無線區域網裝置及其幀序列號編號方法
2023-11-30 10:43:21
專利名稱：無線區域網裝置及其幀序列號編號方法
技術領域：
本發明涉及無線區域網，尤其涉及一種無線區域網裝置及其幀序列號編號方法。
背景技術：
電氣與電子工程師協會(IEEE)的標準-802.11定義了媒介存取控制(Media Access Control，以下簡稱為MAC)幀格式的主體架構，其包括數據幀、管理幀以及控制幀三種。如圖1及圖2所示，分別為MAC數據幀100及MAC管理幀200。數據幀100及管理幀200中各包含一序列控制域160、260。序列控制域160、260分別包含兩個子域分段號(SegmentNumber)域161、261以及序列號(Sequence Number，以下簡稱為SN)域162、262。其中，序列號是幀攜帶的MAC服務數據單元(MAC ServiceData Unit，以下簡稱為MSDU)或MAC管理協議數據單元(MACManagement Protocol Data Unit，以下簡稱為MMPDU)的序列號。每一個MSDU或MMPDU都有一個序列號，其數值從0開始到4095。
在傳統方法中，傳送裝置對其傳送的數據單元不論MSDU或MMPDU，其序列號都只是一直累加，累加到4095後再從頭開始。但一般來講，傳送裝置對IEEE 802.11的三種不同幀傳送的速率都不同，管理幀與控制幀通常利用基本速率傳送，而數據幀則通常用可支持的最高傳送速率傳送。
另外，一般傳送裝置會以接收裝置有沒有響應肯定應答訊號(Acknowledgement signal，ACK signal)來作為其幀錯誤率的計算依據，有些裝置並以此作為其傳輸速率是否減慢之依據。但在下列情況下，並不能由接收端得到其幀錯誤率。
第一種情況是廣播幀或一些管理幀並不需要接收裝置來響應ACK訊號，因此傳送裝置並不能知道所傳送的幀是否成功的到達接收裝置。
第二種情況是No-ACK(no-acknowledgement)之碰撞問題，一支持no-ACK的裝置所傳送的幀並不需要接收裝置來響應ACK。
傳送裝置在上述情況下，不能根據接收裝置是否響應ACK訊號來計算其幀錯誤率，甚至在同一個環境中，其它接收裝置也無法利用序列號計算其幀錯誤率。
發明內容本發明實施方式中提供的無線區域網裝置包括一媒介存取控制層協議模塊，用於對無線區域網所使用的數據單元編序列號。媒介存取控制層協議模塊包括一列表模塊及一序列號編號模塊。列表模塊用於根據數據單元的接收工作站地址提供數據單元的傳輸速率。序列號編號模塊用於對不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元編序列號。
本發明實施方式中提供的幀序列號編號方法包括以下步驟接收數據單元及其接收工作站地址和傳輸速率；及將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號。
本發明無線區域網裝置將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號，並將所編的序列號應用到數據單元所形成幀的序列號域，這樣對應接收裝置通過檢查不同傳輸速率時所接收幀的幀校驗域可計算出正確幀的個數，再通過分析不同傳輸速率時所接收的幀的序列號域可計算出所接收的幀總數，從而可求出不同傳輸速率時的幀錯誤率。
圖1是IEEE 802.11定義的MAC數據幀格式。
圖2是IEEE 802.11定義的MAC管理幀格式。
圖3是本發明實施例中無線通信系統的架構圖。
圖4是本發明的無線區域網裝置的實施方式的模塊圖。
圖5是本發明的無線區域網裝置處理數據的流程圖。
圖6是本發明的MAC層協議模塊的幀序列號編號方法的流程圖。
圖7是本發明的無線區域網裝置的另一實施方式的模塊圖。
具體實施方式開放式系統互聯參考模型(Open System Interconnect Reference Model，以下簡稱為OSI模型)將網絡通信協議體系區分為7個層。體系的最底層為物理層(Physical Layer，以下簡稱為PHY)，其定義媒介、傳輸方法及布線方式。體系的第二層為數據鏈路層(Data Link Layer)，其定義如何確保數據正確傳輸，給數據加上相關信息域而形成幀。數據鏈路層包括兩個子層，分別為邏輯連結控制(Logical Link Control，以下簡稱為LLC)層，負責將數據正確的發送到物理層，以及媒介存取控制(Media AccessControl，以下簡稱為MAC)層，負責控制與連結物理層的物理媒介。體系的第三層為網絡層(Network Layer)，其負責數據路由(Routing)，包括轉換地址，尋找最佳路徑及管理流量。體系的第四層為傳送層(TransportLayer)，其確保數據到達順序及正確性。體系的第五層為會談層(SessionLayer)，其定義連結對話，錯誤處理與邏輯地址名稱轉換。體系的第六層為表現層(Presentation Layer)，其處理數據格式，包括格式轉換、加密與解密、壓縮與還原。體系的第七層為應用層(Application Layer)，其定義供應用程式存取的接口與功能，還有目錄服務及檔案存取。
IEEE 802.11標準定義了物理層和MAC層的協議規範，允許無線區域網及無線設備製造商在一定範圍內，建立互相操作網絡設備。IEEE 802.11的MAC層必須與LLC層兼容，以利於相互間的操作。
圖1是IEEE 802.11所定義的MAC數據幀格式。MAC數據幀100包括幀控制域110、持續時間/標示符域120、地址1域130、地址2域140、地址3域150、序列控制域160、地址4域170、幀體域180以及幀校驗域190。其中序列控制域160包括兩個子域分段號(Segment Number)域161及序列號域(Sequence Number，SN)162。圖2是IEEE 802.11所定義的MAC管理幀格式。MAC管理幀200包括幀控制域210、持續時間/標示符域220、地址1域230、地址2域240、地址3域250、序列控制域260、幀體域280以及幀校驗域290。其中序列控制域260包括兩個子域分段號域261及序列號域262。
如圖1及圖2所示，其中地址1域130、230為接收工作站地址(ReceiverAddress，RA)域，即待傳送的MAC服務數據單元(MAC Service Data Unit，MSDU)或MAC管理協議數據單元(MAC Management Protocol Data Unit，MMPDU)的接收工作站地址。接收工作站地址由48個位構成，不同接收工作站地址對應不同接收工作站，而地址「FF:FF:FF:FF:FF:FF」則為廣播地址。序列控制域160、260包括兩個子域分段號域161、261以及序列號域162、262。其中序列號是幀攜帶的MSDU或MMPDU的序列號。每一個MSDU或MMPDU都有一個序列號，其數值的範圍從0到4095。
圖3是本發明實施例中無線通信系統的架構圖。在本實施方式中，無線通信系統包括多個無線區域網裝置1000、2000及3000。在本實施方式中，無線區域網裝置1000傳送數據給多個無線區域網裝置2000，3000，且可傳送廣播數據。
圖4是本發明的無線區域網裝置1000的實施方式的模塊圖。在本實施方式中，無線區域網裝置1000包括一高層協議模塊1100、一MAC層協議模塊1200以及一物理層協議模塊1300。高層協議模塊1100用於執行OSI中應用層、表現層、會談層、傳送層、網絡層及LLC層等協議層之功能，把傳送數據轉換為MSDU，且把該MSDU及其接收工作站地址傳送給MAC層協議模塊1200。
MAC層協議模塊1200包括一數據接口1210、一序列號編號模塊1220、一MAC處理模塊1230以及一列表模塊1240。列表模塊1240包含接收工作站地址(RA)與傳輸速率(TX Rate)列表，用於根據數據單元的接收工作站地址提供數據單元的傳輸速率。數據接口1210用於從高層協議模塊1100接收MSDU及其接收工作站地址，並將其傳送給序列號編號模塊1220。MAC處理模塊1230用於根據管理需求而產生一MMPDU及其接收工作站地址，並將其傳送給序列號編號模塊1220。MAC處理模塊1230還根據列表模塊1240提供目前的TX Rate給序列號編號模塊1220。
序列號編號模塊1220用於將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號。在本實施方式中，序列號編號模塊1240從數據接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，從MAC處理模塊1230接收MMPDU及其接收工作站地址，以及從MAC處理模塊1230接收目前的TX Rate，還用於對所接收的MSDU及MMPDU進行編序列號。
序列號編號模塊1220包括一第一選擇模塊1221、一第二選擇模塊1222、一計數模塊庫1223、一判斷模塊1224及一設定模塊1225。計數模塊庫1223提供多個計數模塊，例如第一計數模塊1223a、第二計數模塊1223b...第N計數模塊1223n。第一選擇模塊1221用於接收數據單元及其工作站地址，並根據數據單元的接收工作站地址從計數模塊庫1223中選擇至少一計數模塊，分別用於對不同傳輸速率的數據單元編序列號。在本實施方式中，第一選擇模塊1221從數據接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，及從MAC處理模塊1230接收MMPDU及其接收工作站地址，根據所接收的數據單元的接收工作站地址從計數模塊庫1223中選擇至少一計數模塊，並把所選的計數模塊告知第二選擇模塊1222。第二選擇模塊1222用於根據數據單元的傳輸速率從第一選擇模塊1221所選的計數模塊中選擇一計數模塊，用於對數據單元編序列號。在本實施方式中，第二選擇模塊1222根據MAC處理模塊1230所提供的目前的TX Rate，從第一選擇模塊1221所選的計數模塊中選擇一計數模塊，用於對所接收的數據單元編序列號。判斷模塊1224用於判斷第二選擇模塊1222所選擇的計數模塊所編的序列號是否小於一預設邊界值。若是，則設定模塊1225把所接收的數據單元之序列號設為上述計數模塊所編的序列號；若否，則設定模塊1225把所接收的數據單元的序列號設為預設序列號。設定模塊1225還用於更新計數模塊庫1223。
MAC處理模塊1230用於將設定模塊1225所設定的序列號應用於數據單元。在本實施方式中，MAC處理模塊1230給MSDU及MMPDU加上相關信息域而形成MAC協定數據單元(MAC Protocol Data Unit，MPDU)，即幀，並把序列號編號模塊1220對MSDU及MMPDU所編的序列號應用到所形成的MPDU的序列號域(如上述圖1與圖2所示的序列號域161、162)。
物理層協議模塊1300用於給MAC層協議模塊1200所形成的MPDU加上另一相關信息域而形成一物理層協議數據單元(PHY Protocol dataUnit，PPDU)，並把PPDU傳送出去。
圖5是本發明的無線區域網裝置1000處理數據的流程圖。在本實施方式中，當無線區域網裝置1000傳送數據給多個無線區域網裝置2000，3000，以及傳送廣播數據時，所傳送之數據需經過OSI七層協議處理後，再傳送出去。
在步驟S500，高層協議模塊1100對所傳送的數據進行處理，執行OSI中應用層、表現層、會談層、傳送層、網絡層及LLC層等協議層的功能，把所傳送的數據轉換為MSDU，並把MSDU及其接收工作站地址傳送給MAC層協議模塊1200。
在步驟S502，MAC層協議模塊1200從高層協議模塊1100接收MSDU及其接收工作站地址，並根據管理需求而產生MMPDU及其接收工作站地址。MAC層協議模塊1200給所接收的MSDU及所產生的MMPDU加上幀控制等相關信息域而形成MPDU，並將所形成的MPDU發送給物理層協議模塊1300。其具體操作流程見圖6。
在步驟S504，物理層協議模塊1300從MAC層協議模塊1200接收MPDU，MPDU加上另一相關信息域而形成PPDU，再把PPDU發送出去。
圖6是本發明的MAC層協議模塊的幀序列號編號方法的流程圖。
在步驟S600，數據接口1210從高層協議模塊1100接收MSDU及其接收工作站地址(RA)，並將其傳送給序列號編號模塊1220之第一選擇模塊1221。MAC處理模塊1230根據管理需求而產生MMPDU及其接收工作站地址(RA)，並將其傳送給序列號編號模塊1220之第一選擇模塊1221。所產生的MMPDU在聯機前幫忙聯機，或是聯機後作為斷線的通知。
在步驟S602，第一選擇模塊1221接收數據單元MSDU及其接收工作站地址，以及數據單元MMPDU及其接收工作站地址後，根據所接收的數據單元的接收工作站地址從計數模塊庫1223中選擇出至少一計數模塊，分別用於對不同TX Rate之數據單元編序列號，應注意的是，計數模塊的數量是根據傳輸速率的種類而決定。在本實施方式中，所接收的數據單元的接收工作站地址指明該數據單元是傳送給無線區域網裝置2000，無線區域網裝置1000、2000皆支持11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps等四種傳輸速率，因此，需選擇四個計數模塊。在其它實施方式中，如果無線區域網裝置1000、2000可支持更多傳輸速率，則相應選擇計數模塊之個數。如果所接收的數據單元指明該數據單元是傳送給其它無線區域網裝置，則相應選擇其它計數模塊。
在步驟S604，MAC處理模塊1230根據列表模塊提供目前的TX Rate給第二選擇模塊1222。第二選擇模塊1222根據所提供的目前的TX Rate從第一選擇模塊1222所選擇的計數模塊中選擇一計數模塊。在本實施方式中，第二選擇模塊1222根據所提供的目前的TX Rate所選的計數模塊為第一計數模塊1223a。
在步驟S606，第一計數模塊1223a根據一函數對所接收數據單元進行編序列號(SN)。在本實施方式中，該函數為F(x)＝4x+1，其中x定義為以目前TX Rate傳送給無線區域網裝置2000的數據單元的次序，故以目前TX Rate傳送給無線區域網裝置2000的第一個數據單元的序列號編號為5，第二個編號則為9，以此類推。在其它實施方式中，上述函數可為其它線性函數或其它類型函數。
在步驟S608，判斷模塊1224判斷第一計數模塊1223a所編的序列號(SN)是否小於預設邊界值。在本實施方式中，該預設邊界值為4096。
如果小於預設邊界值，在步驟S610，設定模塊1225設定數據單元的序列號為第一計數模塊1223a所編的序列號(SN)。在本實施方式中，把數據單元的序列號設為第一計數模塊1223a所編的序列號。
如果不小於預設邊界值，則執行步驟S612，設定模塊1225設定數據單元的序列號為預定序列號。在本實施方式中，該預定序列號為0。
在步驟S614，設定模塊150根據步驟S610或S612的設定結果對計數模塊庫1223中的計數模塊進行更新。在本實施方式中，設定模塊1225對第一計數模塊1223a進行更新。設定模塊1225把數據單元及其接收工作站地址和所編的序列號傳送給MAC處理模塊1230。
在步驟S616，MAC處理模塊1230接收數據單元及其接收工作站地址和所編的序列號，並將所接收的數據單元加上幀控制等相關信息域而形成MPDU，並將設定模塊1225對數據單元所設序列號應用於所形成的MPDU的序列號域，然後將MPDU發送給物理層協議模塊1300。
圖7是本發明的無線區域網裝置另一實施方式的模塊圖。在本實施方式中，在MAC層協議模塊1200中，與上述實施例之區別在於MAC處理模塊1230先透過數據接口1210從高層協議模塊1100接收MSDU及其接收工作站地址，並根據管理需求產生MMPDU及其接收工作站地址。MAC處理層1230將所接收的MSDU及所產生的MMPDU加上相關信息域而形成MPDU，並傳送給序列號編號模塊1220。在本實施方式中，所加相關信息域包括序列號域，故序列號編號模塊1220對所形成的MPDU的序列號域進行更新。
在其它實施方式中，MAC處理模塊1230所加相關信息域不包括序列號域，則編號模塊1220對所形成的MPDU進行編序列號域。然後，序列號編號編號模塊1220把所形成的MPDU傳送給物理層協議模塊1300。本實施方式之其它構成組件與上一實施方式之構成組件功能相同，因此不再贅述。
本發明無線區域網裝置將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號，並應用到所形成的MPDU的序列號域，對應接收裝置通過檢查不同傳輸速率時所接收MPDU的幀校驗域(FCS)可計算出正確MPDU個數，再藉由分析不同傳輸速率時所接收的MPDU的序列號域可計算出所接收的MPDU總數，從而可求出不同傳輸速率時的MPDU的錯誤率(Frame Error Rate，FER)，即幀錯誤率，其計算公式為FER＝錯誤MPDU個數/所接收MPDU總數；亦即，FER＝(所接收的MPDU總數-正確MPDU個數)/所接收的MPDU總數。
因此可確定傳輸速率(TX Rate)與幀錯誤率(FER)之關係。接收裝置將TX Rate與FER之關係回報給傳送裝置，從而可作為傳送裝置調整TX Rate的一個參考因素。在本實施方式中，序列號編號模塊1220所用第一計數模塊1223a之函數為F(x)＝4x+1，因而，若序列號不超過4095，所接收之MPDU總數可通過下面數學公式計算所接收的MPDU總數＝(最後一個MPDU的SN-第一個MPDU的SN)/4+1；若序列號超過4095，則以0-4095為區段分區段求出所接收的MPDU的個數，然後再匯總，即可求出所接收的MPDU之總數。從而，可計算出不同TX Rate時的FER。
權利要求
1.一種幀序列號編號方法，用於對無線區域網所使用的數據單元編序列號，其特徵在於所述幀序列號編號方法包括接收數據單元及其接收工作站地址和傳輸速率；以及將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號。
2.如權利要求1所述的幀序列號編號方法，其特徵在於所述數據單元包括媒介存取控制管理協議數據單元及媒介存取控制服務數據單元。
3.如權利要求1所述的幀序列號編號方法，其特徵在於所述將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號的步驟包括以下步驟根據所述數據單元的接收工作站地址選擇至少一計數模塊，用於對不同傳輸速率的數據單元編序列號；根據所述數據單元的傳輸速率從上述計數模塊中選擇一計數模塊，用於對所述數據單元進行編序列號；判斷所述計數模塊所編的序列號是否小於一預設邊界值；以及若小於所述預設邊界值，則把所述數據單元的序列號設為所述計數模塊所編的序列號。
4.如權利要求3所述的幀序列號編號方法，其特徵在於其更包括以下步驟如果所述計數模塊所編的序列號不小於所述預設邊界值，則把所述數據單元的序列號設為預設序列號。
5.如權利要求1所述的幀序列號編號方法，其特徵在於其更包括以下步驟將所編的序列號應用於所述數據單元。
6.一種無線區域網裝置，包括一媒介存取控制層協議模塊，用於對無線區域網所使用的數據單元編序列號，其特徵在於所述媒介存取控制層協議模塊包括一列表模塊，用於根據所述數據單元的接收工作站地址提供所述數據單元的傳輸速率；以及一序列號編號模塊，用於將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號。
7.如權利要求6所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述數據單元包含一媒介存取控制管理協議數據單元及一媒介存取控制服務數據單元。
8.如權利要求6所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一計數模塊庫，所述計數模塊庫包括多個計數模塊。
9.如權利要求8所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一第一選擇模塊，用於接收所述數據單元及其接收工作站地址，並根據所述數據單元的接收工作站地址從所述計數模塊庫中選擇至少一計數模塊，分別用於對不同傳輸速率的數據單元編序列號。
10.如權利要求9所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一第二選擇模塊，用於根據所述數據單元的傳輸速率從所述第一選擇模塊所選的計數模塊中選擇一計數模塊，用於對所述數據單元編序列號。
11.如權利要求10所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一判斷模塊，用於判斷所述計數模塊所編的序列號是否小於一預設邊界值。
12.如權利要求11所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一設定模塊，用於根據所述判斷模塊的判斷結果為所述數據單元設定序列號。
13.如權利要求12所述的無線區域網裝置，其特徵在於所述序列號編號模塊更包括一媒介存取控制處理模塊，用於將所述設定模塊所設定的序列號應用於所述數據單元。
全文摘要
一種幀序列號編號方法，用於對無線區域網所使用的數據單元編序列號，其包括以下步驟接收數據單元及其接收工作站地址和傳輸速率(TXRate)；及將不同接收工作站地址及不同傳輸速率的數據單元分開編序列號。本發明還提供一種無線區域網裝置，當無線區域網裝置利用本發明方法傳送數據時，其對應接收裝置可利用本發明方法計算不同傳輸速率時無線區域網裝置的幀錯誤率。
文檔編號H04L29/06GK1925481SQ20051003702
公開日2007年3月7日 申請日期2005年9月2日 優先權日2005年9月2日
發明者唐正文 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司