CN100438486C - 用于ieee 802.11接入点以防止链路质量差的业务影响其它业务的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在无线局域网(WLAN)中,本发明提供一种系统和方法,用于识别链路质量差的业务和动态地调整信道接入以限制这个差链路质量的影响。动态地调整信道接入是通过降低或增加对分组数量的限制来完成,这些分组是由链路质量确定的链路上可以在AP和无线站之间传输的分组。链路质量通过跟踪连续的分组传输成功和错误的数量来确定。

Description

用于IEEE 802.11接入点以防止链路质量差的业务影响其它业务的系统和方法
技术领域
本发明涉及通信系统。更特别地,本发明提供一种用于IEEE 802.11接入点(AP)以防止链路质量差的业务过分占用信道和影响其它业务的系统和方法。最特别地,在本发明的系统和方法中,AP在IEEE 802.11局域网(LAN)环境中识别链路质量差的业务并动态地控制信道接入以限制差链路质量产生的影响。
背景技术
IEEE 802.11局域网技术正日益流行并正成为无线局域网市场中的支配技术。基本服务组(BSS)是IEEE 802.11局域网的基本结构块。每个BSS由至少两个站组成。支持两个类型的网络:基础BSS和独立BSS。
站在基础BSS中经由中央AP通信。中央AP从源站接收业务并把它中继到目的站。在独立BSS中,每个站与其它站直接通信而没有AP的支持。不同于业务转发,AP还提供对分配系统(DS)的接入,连接无线网络与外部网络(以太网LANs、互联网等等)。因此,基础BSS被用来实现需要这类连通性的企业网。另一方面,独立BSS可以容易地被采用来建立一个特定的网络。
标准的基础BSS在图1中被说明,三个站103的BSS由连接到以太网交换机101的AP 102来服务。无线站103经由AP 102彼此通信并可以经由AP 102接入有线外部网络100中的资源,它有连接到有线外部网络的另一个接口101。在诸如图1中所说明之类的标准设置中,无线站103可以例如从连接到有线网的(一个或多个)服务器100下载文件或流视频。
根据IEEE 802.11局域网MAC协议,只要分组已经被发送给无线媒介,发送者就等候来自预定接收者的应答。如果在某个时间消逝之后没有接收到应答,即出现超时,则发送者假设先前的分组没有到达接收者。发送者重发分组并再次等候应答。当没有接收到应答时,发送者一直重复发送分组/等候应答的程序,直至达到预先确定的重发限制为止。当达到这个限制时,发送者放弃发射并认为发射出现故障。
传输错误可以由于种种原因而出现,而往往是由于无线链路条件较差。例如当无线站在移交过程中从AP离开时,链路条件可能逐渐变差。或者通常较少出现的是,链路条件可能突然变差,例如当无线站在发射过程中被突然终止的时候。即使当站没有移动或被终止,然而由于无线信道的小规模衰减,链路条件仍然可能在短时间内显著地起伏。
在图1所说明的标准无线局域网设置中,所有从(一个或多个)网络服务器100到无线站的下游业务都必须由AP 102来转发。即,AP 102负责把业务从(一个或多个)服务器100转发到目的无线站,并且因为只存在一个无线媒介,所以所有编址到不同无线目的站的业务都必须争夺对该媒介的接入以到达它们的目的站。
如果AP 102和其中一个无线站103之间的链路变差,则因为在移交过程中站的离开或被终止,当设法传送一个分组时,AP 102将不能够到达该站。然而,应归于重发策略,AP 102努力地尝试传送分组和再三重发,直至达到预先确定的重发限制为止。结果,差链路所耗费的有效带宽被增加了许多倍。带宽使用中的这类增加以其它业务共享的带宽相应地降低为代价。实际效应是由于差链路上的业务增加而导致好链路上的业务质量受到损失。代替于发射一个分组,无益地发射多个分组尝试在差链路上传送分组。
发明内容
因此,需要用一种方法来减少由于AP在差链路上重发分组所耗费的无线媒介带宽。一种可能的方法是随着链路质量的降低而动态地降低重发限制,从而减少浪费在重试上的带宽。然而,这需要为每个目的站动态地设置重发限制,而且其目前不为IEEE 802.11 MAC标准所支持。本发明提供一种设备和方法,如图3所示,在无线接口300的驱动级301处限制差链路上的业务,而不需要对底层的IEEE 802.11 LAN传输协议做出任何改动。本发明的系统和方法对每个目的站设置一个分组最大数量的上限,分组可以由网络接口驱动器传输队列(例如304)来进行缓冲,从而实现分组数量的上限,其可以存在于装置,即卡302中,这些分组争夺无线媒介。
本发明对于驱动器可以传送到网络接口装置302的分组数量设置每个目标的限制,网络接口装置在优选实施例中是网络接口卡302。当链路变差时,AP注意到传输故障并且通过降低这个特定目标的限制而在该链路上缩紧该限制。一旦链路恢复,AP注意到传输成功然后增加对这个特定目标的限制来放宽该限制。这样,本发明的系统和方法,网络接口300的网络驱动器301动态地控制流入网络接口装置302的分组流,限制寻址到具有差链路的站的分组,并从而减少一个差链路对在无线媒介上争夺带宽并由相同AP控制的其它业务的影响。
附图说明
图1说明了用于连接到外部网络的基础结构BSS的一个典型无线局域网WLAN。
图2是本发明优选实施例的一个流程图。
图3说明根据本发明的AP的无线接口。
具体实施方式
本发明是这样一种系统和方法,它用于通过动态地操纵分组数量的限制,从而减少AP和无线站之间的差链路对在无线媒介上争夺带宽的其它业务的影响,分组可以在AP中排队用于发射到所给出的无线站。如果AP和站之间的链路是好的,则该限制被设置为预先确定的最大值。如果链路恶化并出现传输错误,则这个最大值以预定方式降低,从而限制对由AP处理的其它业务重发的影响。
本发明的优选实施例提供了其它的改进。优选实施例对可能出现在链路上的连续错误设置一个限制,并且当超过限制时分离一个站。此外,如果链路在一系列分组传输到无线站的过程中继续变差,则本发明的系统和方法只允许一个分组被排队以用于发射,直到链路持续转好为止。
图2是本发明的系统和方法的优选实施例的逻辑流程,和图3示出用于在AP103的无线接口300的无线驱动器中实现这个逻辑的一个优选系统。分组业务节流单元250管理在无线局域网WLAN的无线站103和AP102之间的链路307上发射的大量分组业务。AP102控制多个争夺同一带宽的无线站103的链路。该节流单元250包括:分组传输确定模块251,它适合于基于AP和无线站208之间的分组业务容许量来调节AP102和无线站103之间的链路上的分组业务量;和传输状态处理模块252,它包括第一适配,其基于AP和无线站之间的分组传输状态来调整AP和无线站之间的分组业务容许量,其中,传输状态处理模块252使用该状态在预定的上下限之内分别调整链路上的分组业务容许量,从而减少当它具有错误状态时链路所耗费的有效带宽,并增加当它具有成功状态时链路所耗费的有效带宽,从而当在多个争夺同一带宽的无线站103的AP102所控制的链路上出现错误状态时,减少该链路的影响。无线接口300包括接口到无线接口卡302的无线接口驱动器301。在优选实施例中,无线接口驱动器有用于每个活动站i、j...的一个活动队列(Q_i305用于站i,Q_j用于站j...),和用于为所有站i、j...保留多个分组pkt_i+pkt_j+...的一个共享TX队列304,这些分组等候被传送到无线接口卡以用于被发射到站i。在这个优选实施例中,通过在步骤200获得下一个事件、确定事件类型和采取如下的适当的行动,本发明的系统和方法从任意时间点开始:
1.如果事件是在步骤201请求与无线站STA关联,则无线站的参数i=STA在步骤202被初始化,特别地把最大分组数量max_pkt_i(可能被输入站i将被传送到无线装置302以用于发射到无线站STA的TX队列304)设置为预定值MAX_TX_QUEUE_LEN,并且当已经达到可以进入用于站i的TX队列304的最大数量时,初始化空队列Q_i304以用于保留站i的分组,即用于保留分组的队列Q_i304等待将被放入TX队列304中以等候被传送到装置302用于发射到站i。下一个事件然后在步骤200被获得,然后重复该过程。
2.在步骤204,如果事件是请求发射新的分组,则活动站标志i在步骤205被设置为无线站STA,并且在步骤206,如果已经被放入TX队列304中的等候传送到装置302的站i的分组数量大于或等于max_pkt_i,则分组在步骤203中在Q_i304中被排队。然后在步骤200,下一个事件被获得并且重复该过程。在步骤206,如果已经被放入TX队列304中的等候传送到装置302的站i的分组数量小于max_pkt_i,则
2a.在步骤207,由站i放置到TX队列304中,并等候被传送到装置302以用于发射到站i的分组数量被加1,分组在步骤208被输入传输队列TX304中,并且
2b.在步骤209,在Q_i中等候被放入TX队列304的分组数量被检查。如果没有分组等候被放入TX队列304,则然后在步骤200获得下一个事件并且重复该过程。然而,如果有等候被放入TX队列304的站i的分组,则在TX队列304中等候被传送到装置302以用于发射到站的站i的分组数量参照在步骤210动态设置的max_pkt_i来检查,并且如果没有达到最大值,则分组在步骤211从Q_i出队并且对出列的分组执行上述阶段2a。如果在步骤210检查的时候,在TX队列304中等候被传送到装置302以用于发射的站i的分组数量是在最大值(即等于max_pkt_i),则下一个事件然后在步骤200被获得并且重复该过程。这样,只要站i已经排队了动态设置的最大分组数量max_pkt_i以等候被传送到装置302用于发射,在把它们传送到TX队列304以等候发射之前,本发明的系统和方法在驱动器301中把分组排列在每个站i的各个Q_I队列中。只要在步骤210中确定在TX队列304中存在空间用于站i的分组,则分组就在步骤211从队列Q_i305中被除去并传送到TX队列304以等候发射。在任何给定时间,每个站都具有动态设置的TX队列304中可以存在的分组最大数量max_pkt_i。一旦已经超过这个最大数量,则站i的分组被排列在Q_i305中,Q_i305中存在用于每个站的一个这种队列。
3.如果在步骤212事件是传输错误,则用于该站i=STA的连续传输错误tx_err_i的数量被加1,因为分组已经被发射,所以已经在TX队列304中的分组数量pkt_i303在步骤213被减1,并且在步骤214,可以放入TX队列304的最大分组数量max_pkt_i被动态地重新设置为先前这个站最大数量的一半,或者被重新设置为1(如果最大值已经是1)。在步骤215,连续传输错误的数量tx_err_i被检查以判断是否已经超过这个参数的预定最大值MAX_CONSEC_ERR,倘若如此,则在步骤219分离站i=STA并冲洗队列Q_i304,然后在步骤200获得下一个事件并且重复该过程。在步骤215,如果连续传输错误的最大数量tx_err_i没有超过预定最大值MAX_CONSEC_ERR,则在步骤216检查成功传输数量tx_ok_i以判断是否已经超过连续成功传输的预定最小数量MIN_CONSEC_OK,如果没有超过这个最小数量,则可以放入站i的TX队列中的最大分组数量max_pkt_i在步骤217被设置为1,并且在任一情况下,连续成功传输的分组数量tx_ok_i在步骤218被设置为零,然后执行上述的阶段2b。
4.在步骤220,如果事件是成功传输,则连续成功传输的数量tx_ok_i被增加以用于站i=STA,并且TX队列304中站i的分组数量pkt_i在步骤221被减1以反映已经成功地发射一个分组,并且在TX队列中多开辟一个位置用于站i的分组。然后在步骤222,可以被放入用于站i的TX队列305中的最大分组数量max_pkt_i被动态地设置为先前最大分组数量的两倍和预定值MAX_TX_QUEUE_LEN中的最小值(因此这个值决不会超过MAXTX_QUEUE_LEN)。最后在步骤223,连续分组传输错误的数量tx_err_i被设置为零,并且执行上述的阶段2b。否则事件没有被认出并且在步骤200获得下一个事件并且重复该过程。
尽管已经在图2和上述内容中给出了优选的实施例,然而这只是说明最佳模式的一个方式。本领域技术人员将意识到,基于链路条件来动态设置被发射到站的最大分组数量可以用其它方法来实现,以控制AP和无线站之间差链路所使用的带宽,从而最小化重发对于争夺该带宽的其它业务的影响。说明性的例子没有用任何限制方式来阐明,而只是作为发明者当前已知的最佳模式。根据上述教导,本发明的许多修改和变化显然是可能的。因此应当理解,在所附的权利要求的范围内,本发明可以用具体描述之外的其它方式来实践。

Claims (11)

1.一种分组业务节流单元(250),用于管理在无线局域网(WLAN)的无线站(103)和AP(102)之间的链路(307)上发射的大量分组业务,AP(102)控制多个争夺同一带宽的无线站(103)的链路,所述节流单元(250)包括:
分组传输确定模块(251),它适合于基于AP和无线站(208)之间的分组业务容许量来调节(206)AP(102)和无线站(103)之间的链路上的分组业务量;和
传输状态处理模块(252),它包括第一适配,其基于AP和无线站之间的分组传输状态来调整AP和无线站之间的分组业务容许量,
其中,传输状态处理模块(252)使用该状态在预定的上下限之内分别调整链路上的分组业务容许量,从而减少当它具有错误状态时链路所耗费的有效带宽(214),并增加当它具有成功状态时链路所耗费的有效带宽(222),从而当在多个争夺同一带宽的无线站(103)的AP(102)所控制的链路上出现错误状态时,减少该链路的影响。
2.权利要求1的分组业务节流单元(250),还包括:
关联模块(253),它适合于关联无线站(103)与AP(102),并把所述AP和所述站之间的分组业务容许量初始化为预定最大值(202);
共享传输队列(304),用于在其中由所述分组传输确定模块(251)来排队多个分组,直到AP和站(206)之间的分组业务容许量(210);和
站特定保留队列(305),用于在其中由所述分组传输确定模块(251)来排队不能排队在所述共享传输队列中的分组和从中出列(211),以及只要没有达到所述AP和站之间的所述分组业务容许量的时候,在所述共享传输队列(304)中由所述分组传输确定模块(251)来排队(208)分组,
其中,根据状态是成功(220)或错误(212),分别通过把容许量增加至第一计算值(222)或通过把容许量降低至第二计算值(214),所述传输状态处理的第一适配来调整分组业务容许量。
3.权利要求2的分组业务节流单元(250),其中,所述传输状态处理模块(252)还包括第二适配,将AP(102)和站(103)之间链路的第一(213)和第二(221)质量测量分别确定为错误和成功的连续状态的数量,在第一质量测量超过预定值的时候(215)撤消链路(219),并在第二质量测量小于预定值的时候(216)把容许量降低到1(217)。
4.权利要求3的分组业务节流单元(250),其中:
所述第二计算值是容许量的一半和1中的最大值(214);和
所述第一计算值是容许量的两倍和预定最大值中的最小值(222)。
5.权利要求2的分组业务节流单元,其中:
所述第二计算值是容许量的一半和1中的最大值(214);和
所述第一计算值是容许量的两倍和预定最大值中的最小值(222)。
6.权利要求1的分组业务节流单元(250),还包括IEEE 802.11无线接口(300),它具有包括所述分组传输确定模块(251)和所述传输状态处理模块的无线接口驱动器(301)。
7.权利要求2的分组业务节流单元,还包括IEEE 802.11无线接口(300),它具有包括所述分组传输确定模块(251)、所述传输状态处理模块(252)、所述传输队列(304)和所述站特定保留队列(305)的无线接口驱动器(301)。
8.权利要求3的分组业务节流单元(250),还包括IEEE 802.11无线接口(300),它具有包括所述分组传输确定模块(251)、所述传输状态处理模块(252)、所述传输队列(304)和所述站特定保留队列(305)的无线接口驱动器(301)。
9.一种用于节流在接入点AP(102)和无线局域网(WLAN)的无线站(103)之间的链路上发射的分组业务的方法,所述AP(102)控制多个无线站的链路,所述方法包括下列步骤:
把可以由AP(102)排队以发射到无线站(103)的分组的最大数量设置为预定值(202);
提供传输队列(304);
提供(202)保留队列(305);
当用于发射而排队的分组数量小于可以被排队的最大分组数量时(206),通过AP(102)在传输队列(304)中排队(208)分组以用于发射到无线站(103);
当传输队列中排队的分组数量等于可以排队的最大分组数量时(206),通过AP(102)在保留队列(305)中保留(203)分组以等待传输队列(304)中的位置;
当保留队列不为空(209)以及排队用于发射的分组的数量小于可以排队用于发射的最大分组数量(210)时,把分组从保留队列(305)中传送(211)到传输队列(304);
基于分组传输到无线站的成功(220)或错误(212),确定AP和无线站之间的链路质量为好或者差;和
基于确定的链路质量(214),调整可以排队用于由AP发射到无线站的最大分组数量(222),其中,在相应的预定上下限之内,差的链路质量会降低(214)可以排队用于发射的最大分组数量,并且好的链路质量会增加(222)可以排队用于发射的最大分组数量,因此链路上差的质量不会影响由AP控制的其它链路。
10.权利要求9的节流分组业务的方法,还包括下列步骤:
计算(213)连续错误传输的数量;
计算(221)连续成功传输的数量;
如果连续错误传输的数量超过预定最大值(215),则撤消无线站(219);和
如果连续成功传输的数量小于预定最小值(216),则把可以排队用于发射的最大分组数量设置为1(217)。
11.权利要求9的节流分组业务的方法,其中,所述调整步骤还包括下列的子步骤:
如果链路质量差,则把可以排队用于发射的最大分组数量设置为可以排队用于发射的最大分组数量的当前值的一半和1中的最大值(214);和
如果链路质量好,则把可以排队用于发射的最大分组数量设置为可以排队用于发射的最大分组数量的当前值的两倍和可以排队用于发射的预定最大分组数量中的最小值(222)。
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