下行数据碰撞避免的方法、接入点和站点与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种下行数据碰撞避免的方法、接入点和站点。

背景技术：

目前，在无线网络领域无线局域网(WLAN)发展快速，WLAN的应用范围日益扩大，为应对各种网络需求，电气和电子工程师协会工业规范(IEEE)802.11组颁布了802.11a，802.11b，802.11g，802.11n等一系列WLAN技术标准，随后又陆续成立了其它任务组，致力于发展设计现有802.11技术改进的规范，例如，随着物联网的发展，IEEE成立了802.11ah任务组，其主要任务就是对WLAN的媒介接入控制(MAC)层和物理(PHY)层进行修改和增强，以适应智能电网(Smart Grid)、传感器网络(sensor network)、环境农业检测(Environmental/Agricultural Monitoring)、工业过程自动化(Industrial Process Automation)等网络的需求。

无线局域网中，一个接入点(access point，简称AP)以及与AP相关联的多个非接入点站点(non-AP Station，简称STA)组成了一个基本服务集(basic service set，简称BSS)。STA在使用BSS的服务之前，必须与AP完成鉴权和关联过程，若成功关联，则AP为STA分配关联标识信息(Association Identifier，简称AID)，AID为STA在本BSS的身份标识，即可以与本BSS内其它STA通过AID区分，但是属于不同BSS的STA可能使用同一个AID。同时多个BSS通过分配系统(distribution system，简称DS)相连后，可以组成扩展服务集(extend service set，ESS)。多个STAs也可以组成一个自组织无线局域网，称之为独立BSS(Independent BSS，IBSS)，IBSS中STA可以直接通信。

802.11中，一个接入点(access point，简称AP)以及与AP相关联的多个站点(Station，简称STA)组成了一个基本服务集(basic service set，简称BSS)。802.11定义了两种操作模式：分布式协调功能(distributed coordination function，简称DCF)和点协调功能(point coordination function，简称PCF)，以及针对这两种操作模式的改进：增强型分布式协调访问功能(enhanced distributed channel access，简称EDCA)和混合协调功能控制信道访问功能(hybrid coordination function controlled channel access，简称HCCA)。其中，DCF是最基本的操作模式，利用带有冲突避免的载波侦听多路访问机制(CSMA with Collision Avoidance，CSMA/CA)使多个站点共享无线信道。EDCA是增强型操作模式，将上层数据映射到四个不同的队列类别(AC，access categories)：AC_VO、AC_VI、AC_BE、AC_BK，每个队列类别使用不同的竞争信道的参数来区分优先级。EDCA利用CSMA/CA机制，使多个不同优先级队列共享无线信道，并预约一个传输机会(Transmission Opportunity，简称TXOP)。不同优先级队列获得传输机会的基本过程为：每个队列在信道空闲时，使用不同的退避间隔加上任意的竞争退避窗来接入信道，以减少碰撞。

多个无线站点共享信道时，无线环境的冲突检测变得非常困难，其中一大问题就是隐藏站点。如图1所示，站点A向B发送数据，同时站点C也向站点B发送数据，由于站点C和站点A彼此都处于对方的覆盖范围之外，站点A和站点C同时发送将导致冲突。从站点A的角度来看站点C即是一个隐藏站点。为解决隐藏站点问题，802.11提出了虚拟信道检测机制，即通过在无线帧帧头中包含预约信道时间信息的方式来避免隐藏站点的碰撞。其它接收到含有时间预约信息的无线帧的旁听站点设置本地存储的一个网络分配矢量(Network Allocation Vector，NAV)，NAV的取值设置为上述信道预约时间信息和已保留的时间信息的最大值，在该时间内，旁听站点不会发送数据，从而避免隐藏站点竞争信道，造成碰撞的问题。NAV减为零后，其它站点才能发送数据。在大数据发送之前，发送方可以先发送请求发送(Request to send，RTS)进行信道预约，其包含信道预约时间信息。接收方响应准许发送(Clear to send，CTS)进行信道预约确认，其也包含信道预约时间信息，以保护发送方后续发送的无线帧，具体过程可参见图2。

IEEE802.11定义了能量管理的两种模式：活跃模式(Active mode，AM)和节电模式(Power saving，PS)。对于处于节电模式的站点，AP通过在周期发送的信标帧(beacon)中携带业务指示信息，即业务指示图(traffic indication map，简称TIM)信息元素通知这些处于节电模式的站点是否有缓存单元(bufferable unit)待发。如果这些站点发现有缓存单元，就会通过发送一个节电查询帧(PS-Poll)，AP可以回复一个确认(ACK)帧也可直接回复数据帧。对于长时间睡眠的站点醒来，主动发送PS-poll帧，AP通过发送携带是否有下行业务指示的ACK或者直接发送数据帧来响应。

对于大覆盖、站点多的应用场景，相互侦听不到的站点就会增多，隐藏站点的问题就会更加的明显。如果在站点发送PS-Poll帧后，接入点回复的帧较长，该帧传输的时间就会比较长，在该站点侧，不能接收到接入点响应的站点就会判断信道为空闲，竞争信道并发送数据，造成在发送PS-poll的站点侧发生碰撞。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种下行数据碰撞避免的方法、接入点和站点，以解决STA发送PS-Poll帧后，AP回复较长帧时，在该STA侧发生碰撞的问题。

本发明实施例提供了一种下行数据碰撞避免的方法，该方法包括：

接入点(AP)接收站点发送的用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

所述AP确定有该站点的缓存单元且所述缓存单元大于预定门限，则与所述站点进行无线帧交换预约信道，信道预约成功后向该站点发送所述缓存单元。

优选地，所述预定门限为所述AP和所述站点在关联过程中或重关联过程中协商的值，或者，所述AP发起的广播帧的能力信息元素指示的值，或者，所述AP和所述站点进行能力协商中指示的值，或者，所述AP所在系统默认的值。

优选地，所述AP与所述站点进行无线帧交换预约信道，信道预约成功后向该站点发送所述缓存单元，包括：

所述AP向所述站点发送请求发送(RTS)帧进行信道预约；

所述AP接收到所述站点返回的准许发送(CTS)帧后向该站点发送所述缓存单元；

其中，所述RTS帧中包含的预约信道时间设置为即将发送的一个或多个缓存单元的传输时间、需要的响应的时间以及所述缓存单元所在的无线帧和所述响应所在的无线帧的帧间间隔之和，所述响应包括立即响应和/或延迟响应，所述CTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点和所述RTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点相同。

本发明实施例还提供了一种下行数据碰撞避免的方法，该方法包括：

处于节电模式的站点向接入点(AP)发送用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

所述站点配合所述AP完成无线帧交换预约信道，并通过预约成功的信道接收所述AP发送的所述缓存单元。

优选地，所述站点向AP发送无线帧包括：

所述站点主动向所述AP发送所述无线帧；或者

所述站点在周期侦听所述AP发送的业务指示信息后，向所述AP发送所述无线帧。

优选地，所述站点在获得的传输机会内，从所述无线帧开始进行的帧交换序列的总传输时长受所述站点的属性限制。

优选地，所述站点的属性包括所述无线帧对应的接入类别参数。

优选地，所述总传输时长为所述站点传输的无线帧的总时间、所述接入点传输的无线帧的总时间和所述无线帧之间的帧间隔之和。

本发明实施例又提供了一种接入点(AP)，该AP包括：

接收模块，用于接收站点发送的用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

处理模块，用于确定有该站点的缓存单元且所述缓存单元大于预定门限，则与所述站点进行无线帧交换预约信道，信道预约成功后向该站点发送所述缓存单元。

优选地，所述预定门限为所述AP和所述站点在关联过程中或重关联过程中协商的值，或者，所述AP发起的广播帧的能力信息元素指示的值，或者，所述AP和所述站点进行能力协商中指示的值，或者，所述AP所在系统默认的值。

优选地，所述处理模块，具体用于：向所述站点发送请求发送(RTS)帧进行信道预约；以及，在接收到所述站点返回的准许发送(CTS)帧后向该站点发送所述缓存单元；其中，所述RTS帧中包含的预约信道时间设置为即将发送的一个或多个缓存单元的传输时间、需要的响应的时间以及所述缓存单元所在的无线帧和所述响应所在的无线帧的帧间间隔之和，所述响应包括立即响应和/或延迟响应，所述CTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点和所述RTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点相同。

本发明实施例另提供了一种站点，该站点包括：

发送模块，用于向接入点(AP)发送用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

处理模块，用于配合所述AP完成无线帧交换预约信道，并通过预约成功的信道接收所述AP发送的所述缓存单元。

优选地，所述发送模块，具体用于：主动向所述AP发送所述无线帧；或者，在周期侦听所述AP发送的业务指示信息后，向所述AP发送所述无线帧。

优选地，所述站点在获得的传输机会内，从所述无线帧开始进行的帧交换序列的总传输时长受所述站点的属性限制。

优选地，所述站点的属性包括所述无线帧对应的接入类别参数。

优选地，所述总传输时长为所述站点传输的无线帧的总时间、所述接入点传输的无线帧的总时间和所述无线帧之间的帧间隔之和。

上述下行数据碰撞避免的发送方法，能够保证各个站点之间的公平性和信道资源的合理利用，从而避免碰撞发生；此外，PS-Poll后，AP发送信道预约帧，比如RTS帧，可以预约一段较长的时间，即一次可以向STA发送多个缓存单元，而不用对每个缓存都发送PS-Poll，从而节省了链路开销。

附图说明

图1为现有隐藏站点的示意图；

图2为现有技术解决隐藏站点问题的示意图；

图3为本发明下行数据碰撞避免的方法实施例一的示意图；

图4为本发明帧传输总时长的示意图一；

图5为本发明帧传输总时长的示意图二；

图6为本发明下行数据碰撞避免的方法实施例二的示意图；

图7为本发明AP实施例的结构示意图；

图8为本发明STA实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例提供了一种下行数据碰撞避免的方法，该方法从站点的角度进行描述，该方法包括：

步骤11、处于节电模式的站点向接入点(AP)发送用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

该步骤可以包括：所述站点主动向所述AP发送所述无线帧；或者，所述站点在周期侦听所述AP发送的业务指示信息后，向所述AP发送所述无线帧。

步骤12、所述站点配合所述AP完成无线帧交换预约信道，并通过预约成功的信道接收所述AP发送的所述缓存单元。

所述站点在获得的传输机会内，从所述无线帧开始进行的帧交换序列的总传输时长受所述站点的属性限制；其中，所述站点的属性包括所述无线帧对应的接入类别参数；所述总传输时长为所述站点传输的无线帧的总时间、所述接入点传输的无线帧的总时间和所述无线帧之间的帧间隔之和。

上述下行数据碰撞避免的方法，基站与AP配合完成信道预约，使站点侧避免碰撞发生成为可能。

本发明实施例还提供了一种下行数据碰撞避免的方法，该方法从AP的角度进行描述，该方法包括：

步骤21、接入点(AP)接收站点发送的用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

步骤22、所述AP确定有该站点的缓存单元且所述缓存单元大于预定门限，则与所述站点进行无线帧交换预约信道，信道预约成功后向该站点发送所述缓存单元。

其中，所述预定门限为所述AP和所述站点在关联过程中或重关联过程中协商的值，或者，所述AP发起的广播帧的能力信息元素指示的值，或者，所述AP和所述站点进行能力协商中指示的值，或者，所述AP所在系统默认的值。

该步骤可以包括：所述AP向所述站点发送请求发送(RTS)帧进行信道预约；所述AP接收到所述站点返回的准许发送(CTS)帧后向该站点发送所述缓存单元；其中，所述RTS帧中包含的预约信道时间设置为即将发送的一个或多个缓存单元的传输时间、需要的响应的时间以及所述缓存单元所在的无线帧和所述响应所在的无线帧的帧间间隔之和，所述响应包括立即响应和/或延迟响应，所述CTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点和所述RTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点相同。

上述下行数据碰撞避免的方法，在AP确定缓存的数据大于预定门限时与站点预约信道，使得该信道成为AP和站点之间的专用信道，从而可以避免碰撞发生；此外，PS-Poll后，AP发送信道预约帧，比如RTS帧，可以预约一段较长的时间，即一次可以向STA发送多个缓存单元，而不用对每个缓存单元都发送PS-Poll，从而节省了链路开销。

下面从AP和站点交互的角度对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例一

本实施例是采用本发明的一种下行数据碰撞避免的发送方法的实施例。在本实施例中实现下行数据传输主要包括以下步骤：

站点在关联过程中通知或者与接入点协商上述预定门限。

处于节能模式的站点，主动醒来，发送PS-Poll帧，询问AP是否有本站点的缓存单元；当AP收到处于PS模式下的站点发送的PS-poll后，根据该站点BU的情况，做出响应：

当AP没有该STA的缓存单元时，AP发送一个缓存单元指示为无的ACK。当AP有该STA的缓存单元时，AP回复缓存单元指示为有的ACK，或者当缓存单元小于上述协商的门限值，则AP可直接回复缓存单元，或当缓存单元大于上述协商的门限值，则AP先发送RTS进行信道预约，RTS的预约信道时间设置到数据需要的响应结束。

当发送PS-poll的站点收到的是RTS帧，会在短帧间隔(SIFS)后，响应CTS帧，CTS的预约信道时间设置的时间截止点和RTS预约信道信息设置的截止点一致。AP在收到CTS帧后的SIFS，会发送缓存单元，如果该缓存单元是需要立即响应，该STA就会响应，如图3所示。

如果站点在发送PS-Poll帧后的一段时间间隔内，没有检测到任何信号，或者收到错误帧，重新竞争信道。

AP成功接收到PS-Poll后，如果发送的缓存单元超过预定的门限值，则发送RTS帧进行信道预约。如果SIFS后，接收到一个正确的CTS，则在SIFS后，响应一个缓存单元，在SIFS后，成功接收到一个ACK，后续可以继续对该站点的缓存单元进行传输，但是整个传输时间(包括PS-Poll)不能超过PS-Poll对应避免碰撞(AC)的TXOP上限(Limit)，如图4所示，如果PS-Poll对应AC的TXOP Limit为0，则只能进行一个缓存单元需要的帧交换序列传输。

收到PS-Poll的旁听站点，按照SIFS加ACK传输时间来更新NAV。旁听站点成功收到RTS帧并进行了NAV更新，如果在一段时间间隔内没有检测到信道，则进行NAV重设。

实施例二

本实施例中，上述预定门限采用系统默认参数配置得到。

处于节能模式的站点，主动醒来，发送PS-Poll帧，询问AP是否有本站点的缓存单元。当AP收到处于PS模式下的站点发送的PS-poll后，根据该站点BU的情况，做出响应：

处于节能模式的站点，主动醒来，发送PS-Poll帧，询问AP是否有本站点的缓存单元；当AP收到处于PS模式下的站点发送的PS-poll后，根据该站点BU的情况，做出响应：

当AP没有该STA的缓存单元时，AP发送一个缓存单元指示为无的ACK。当AP有该STA的缓存单元时，AP回复缓存单元指示为有的ACK，或者当缓存单元小于上述协商的门限值，则AP可直接回复缓存单元，或当缓存单元大于上述协商的门限值，则AP先发送RTS进行信道预约，RTS的预约信道时间设置到数据需要的响应结束。

当发送PS-poll的站点收到的是RTS帧，会在短帧间隔(SIFS)后，响应CTS帧，CTS的预约信道时间设置的时间截止点和RTS预约信道信息设置的截止点一致。AP在收到CTS帧后的SIFS，会发送缓存单元，如果该缓存单元是需要立即响应，该STA就会响应。

如果站点在发送PS-Poll帧后的一段时间间隔内，没有检测到任何信号，或者收到错误帧，重新竞争信道。

AP成功接收到PS-Poll后，如果发送的缓存单元超过预定的门限值，则发送RTS帧进行信道预约。如果SIFS后，接收到一个正确的CTS，则在SIFS后，响应一个缓存单元，在SIFS后，成功接收到一个块确认(Block Acknowledgment，BA)，后续可以继续对该站点的缓存单元进行传输，但是整个传输时间(包括PS-Poll)不能超过PS-Poll对应避免碰撞(AC)的TXOP上限(Limit)，如图5所示，如果PS-Poll对应AC的TXOP Limit为0，则只能传输一个缓存单元帧交换传输。

收到PS-Poll的旁听站点，按照SIFS加ACK传输时间来更新NAV。旁听站点成功收到RTS帧并进行了NAV更新，如果在一段时间间隔内没有检测到信道，则进行NAV重设。

实施例三

本实施例是采用本发明的一种下行数据碰撞避免的发送方法的实施例。在本实施例中实现下行数据传输主要包括以下步骤：

本实施例中，站点在关联过程中通知，或者与接入点协商上述预定门限。

处于节能模式的站点，周期地醒来，侦听beacon中的业务指示，如果发现AP有自己的缓存单元，会通过竞争发送PS-Poll帧，当AP收到处于PS模式下的站点发送的PS-poll后，根据该站点BU的情况，做出响应：

当AP没有该STA的缓存单元时，AP发送一个缓存单元指示为无的ACK。当AP有该STA的缓存单元时，AP回复缓存单元指示为有的ACK，或者当缓存单元小于上述协商的门限值，则AP可直接回复缓存单元，或当缓存单元大于上述协商的门限值，则AP先发送RTS进行信道预约，RTS的预约信道时间设置到数据需要的响应结束。

当发送PS-poll的站点收到的是RTS帧，会在短帧间隔(SIFS)后，响应CTS帧，CTS的预约信道时间设置的时间截止点和RTS预约信道信息设置的截止点一致。AP在收到CTS帧后的SIFS，会发送缓存单元，如果该缓存单元是需要立即响应，该STA就会响应，如图3所示。

如果站点在发送PS-Poll帧后的一段时间间隔内，没有检测到任何信号，或者收到错误帧，重新竞争信道。

AP成功接收到PS-Poll后，如果发送的缓存单元超过预定的门限值，则发送RTS帧进行信道预约。如果SIFS后，接收到一个正确的CTS，则在SIFS后，响应一个缓存单元，在SIFS后，成功接收到一个ACK，后续可以继续对该站点的缓存单元进行传输，但是整个传输时间(包括PS-Poll)不能超过PS-Poll对应避免碰撞(AC)的TXOP上限(Limit)，如图4所示；如果PS-Poll对应AC的TXOP Limit为0，则只能传输一个缓存单元帧交换传输。

收到PS-Poll的旁听站点，按照SIFS加ACK传输时间来更新NAV。旁听站点成功收到RTS帧并进行了NAV更新，如果在一段时间间隔内没有检测到信道，则进行NAV重设。

实施例四

本实施例中，站点在关联过程中通知或者与接入点协商上述预定门限。

处于节能模式的站点，主动醒来，发送PS-Poll帧，询问AP是否有本站点的缓存单元。当AP收到处于PS模式下的站点发送的PS-poll后，根据该站点BU的情况，做出响应：

当AP没有该STA的缓存单元时，AP发送一个缓存单元指示为无的ACK。当AP有该STA的缓存单元时，AP回复缓存单元指示为有的ACK，或者当缓存单元小于上述协商的门限值，则AP可直接回复缓存单元，或当缓存单元大于上述协商的门限值，则AP先发送RTS进行信道预约。

当发送PS-poll的站点收到的是RTS帧，会在短帧间隔(SIFS)后，响应CTS帧，CTS的预约信道时间设置的时间截止点和RTS预约信道信息设置的截止点一致。AP在收到CTS帧后的SIFS，会发送缓存单元，缓存单元单元的响应机制设置为延迟响应，AP就会在帧间间隔后继续发送数据，如图6所示。

如果站点在发送PS-Poll帧后的一段时间间隔内，没有检测到任何信号，或者收到错误帧，重新竞争信道。

AP成功接收到PS-Poll后，如果发送的缓存单元超过预定的门限值，则发送RTS帧进行信道预约。如果SIFS后，接收到一个正确的CTS，则在SIFS后，响应一个缓存单元，在SIFS后继续对该站点的缓存单元进行传输，但是整个传输时间(包括PS-Poll)不能超过PS-Poll对应避免碰撞(AC)的TXOP上限(Limit)，如果PS-Poll对应AC的TXOP Limit为0，则只能传输一个缓存单元帧交换传输。

收到PS-Poll的旁听站点，按照SIFS加ACK传输时间来更新NAV。旁听站点成功收到RTS帧并进行了NAV更新，如果在一段时间间隔内没有检测到信道，则进行NAV重设。

如图7所示，为本发明AP实施例的结构示意图，该AP包括接收模块71和处理模块72，其中：

接收模块，用于接收站点发送的用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

处理模块，用于确定有该站点的缓存单元且所述缓存单元大于预定门限，则与所述站点进行无线帧交换预约信道，信道预约成功后向该站点发送所述缓存单元。

其中，所述预定门限为所述AP和所述站点在关联过程中或重关联过程中协商的值，或者，所述AP发起的广播帧的能力信息元素指示的值，或者，所述AP和所述站点进行能力协商中指示的值，或者，所述AP所在系统默认的值。

另外，所述处理模块，具体用于：向所述站点发送请求发送(RTS)帧进行信道预约；以及，在接收到所述站点返回的准许发送(CTS)帧后向该站点发送所述缓存单元；其中，所述RTS帧中包含的预约信道时间设置为即将发送的一个或多个缓存单元的传输时间、需要的响应的时间以及所述缓存单元所在的无线帧和所述响应所在的无线帧的帧间间隔之和，所述响应包括立即响应和/或延迟响应，所述CTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点和所述RTS帧中包含的预约信道时间的时间截止点相同。

上述AP，在确定缓存的数据大于预定门限时与站点预约信道，使得该信道成为AP和站点之间的专用信道，从而可以避免碰撞发生；另外，AP可以发送信道预约帧，比如RTS帧，可以预约一段较长的时间，即一次可以向STA发送多个缓存单元，节省了链路开销。

如图8所示，为本发明STA实施例的结构示意图，该站点包括发送模块81和处理模块82，其中：

发送模块，用于向接入点(AP)发送用于询问所述AP是否有所述站点的缓存单元的无线帧；

处理模块，用于配合所述AP完成无线帧交换预约信道，并通过预约成功的信道接收所述AP发送的所述缓存单元。

其中，所述发送模块，具体用于：主动向所述AP发送所述无线帧；或者，在周期侦听所述AP发送的业务指示信息后，向所述AP发送所述无线帧。

所述站点在获得的传输机会内，从所述无线帧开始进行的帧交换序列的总传输时长受所述站点的属性限制；其中，所述站点的属性包括所述无线帧对应的接入类别参数；所述总传输时长为所述站点传输的无线帧的总时间、所述接入点传输的无线帧的总时间和所述无线帧之间的帧间隔之和。

上述站点，通过与AP配合完成信道预约，使站点侧避免碰撞发生成为可能。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。