[go: up one dir, main page]

RU2408167C1 - METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK - Google Patents

METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK Download PDF

Info

Publication number
RU2408167C1
RU2408167C1 RU2009115421/09A RU2009115421A RU2408167C1 RU 2408167 C1 RU2408167 C1 RU 2408167C1 RU 2009115421/09 A RU2009115421/09 A RU 2009115421/09A RU 2009115421 A RU2009115421 A RU 2009115421A RU 2408167 C1 RU2408167 C1 RU 2408167C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
beacon
frames
station
stations
transmission
Prior art date
Application number
RU2009115421/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009115421A (en
Inventor
Андрей Игоревич Ляхов (RU)
Андрей Игоревич Ляхов
Александр Александрович Сафонов (RU)
Александр Александрович Сафонов
Михаил Юрьевич Якимов (RU)
Михаил Юрьевич Якимов
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация "Научно-исследовательский институт СИТРОНИКС" (АНО "НИИ СИТРОНИКС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация "Научно-исследовательский институт СИТРОНИКС" (АНО "НИИ СИТРОНИКС") filed Critical Автономная некоммерческая организация "Научно-исследовательский институт СИТРОНИКС" (АНО "НИИ СИТРОНИКС")
Priority to RU2009115421/09A priority Critical patent/RU2408167C1/en
Publication of RU2009115421A publication Critical patent/RU2009115421A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2408167C1 publication Critical patent/RU2408167C1/en

Links

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: method of reliable distribution of synchronous frames (beacons) in wireless local mesh-network from collisions with other frames based on modification of delay time count procedure in standard method of multiple access with listening of carrier and prevention of collisions of CSMA/CA and on distribution of information on planned duration of beacons transfer with application of specially invented information elements.
EFFECT: improved reliability of transfer of beacons necessary for operation of many mechanisms of mesh-networks, increased efficiency of using wireless channels in mesh-networks, and reduced time of distribution of network information in network.
5 cl, 1 dwg

Description

Область изобретенияField of Invention

Основные сведения о роли синхрокадров (биконов) и способе их рассылки в беспроводных локальных mesh-сетяхBasic information about the role of sync frames (beacons) and the method of their distribution in wireless local mesh networks

Беспроводная mesh-сеть - это сеть станций, в которой поддерживается автоматическое распознавание топологии и динамическое построение маршрутов. Назовем непосредственную пересылку пакета между станциями шагом. Тогда сеть называется n-шаговой, если минимальное число шагов, необходимых для передачи кадра между самыми удаленными друг от друга устройствами в сети, равно n. Также введем понятие h-шаговой окрестности станции сети как множества других станций, находящихся не более чем в h шагах от данной станции.A wireless mesh network is a network of stations that supports automatic topology recognition and dynamic route building. We call direct packet forwarding between stations a step. Then the network is called n-step, if the minimum number of steps necessary to transfer the frame between the devices farthest from each other in the network is n. We also introduce the concept of an h-step neighborhood of a network station as the set of other stations located no more than h steps from a given station.

В общем случае, mesh-сеть является многошаговой: n>1, т.е. непосредственная передача между некоторыми станциями невозможна, и для передачи каждого пакета данных между этими станциями требуется совершить несколько пересылок этого пакета с помощью промежуточных станций.In general, a mesh network is multi-step: n> 1, i.e. Direct transmission between some stations is not possible, and for the transmission of each data packet between these stations, several transfers of this packet using intermediate stations are required.

Наиболее распространенной на сегодняшний день спецификацией беспроводных локальных mesh-сетей является спецификация IEEE 802.11s [l]. Сети, технологию которых она описывает, называют Wi-Fi Mesh.The most common wireless LAN mesh specification today is the IEEE 802.11s [l] specification. The networks she describes are called Wi-Fi Mesh.

В сетях Wi-Fi Mesh, как и во многих других сетях с распределенным управлением, необходимо координировать работу станций для согласованного принятия решений и работы многих механизмов физического и канального уровня. Для координации своей работы станции регулярно обмениваются специальными пакетами, которые в русскоязычной литературе называют синхрокадрами [2] или биконами [3] (англ. beacon - «маячок»). В рассылке биконов принимают участие все станции mesh-сети, информируя друг друга о поддерживаемых сервисах и режимах работы. Кроме того, многие механизмы сети, например механизмы энергосбережения и резервирования канала, включают в биконы свою служебную информацию - так называемые информационные элементы. Обмениваясь биконами, станции обмениваются и информационными элементами, включенными в них. Поэтому биконы являются контейнерами для информационных элементов многих механизмов сети, и работа этих механизмов невозможна без надежной регулярной рассылки биконов каждой станцией сети Wi-Fi Mesh.In Wi-Fi Mesh networks, as in many other networks with distributed control, it is necessary to coordinate the work of stations for coordinated decision-making and the work of many mechanisms of the physical and data link layer. To coordinate their work, the stations regularly exchange special packages, which in Russian-language literature are called synchro-frames [2] or beacons [3] (English beacon - “beacon”). All stations of the mesh network participate in the beacon distribution, informing each other about the supported services and operating modes. In addition, many network mechanisms, for example, energy saving and channel reservation mechanisms, include in their bicons their service information - the so-called information elements. By exchanging bicons, stations exchange information elements included in them. Therefore, beacons are containers for information elements of many network mechanisms, and the operation of these mechanisms is impossible without reliable regular distribution of beacons by each station of the Wi-Fi Mesh network.

Основные сведения о способе рассылки биконов в беспроводных mesh-сетяхBasics of Beacon Distribution in Wireless Mesh Networks

В сетях Wi-Fi Mesh для доступа к каналу используется механизм, основанный на методе множественного доступа с детектированием несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA). Детектирование несущей частоты означает, что каждая станция сети прослушивает канал (среду). Если он занят, т.е. другая станция передает данные, то станция ждет, пока канал освободится. Для предотвращения коллизий (одновременной передачи несколькими станциями в радиусе слышимости друг друга), а точнее для снижения их вероятности, прежде чем передавать данные в освободившуюся среду, станция откладывает передачу на некоторое время. Для этого она случайным образом выбирает целое число временных слотов σ из некоторого временного промежутка и инициализирует счетчик отсрочки. Далее, если среда оказывается свободной в течение временного слота σ, то значение счетчика уменьшается на единицу. Если другая станция начинает передачу, то значение счетчика замораживается на время передачи плюс интервал времени, который называется Distribution Interframe Space (DIFS), если передача была успешной, или интервал времени Extended Interframe Space (EIFS), если при передаче случилась коллизия. Численное значение констант DIFS и EIFS определяются спецификацией [4]. Когда значение счетчика оказывается равным нулю, станция начинает передачу данных.In Wi-Fi Mesh networks, a mechanism based on the Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA / CA) method is used to access the channel. Carrier frequency detection means that each station in the network is listening on a channel (medium). If he is busy, i.e. Since another station transmits data, the station waits until the channel is free. To prevent collisions (simultaneous transmission by several stations within the radius of each other's audibility), or rather, to reduce their likelihood, before transmitting data to a free environment, the station postpones the transmission for some time. To do this, she randomly selects an integer number of time slots σ from a certain time interval and initializes a deferral counter. Further, if the medium turns out to be free during the time slot σ, then the counter value decreases by one. If another station starts transmitting, then the counter value is frozen for the transmission time plus the time interval called Distribution Interframe Space (DIFS) if the transmission was successful, or the Extended Interframe Space (EIFS) time interval if there was a collision during the transmission. The numerical value of the constants DIFS and EIFS are determined by the specification [4]. When the counter value is zero, the station starts transmitting data.

Время работы станций сети Wi-Fi Mesh делится на так называемые бикон-интервалы. Момент времени, обозначающий начало каждого бикон-интервала, называется планируемым временем отправки бикона (Target Beacon Transmission Time, TBTT). В каждый момент ТВТТ mesh-станция планирует передачу своего бикона. Как описано выше, для того чтобы получить доступ к среде, станция прослушивает среду в ожидании. Если в момент времени ТВТТ, когда станция запланировала начало передачи своего бикона, среда оказалась занята, эта станция откладывает передачу бикона. Станция начинает передачу запланированного бикона по истечении интервала времени Point Interframe Space (PIFS) после того, как среда освободится. Значение константы PIFS также определено спецификацией IEEE 802.11 [4], причем так, что PIFS<DIFS<EIFS.The operating time of stations of the Wi-Fi Mesh network is divided into the so-called beacon intervals. The time point that marks the beginning of each beacon interval is called the Target Beacon Transmission Time (TBTT). At every moment, the TBTT mesh station plans to transmit its beacon. As described above, in order to access the medium, the station listens for the medium in anticipation. If at time TBTT, when the station planned to start transmitting its beacon, the medium was busy, this station postpones the transmission of the beacon. The station starts transmitting the planned beacon after the expiration of the Point Interframe Space (PIFS) interval after the medium is free. The value of the PIFS constant is also determined by the IEEE 802.11 specification [4], so that PIFS <DIFS <EIFS.

Обозначим произвольно выбранную mesh-станцию как станцию X, и другую произвольно выбранную mesh-станцию как станцию Y. Поскольку интервал PIFS короче интервала DIFS, mesh-станция X, планирующая передать бикон, получает доступ к среде раньше, чем станция Y, планирующая передавать кадры данных или иные кадры, отличные от биконов и являющаяся соседней для станции X, т.е. воспринимающая занятость канала одинаково с ней. Поэтому описанный способ рассылки биконов обеспечивает более низкую вероятность их коллизии с кадрами данных и другими управляющими кадрами, чем вероятность коллизии кадров данных и других управляющих кадров между собой.Let us designate a randomly chosen mesh station as station X, and another arbitrarily selected mesh station as station Y. Since the PIFS interval is shorter than the DIFS interval, mesh station X planning to transmit a beacon gets access to the medium earlier than station Y planning to transmit frames data or other frames other than beacon and adjacent to station X, i.e. perceiving channel occupation equally with it. Therefore, the described method of sending beacons provides a lower probability of their collision with data frames and other control frames than the probability of a collision of data frames and other control frames with each other.

Для дальнейшего повышения надежности передачи биконов (защиты биконов) в сети Wi-Fi Mesh необходимо предотвращать коллизии между самими биконами, причем как для соседних устройств, так и устройств, находящихся в 2-х шагах друг от друга (т.е. не являющихся непосредственными соседями, но имеющими общих соседей). Известен способ разрешения коллизий биконов, раскрытый в патенте (publication number CN 101155101 (A), publication date 2008-04-02, application number CN 20061159674 20060930, Inventors: NA SHAN [CN]; KAI YANG [CN], Applicant: HUAWEI TECH CO LTD [CN]) и описанный в спецификации IEEE 802.11s [1] под названием Mesh Beacon Collision Avoidance (МВСА). Он состоит из двух компонентов: обмена mesh-станциями специальными информационными элементами Beacon Timing Element и алгоритма выбора нового значения ТВТТ, который выполняет каждая из mesh-станций в случае необходимости.To further increase the reliability of beacon transmission (beacon protection) in the Wi-Fi Mesh network, it is necessary to prevent collisions between the beacons themselves, both for neighboring devices and devices that are 2 steps apart (i.e., not direct neighbors, but having common neighbors). A known method for resolving beacon collisions disclosed in the patent (publication number CN 101155101 (A), publication date 2008-04-02, application number CN 20061159674 20060930, Inventors: NA SHAN [CN]; KAI YANG [CN], Applicant: HUAWEI TECH CO LTD [CN]) and described in the IEEE 802.11s specification [1] under the name Mesh Beacon Collision Avoidance (MBCA). It consists of two components: exchange of mesh-stations with special information elements of Beacon Timing Element and an algorithm for selecting a new TBTT value, which each of the mesh-stations performs if necessary.

Опишем способ МВСА подробнее. Каждая mesh-станция хранит список станций, находящихся в 2-шаговой окрестности (непосредственных соседей, а также соседей этих непосредственных соседей), и соответствующих им: а) времени, когда был в последний раз получен бикон от соседней станции, т.е. ее ТВТТ, и б) длительности бикон-интервала этой соседней станции, на основании которого рассматриваемая mesh-станция может рассчитать ориентировочное время ТВТТ передачи следующего бикона каждой станцией из 2-шаговой окрестности.Let us describe the MVSA method in more detail. Each mesh station stores a list of stations located in a 2-step neighborhood (immediate neighbors, as well as neighbors of these immediate neighbors), and corresponding to them: a) the time when the beacon was last received from the neighboring station, i.e. its TWTT, and b) the duration of the beacon interval of this neighboring station, based on which the mesh station in question can calculate the approximate time of TBTT transmission of the next beacon by each station from a 2-step neighborhood.

Каждая mesh-станция включает эту информацию, относящуюся к своим непосредственным соседям, в свой бикон в виде информационного элемента Beacon Timing Element для того, чтобы, во-первых, сообщить своим соседним станциям об успешном получении их биконов и, во-вторых, снабдить станции, только что присоединившиеся к сети, картой расположения биконов с тем, чтобы эти станции могли выбрать свой ТВТТ так, чтобы их биконы не пересекались во времени с биконами других устройств. Если в биконе, полученном от станции X, отсутствует бикон, переданный станцией Y, то последняя может сделать вывод, что ее бикон попал в коллизию. Если коллизии бикона Y по информации одного или нескольких соседей станции Y повторяются, эта станция может принять решение изменить свой ТВТТ, чтобы избежать коллизий своего бикона в будущем.Each mesh station includes this information related to its immediate neighbors in its beacon in the form of a Beacon Timing Element information element in order, firstly, to inform its neighboring stations of the successful receipt of their beacon and, secondly, to equip the stations that have just joined the network with a map of the location of the beacons so that these stations can select their TWT so that their beacons do not overlap in time with the beacons of other devices. If the beacon received from station X does not contain the beacon transmitted by station Y, then the latter may conclude that its beacon has collided. If collisions of beacon Y according to the information of one or several neighbors of station Y are repeated, this station may decide to change its TBTT in order to avoid collisions of its beacon in the future.

Однако рассылки информации о времени начала и периодичности передачи биконов соседей недостаточно для исключения коллизий биконов, так как требуется еще знать длительность передачи бикона, которая для каждой станции может меняться от бикона к бикону независимо. В текущей версии спецификации IEEE 802.11s [1] этот вопрос решен следующим образом: вводится ограничение на максимальную длительность передачи бикона в LB микросекунд, и все станции сети считают, что длительность передачи биконов всех других станций равна в точности LB. Это обстоятельство является существенным недостатком известного способа МВСА, так как значение величины LB определить трудно. Более того, значение этой величины, применимое во всех возможных случаях, определить невозможно: малое значение LB существенно ограничивает объем сетевой информации, рассылаемой с помощью биконов, а большое значение LB часто ведет к простою канала, так как время, затрачиваемое на передачу бикона, в большинстве случаев оказывается значительно меньше LB.However, sending out information about the start time and frequency of transmission of beacon neighbors is not enough to eliminate collisions of beacons, since you still need to know the duration of the beacon transmission, which for each station can vary from beacon to beacon independently. In the current version of the IEEE 802.11s specification [1], this issue is solved as follows: a restriction is imposed on the maximum duration of beacon transmission in L B microseconds, and all stations in the network consider that the duration of beacon transmission of all other stations is exactly L B. This circumstance is a significant drawback of the known MBCA method, since the value of L B is difficult to determine. Moreover, the value of this quantity, applicable in all possible cases, cannot be determined: a small value of L B significantly limits the amount of network information sent using beacons, and a large value of L B often leads to channel downtime, since the time taken to transmit the beacon , in most cases is significantly less than L B.

Несмотря на то что при доступе к каналу передача биконов имеет более высокий приоритет по сравнению с передачей любых кадров данных и других управляющих кадров (как уже описано выше), коллизии биконов с кадрами данных все же возможны и, более того, весьма вероятны при наличии так называемых скрытых станций, что является характерной особенностью mesh-сетей.Despite the fact that when accessing the channel, the transmission of beacons has a higher priority than the transmission of any data frames and other control frames (as described above), collisions of beacons with data frames are still possible and, moreover, very likely if called hidden stations, which is a characteristic feature of mesh networks.

Для решения этой проблемы в последнюю версию спецификации IEEE 802.11s [1] была введена следующая рекомендация: все mesh-станции, поддерживающие работу с информационным элементом Beacon Timing Element, должны воздерживаться от начала передачи кадров, отличных от биконов, если эта передача пересекается во времени с моментом ТВТТ (планируемым началом передачи бикона) какой-либо станции из 2-х шаговой окрестности, как указано в информационном элементе Beacon Timing Element, полученном от любой из соседних станций. Mesh-станции могут возобновить задержанные передачи спустя время LB после соответствующего момента ТВТТ.To solve this problem, the following recommendation was introduced in the latest version of the IEEE 802.11s specification [1]: all mesh stations that support the Beacon Timing Element information element should refrain from starting transmission of frames other than beacons if this transmission intersects in time with the moment of TBTT (the planned start of the beacon transfer) to any station from a 2-step neighborhood, as indicated in the Beacon Timing Element information element received from any of the neighboring stations. Mesh stations can resume delayed transmissions after a time L B after the corresponding TBTT moment.

Как уже было замечено, спецификации IEEE 802.11s [1] не предлагает способа назначения величины LB, которая предполагается фиксированной (что само по себе является недостатком). Кроме того, значения этой величины, применимого во всех возможных случаях, не существует.As already noted, the IEEE 802.11s specification [1] does not offer a way to assign a value of L B , which is assumed to be fixed (which in itself is a drawback). In addition, the value of this value, applicable in all possible cases, does not exist.

Наконец, спецификация [1] не описывает способа выполнения описанной выше рекомендации воздержания от начала передачи в случае ее пересечения во времени с ТВТТ соседних станций. Существует известный способ, применяемый в механизме расширения спектра методом частотных скачков (FHSS) [4], согласно которому станция, которой необходимо воздержаться от передачи кадров до наступления какого-то момента времени t, отсчитывает временные слоты времени отсрочки до нуля и остается в этом состоянии до момента времени t. При наступлении момента t станция начинает передачу. Этот способ обладает существенным недостатком: если станций, которым пришлось воздерживаться от передачи, несколько, то в момент времени t они начнут передачу одновременно, произойдет коллизия, и только после этого, выполняя стандартные процедуры CSMA/CA, станции смогут передать свои кадры.Finally, specification [1] does not describe how to implement the above recommendation to abstain from starting transmission if it crosses in time with the TBTT of neighboring stations. There is a known method used in the frequency spreading method (FHSS) [4], according to which a station, which needs to refrain from transmitting frames until a certain point in time t, counts the time slots of the delay time to zero and remains in this state until time t. When the moment t arrives, the station starts transmitting. This method has a significant drawback: if there are several stations that had to refrain from transmitting, then at time t they will start transmitting at the same time, a collision will occur, and only then, performing standard CSMA / CA procedures, the stations will be able to transmit their frames.

Известен другой способ рассылки биконов в mesh-сети, отличный от способа, описанного в спецификации IEEE 802.11s и раскрытый в патенте (publication number US 2007014269 (A1), publication date 2007-01-18, application number US 20060424235 20060615, Inventors: SHERMAN ITAY [IL]; KANGUDE SHANTANU [US], Applicant: TEXAS INSTRUMENTS INC). Основная идея заключается в том, что все станции сети поддерживают единую шкалу времени, т.е. для всех станций сети моменты времени ТВТТ совпадают, и станции посылают свои биконы с отступом от моментов ТВТТ, которые они выбирают так, чтобы биконы соседних станций не пересекались во времени. Однако данный способ имеет существенные недостатки: во-первых, он не решает проблемы скрытых станций и не защищает биконы от коллизий с кадрами данных других станций; во-вторых, он требует поддержания во всей сети единого времени, что резко ограничивает масштабируемость сети.There is another method for sending beacons in a mesh network, different from the method described in the IEEE 802.11s specification and disclosed in the patent (publication number US 2007014269 (A1), publication date 2007-01-18, application number US 20060424235 20060615, Inventors: SHERMAN ITAY [IL]; KANGUDE SHANTANU [US], Applicant: TEXAS INSTRUMENTS INC). The basic idea is that all stations in the network support a single time scale, i.e. for all stations in the network, the TBTT time instants coincide, and the stations send their beacons indented from the TBTT moments that they choose so that the beacons of neighboring stations do not overlap in time. However, this method has significant drawbacks: firstly, it does not solve the problem of hidden stations and does not protect beacons from collisions with data frames of other stations; secondly, it requires maintaining a uniform time throughout the network, which severely limits the scalability of the network.

Также известен другой способ рассылки биконов в mesh-сети, раскрытый в патенте (publication number CN 1013 26779 (A), publication date 2008-12-17, application number CN 20068046472 20061207, Inventors: LIUYANG YANG [US]; BAHAREH SADEGHI [US], Applicant: INTEL CORP [US]). Данный способ не требует поддержания единого времени в сети, в отличие от способа (patent publication number US 2007014269 (A1)), однако имеет следующий недостаток: не решает проблемы скрытых станций и не защищает биконы от коллизий с кадрами данных других станций.Another method for distributing bicons in a mesh network is also known in the patent (publication number CN 1013 26779 (A), publication date 2008-12-17, application number CN 20068046472 20061207, Inventors: LIUYANG YANG [US]; BAHAREH SADEGHI [US ], Applicant: INTEL CORP [US]). This method does not require maintaining a single time in the network, unlike the method (patent publication number US 2007014269 (A1)), but has the following drawback: it does not solve the problems of hidden stations and does not protect beacons from collisions with data frames of other stations.

Также известен другой способ рассылки биконов в mesh-сети, раскрытый в патенте (publication number KR 20080052034 (A), publication date 2008-06-11, application number KR 20060124024 20061207, Inventors: JEON НО IN [KR]; KIM YEON SOO [KR]; KOH YOUN SUK [KR], Applicant: KT CORP [KR]). Однако данный способ имеет следующий недостаток: он применим лишь в сенсорных сетях с централизованным управлением, т.е. сетях, использующих для организации своей работы специальное устройство-координатор.Another method for distributing bicons in a mesh network is also known in the patent (publication number KR 20080052034 (A), publication date 2008-06-11, application number KR 20060124024 20061207, Inventors: JEON BUT IN [KR]; KIM YEON SOO [ KR]; KOH YOUN SUK [KR], Applicant: KT CORP [KR]). However, this method has the following disadvantage: it is applicable only in sensor networks with centralized control, i.e. networks that use a special coordinator device to organize their work.

Также известен другой способ рассылки биконов в mesh-сети, раскрытый в патенте (publication number US 2007064671 (A1), publication date 2007-03-22, application number US 20060516669 20060907, Inventors: KIM JAE-HOON [KR]; LEE JIN-HOON [KR]; CHOI YOUNG-GON [KR]; KIM JUNG-HO [KR]). Однако данный способ имеет следующий недостаток: он применим лишь в сетях, в которых для передачи биконов выделен специальный интервал времени, в котором передача кадров данных запрещена.Another method for distributing bicons in a mesh network is also known in the patent (publication number US 2007064671 (A1), publication date 2007-03-22, application number US 20060516669 20060907, Inventors: KIM JAE-HOON [KR]; LEE JIN- HOON [KR]; CHOI YOUNG-GON [KR]; KIM JUNG-HO [KR]). However, this method has the following drawback: it is applicable only in networks in which a special time interval has been allocated for the transmission of beacons, in which the transmission of data frames is prohibited.

В данной заявке на изобретение предлагается альтернативный способ надежной рассылки биконов в беспроводной локальной mesh-сети, отличающийся от известных способов и устраняющий описанные недостатки.This patent application proposes an alternative method for reliable distribution of beacons in a wireless local mesh network, which differs from the known methods and eliminates the described disadvantages.

Предлагаемый способ надежной рассылки синхрокадров (битное) в беспроводной локальной mesh-сетиThe proposed method for reliable distribution of sync frames (bit) in a wireless local mesh network

Предлагается способ надежной рассылки синхрокадров (биконов) в беспроводной локальной mesh-сети, в которой поддерживается автоматическое распознавание топологии, в общем случае многошаговой, и динамическое построение маршрутов в режиме самоорганизации. Этот способ позволяет предотвратить коллизии биконов с другими управляющими кадрами протокола IEEE 802.11, а также кадрами данных. В основе предлагаемого способа лежат: приостановка текущего процесса обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона; возобновление приостановленного ранее обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, по истечении полученной в результате рассылки предыдущих биконов длительности передачи текущего бикона; ограничение числа кадров, передаваемых в группе кадров, при обнулении счетчика обратной задержки и рассылка с помощью биконов информации о планируемых временах начала передачи и длительностях передачи ее последующих биконов.A method is proposed for reliable distribution of sync frames (bicons) in a wireless local mesh network, which supports automatic topology recognition, in the general case multi-step, and dynamic route building in self-organization mode. This method prevents collisions of beacons with other IEEE 802.11 control frames as well as data frames. The basis of the proposed method are: suspension of the current process of counting the delay when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon; the resumption of the previously delayed delay countdown when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon after the transmission duration of the current beacon resulting from the distribution of previous beacon has expired; the limitation of the number of frames transmitted in the group of frames when resetting the counter of the reverse delay and sending out, with the help of beacons, information about the planned times of the beginning of transmission and the duration of the transmission of its subsequent beacons.

Рассмотрим mesh-станцию, которая планирует передать кадр данных, группу кадров данных или управляющий кадр, отличный от бикона. Способ приостановки текущего процесса обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, состоит в следующем:Consider a mesh station that plans to transmit a data frame, a group of data frames, or a control frame other than a beacon. A method of pausing the current delay countdown process when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon is as follows:

a) Каждый раз, когда завершается какая-либо передача, т.е. при каждом освобождении канала и по прошествии времени DIFS или EIFS (в случае, если только что завершенная передача была соответственно успешной или неуспешной), каждая станция оценивает минимальное время, обозначим его tnb, оставшееся до ближайшего момента ТВТТ среди всех станций, находящихся в h-шаговой окрестности данной станции (h>1).a) Each time a transmission is completed, i.e. each time a channel is released and after a DIFS or EIFS time has elapsed (if the transmission just completed was successful or unsuccessful, respectively), each station estimates the minimum time, we denote it by t nb remaining to the nearest TBTT moment among all stations located in h -step neighborhood of this station (h> 1).

b) Далее станция вычисляет величину Т1, равную сумме оставшегося времени отсрочки и полной длительности одной попытки передачи кадра, включая необходимый обмен служебными кадрами и необходимые межкадровые интервалы. Если планируется передача группы кадров, то T1 вычисляется для первого кадра из группы, как если бы он передавался как одиночный кадр.b) Next, the station calculates a value of T 1 equal to the sum of the remaining delay time and the total duration of one attempt to transmit a frame, including the necessary exchange of service frames and the necessary inter-frame intervals. If a transmission of a group of frames is planned, then T 1 is calculated for the first frame from the group, as if it were transmitted as a single frame.

с) Станция сравнивает величины tnb и Т1, и если Т1>tnb, mesh-станция приостанавливает обратный отсчет времени отсрочки. В противном случае, отсчет продолжается.c) The station compares the values of t nb and T 1 , and if T 1 > t nb , the mesh station suspends the delay countdown. Otherwise, the countdown continues.

Если в процессе обратного отсчета канал оказывается занят, выполнение алгоритма повторяется с п. а). В случае передачи одиночного кадра, когда счетчик обнуляется, станция посылает кадр.If the channel is busy during the countdown, the algorithm is repeated from step a). In the case of transmission of a single frame, when the counter is reset, the station sends a frame.

Способ возобновления приостановленного ранее обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, по истечении полученной в результате рассылки предыдущих биконов длительности передачи текущего бикона состоит в следующем. Пусть db - длительность передачи бикона некоторой станцией Y в ближайший момент ТВТТ. Станция X, приостановившая отсчет времени отсрочки, чтобы дать возможность передать бикон станции Y, возобновляет этот отсчет по истечении времени db, отсчитываемого от ТВТТ станции Y, выполнив предварительно п.п. а)-в) вышеописанного способа приостановки.A method for resuming a previously delayed delay countdown when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon after the transmission duration of the current beacon resulting from sending previous beacon has expired is as follows. Let d b be the duration of beacon transmission by some station Y at the nearest TBTT moment. Station X, which has suspended the delay time to allow the beacon to be transmitted to station Y, resumes this countdown after the time d b counted from the TBTT of station Y, after completing the preliminary steps a) -c) of the suspension method described above.

Способ ограничения числа кадров, передаваемых в группе кадров, при обнулении счетчика обратной задержки состоит в следующем. В случае передачи группы кадров, когда счетчик обнуляется, станция оценивает длительность передачи всей группы из n кадров (обозначим ее Tn), включая необходимый обмен служебными кадрами и необходимые межкадровые интервалы, и, если Tn>tnb, станция ограничивается передачей такого числа кадров m<n, что Tm≤tnb; после этой передачи станция обычным образом выбирает новое время отсрочки, как предписывает метод CSMA/CA.A method of limiting the number of frames transmitted in a group of frames when resetting the counter of the inverse delay is as follows. In the case of a transmission of a group of frames, when the counter is reset to zero, the station estimates the transmission duration of the entire group of n frames (we denote it by T n ), including the necessary exchange of service frames and the necessary inter-frame intervals, and if T n > t nb , the station is limited to transmitting such a number frames m <n such that T m ≤t nb ; after this transmission, the station normally selects a new delay time, as prescribed by the CSMA / CA method.

Описанные операции требуют знания длительностей планируемых передач биконов db для всех станций в h-шаговой окрестности. Поэтому, а также для повышения эффективности работы известного способа МВСА для разрешения коллизий биконов, далее предлагается способ сбора и использования величин db для всех станций в h-шаговой окрестности.The described operations require knowledge of the durations of the planned beacon transfers d b for all stations in the h-step neighborhood. Therefore, as well as to increase the efficiency of the known MBCA method for resolving collisions of beacons, a method for collecting and using d b values for all stations in an h-step neighborhood is further proposed.

Предлагаемый способ основан на предположении, что, хотя длительность передачи бикона и варьируется от бикона к бикону, каждая станции планирует передачу каждого бикона за несколько бикон-интервалов, т.е. заранее оценивает объем информации, который она собирается послать в каждом из следующих биконов. Таким образом, каждая станция планирует и длительность передач этих биконов на несколько бикон-интервалов вперед.The proposed method is based on the assumption that, although the duration of the beacon transmission varies from beacon to beacon, each station plans to transmit each beacon for several beacon intervals, i.e. pre-estimates the amount of information that it is going to send in each of the following bicons. Thus, each station also plans the duration of the transmission of these beacons several beacon intervals ahead.

Способ рассылки с помощью биконов данной станции информации о планируемых временах начала передачи и длительностях передачи последующих биконов этой станции, т.е. способ оповещения mesh-станций, находящихся в h-шаговой окрестности от данной станции, о временах начала передачи и длительностях передачи ее биконов, состоит в следующем:The method of sending information about the planned transmission start times and transmission durations of subsequent beacons of this station using the bicons of this station, i.e. A method for notifying mesh stations located in an h-step neighborhood from a given station about the transmission start times and the transmission durations of its beacons consists in the following:

- станция регулярно включает в свой бикон информационный элемент, содержащий: а) информацию о временах начала передачи ее последующих J биконов, а также их длительностях; б) число, обозначим его TTL, значение которого равно h;- the station regularly includes in its bicon an information element containing: a) information about the times of the start of transmission of its subsequent J beacons, as well as their durations; b) a number, we denote it by TTL, the value of which is equal to h;

- если число TTL в принятом информационном элементе больше нуля, mesh-станция включает данный информационный элемент в свой ближайший по времени бикон, уменьшив значение TTL на единицу и исключив устаревшую информацию о передаче биконов станцией, которая инициировала данный информационный элемент;- if the TTL number in the received information element is greater than zero, the mesh station includes this information element in its closest beacon, decreasing the TTL value by one and eliminating the outdated information about the transmission of the beacon by the station that initiated this information element;

В результате такого обмена информационными элементами каждая mesh-станция осведомлена о значениях db для всех станций, находящихся в h-шаговой окрестности от станции-отправителя информационного элемента.As a result of such an exchange of information elements, each mesh station is aware of the values of d b for all stations located in an h-step neighborhood from the sending station of the information element.

На фиг.1 показан пример, в котором станции Б и С являются скрытыми друг от друга из-за препятствия между ними, и при этом они имеют общую соседнюю станцию - станцию А. Станция С находится в зоне радиоприема станции А, но за пределами зоны радиоприема станции Б, поэтому станции Б и С определяют занятость канала по-разному. Если станция С начнет передачу, например, кадра данных, то станция А определит среду как занятую, однако станция Б сочтет ее свободной. Если в течение передачи кадра данных станцией С для станции Б наступит момент ТВТТ, она прослушает среду и, сочтя ее свободной, через время PIFS начнет передачу бикона. Однако передача кадра данных станцией С не позволит станции А принять этот бикон: произойдет коллизия бикона кадра данных от станции С.Figure 1 shows an example in which stations B and C are hidden from each other due to an obstacle between them, and at the same time they have a common neighboring station - station A. Station C is located in the radio reception area of station A, but outside the zone radio reception of station B, so stations B and C determine the channel occupancy in different ways. If station C starts transmitting, for example, a data frame, then station A will determine the environment as busy, but station B will consider it free. If during the transmission of a data frame by station C for station B the TBTT moment arrives, it will listen to the medium and, considering it free, after a while the PIFS will start transmitting the beacon. However, the transmission of the data frame by station C will not allow station A to receive this beacon: there will be a collision of the beacon of the data frame from station C.

Список литературыBibliography

[1] IEEE P802.11s/D3.0. Draft STANDARD for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment: Mesh Networking [Electronic resource] / IEEE Standards Activities Department. - [USA]: IEEE, 2009.[1] IEEE P802.11s / D3.0. Draft STANDARD for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment: Mesh Networking [Electronic resource] / IEEE Standards Activities Department. - [USA]: IEEE, 2009.

[2] С.Ю.Шаров, А.А.Сафонов. Особенности передачи синхрокадров в mesh-сетях IEEE 802.11s. // Конференция «Информационные технологии и системы», Звенигород, 2008, стр.44-49.[2] S.Yu. Sharov, A.A.Safonov. Features of the transmission of sync frames in IEEE 802.11s mesh networks. // Conference "Information Technologies and Systems", Zvenigorod, 2008, pp. 44-49.

[3] В.М.Вишневский, А.И.Ляхов, А.А.Сафонов. Исследование эффективности механизмов синхронизации в беспроводных персональных сетях со сложной структурой. // Информационные технологии и вычислительные системы, 3/2008, стр.63-77.[3] V. M. Vishnevsky, A. I. Lyakhov, A. A. Safonov. Study of the effectiveness of synchronization mechanisms in wireless personal networks with a complex structure. // Information Technologies and Computing Systems, 3/2008, pp. 63-77.

[4] IEEE Std 802.11 - 2007, Revision of IEEE Std 802.11 - 1999. IEEE Std 802.11 - 2007, IEEE Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area network - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications. IEEE Computer Society, June 2007.[4] IEEE Std 802.11 - 2007, Revision of IEEE Std 802.11 - 1999. IEEE Std 802.11 - 2007, IEEE Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area network - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications. IEEE Computer Society, June 2007.

Claims (5)

1. Способ надежной рассылки синхрокадров (биконов) в беспроводной локальной mesh-сети, в которой поддерживают автоматическое распознавание топологии, в общем случае многошаговой, и динамическое построение маршрутов в режиме самоорганизации, позволяющий предотвратить коллизии биконов с другими управляющими кадрами протокола IEEE 802.11, а также кадрами данных, отличается
способом приостановки текущего процесса обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона;
способом возобновления приостановленного ранее обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, по истечении полученной в результате рассылки предыдущих биконов длительности передачи текущего бикона;
способом ограничения числа кадров, передаваемых в группе кадров, при обнулении счетчика обратной задержки;
способом рассылки с помощью бикона данной станции mesh-сети информации о планируемых временах начала передачи и длительностях передачи последующих биконов этой станции;
1. A method for reliable distribution of sync frames (bicons) in a wireless local mesh network that supports automatic topology recognition, in general multi-step, and dynamic route building in self-organization mode, which helps to prevent collisions of beacons with other control frames of IEEE 802.11 protocol, as well as data frames, different
a method for pausing the current delay countdown process when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon;
a method for resuming a previously delayed delay countdown when transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon after the transmission duration of the current beacon resulting from the distribution of previous beacon has expired;
a method for limiting the number of frames transmitted in a group of frames when resetting the counter of the inverse delay;
the method of sending information using the beacon of this station to the mesh network about the planned transmission start times and transmission durations of subsequent beacons of this station;
2. Способ по п.1, в котором способ приостановки текущего процесса обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, состоит из следующих операций:
каждая станция оценивает минимальное время tnb, оставшееся до ближайшего момента ТВТТ среди всех станций, находящихся в h-шаговой окрестности данной станции, при каждом освобождении канала и по прошествии времени DIFS или EIFS (в случае, если только что завершенная передача была соответственно успешной или неуспешной);
станции вычисляют величину T1 как сумму оставшегося времени отсрочки и полной длительности одной попытки передачи кадра, включая необходимый обмен служебными кадрами и необходимые межкадровые интервалы; если станции планируют передачу группы кадров, то величину T1 вычисляют для первого кадра из группы, как если бы он передавался как одиночный кадр;
станции сравнивают величины tnb и T1 и, если T1>tnb, mesh-станции приостанавливают обратный отсчет времени отсрочки, в противном случае, продолжают отсчет.
2. The method according to claim 1, wherein the method of pausing the current delay countdown process when transmitting a data frame, a group of data frames, or a control frame other than a beacon, consists of the following operations:
each station estimates the minimum time t nb remaining to the nearest TBTT moment among all stations located in the h-step neighborhood of this station, each time the channel is released and after the DIFS or EIFS time has elapsed (if the transmission just completed was respectively successful or unsuccessful);
the stations calculate the value of T 1 as the sum of the remaining delay time and the total duration of one attempt to transmit a frame, including the necessary exchange of service frames and the necessary inter-frame intervals; if the stations plan to transmit a group of frames, then the value of T 1 is calculated for the first frame from the group, as if it was transmitted as a single frame;
the stations compare the values of t nb and T 1 and, if T 1 > t nb , the mesh stations suspend the countdown of the delay time, otherwise, continue to count.
3. Способ по п.1, в котором способ возобновления приостановленного ранее обратного отсчета задержки при передаче кадра данных, группы кадров данных или управляющего кадра, отличного от бикона, по истечении полученной в результате рассылки предыдущих биконов длительности передачи текущего бикона состоит в том, что станция X, приостановившая отсчет времени отсрочки, чтобы дать возможность передать бикон станции Y, возобновляет этот отсчет по истечении времени db, равного длительности передачи бикона станцией Y в ближайший момент ТВТТ и отсчитываемого от этого момента;3. The method according to claim 1, wherein the method for resuming a previously delayed countdown of a delay in transmitting a data frame, a group of data frames or a control frame other than a beacon after the transmission duration of the current beacon resulting from sending previous beacon has expired, station X, suspend the time delay to allow the transfer Beacon station Y, the count resumes after a time d b, equal to the transmission duration of the Beacon station Y in the next TBTT and the time frame of reference Pipeline from that moment; 4. Способ по п.1, в котором способ ограничения числа кадров, передаваемых в группе кадров, при обнулении счетчика обратной задержки состоит из следующих операций:
станции оценивают длительность Тn передачи всей группы из n кадров, включая необходимый обмен служебными кадрами и необходимые межкадровые интервалы;
станции ограничиваются передачей такого числа кадров m<n, что Tm≤tnb, если Tn>tnb,
станции обычным образом (как предписывает метод CSMA/CA) выбирают новое время отсрочки после передачи определенного выше числа кадров.
4. The method according to claim 1, in which the method of limiting the number of frames transmitted in a group of frames when zeroing the counter back delay consists of the following operations:
stations evaluate the duration T n of the transmission of the entire group of n frames, including the necessary exchange of overhead frames and the necessary inter-frame intervals;
stations are limited to transmitting such a number of frames m <n such that T m ≤t nb if T n > t nb ,
stations in the usual way (as prescribed by the CSMA / CA method) select a new delay time after transmitting the number of frames defined above.
5. Способ по п.1, в котором способ рассылки с помощью бикона данной станции mesh-сети информации о планируемых временах начала передачи и длительностях передачи последующих биконов этой станции состоит из следующих операций:
станции регулярно включают в свои биконы информационные элементы, содержащие информацию о временах начала передачи их последующих J биконов, длительностях этих биконов, а также число TTL, значение которого равно h;
mesh-станции включают данный информационный элемент в свои ближайшие по времени биконы, если число TTL в принятом информационном элементе больше нуля, при этом уменьшая значение TTL на единицу и исключая устаревшую информацию о передаче биконов станцией, которая инициировала данный информационный элемент.
5. The method according to claim 1, in which the method of sending information using the beacon of the given station of the mesh network about the planned transmission start times and transmission durations of subsequent beacons of this station consists of the following operations:
Stations regularly include in their bicons information elements containing information on the transmission start times for their subsequent J bicons, the durations of these bicons, and also the number of TTLs whose value is equal to h;
mesh stations include this information element in their closest beacons if the number of TTLs in the received information element is greater than zero, while decreasing the TTL value by one and eliminating the outdated information about the transmission of beacons by the station that initiated this information element.
RU2009115421/09A 2009-04-23 2009-04-23 METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK RU2408167C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009115421/09A RU2408167C1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009115421/09A RU2408167C1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009115421A RU2009115421A (en) 2010-10-27
RU2408167C1 true RU2408167C1 (en) 2010-12-27

Family

ID=44042005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009115421/09A RU2408167C1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2408167C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628490C1 (en) * 2013-10-10 2017-08-17 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method for access to channel in system based on wireless lan and device for this

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008027907A2 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Qualcomm Incorporated Concurrent operation in multiple wireless local area networks
WO2009024950A2 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Philips Intellectuall Property & Standard Gmbh Reducing beacon collision probability
RU2350024C1 (en) * 2007-07-09 2009-03-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of allocation of time intervals in radio communication network channels

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008027907A2 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Qualcomm Incorporated Concurrent operation in multiple wireless local area networks
RU2350024C1 (en) * 2007-07-09 2009-03-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of allocation of time intervals in radio communication network channels
WO2009024950A2 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Philips Intellectuall Property & Standard Gmbh Reducing beacon collision probability

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ST-2003-507581 WINNER, D3.4 version 1.0, 30.06.2005. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2628490C1 (en) * 2013-10-10 2017-08-17 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method for access to channel in system based on wireless lan and device for this
US10051627B2 (en) 2013-10-10 2018-08-14 Lg Electronics Inc. Method for channel access in wireless LAN system and apparatus thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009115421A (en) 2010-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10779318B2 (en) Device and method for controlling slot-based channel system, and slot-based channel access terminal in wireless LAN
US12225414B2 (en) Coordinated medium access
CN110856271B (en) Resource allocation method and device from equipment to equipment terminal
RU2378778C2 (en) System and method for distributed reservation protocol and control of ultra-wide band access to transmission medium
US10070448B2 (en) Method for allocating resources in wireless LAN system and wireless LAN system
KR101380933B1 (en) Radio communication system, radio communication device, radio communication method and computer program
CN102883460B (en) A kind of service data transmission method and system
TW201701625A (en) Reservation coordination in a shared communication medium
US20160073288A1 (en) Reducing contention in a peer-to-peer data link network
US20170295541A1 (en) Power reduction mode operation method in wireless lan system supporting channel for downlink, and apparatus therefor
JP4582098B2 (en) Wireless communication system, communication apparatus, communication method, and program
Yang et al. Priority scheduling in wireless ad hoc networks
CN101803447B (en) Management of access to the media
CN107295567B (en) Wireless resource conflict detection method based on frame structure
US20070263567A1 (en) System and Method to Free Unused Time-Slots In a Distributed Mac Protocol
KR101731654B1 (en) Media Access Control Method for macro-cell based M2M network and its appratus therof
RU2408167C1 (en) METHOD OF RELIABLE DISTRIBUTION OF SYNCHRONOUS FRAME (BEACONS) IN WIRELESS LOCAL mesh-NETWORK
KR20150110269A (en) Contention-based Resource Allocation Method for D2D Broadcast and Apparatus Thereof
You et al. DRCE: a high throughput QoS MAC protocol for wireless ad hoc networks
US9642170B2 (en) Method for transmitting and receiving a signal in a reserved time interval with CSMA/CA scheme in a wireless communication system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170424