉及一种基于0FDMA技术的WIFI系统中高效传输信息的动态机制。
【背景技术】
[0002]随着无线智能终端和移动互联网的爆炸式增长，WIFI技术正深刻改变着人们的交流、工作和生活方式。越来越多的终端用户(STA)在享受着WIFI带来的高带宽和便利性，火车站、机场、校园宿舍、图书馆等人口密集的地方，每个接入点(AP)需要服务的并发终端用户(用户终端(STA))数量急剧增加。并且随着智能设备的飞速发展，用户传输的数据也更加具有多样性。这使得WIFI网络速率大幅下降，用户上网时延增大，给网络的质量带来严重的影响，同时也给WIFI网络带来了新的挑战。
【发明内容】
[0003]现有的WIFI采用单用户0FDM接入的全宽带复用方式，并且不存在控制信道，各个用户终端(STA)通过载波监听与冲突避免(CSMA/CA)随机接入信道，依靠时域退避完成随机接入操作，最后只有一个用户终端(STA)成功发送。实际上退避也可以发生在频域上，0FDMA是一种基于0FDM物理层的信道接入技术，将整个带宽分成若干子信道，每个子信道包括若干子载波，每个子信道分配给一个用户终端(STA)，一个用户终端(STA)也可以占用多个子信道，允许多用户终端(STA)同时接入，多用户终端(STA)共享传输带宽。与现有协议相比，0FDMA提供了多信道的结构，可以利用多信道结构提高随机接入的性能。更进一步，与0FDM相比，在物理层0FDMA能提供比0FDM更高的频谱利用率。使用0FDM技术的通常都是宽带系统，宽带系统多径效应明显，频率选择衰落特性明显。这种选择性对于不同的用户终端(STA)是不同的，因为不同用户终端(STA)所处的环境不同。可以利用多用户终端(STA)的频率选择特性，分配合适的频率资源给合适的用户终端(STA)，依靠多用户终端(STA)分集增益提高0FDM系统的整体性能。
[0004]0FDMA需要协调多用户终端(STA)接入，为了充分利用用户终端(STA)分集优点，接入点(AP)需要获取用户终端(STA)信息。我们主要从提高数据传输效率的角度来应用0FDMA，一方面利用0FDMA实现高效的随机竞争，一方面利用0FDMA获取多用户终端(STA)频率上的信道差异带来的分集增。本专利，针对海量用户终端和传输数据多样性的实际问题提出了解决方案。提出了一种适应于基于0FDMA技术的WIFI系统中控制帧的格式设计方法以及动态传输机制，更高效的传输控制信息。
[0005]本发明提供了一种WIFI系统中MAC层帧格式设计方法。在WIFI中主要有数据帧，请求控制帧，许可控制帧，确认帧，管理帧等5种。将其单独放在一个字段中用4bit来承载，放在帧开始的位置利于解析。在标准帧格式的保留字段中添加一个新的字段域，用于承载控制信息。在WIFI中系统中，控制信息主要包括:信道探测信息，数据性质标识信息，任务优先级，资源分配信息，退避窗口信息，竞争成功的用户终端(STA)信息和信道状态信息。此字段长度为不固定长度，不同种类型控制帧承载不同的内容。
[0006]本发明提供在WIFI系统中大数据量高效传输的一种方法。包括:用户终端(STA)发送请求帧申请资源发送数据。接入点(AP)收到了用户终端(STA)的请求帧，若接入点(AP)允许该用户发送数据，则确定子载波分配信息，并返回许可帧，包含竞争成功的用户终端(STA)信息和资源分配信息以及退避窗口信息。请求资源的用户终端(STA)收到接入点(AP)发送的许可帧并解析，竞争成功的用户终端(STA)则确定了传输所用的资源分配信息，未竞争成功的用户终端(STA)s则解析出退避窗口信息，进入退避过程。对于携带大量数据的用户终端(STA)，解析出资源分配信息后判断分配的资源是否够用，若不够，则再次发送一个承载数据量大小的请求帧，接入点(AP)接到请求帧后裁决是否再分配新的资源，并通知给用户终端(STA)。接下来用户终端(STA)继续发送数据帧，接入点(AP)收到后反馈确认帧。
[0007]在WIFI无线接入时采用了随机接入的竞争机制，比较适合宽带数据业务，然而对实时性要求较高的业务存在不足，如语音业务存在的时延问题。本发明提供对于具有不同优先级用户终端的数据传输机制。包括:接入点(AP)收到了用户终端(STA)的请求帧，并解析是否具有任务优先级字段以及字段内容。对于任务优先级高的用户终端(STA)，由接入点(AP)的控制器为用户终端(STA)优先动态分配资源。
[0008]本发明提在WIFI网络中海量用户终端(STA)集中请求时数据高效传输的一种方法。包括:接入点(接入点(AP)统计当前请求与接入成功的用户数量，获取用户信息。接入点(AP)的控制器根据用户终端(STA)与子信道数量情况，确定资源的分配方法，为用户终端(STA)动态的选择传输方案。
[0009]本发明的有益效果主要表现在以下几个方面:帧的类型只取决于标准中子帧类型(Subtype)字段，将其单独放在一个字段中，有利于解析。在帧中保留字段中添加一个控制信息域字段，承载控制信息，不同类型控制帧提取相应字段内容。针对大数据量用户集中请求时，动态分配资源，在出现信息丢失时，检测丢失帧片段，是否可以不再重传。在海量用户集中请求情况下，动态分配资源，增加用户终端的并发数量。
【附图说明】
[0010]图1是本专利实施的场景示例图。
[0011]图2是本专利中提出的一种WIFI系统中MAC层帧格式。
[0012]图3针对携带数据性质多样的用户终端(STA)，本专利提出了一种高效数据传输机制。
[0013]图4针对海量用户终端(STA)集中请求的情况，本专利提出了一种数据动态传输机制。
[0014]图5用户终端(STA)采用OFDMA与⑶MA结合传输方式。
[0015]图6用户终端(STA)采用OFDMA传输方式。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案:如图1所示，本发明实施例提供了一种基于OFDMA技术的WIFI系统中高效传输信息的动态机制。该机制主要解决了 WIFI系统传输过程中海量用户终端集中请求的问题，以及待传输数据的多样性问题。
[0017]在如下的实施例中，涉及到发射设备和接收设备，在WIFI系统中，所述的发射设备和接收设备例如是终端(STA)JiAA (AP)等，本发明中发射设备可以是终端或是接入点，接收设备可以是终端或接入点，数据传输在终端和接入点之间进行，由发射设备将数据发送至接收设备。
[0018]下面将参照附图来详细地描述本发明的一些实施方式。
[0019]如图1所示，是本发明实施的场景设定，基站(AP)和用户终端(STA)，图中实线表示竞争成功，虚线表示竞争未成功。传统的WIFI系统中多个用户终端(STA)竞争信道，依靠时域退避完成随机接入，最终只有一个用户终端(STA)成功发送，在一个时隙利用整个带宽发送数据。实际上退避也可以发生在频域上，本实施方案中引入OFDMA技术，OFDMA是一种基于OFDM物理层的信道接入技术，其将整个带宽分成若干子信道，每个子信道包括若干子载波。OFDMA提供了多信道的结构，每个子信道分配给一个STA，一个STA也可以占用多个子信道，允许多STA同时接入，共享传输带宽。与现有WIFI相比较，提高随机接入的性會K。
[0020]在WIFI标准中，整个系统没有用于交互控制信令的公共控制信道，控制信息是承载在控制帧中传输的，本方案中要重新设计WIFI网络的传输帧格式，以支持0FDMA。如图2所示，是本发明的一种实施方式的MAC层帧格式示例图。帧类型字段:帧的类型只取决于标准中Subtype (子帧类型)字段。在WIFI中主要有数据帧，请求控制帧，许可控制帧，确认帧，管理帧等5种。将其单独放在一个字段中用4bit来承载，放在帧开始的位置利于解析。
[0021]控制信息域字段:在标准帧格式的保留字段中添加一个新的字段域，用于承载控制信息。在WIFI中系统中，控制信息主要包括:信道探测信息，数据性质标识信息，任务优先级，资源分配信息，退避窗口信息，竞争成功的STA信息和信道状态信息。此字段长度不固定，不同种类型控制帧承载不同的内容。帧控制域字段:所有控制帧都使用相同的帧控制域字段。
[0022]Durat1n/ID字段:持续时间/标志:2个字节。多数情况下，该字段被用来设定NAV。地址字段:包含不同类型的MAC地址，地址的类型取决于发送帧的类型。这些48位的地址有如下不同的用途:基本服务集标识(BSSID)，来源地址(SA:发送数据包的MAC实体的地址)，目的地址(DA:数据报的最终地址)，接收地址(RA:接收帧的AP地址)，发送地址(TA:发送帧的AP地址)。Sequence Control (顺序控制):2字节，由4位的片段编号(Fragment Number)和12位的顺序编号(Sequence Number)组成，用来重组帧片段以及丢弃重复帧。数据域字段:该字段内容封装的是上层的数据单元。
[0023]从用户终端(STA)的角度出发，随着智能设备的飞速发展，实际情况中用户传输的数据具有多样性的特点，主要表现为:数据性质多样，数据量大小，数据任务优先级等方面。数据性质多样体现在语音，视频，图片，文字等不同类型的数据。在WIFI系统中，控制帧传输时也要和数据帧一样公平竞争信道。在用户请求特别集中的情况下，可能会出现用户终端(STA)暂时竞争不到信道的情况，则无法及时传输数据。
[0024]本发明对WIFI系统传输过程中的协议做如下假设。
[0025]OFDMA接入需要协调多用户终端(STA)同时接入，需要准确的时间同步，从用户之间都是严格同步的，同时从用户与主用户保持适度同步，也可以成为准同步。
[0026]控制信道主要用来传输系统参数、调度信息、反馈信息等参数。在802.11标准中，整个系统没有公共的控制信道用于交互控制信令，控制信息是以承载在控制帧中的方式进行传输，控制信息的交换是通过收发双方的空闲子载波进行交换的。每个从用户节点都可以正确感知到授权频段内的载波空闲状态。
[0027]如图3所示，是本发明WIFI系统中数据高效传输方法的一种实施例的流程示意图。从用户终端(STA)角度出发，传输的数据具有多样性，用户终端(STA)传输大量数据时具体步