СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ ПО СТАНДАРТУ IEEE 802.11b Российский патент 2007 года по МПК H04Q7/22 H04B7/26 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способу передачи данных в беспроводной локальной сети, и может быть использовано, например, в беспроводных локальных сетях передачи данных по стандарту IEEE 802.11b.

Стандарт IEEE 802.11b является широко распространенным стандартом, описывающим беспроводную локальную сеть передачи данных (см. IEEE standard for Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications, ANSI/IEEE Standard 802.11, 1999 [1]; IEEE standard for Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications: higher-speed physical layer extension in the 2.4 GHz band, IEEE Standard 802.11b, 1999 [2]).

Рассмотрим некоторые основные особенности стандарта, которые необходимы для лучшего понимания заявляемого изобретения.

Физический уровень стандарта IEEE 802.11b предусматривает четыре скорости передачи: 1, 2, 5.5 и 11 Мбит/с. Характеристики помехоустойчивости физического уровня стандарта IEEE 802.11b полностью определяются зависимостями вероятности битовой ошибки от отношения сигнал-шум (ОСШ).

Поступающие на уровень MAC (MAC - medium access control - уровень управления доступом к среде передачи) блоки данных перед передачей разбиваются на один или несколько фрагментов. Фрагмент блока данных не может быть больше 18432 бит. Для передачи каждого фрагмента блока данных формируется отдельный пакет данных. Пакет данных (см. Фиг.1) состоит из заголовка MAC, фрагмента блока данных и контрольной суммы и передается на одной из четырех скоростей передачи. Перед каждым пакетом данных на скорости передачи 1 Мбит/с передаются преамбула и заголовок физического уровня, общей длительностью 192 мкс.

Работа беспроводных локальных сетей по стандарту IEEE 802.11b основана на конкурентном доступе к среде передачи. Станция, у которой есть блок данных для передачи, должна определить текущее состояние среды передачи. Если станция обнаруживает, что среда передачи свободна в течение временного интервала, равного базовому интервалу между пакетами, то она начинает передачу данных. Если станция обнаруживает, что среда передачи занята, то она должна отложить передачу до тех пор, пока среда передачи не будет обнаружена свободной в течение временного интервала, равного базовому интервалу между пакетами. Таким образом, станция избегает коллизии при занятой среде передачи.

Передача пакета данных начинается с интервала конкурентного доступа (см. Фиг.2). Начало интервала конкурентного доступа совпадает для всех станций, имеющих блок данных для передачи. Каждая из них случайным образом выбирает длительность своего интервала конкурентного доступа как значение равномерно распределенной в заданных пределах случайной величины. Доступ к среде передачи получает станция, выбравшая интервал наименьшей длительности. Она начинает передачу своих пакетов данных, предварительно выждав свой интервал конкурентного доступа.

В стандарте IEEE 802.11b интервал конкурентного доступа измеряется в слотах. Будем называть интервал наименьшей длительности (см. Фиг.2) количеством свободных слотов между двумя последовательными передачами в системе.

Если интервал наименьшей длительности совпал у двух или более станций, то они начинают передачу своих пакетов данных одновременно. В этом случае происходит коллизия (наложение их пакетов данных во времени). При коллизии скорее всего ни один из пакетов данных не будет принят.

Для передачи любого пакета данных в стандарте IEEE 802.11b предусмотрено два механизма (варианта) передачи данных: основной механизм передачи данных и механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу.

При использовании основного механизма передачи данных используется следующая последовательность передачи данных (см. Фиг.3). Станция, выигравшая конкурентный доступ, начинает передачу пакета данных непосредственно по окончании своего интервала конкурентного доступа. В случае успешного приема пакета данных на принимающей станции принимающая станция передает подтверждение через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема подтверждения на передающей станции пакет данных принят успешно.

При использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу используется следующая последовательность передачи данных (см. Фиг.4). Станция, выигравшая конкурентный доступ, начинает передачу запроса на передачу по окончании своего интервала конкурентного доступа. В случае успешного приема запроса на передачу принимающая станция передает разрешение на передачу через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема разрешения на передачу передающая станция передает пакет данных через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема пакета данных на принимающей станции принимающая станция передает подтверждение через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема подтверждения на передающей станции пакет данных принят успешно.

Вероятность успешного приема пакета данных зависит от вероятности коллизии в системе, определяемой текущим количеством активных станций в системе (Giuseppe Bianchi, "IEEE 802.11 - saturation throughput analysis," IEEE Commun. Lett., vol.2, no.12, pp.318-320, December 1998 [3]; Giuseppe Bianchi, "Performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function," IEEE J. Select. Areas Commun., vol.18, no.3, pp.535-547, March 2000 [4]; Giuseppe Bianchi and Ilenia Tinnirello, "Kalman filter estimation of the number of competing terminals in an IEEE 802.11 network," Proc. IEEE Conf. Comput. Commun. (INFOCOM 2003), vol.22, no.1, pp.844-852, March 2003 [5]), и от вероятности битовой ошибки в пакете данных, определяемой отношением сигнал-шум (ОСШ) в сигнале передающей станции на принимающей станции (Daji Qiao and Sunghyun Choi, "Goodput enhancement of IEEE 802.11 a Wireless LAN via link adaptation," Proc. IEEE Int. Conf. Comm. (ICC 2001), vol.7, pp.1995-2000, June 2001 [6]; Daji Qiao, Sunghyun Choi and Kang G. Shin, "Goodput analysis and link adaptation for IEEE 802.11 a Wireless LANs," IEEE Trans. Mobile Comput., vol.1, no.4, pp.278-292, Oct-Dec. 2002 [7]; Javier del Prado Pavon and Sunghyun Choi, "Link adaptation strategy for IEEE 802.11 WLAN via received signal strength measurement," Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC 2003), no.1, pp.1108-1113, May 2003 [8]).

Вероятность успешного приема пакета данных определяет пропускную способность системы IEEE 802.11b. Другим фактором, определяющим пропускную способность, являются накладные расходы (overhead), сопровождающие передачу пакета данных.

Накладные расходы включают:

Все временные интервалы, в которые среда передачи не занята:

Базовый интервал между пакетами

Интервал конкурентного доступа (количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в системе)

Короткий интервал между пакетами

Все служебные сообщения:

Запрос на передачу

Разрешение на передачу

Подтверждение

Всю служебную информацию:

Заголовок MAC

Контрольная сумма

Преамбула

Заголовок физического уровня.

При этом, чем больше размер фрагмента, тем меньше влияние накладных расходов, но и тем больше вероятность ошибки в пакете данных.

Для максимизации пропускной способности в системе IEEE 802.11b каждая станция перед передачей каждого блока данных может адаптивно выбирать размер фрагмента, скорость передачи и механизм передачи.

В публикациях A.Kamerman and L.Monteban, "WaveLAN-II: a high-performance wireless LAN for the unlicensed band," Bell Labs Technical J., pp.118-133, summer 1997 [9] и в [7] описан следующий способ передачи данных в системе IEEE 802.11b.

При передаче блока данных используют размер фрагмента, равный размеру блока данных.

При передаче первого блока данных используют любую скорость передачи.

Передают блок данных.

Если блок данных принят правильно, то передают следующий блок данных.

Если блок данных принят неверно, то передают его повторно.

Если две последовательные попытки передачи блока данных были неудачными, то в качестве следующей скорости передачи выбирают следующую более помехоустойчивую скорость передачи.

Если десять последовательных попыток передачи были успешными, то в качестве следующей скорости передачи выбирают следующую менее помехоустойчивую скорость передачи.

Очевидным преимуществом этого способа передачи данных в системе IEEE 802.11b является простота его реализации.

Недостатком этого способа передачи является то, что пропускная способность системы, достигаемая при его использовании, существенно ниже максимально достижимой, что показано в [7]).

Наиболее близким по технической сущности решением к заявляемому способу является решение, описанное в [6]. Согласно описанию прототипа способ передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, включающей, как минимум, одну передающую станцию и одну принимающую станцию, заключается в следующем.

Формируют на передающей станции базу данных зависимости пропускной способности сети от отношения сигнал-шум, скорости передачи и размера фрагмента блока данных,

Перед передачей блока данных оценивают на передающей станции текущее значение отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции.

Для полученной оценки отношения сигнал-шум выбирают такие значение размера фрагмента и скорости передачи, которые соответствуют максимальному значению пропускной способности сети в базе данных.

Для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный размер фрагмента.

При передаче фрагментов блока данных используют выбранную скорость передачи до получения новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, после чего выбирают новую скорость передачи, которую используют при передаче фрагментов блока данных.

При этом после получения новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции выбирают такую новую скорость передачи, которая соответствует максимальному значению пропускной способности сети в базе данных для выбранного размера фрагмента.

Известный способ обладает следующими существенными недостатками.

Способ-прототип не учитывает текущую загрузку сети (количество активных станций). Вместе с тем, пропускная способность сети и, соответственно, оптимальные значения размера фрагмента и скорости передачи существенно зависят от текущей загрузки сети. Так как способ-прототип не учитывает этот эффект, то он существенно проигрывает заявляемому способу по пропускной способности сети.

Также способ-прототип не предусматривает адаптивного выбора режима передачи данных. Вместе с тем, при увеличении загрузки сети увеличивается вероятность коллизии станции. В этих условиях механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу существенно превосходит по пропускной способности сети основной механизм передачи данных. Так как способ-прототип не учитывает этот эффект, то он существенно проигрывает заявляемому способу по пропускной способности сети.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, - это повышение пропускной способности беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b.

Поставленная задача решается заявляемым способом передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, включающей как минимум одну передающую станцию и одну принимающую станцию, который заключается в следующем:

Периодически оценивают на принимающей станции отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции и передают эту оценку с принимающей станции на передающую станцию, на которой принимают эту оценку.

Периодически оценивают на передающей станции среднее количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Оценивают количество активных станций в сети, используя оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Используя оценку количества активных станций в сети, оценивают вероятность коллизии станции и среднее количество станций в коллизии.

Перед передачей блока данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Выбирают для передачи блока данных основной механизм передачи данных с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных больше значения пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.

Выбирают для передачи блока данных механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу больше значения пропускной способности сети для основного механизма передачи данных.

Для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный механизм передачи данных и соответствующий ему оптимальный размер фрагмента;

При передаче фрагментов блока данных используют выбранную оптимальную скорость передачи до получения новой оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети или новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, после чего выбирают новую оптимальную скорость передачи, которую используют при передаче фрагментов блока данных.

При этом для получения на передающей станции оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети осуществляют К, где К больше либо равно 1, последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, усредняют К последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, получая первую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, каждую последующую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети получают, усредняя каждое новое измерение с (К-1) предыдущими измерениями.

Если на передающей станции известно количество станций N₀, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают по формуле , где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, с₁=const - постоянная величина, равная 1.55, c₂=const - постоянная величина, равная 0.9, и c₃=const - постоянная величина, равная 6.949.

Если на передающей станции не известно количество станций, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают по формуле , где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, с₁=const - постоянная величина, равная 1.55, с₂=const - постоянная величина, равная 0.9, и с₃=const - постоянная величина, равная 6.949.

Вероятность коллизии станции Р оценивают по формуле , где N - оценка количества активных станций в сети, с₄=const - постоянная величина, равная 0.114, и с₅=const - постоянная величина, равная 1.11.

Среднее количество станций в коллизии J оценивают по формуле , где N - оценка количества активных станций в сети, с₆=const - постоянная величина, равная 0.0263, и с₇=const - постоянная величина, равная 1.744.

Для основного механизма передачи данных под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании основного механизма передачи данных.

Для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.

Для основного механизма передачи данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины формуле

где b_V=τ_V/t_V, τ_V=c₈·s+с₉+c₁₀·t_V, c₈=const - постоянная величина, равная 20, c₉=const - постоянная величина, равная 444, и c₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, t_V=1/V, α_z,V=0.5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где x_max - размер блока данных, , round{} - операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх; определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где , P - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt) по формуле ; определения оптимального размера фрагмента равным размеру фрагмента при V=V^(Basic-opt), определения значения пропускной способности сети W^(Basic-opt), соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt), равным значению пропускной способности сети при и V=V^(Basic-opt).

Для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где ,

,

, c₁₁=const - постоянная величина, равная 20,

с₁₂=const - постоянная величина, равная 444,

с₁₃=const - постоянная величина, равная 272,

с₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и

с₁₅=const - постоянная величина, равная 336,

s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети,

t_V=1/V, α_z,V=0.5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)),

константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, Р - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где x_max - размер блока данных, , round{} - операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх; определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где ; определения оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)} по формуле ; определения оптимального размера фрагмента равным размеру фрагмента при V=V^{(RTS-CTS-opt)}; определения значения пропускной способности сети W^{(RTS-CTS-opt)}, соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)} _, равным значению пропускной способности сети при и V=V^{(RTS-CTS-opt)}.

Новую оптимальную скорость передачи для основного механизма передачи данных определяют по формуле

где , размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для основного механизма передачи данных , t_V=1/V, α_z,y=0.5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(l0)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, τ_V=c₈·s+c₉+c₁₀·t_V, с₈=const - постоянная величина, равная 20, c₉=const - постоянная величина, равная 444, и с₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.

Новую оптимальную скорость передачи для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу определяют по формуле

где , размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу , t_V=1/V, α_z,V=0.5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, , , c₁₁=const - постоянная величина, равная 20, с₁₂=const - постоянная величина, равная 444, c₁₃=const - постоянная величина, равная 272, с₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и с₁₅=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.

Предмет изобретения заявляемого способа заключается в следующем.

Периодически оценивают на принимающей станции отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции и передают эту оценку с принимающей станции на передающую станцию, на которой принимают эту оценку.

Эта операция в способе-прототипе отсутствует. Вместо этого в способе-прототипе осуществляют оценку отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции по отношению сигнал-шум в сигнале принимающей станции, предполагая симметричность канала связи и одинаковые передающую и принимающую станции.

Периодически оценивают на передающей станции среднее количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Оценивают количество активных станций в сети, используя оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Используя оценку количества активных станций в сети, оценивают вероятность коллизии станции и среднее количество станций в коллизии.

Эта последовательность действий в способе-прототипе отсутствует. Вместе с тем, она необходима для получения характеристик текущей загрузки беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, которые затем будут использованы для выбора режима передачи данных, размера фрагмента и скорости передачи, которые максимизируют пропускную способность сети с учетом отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции и с учетом текущей загрузки сети.

Перед передачей блока данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных, используя полученную оценку отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Выбирают для передачи блока данных основной механизм передачи данных с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных больше значения пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.

Выбирают для передачи блока данных механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу больше значения пропускной способности сети для основного механизма передачи данных.

Эта последовательность действий в способе-прототипе отсутствует. Вместо этого в способе-прототипе выбирают размер фрагмента и скорость передачи, которые максимизируют пропускную способность сети, полученную с учетом только отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции. Так как текущая загрузка сети оказывает существенное влияние на пропускную способность сети, то получаемые в способе-прототипе значения размера фрагмента и скорости передачи не максимизируют реальную пропускную способность сети.

В заявляемом способе выбирают совокупность оптимального размера фрагмента и оптимальной скорости передачи, а также соответствующее им значение пропускной способности сети, отдельно для основного механизма передачи данных и для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу. Затем дополнительно выбирают механизм передачи данных, соответствующий максимальной пропускной способности сети, а также соответствующие ему значения оптимального размера фрагмента и оптимальной скорости передачи.

Для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный механизм передачи данных и соответствующий ему оптимальный размер фрагмента.

В способе-прототипе также для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный размер фрагмента, так как это требование стандарта IEEE 802.11b. Вместе с тем, отличие этой операции заявляемого способа от способа-прототипа заключается в том, что дополнительно используют для передачи всех фрагментов блока данных выбранный механизм передачи данных.

При передаче фрагментов блока данных используют выбранную оптимальную скорость передачи до получения новой оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети или новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, после чего выбирают новую оптимальную скорость передачи, которую используют при передаче фрагментов блока данных.

Отличие этой операции заявляемого способа от способа-прототипа заключается в следующем. Способ-прототип не учитывает текущую загрузку сети. Поэтому он предусматривает выбор новой скорости передачи только при получении новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции. Заявляемый способ дополнительно предусматривает выбор новой оптимальной скорости передачи при получении новой оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети (эта характеристика определяет текущую загрузку сети).

Также при выборе новой скорости передачи способ-прототип учитывает только отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции. Заявляемый способ при выборе новой скорости передачи дополнительно учитывает текущую загрузку сети.

Таким образом, заявляемая последовательность признаков способа передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b в отличие от известных технических решений позволяет получить новый технический эффект, а именно максимизировать пропускную способность беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b.

Описание изобретения поясняется примерами выполнения и чертежами.

Фиг.1 иллюстрирует пакет данных.

На Фиг.2 показан пример передачи пакета данных.

Фиг.3 иллюстрирует основной механизм передачи данных.

Фиг.4 иллюстрирует механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу.

На Фиг.5 выполнена структурная схема устройства, на котором реализуют заявляемый способ.

Рассмотрим работу заявляемого способа передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b.

Рассмотрим некоторые основные особенности стандарта, которые необходимы для лучшего понимания заявляемого изобретения.

Физический уровень стандарта IEEE 802.11b предусматривает четыре скорости передачи: 1, 2, 5.5 и 11 Мбит/с. Характеристики помехоустойчивости физического уровня стандарта IEEE 802.11b полностью определяются зависимостями вероятности битовой ошибки от отношения сигнал-шум (ОСШ).

Поступающие на уровень MAC (MAC - medium access control - уровень управления доступом к среде передачи) блоки данных перед передачей разбиваются на один или несколько фрагментов. Фрагмент блока данных не может быть больше 18432 бит. Для передачи каждого фрагмента блока данных формируется отдельный пакет данных. Пакет данных (см. Фиг.1) состоит из заголовка MAC, фрагмента блока данных и контрольной суммы и передается на одной из четырех скоростей передачи. Перед каждым пакетом данных на скорости передачи 1 Мбит/с передаются преамбула и заголовок физического уровня, общей длительностью 192 мкс.

Работа беспроводных локальных сетей по стандарту IEEE 802.11b основана на конкурентном доступе к среде передачи. Станция, у которой есть блок данных для передачи, должна определить текущее состояние среды передачи. Если станция обнаруживает, что среда передачи свободна в течение временного интервала, равного базовому интервалу между пакетами, то она начинает передачу данных. Если станция обнаруживает, что среда передачи занята, то она должна отложить передачу до тех пор, пока среда передачи не будет обнаружена свободной в течение временного интервала, равного базовому интервалу между пакетами. Таким образом, станция избегает коллизии при занятой среде передачи.

Передача пакета данных начинается с интервала конкурентного доступа (см. Фиг.2). Начало интервала конкурентного доступа совпадает для всех станций, имеющих блок данных для передачи. Каждая из них случайным образом выбирает длительность своего интервала конкурентного доступа как значение равномерно распределенной в заданных пределах случайной величины. Доступ к среде передачи получает станция, выбравшая интервал наименьшей длительности. Она начинает передачу своих пакетов данных, предварительно выждав свой интервал конкурентного доступа.

В стандарте IEEE 802.11b интервал конкурентного доступа измеряется в слотах. Будем называть интервал наименьшей длительности (см. Фиг.2) количеством свободных слотов между двумя последовательными передачами в системе.

Если интервал наименьшей длительности совпал у двух или более станций, то они начинают передачу своих пакетов данных одновременно. В этом случае происходит коллизия (наложение их пакетов данных во времени). При коллизии скорее всего ни один из пакетов данных не будет принят.

Для передачи любого пакета данных в стандарте IEEE 802.11b предусмотрено два механизма (варианта) передачи данных: основной механизм передачи данных и механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу.

При использовании основного механизма передачи данных используется следующая последовательность передачи данных (см. Фиг.3). Станция, выигравшая конкурентный доступ, начинает передачу пакета данных непосредственно по окончании своего интервала конкурентного доступа. В случае успешного приема пакета данных на принимающей станции принимающая станция передает подтверждение через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема подтверждения на передающей станции пакет данных принят успешно.

При использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу используется следующая последовательность передачи данных (см. Фиг.4). Станция, выигравшая конкурентный доступ, начинает передачу запроса на передачу по окончании своего интервала конкурентного доступа. В случае успешного приема запроса на передачу принимающая станция передает разрешение на передачу через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема разрешения на передачу передающая станция передает пакет данных через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема пакета данных на принимающей станции принимающая станция передает подтверждение через интервал времени, равный короткому интервалу между пакетами. В случае успешного приема подтверждения на передающей станции пакет данных принят успешно.

Вероятность успешного приема пакета данных зависит от вероятности коллизии в системе, определяемой текущим количеством активных станций в системе (см. [3], [4], [5]), и от вероятности битовой ошибки в пакете данных, определяемой отношением сигнал-шум (ОСШ) в сигнале передающей станции на принимающей станции (см. [6], [7], [8]).

Вероятность успешного приема пакета данных определяет пропускную способность системы IEEE 802.11b. Другим фактором, определяющим пропускную способность, являются накладные расходы (overhead), сопровождающие передачу пакета данных.

Накладные расходы включают:

Все временные интервалы, в которые среда передачи не занята:

Базовый интервал между пакетами

Интервал конкурентного доступа (количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в системе)

Короткий интервал между пакетами

Все служебные сообщения:

Запрос на передачу

Разрешение на передачу

Подтверждение

Всю служебную информацию:

Заголовок MAC

Контрольная сумма

Преамбула

Заголовок физического уровня.

При этом, чем больше размер фрагмента, тем меньше влияние накладных расходов, но и тем больше вероятность ошибки в пакете данных.

Для максимизации пропускной способности в системе IEEE 802.11b каждая станция перед передачей каждого блока данных может адаптивно выбирать размер фрагмента, скорость передачи и механизм передачи.

Рассмотрим беспроводную локальную сеть передачи данных по стандарту IEEE 802.11b, включающую, как минимум, одну передающую станцию и одну принимающую станцию. В общем случае, станций в сети будет больше двух.

Заявляемый способ осуществляют на устройстве, структурная схема которого выполнена на Фиг.5.

Устройство передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b (см. Фиг.5) содержит приемник 1, блок 2 управления, узел 3 хранения блоков данных, блок 4 фрагментации, узел 5 хранения фрагментов блока данных и передатчик 6, при этом вход приемника 1 является первым входом устройства передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, первый, второй и третий выходы приемника 1 соединены соответственно с первым, вторым и четвертым входами блока 2 управления, первый и третий выходы которого соединены соответственно с первым и третьим входами передатчика 6, второй выход блока 2 управления соединен с первым входом блока 4 фрагментации, четвертый выход блока 2 управления соединен со вторым входом узла 5 хранения фрагментов блока данных, вход узла 3 хранения блоков данных является вторым входом устройства передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, первый выход узла 3 хранения блоков данных соединен с третьим входом блока 2 управления, второй выход узла 3 хранения блоков данных соединен со вторым входом блока 4 фрагментации, выход которого соединен с первым входом узла 5 хранения фрагментов блока данных, выход которого соединен со вторым входом передатчика 6, выход которого является выходом устройства передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b.

Узел 3 хранения блоков данных представляет собой, например, очередь блоков данных. Узел 5 хранения фрагментов блока данных представляет собой, например, очередь фрагментов блока данных.

Приемник 1, блок 2 управления, узел 3 хранения блоков данных, блок 4 фрагментации, узел 5 хранения фрагментов блока данных и передатчик 6 могут быть выполнены на процессоре цифровой обработки сигналов (DSP - digital signal processor) или на специализированной микросхеме (такой вариант выполнения станции по стандарту IEEE 802.11b в настоящее время широко распространен).

Заявляемый способ передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b предусматривает три параллельных процесса:

периодическую оценку отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции,

периодическую оценку характеристик текущей загрузки сети,

передачу блоков данных и фрагментов блока данных с передающей станции на принимающую станцию с предварительным выбором механизма передачи данных, размера фрагмента и скорости передачи.

Полученная на принимающей станции текущая оценка отношения сигнал-шум и полученные на передающей станции оценки характеристик текущей загрузки сети используются на передающей станции для выбора механизма передачи данных, размера фрагмента и скорости передачи.

Рассмотрим каждый их этих трех процессов.

Периодический процесс оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции осуществляют следующим образом.

На принимающей станции периодически оценивают отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции и передают эту оценку с принимающей станции на передающую станцию, на которой принимают эту оценку.

Отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции оценивают на принимающей станции любым из известных способов. При этом в качестве отношения сигнал-шум используют отношение мощности чипа полезного сигнала к мощности шума (стандарт IEEE 802.11b использует технологию передачи сигнала с расширением спектра сигнала псевдослучайной последовательностью, поэтому использован общепринятый в таких ситуациях термин "чип полезного сигнала").

Оценку отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции передают с принимающей станции на передающую станцию, используя предусмотренный стандартом IEEE 802.11b радиоинтерфейс.

Оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции поступает на вход приемника 1, который является первым входом устройства передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, с первого выхода которого поступает на первый вход блока 2 управления.

Процесс оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции и передачи этой оценки с принимающей станции на передающую станцию осуществляют периодически. При этом при выборе механизма передачи данных, размера фрагмента и/или скорости передачи используют текущее (самое последнее по времени) значение оценки отношения сигнал-шум.

Характеристиками текущей загрузки сети по стандарту IEEE 802.11b являются:

среднее количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети,

количество активных станций в сети,

вероятность коллизии станции,

среднее количество станций в коллизии.

Периодический процесс оценки характеристик текущей загрузки сети осуществляют следующим образом.

Оценивают на передающей станции среднее количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Для получения на передающей станции оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети осуществляют, например, следующую последовательность действий.

В приемнике 1 осуществляют К, где К больше либо равно 1, последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети и передают их со второго выхода приемника 1 на второй вход блока 2 управления. Эти измерения осуществляют, используя предусмотренный стандартом IEEE 802.11b механизм физического контроля занятости среды передачи.

В блоке 2 управления усредняют К последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, получая первую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Каждую последующую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети получают в блоке 2 управления, усредняя каждое новое измерение с (K-1) предыдущими измерениями.

В блоке 2 управления оценивают количество активных станций в сети, используя оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети.

Если на передающей станции известно количество станций N₀, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают, например, по формуле , где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, c₁=const - постоянная величина, равная 1.55, с₂=const - постоянная величина, равная 0.9, и c₃=const - постоянная величина, равная 6.949.

Если на передающей станции не известно количество станций, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают, например, по формуле , где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, c₁=const - постоянная величина, равная 1.55, с₂=const - постоянная величина, равная 0.9, и c₃=const - постоянная величина, равная 6.949.

В блоке 2 управления оценивают вероятность коллизии станции и среднее количество станций в коллизии.

Вероятность коллизии станции Р оценивают, например, по формуле , где N - оценка количества активных станций в сети, с₄=const - постоянная величина, равная 0.114, и с₅=const - постоянная величина, равная 1.11.

Среднее количество станций в коллизии J оценивают, например, по формуле , где N - оценка количества активных станций в сети, c₆=const - постоянная величина, равная 0.0263, и c₇=const - постоянная величина, равная 1.744.

Процесс оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети осуществляют периодически. Как только появляется новая оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, с ее использованием осуществляют оценку количества активных станций в сети, а с ее использованием - оценку вероятности коллизии станции и оценку среднего количества станций в коллизии.

При этом при выборе механизма передачи данных, размера фрагмента и/или скорости передачи используют текущие (самые последние по времени) значения оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, оценки вероятности коллизии станции и оценки среднего количества станций в коллизии.

Процесс передачи блоков данных с передающей станции на принимающую станцию осуществляют следующим образом.

Блоки данных поступают на вход узла хранения блоков 3 данных.

Перед передачей блока данных в блоке 2 управления определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Для этого передают с первого выхода узла хранения блоков 3 данных на третий вход блока 2 управления размер блока данных.

Для основного механизма передачи данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети, например, путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где b_V=τ_V/t_V, τ_V=c₈·s+c₉+c₁₀·t_V, c₈=const - постоянная величина, равная 20, с₉=const - постоянная величина, равная 444, и с₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, t_V=1/V, α_z,V=0.5·ехр(-β_V·ехр(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0-212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где x_max - размер блока данных, , round{} операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх; определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где , Р - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt) по формуле ; определения оптимального размера фрагмента равным размеру фрагмента при V=V^(Basic-opt), определения значения пропускной способности сети W^(Basic-opt), соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt), равным значению пропускной способности сети при и V=V^(Basic-opt).

Для основного механизма передачи данных под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании основного механизма передачи данных. Выбором отдельно значения размера фрагмента или отдельно значения скорости передачи нельзя максимизировать пропускную способность сети при использовании основного механизма передачи данных. Только совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи может быть выбрана такой, что она максимизирует пропускную способность сети при использовании основного механизма передачи данных.

В блоке 2 управления определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии.

Для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети, например, путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где ,

, , c₁₁=const - постоянная величина, равная 20, с₁₂=const - постоянная величина, равная 444, c₁₃=const - постоянная величина, равная 272, c₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и с₁₅=const - постоянная величина, равная 336, s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, t_V=1/V, α_z,V=0.5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, Р - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где х_max - размер блока данных, , round{} - операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх; определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где ; определения оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)} по формуле ; определения оптимального размера фрагмента , равным размеру фрагмента при V=V^{(RTS-CTS-opt)}, определения значения пропускной способности сети W^{(RTS-CTS-opt)}, соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)}, равным значению пропускной способности сети при и V=V^{(RTS-CTS-opt)}.

Для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу. Выбором отдельно значения размера фрагмента или отдельно значения скорости передачи нельзя максимизировать пропускную способность сети при использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу. Только совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи может быть выбрана такой, что она максимизирует пропускную способность сети при использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.

В блоке 2 управления выбирают для передачи блока данных основной механизм передачи данных с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных больше значения пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.

В блоке 2 управления выбирают для передачи блока данных механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу больше значения пропускной способности сети для основного механизма передачи данных.

Для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный механизм передачи данных и соответствующий ему оптимальный размер фрагмента.

Информацию о выбранном механизме передачи данных передают с первого выхода блока 2 управления на первый вход передатчика 6, а информацию о выбранном оптимальном размере фрагмента - со второго выхода блока 2 управления на первый вход блока 4 фрагментации.

Со второго выхода узла хранения блоков 3 данных на второй вход блока 4 фрагментации поступает очередной блок данных, после чего он исключается из узла хранения блоков 3 данных.

В блоке 4 фрагментации осуществляют фрагментацию очередного блока данных, используя информацию о выбранном оптимальном размере фрагмента.

Набор фрагментов блока данных поступает с выхода блока 4 фрагментации на первый вход узла хранения фрагментов блока 5 данных.

При передаче фрагментов блока данных используют выбранную оптимальную скорость передачи до получения новой оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети или новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, после чего выбирают новую оптимальную скорость передачи, которую используют при передаче фрагментов блока данных.

Очередной фрагмент блока данных поступает с выхода узла хранения фрагментов блока 5 данных на второй вход передатчика 6.

При первой передаче первого фрагмента блока данных используют выбранную оптимальную скорость передачи, которая поступает с третьего выхода блока 2 управления на третий вход передатчика 6.

В передатчике 6 из поступившего фрагмента блока данных формируют пакет данных, добавляют к нему преамбулу и заголовок физического уровня и передают пакет данных с выхода передатчика 6 на принимающую станцию.

Если пакет данных принят на принимающей станции без ошибок, то с принимающей станции на передающую станцию передают подтверждение. Если подтверждение принято на передающей станции без ошибок, то оно поступает на вход приемника 1, с третьего выхода которого поступает на четвертый вход блока 2 управления, с четвертого выхода которого поступает на второй вход узла хранения фрагментов блока 5 данных. При получении подтверждения на фрагмент этот фрагмент исключается из узла хранения фрагментов блока 5 данных.

Если пакет данных принят на принимающей станции с ошибками или подтверждение принято на передающей станции с ошибками, то фрагмент не исключается из узла хранения фрагментов блока 5 данных и передается заново.

При повторной передаче первого фрагмента блока данных или при передаче других фрагментов блока данных возможна ситуация, при которой перед передачей была получена новая оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети или новая оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции. В этой ситуации в блоке 2 управления выбирают новую оптимальную скорость передачи, которая поступает с третьего выхода блока 2 управления на третий вход передатчика 6. При повторной передаче первого фрагмента блока данных или при передаче других фрагментов блока данных используют новую оптимальную скорость передачи, ранее выбранный механизм передачи данных и ранее выбранный оптимальный размер фрагмента.

Новую оптимальную скорость передачи для основного механизма передачи данных определяют, например, по формуле

где , размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для основного механизма передачи данных , t_V=1/V, α_z,V=0.5·exp(-β_V·ехр(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с р₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, τ_V=c₈·s+c₉+c₁₀·t_V, c₈=const - постоянная величина, равная 20, c₉=const - постоянная величина, равная 444, и c₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.

Новую оптимальную скорость передачи для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу определяют по формуле

где , размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу , t_V=1/V, α_z,V=0.5·ехр(-β·ехр(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4.44 и γ₂=const=0.195, для скорости передачи V=5.5 Мбит/с β_5.5=const=3.13 и γ_5.5=const=0.212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1.29 и γ₁₁=const=0.231, c₁₁=const - постоянная величина, равная 20, с₁₂=const - постоянная величина, равная 444, с₁₃=const - постоянная величина, равная 272, с₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и с₁₅=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.

Заявляемый способ передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b позволяет максимизировать пропускную способность беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b.

Это преимущество достигается за счет того, что перед передачей каждого блока данных выбирают такой механизм передачи данных и соответствующие ему оптимальный размер фрагмента и оптимальную скорость передачи, которые максимизируют пропускную способность сети с учетом отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции и с учетом текущей загрузки сети.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способу передачи данных в беспроводной локальной сети, и может быть использовано, например, в беспроводных локальных сетях передачи данных по стандарту IEEE 802.11b. Технический результат состоит в повышении пропускной способности беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b. Для этого перед передачей каждого блока данных выбирают такой механизм передачи данных и соответствующие ему оптимальный размер фрагмента и оптимальную скорость передачи, которые максимизируют пропускную способность сети с учетом отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции и с учетом текущей загрузки сети. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи данных в беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11b, включающей как минимум одну передающую станцию и одну принимающую станцию, заключающийся в том, что периодически оценивают на принимающей станции отношение сигнал-шум в сигнале передающей станции и передают эту оценку с принимающей станции на передающую станцию, на которой принимают эту оценку, периодически оценивают на передающей станции среднее количество свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, оценивают количество активных станций в сети, используя оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, используя оценку количества активных станций в сети, оценивают вероятность коллизии станции и среднее количество станций в коллизии, перед передачей блока данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии, определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу, используя полученную оценку отношения сигнал-шум и оценки вероятности коллизии станции и среднего количества станций в коллизии, выбирают для передачи блока данных основной механизм передачи данных с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для основного механизма передачи данных больше значения пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу, выбирают для передачи блока данных механизм передачи данных с предварительным запросом на передачу с соответствующим ему оптимальным размером фрагмента и оптимальной скоростью передачи, если значение пропускной способности сети для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу больше значения пропускной способности сети для основного механизма передачи данных, для передачи всех фрагментов блока данных используют выбранный механизм передачи данных и соответствующий ему оптимальный размер фрагмента, при передаче фрагментов блока данных используют выбранную оптимальную скорость передачи до получения новой оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети или новой оценки отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, после чего выбирают новую оптимальную скорость передачи, которую используют при передаче фрагментов блока данных.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения на передающей станции оценки среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети осуществляют К последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, при этом К больше либо равно 1, усредняют К последовательных измерений количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, получая первую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, каждую последующую оценку среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети получают, усредняя каждое новое измерение с К-1 предыдущими измерениями.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что если на передающей станции известно количество станций N₀, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают по формуле где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети; c₁=const - постоянная величина, равная 1,55; c₂=const - постоянная величина, равная 0,9, и c₃=const - постоянная величина, равная 6,949.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что если на передающей станции не известно количество станций, зарегистрированных в сети, то количество активных станций в сети N оценивают по формуле где s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети; c₁=const - постоянная величина, равная 1,55; c₂=const - постоянная величина, равная 0,9, и c₃=const - постоянная величина, равная 6,949.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вероятность коллизии станции Р оценивают по формуле где N - оценка количества активных станций в сети; c₄=const - постоянная величина, равная 0,114, и c₅=const - постоянная величина, равная 1,11.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднее количество станций в коллизии J оценивают по формуле где N - оценка количества активных станций в сети; c₆=const - постоянная величина, равная 0,0263, и c₇=const - постоянная величина, равная 1,744.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для основного механизма передачи данных под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании основного механизма передачи данных.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу под оптимальным размером фрагмента и под оптимальной скоростью передачи понимают такую совокупность значений размера фрагмента и скорости передачи, которая максимизирует пропускную способность сети, при использовании механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что для основного механизма передачи данных определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где b_V=τ_V/t_V, τ_V=c₈·s+c₉+c₁₀·t_V, c₈=const - постоянная величина, равная 20, c₉=const - постоянная величина, равная 444, и c₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, t_V=1/V, a_z,_V=0,5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4,44 и γ₂=const=0,195, для скорости передачи V=5,5 Мбит/с β_5,5=const=3,13 и γ_5,5=const=0,212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1,29 и γ₁₁=const=0,231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где x_max - размер блока данных, round {} - операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх; определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где Р - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt) по формуле определения оптимального размера фрагмента равным размеру фрагмента при V=V^(Basic-opt), определения значения пропускной способности сети W^(Basic-opt), соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^(Basic-opt), равным значению пропускной способности сети при и V=V^(Basic-opt).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу определяют оптимальный размер фрагмента, оптимальную скорость передачи и соответствующее им значение пропускной способности сети путем определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где

c₁₁=const - постоянная величина, равная 20, c₁₂=const - постоянная величина, равная 444, c₁₃=const - постоянная величина, равная 272, c₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и c₁₅=const - постоянная величина, равная 336, s - оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, t_V=1/F, α_z,V=0,5·exp(-β_V·exp(γ_V·z), константы β_V и γ_B разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4,44 и γ₂=const=OЛ95, для скорости передачи V=5,5 Мбит/с β_5.5=const=3,13 и γ_5.5=const=0,212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1,29 и γ₁₁=const=0,231, z - оценка отношения сигнал-шум в сигнале передающей станции, Р - оценка вероятности коллизии станции, J - оценка среднего количества станций в коллизии; определения для каждой из четырех скоростей передачи V величины по формуле

где x_max - размер блока данных, round {} - операция округления до ближайшего целого, ceil{} - операция округления вверх;

определения для каждой из четырех скоростей передачи V значения пропускной способности сети по формуле

где

определения оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)} формуле

определения оптимального размера фрагмента равным размеру фрагмента при V=V^{(RTS-CTS-opt)}; определения значения пропускной способности сети W^{(RTS-CTS-opt)} соответствующего оптимальному размеру фрагмента и оптимальной скорости передачи V^{(RTS-CTS-opt)}, равным значению пропускной способности сети при и V=V^{(RTS-CTS-opt)}.

где размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для основного механизма передачи данных , t_V=1/V, α_z,V=0,5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4,44 и γ₂=const=0,195, для скорости передачи V=5,5 Мбит/с β_5.5=const=3,13 и γ_5,5=const=0,212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1,29 и γ₁₁=const=0,231, τ_v=c₈·s+c₉+с₁₀·t_v, c₈=const - постоянная величина, равная 20, c₉=const - постоянная величина, равная 444, и c₁₀=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.

где

размер фрагмента x равен полученному ранее оптимальному размеру фрагмента для механизма передачи данных с предварительным запросом на передачу t_V=1/V, α_z,V=0,5·exp(-β_V·exp(γ_V·z)), константы β_V и γ_V разные для разных значений скорости передачи V, для скорости передачи V=1 Мбит/с β₁=const=11 и γ₁=const=ln(10)/10, для скорости передачи V=2 Мбит/с β₂=const=4,44 и γ₂=const=0,195, для скорости передачи V=5,5 Мбит/с β_5,5=const=3,13 и γ_5,5=const=0,212, для скорости передачи V=11 Мбит/с β₁₁=const=1,29 и γ₁₁=const=0,231, c₁₁=const - постоянная величина, равная 20, c₁₂=const - постоянная величина, равная 444, c₁₃=const - постоянная величина, равная 272, c₁₄=const - постоянная величина, равная 404, и c₁₅=const - постоянная величина, равная 336, s - последняя оценка среднего количества свободных - слотов между двумя последовательными передачами в сети, z - последняя оценка отношения сигнал-шум, Р - последняя оценка вероятности коллизии станции, J - последняя оценка среднего количества станций в коллизии.