[发明专利]一种两级帧聚合方法

说明书

技术领域

本发明属于无线局域网MAC层领域，特别涉及一种两级帧聚合方法。

背景技术

随着无线通信业务量的高速增长，需要提高无线局域网的吞吐量以适应用户需求。IEEE 802.11n标准通过采用多输入多输出（MIMO）技术和正交频分复用（OFDM）技术极大地提高了无线局域网的物理层传输速率。随着物理层速率的提升，传统MAC层协议的低效性成为限制无线局域网吞吐量增长的主要因素。在传统的无线局域网MAC层协议中，每个数据包均需添加MAC层头部，且数据包均采用单独接入信道和单独确认的方式进行传输，带来了大量的空间和时间开销，造成MAC层效率低下。为了提升MAC层效率，IEEE 802.11n标准提出了MAC层帧聚合技术。

MAC层帧聚合技术通过将多个数据包聚合为一个长数据帧，使多个数据包共享MAC层头部或物理层头部，降低了数据开销的比例。帧聚合技术令多个数据包同时接入信道并在接收端对多个数据包进行整体确认，减小了信道接入和数据确认过程带来的时间开销。与传统MAC层相比，采用帧聚合技术的MAC层更加高效，能够使网络吞吐量获得极大提高。

IEEE 802.11n标准中规定，MAC层可实现MAC层业务数据单元聚合，MAC层协议数据单元聚合和两级帧聚合三种帧聚合机制。

MAC层业务数据单元聚合（Aggregate-MAC Service Data Unit,A-MSDU）将多个MSDU聚合为A-MSDU帧。A-MSDU帧的子帧由子帧头部、MSDU和填充数据组成，其中子帧头部包括目的地址（DA）、源地址（SA）和MSDU长度（Length）三部分。通过为A-MSDU帧添加MAC层头部和帧检验序列（FCS），可进一步形成MAC层协议数据单元（MPDU）。由于只存在一个FCS对聚合帧进行检测，因此只要A-MSDU帧中某一个子帧受到信道影响产生误码，接收端便会认为聚合帧出错，并且要求发送端对所有子帧进行重传。所以当信道误码率较高时，A-MSDU机制的吞吐量性能会急剧恶化。

MAC层协议数据单元聚合（Aggregate-MAC Protocol Data Unit,A-MPDU）将多个MPDU聚合成为A-MPDU帧。A-MPDU帧的子帧由分隔符（Delimiter），MPDU和填充数据组成。由于每个MPDU均包含MAC层头部和FCS，因此接收端可对A-MPDU的子帧进行分别检测，只要求发送端重新发送产生误码的子帧，所以A-MPDU的抗误码性能优于A-MSDU。与A-MSDU相比，A-MPDU需要为每个MSDU添加MAC层头部和FCS，当MSDU较小时，帧聚合带来的数据开销与MSDU携带的有效数据之比增大，导致A-MPDU效率下降。根据IEEE 802.11n协议，A-MPDU最多可包含64个子帧，对于有大量短MSDU存在的场景，A-MPDU一次发送的数据量有限，对网络吞吐量的提升较小，效率下降。

两级帧聚合机制是对A-MSDU和A-MPDU机制的级联，如图1所示。在两极帧聚合中，首先将到达MAC层的MSDU聚合为较长A-MSDU帧，为A-MSDU帧添加MAC头部和FCS后形成MPDU，进而通过A-MPDU机制聚合MPDU形成物理层业务数据单元（PSDU）。通过使用两级帧聚合技术，无线站点可以一次发送更多的数据。与A-MSDU和A-MPDU相比，在存在大量短MSDU或者物理层速率较高的场景中，两级帧聚合可以使无线局域网获得更高的吞吐量。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

现有两级帧聚合方法的吞吐量性能易受信道误码率影响，无法使网络吞吐量到达最大值；且现有的两级帧聚合方法没有时延控制机制，当业务有时延要求时，不能保证业务的服务质量。

发明内容

本发明提供了一种两级帧聚合方法，本方法使两级帧聚合机制能够根据信道误码率和业务时延要求自动调节A-MSDU帧长，解决了吞吐量性能下降和控制数据时延的问题，详见下文描述：

一种两级帧聚合方法，所述方法包括以下步骤：

(1)建立MAC层二维Markov链模型，获取网络空闲概率P_idle、网络中数据发送成功概率P_s和网络中发生数据碰撞概率P_c，以及与上述网络状态对应的MAC层时隙的长度T_idle、T_s和T_c；

(2)获取使网络饱和吞吐量S达到最大值的A-MSDU帧长L_th；