一種增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測方法，屬于無線局域網(wǎng)技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，WLAN)是以無線信道作為傳輸媒介 的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，包括接入點(diǎn)（Access Point，AP)和站點(diǎn)（Station，STA)。
[0003] WLAN采用802. 11協(xié)議進(jìn)行空口的無線數(shù)據(jù)傳輸。如果多路發(fā)送的同頻無線信 號同時(shí)傳輸?shù)酵唤邮辗剑蜁霈F(xiàn)干擾和沖突，導(dǎo)致接收方接收失敗。為了避免沖突， 802. 11協(xié)議引入了載波偵聽多路訪問/碰撞檢測（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)機(jī)制，該機(jī)制要求發(fā)送方對介質(zhì)進(jìn)行監(jiān)聽，確認(rèn)介質(zhì)中沒 有其他發(fā)送方在發(fā)送信號的情況下，才能發(fā)送自己的信號。一般情況下，該機(jī)制可以很好地 避免無線信號之間的沖突，但是在發(fā)生隱藏節(jié)點(diǎn)情況下該機(jī)制將失效。如果AP在兩個(gè)STA 通信范圍的重疊區(qū)域，兩個(gè)STA因相隔距離較遠(yuǎn)或存在遮擋，均無法收到對方的無線信號， STA1、STA2均與AP正常關(guān)聯(lián)并進(jìn)行通信。當(dāng)STA1向其關(guān)聯(lián)的AP發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，STA2也可 能與其關(guān)聯(lián)的AP進(jìn)行通信，由于無法收到STA1發(fā)送的無線信號，STA2將無法通過CSMA/CA 機(jī)制避免與STA1發(fā)送的WLAN報(bào)文發(fā)生沖突，導(dǎo)致大量STA1和/或STA2發(fā)送給AP的無線 報(bào)文無法被AP正常接收。這種情況下，STA1與STA2互為隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0004] 如果 STA1、STA2、STA3 和 STA4 均屬于在 AP 的基本服務(wù)集（Basic Service Set， BSS)內(nèi)，與AP正常關(guān)聯(lián)。STA1和STA2處于通信范圍內(nèi)，可正常通信；STA3和STA4處于通 信范圍內(nèi)，可正常通信。當(dāng)STA1和STA2、STA3和STA4兩對站點(diǎn)同時(shí)通信時(shí)，因相隔距離較 遠(yuǎn)或存在遮擋，均無法收到對方通信鏈路的無線信號，不影響雙方節(jié)點(diǎn)對的通信。這種情況 下，STA1和STA2、STA3和STA4互為隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0005] 在隱藏節(jié)點(diǎn)對的場景中，由于STA1和STA2的通信鏈路、STA3和STA4的通信鏈路 均無法收到對方通信鏈路的無線信號，可由AP安排兩對隱藏節(jié)點(diǎn)對同時(shí)通信，提高AP所在 BSS的傳輸效率。因此，AP如何發(fā)現(xiàn)和判斷BSS中是否存在隱藏節(jié)點(diǎn)對的問題就顯得尤為 重要。
[0006] 目前，802. 11協(xié)議中有多種方法檢測BSS內(nèi)的隱藏節(jié)點(diǎn)，一種是STA1只能掃描到 STA2發(fā)出的單向數(shù)據(jù)幀，那么單向數(shù)據(jù)幀的接收站點(diǎn)STA3就是STA1的隱藏節(jié)點(diǎn)，該方法僅 可針對某一 STA檢測其隱藏節(jié)點(diǎn)；第二種是AP向BSS內(nèi)部所有STA發(fā)送管理幀，使其檢測 隱藏節(jié)點(diǎn)，STA將其周邊檢測結(jié)果上報(bào)AP，該方法需要在AP發(fā)送檢測管理幀的前提下進(jìn)行 隱藏節(jié)點(diǎn)的判斷，且對于如何判斷隱藏節(jié)點(diǎn)沒有詳述；第三種是AP自帶檢測結(jié)構(gòu)，在一定 周期內(nèi)檢測某STA發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的概率，當(dāng)概率大于閾值時(shí)，則認(rèn)為該STA存在隱藏節(jié)點(diǎn)， 該方法不增加額外的管理幀，但不能提前預(yù)防隱藏節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞事件，而是在隱藏節(jié)點(diǎn)發(fā) 生碰撞達(dá)到一定概率之后才確定的，一定程度上降低了 BSS的傳輸效率。在802. 11協(xié)議中 也并沒有提出完整的方案解決BSS內(nèi)的隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，本發(fā)明一種增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中 隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測方法。通過此方法，AP可以快速檢測出BSS內(nèi)存在的隱藏節(jié)點(diǎn)對。本發(fā) 明的方法具有實(shí)現(xiàn)簡單、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0008] 技術(shù)方案：為方便本發(fā)明的描述，對BSS內(nèi)所有關(guān)聯(lián)AP的STA以任意順序依次編 號為 STA1、STA2、STA3、STA4......STA N，這里的 STA1、STA2、STA3、STA4......STA N 可以是 BSS內(nèi)的任一 STA。
[0009] -種增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟1 :AP擁有關(guān)聯(lián)到自身的STA位置分布信息和可以使用的最大發(fā)送功率，AP 保存該信息。當(dāng)STA發(fā)生位置移動時(shí)，AP將定期更新STA的位置信息。
[0011] 步驟2 :AP根據(jù)位置分布信息和最大發(fā)送功率，判斷當(dāng)前BSS內(nèi)哪些節(jié)點(diǎn)對互相成 為隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0012] 步驟2. 1 :判斷STA3是否為STA1的隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0013] 如果則STA3是STA1的隱藏節(jié)點(diǎn)，其中，Dli3表示STA1和STA3之間的物理 距離，&表示通過STA1使用最大發(fā)送功率且接收方滿足一定接收需求的最小接收功率的前 提下計(jì)算得到的覆蓋半徑，其可以通過路徑損失模型計(jì)算得出。
[0014] 路徑損失模型一般使用大尺度衰落模型，其公式為
[0016] 其中，d表示發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離（單位：m)，即本發(fā)明中所需的STA覆蓋 半徑；
[0017] Pt為發(fā)射功率（單位:W)，其最大值為STA的最大發(fā)送功率；
[0018] Pjd)為距離為d的接收信號功率（單位：W)，其最小值為可檢測到有效的物理層 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（prou)傳輸?shù)拿舾卸龋–CA threshold);
[0019] λ為發(fā)射波長（單位:m);
[0020] Gt為發(fā)射天線的增益，G ^為接收天線的增益；
[0021] L為與傳播環(huán)境無關(guān)的系統(tǒng)損耗系數(shù)，表示實(shí)際硬件系統(tǒng)中的總體衰減或損耗。
[0022] 公式（1)中的d即同時(shí)滿足在最大發(fā)射功率Pt_和物理層可正確檢測到PPDU且 有效解包的最小接收功率CCA threshold)的條件下得到的STA最大覆蓋半 徑R。因此，由公式（1)可得STA的最大覆蓋半徑R_為
[0024] 因此，在步驟2. 1中，&表示STA1使用最大發(fā)送功率且接收方滿足一定接收需求 的最小接收功率的前提下，由公式（2)計(jì)算得到的覆蓋半徑。
[0025] 步驟2. 2 :判斷STA3是否為STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0026] 如果D2,3>R2,則STA3是STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)，其中，D 2,3表示STA2和STA3之間的物理 距離，R2表示STA2使用最大發(fā)送功率且接收方滿足一定接收需求的最小接收功率的前提下 由公式（2)計(jì)算得到的覆蓋半徑。
[0027] 步驟2. 3 :判斷STA3是否為STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0028] 如果STA3同時(shí)是STA1和STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)且D1i2〈RJP D 1i2〈R2,則STA3是STA1和 STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)，其中，Dli2表示STA1和STA2之間的物理距離；否則，AP判斷STA3不 是STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0029] 步驟2. 4 :判斷STA4是否為STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0030] 如果同時(shí)滿足Dli4>Rj D 2,4>R2,則STA4是STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)，D 1i4表示 STA1和STA4之間的物理距離，D&4表示STA2和STA4之間的物理距離；否則，AP判斷STA4 不是STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)。
[0031] 步驟2. 5 :判斷STA3和STA4是否為STA1和STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0032] 如果STA3和STA4同時(shí)是STA1和STA2的共同隱藏節(jié)點(diǎn)且D3, 4〈私和D 3,4〈R4,則 STA3和STA4是STA1和STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)對，其中D3,4表示STA3和STA4之間的物理距離， R3表示STA3使用最大發(fā)送功率且接收方滿足一定接收需求的最小接收功率的前提下由公 式（2)計(jì)算得到的覆蓋半徑，R4表示STA4使用最大發(fā)送功率且接收方滿足一定接收需求的 最小接收功率的前提下由公式（2)計(jì)算得到的覆蓋半徑；否則，AP判斷STA3和STA4不是 STA1和STA2的隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0033] 步驟3 :重復(fù)步驟2. 1~2. 5,判斷STA1和STA2是否為STA3和STA4的隱藏節(jié)點(diǎn) 對。
[0034] 如果D1i3>R3,則STA1是STA3的隱藏節(jié)點(diǎn)；
[0035] 如果D1i4>R4,則STA1是STA4的隱藏節(jié)點(diǎn)；
[0036] 如果STA1同時(shí)是STA3和STA4的隱藏節(jié)點(diǎn)且D3,4〈R 3和D 3,4〈R4,則STA1是STA3和 STA4的共同隱藏節(jié)點(diǎn)；
[0037] 進(jìn)一步判斷，如果02,3>私且D 2,4>R4,則STA2是STA3和STA4的共同隱藏節(jié)點(diǎn)；
[0038] 進(jìn)一步判斷，如果STA1和STA2同時(shí)是STA3和STA4的共同隱藏節(jié)點(diǎn)且DU2〈RJP Dli2〈R2，貝lj STA1和STA2是STA3和STA4的隱藏節(jié)點(diǎn)對；否貝lj，AP判斷STA1和STA2不是STA3 和STA4的隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0039] 當(dāng)同時(shí)滿足STA1和STA2、STA3和STA4分別是對方的隱藏節(jié)點(diǎn)對時(shí)，AP認(rèn)為這兩 對節(jié)點(diǎn)互為隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0040] 對于隱藏節(jié)點(diǎn)對的判斷結(jié)果，AP可記錄成表。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果遇到互為 隱藏節(jié)點(diǎn)對的STA的數(shù)據(jù)傳輸請求，AP不需要重復(fù)判斷。如果STA的位置分布信息發(fā)生變 化，隱藏節(jié)點(diǎn)對需要重新判斷。
[0041] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢 測方法，應(yīng)用于無線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。通過此方法，AP可及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于BSS內(nèi)的隱藏節(jié) 點(diǎn)對，提高了 BSS內(nèi)STA的傳輸效率和整體吞吐量。該發(fā)明具有可操作性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡單等特 點(diǎn)。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明的一對隱藏節(jié)點(diǎn)的場景圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)模型圖；
[0044] 圖3為本發(fā)明的隱藏節(jié)點(diǎn)的判斷方法原理示意圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明的隱藏節(jié)點(diǎn)對的判斷流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià) 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0047] 在本實(shí)施例中，我們考慮當(dāng)前BSS內(nèi)有N個(gè)STA與AP正常關(guān)聯(lián)，為了方便本發(fā)明的 描述，為AP關(guān)聯(lián)的所有STA以任意順序依次編號為STA1、STA2、STA3、STA4……STA N。如 圖2所示，我們僅給出了判斷隱藏節(jié)點(diǎn)對的4個(gè)STA，編號為STA1、STA2、STA3和STA4。當(dāng) STA1和STA2、STA3和STA4兩對站點(diǎn)同時(shí)通信時(shí)，因相隔距離較遠(yuǎn)或存在遮擋，均無法收到 對方通信鏈路的無線信號，不影響雙方節(jié)點(diǎn)對的通信。這種情況下，STA1和STA2、STA3和 STA4互為隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0048] 針對BSS內(nèi)的隱藏節(jié)點(diǎn)對的判斷，AP可以使用本發(fā)明提供的增強(qiáng)型無線局域網(wǎng)中 隱藏節(jié)點(diǎn)對的檢測方法，如圖4所示，具體包括以下步驟：
[0049] 步驟1 :AP擁有關(guān)聯(lián)到自身的STA位置分布信息和可以使用的最大發(fā)送功率，AP 保存該信息。當(dāng)STA發(fā)生位置移動時(shí)，AP將定期更新STA的位置信息。
[0050] 步驟2 :AP根據(jù)位置分布信息和最大發(fā)送功率，判斷當(dāng)前BSS內(nèi)哪些節(jié)點(diǎn)對互相成 為隱藏節(jié)點(diǎn)對。
[0051] 步驟2. 1 :判斷STA3是