一种符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法

摘要

本发明公开了一种符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法，包括以下步骤：1）周期性的发送TIM信息以及DTIM信息；2）在无线终端内定义一活动周期以及相对于该活动周期、睡眠程度由浅入深的若干层唤醒周期，当无线终端接收到DTIM信息时，则向基站端询问是否有数据通信；3）设置DTIM的周期参数，使得无线链路层协议栈在活动周期以及不同的唤醒周期内发送不同间隔周期的DTIM；本发明的有益效果在于具有很强的兼容性，适合于市面上的绝大多数智能手机或者其他移动终端；无须对符合IEEE802.11的移动终端作特殊设计；在移动终端的节电性能和响应时间上实现良好的平衡，适用于一些突发性数据传输且数据流量大小不稳定的实时性强的无线通讯系统。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种符合IEEE802.11协议的实时 数据传输方法。

背景技术

在无线设备和外部终端的进行无线通信的系统中，如何较好地实现数 据传输的实时性、频带应用以及能耗效率之间的平衡是一个重要课题，尤其 对于一些数据传输突发性强的数据通讯如车载应用中的远端开启车门/车灯、 危险报警等场合数据传输具有突发性，要求延时较短，而车载视频、语音传 输则要求较高的传输服务质量，例如大数据吞吐量和快的反应时间等；另一 方面，一般作为电池供电的终端往往都有着较严格的节电和睡眠机制，一般 都具备激活和睡眠两种工作模式。一旦作为无线终端进入睡眠状态，作为基 站端的无线设备将无法及时地将数据传送给无线终端，将不断地重传直至无 线终端恢复成激活模式，而这会产生频带使用的浪费和显著的延时。

日本公开特许公报的特开2009-088914采用的省电控制方法为在无线基 站端通过设置一个省电判断模块部分，基于无线收发部分和通信协议控制检 出部分的控制信息，控制无线移动端的数据接收时间和频度，达到减少无线 移动端的激活时间的效果。具体的控制信息是由基于TCP通信协议层的一些 特殊帧和比特，如SYN,FIN,ACK,DATA等不同的帧和时序决定。该方法的 本质是在数据通信过程中减少无线移动端的睡眠时间，而在数据通信较空闲 的状态下增加无线移动端的睡眠时间，从而实现省电的效果。其缺点在于， 省电判断依赖于应用层的协议，如果应用层协议发生变化，该方法将难以适 用。此外，突发性数据传输往往出现在数据通信较空闲的状态下，而此时要 等待无线移动端从睡眠状态中唤醒需要等待较长时间，不适合诸如车载设备 无线监控应用中的实时性要求高的应用。

日本公开特许公报的特开2005-124159在符合IEEE802.11标准的基础 上，为达成语音数据实时传输性提高和省电效果，在基站端广播帧中设置相 应参数（Bitmap和TIM信息），将对该广播帧进行应答的无线移动端的设备 列入Ps-polling列表，给这些无线移动端的设备分配相应的时间块，在这些 时间块内与相应的无线移动端进行数据收发。而无线移动端在接收到广播帧 后通过相应参数推算出本设备的睡眠和激活时间周期，从而在保证语音数据 传输带宽的前提下，最大程度地允许无线设备进入睡眠状态。该专利的缺点 在于该方法要求及基站端和无线移动端的双方具有相同的无线链路层传输 算法，这对于与市场上的智能手机来说很困难，因为一般只对智能手机的应 用层进行开发，无线链路层是具有通用接口的第三方产品，无法保证具有该 传输算法。

日本公开特许公报的特开2007-060637提到了基站端和移动无线终端之 间的数据帧在特定的服务时间段开始的时候进传输，而该服务时间段的开始 时间是由基站端和移动无线终端在事先进行协商而定。该方法减少了由于无 线终端处于睡眠而导致的基站端数据帧的重传。但是该方法不适合诸如车载 设备无线监控应用中的突发性要求高的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法， 通过定义多个睡眠层次以及相应的唤醒周期，同时又能够兼容不同的移动终 端，克服了现有技术中兼容性较差、实时性不强的缺点，从而实现本发明的 目的。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法，包括以下步骤：

1）根据基站端的网络应用层软件以及计时器信息向无线链路层协议栈 发出控制参数，使得无线链路层协议栈定期地向无线移动终端发送TIM信息 以及DTIM信息；

2）在无线终端内定义一活动周期以及相对于该活动周期、睡眠程度由 浅入深的若干层唤醒周期，当无线终端接收到DTIM信息时，则向基站端询 问是否有数据通信，其中：

当处于活动周期且有数据通信时，则直接进行数据通信；无数据通信时 则在一端时间后迁移至唤醒周期；

当处于唤醒周期且有数据通信时，则直接迁移至活动周期；无数据通信 时则继续停留在当前唤醒周期，或者迁移至更深睡眠程度的唤醒周期；

3）设置DTIM的周期参数，使得无线链路层协议栈在活动周期以及不 同的唤醒周期内发送不同间隔周期的DTIM。

在本发明的一个优选实施例中，无线终端设定有至少两层唤醒周期，包 括至少一层浅睡眠周期以及一层深睡眠周期，浅睡眠周期对数据通信的响应 时间快于深睡眠周期；

活动周期、唤醒周期的迁移关系为：活动周期的迁移只能是由当前周期 至浅睡眠周期，浅睡眠周期的迁移可以是由当前周期至活动周期或者深睡眠 周期，而深睡眠周期的迁移只能是由当前周期至活动周期；

在发生数据通信时，无线移动端保持在活动周期；在未发生数据通信时， 无线终端将由活动周期向浅睡眠周期，或者由浅睡眠周期向深睡眠周期迁 移；深睡眠周期只有在发生数据通信时才向活动周期迁移。

特别需要说明的是，无线移动端处于活动周期时，基站端连续地向移动 端发送DTIM信息；

无线移动端处于浅睡眠周期时，DTIM信息的发送周期有时间间隔间隔；

无线移动端处于深睡眠周期时，DTIM信息的发送周期设有时间间隔， 且该时间间隔大于浅睡眠周期时的发送周期的间隔。

特别需要说明的是，活动周期、唤醒周期中各个周期的持续时间从短到 长依次为：活动周期、浅睡眠周期、深睡眠周期。

在本发明的一个优选实施例中，基站端通过向无线移动端广播带有TIM 信息的Beacon帧，其中DTIM信息按照一定周期规律地夹带在TIM信息中， 无线移动端在接收到DTIM信息后向基站端的无线链路层协议栈发送 PS-Poll帧，询问基站端的Buffer是否存有数据。

本发明的有益效果在于：

具有很强的兼容性，适合于市面上的绝大多数智能手机或者其他移动终 端；无须对符合IEEE802.11的移动终端作特殊设计；在移动终端的节电性 能和响应时间上实现良好的平衡，适用于一些突发性数据传输且数据流量大 小不稳定的实时性强的无线通讯系统。

附图说明

图1为本发明所述的符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法中车载 基站端和无线移动端的结构示意图。

图2为本发明所述的符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法中车载 基站端以及无线移动端发送TIM信息、PS-Poll帧的示意图。

图3为本发明所述的符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法中无线 移动端的活动周期以及若干唤醒周期的迁移示意图。

图4为本发明所述的符合IEEE802.11协议的实时数据传输方法中无线 移动端的活动周期以及若干唤醒周期在发生数据通信时的示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，基站端与无线移动端之间通过各自的无线链路层协议栈进 行无线通讯，通讯协议符合IEEE802.11标准；其中，基站端无线链路层协 议栈由与该基站端的网络应用层软件之间设有控制通道和数据传输通道；本 发明所述的方法为在网络应用层软件与基站端无线链路层协议栈之间的控 制通道上增加一个省电算法，该省电算法根据网络应用层软件以及设于基站 端的计时器信息，发出控制参数给无线链路层协议栈以控制无线移动端的睡 眠行为。

无线移动端通过其内部的无线链路层协议栈接收基站端发出的控制信 息，并与基站端进行数据通信。

在基站端向无线移动端通信的整个过程中，基站端不断地向外广播 Beacon帧，其中每一个Beacon帧都带有周期性的TIM信息（11），该TIM 信息（11）之间设有发送区间（111）；该TIM信息（11）中带有DTIM（12） 信息和Bitmap位图信息。无线移动端在接收TIM信息（11）后，根据TIM 信息（11）中夹带的DTIM信息（12），向基站端发送PS-Poll帧（13），以 询问基站端的buffer中是否存有需要进行无线传输的数据，即每当无线移动 端接收到DTIM信息后，便向基站端发送PS-Poll帧进行数据通讯询问，如 果基站端buffer中有数据，则无线移动端与基站端之间进行无线通讯，buffer 中没有数据则不进行通讯。

如图2所示为一个DTIM周期为4的例子，由图可知，基站端按照一定 频率相无线移动端发送TIM信息，而这些TIM信息中规律地夹带着DTIM 信息；无线移动端接收这些TIM信息，当接收到DTIM信息时，则向基站 端发送一个PS-Poll帧进行是否数据通信的询问；图中的DTIM信息相对于 TIM信息的周期为4，即无线移动端每隔4个TIM信息帧发送一个PS-Poll 帧。

无线移动终端基于其便携性，对省电控制较为严格，在无线移动端内设 立有较为严格的睡眠机制，即在无线移动端内定义了活动周期以及睡眠周 期；众所周知，无线移动端在处于活动周期时，其与基站端之间进行无线通 讯的响应时间很短，同时对电池的消耗也较大，虽然能够应对较大流量的数 据交换，但对于一些较小流量的数据，则存在资源浪费的问题；当无线移动 端处于睡眠周期内时，虽对于电池的消耗很小，但是对于无线通讯的相应较 慢，无法应对一些突发性的数据交换。

如图3所示，本方法对无线移动端的睡眠周期进行定义，将睡眠周期划 分为若干层次，每个层次的睡眠程度依次加强直至无线移动端处于完全的睡 眠状态；在本实施例中，将睡眠周期划分为一个浅睡眠周期和一个深睡眠周 期，浅睡眠周期的睡眠程度低于深睡眠周期。Active表示无线移动端的活动 周期，Sleep1表示浅睡眠周期，Sleep2表示深睡眠周期，这三个周期的迁移 关系为：Active只能向Sleep1迁移，而Sleep1能够向Active或者Sleep2迁 移，Sleep2只能向Active迁移。

在无线移动端与基站端进行无线通讯时：

当无线移动端处于Active时，如果有数据交换，则一直停留在Active， 如果没有数据交换，则在本Active周期停留一段时间(Timel)后迁移至 Sleepl；

当无线移动端处于Sleepl时，如果有数据交换，则迁移至Active；如果 没有数据交换，则在本Sleepl周期停留一段时间(Time2)后迁移至Sleep2；

当无线移动端处于Sleep2时，如果有数据交换，则直接迁移至Active， 不经过Sleepl；如果没有数据交换，则一直停留在本Sleep2周期，直到发生 数据交换。

Sleepl、Sleep2周期仅为本实施例为了便于说明从简划分的两个周期， 本方法可根据实际需要，将睡眠周期划分为多个不同睡眠层次的周期；而从 Active到Sleepl之间的停留时间Timel，以及从Sleepl到Sleep2之间的停 留时间Time2同样也可以更具需要进行调整，相面的表格为在本实施例中所 设置的三个周期的各项参数：

Status DTIM Period Timeout Response Delay Active l Timel=30s <lOOms Sleepl lO Time2=300s <ls Sleep2 30 ∞ <3s

其中，Active的DTIM信息的发送周期为1，即无线移动端处于Active 周期时，基站端连续地发送DTIM信息；在Active期间，无线移动端的响应 时间小于100ms；如果在30s内(Timel)无数据交换，则进入Sleepl；有数 据交换，则停留在本周期；

无线移动端处于Sleepl周期时，基站端发送DTIM信息的周期为10， 即每10个TIM信息帧中含1个DTIM信息帧；处于该周期时，无线移动端 的响应时间小于1s；300s(Time2)内无任何数据交换时，无线移动端处于 进入Sleep2周期，有数据交换，则迁移至Active周期；

无线移动端处于Sleep2周期时，基站端发送DTIM信息的周期为30， 即每30个TIM信息帧中含1个DTIM信息帧；处于该周期时，无线移动端 的响应时间小于3s；无任何数据交换时则一直停留在本Sleep2周期，有数据 交换，则直接移至Active周期。

如图4所示为数据交换时各个周期的迁移状态，在这个例子中，纵轴表 示不同的周期，即Active（10）、Sleep1（20）、Sleep2（30）分别用不同高度 的柱体表示；横轴表示每个周期的持续时间；在没有检测到数据交换时，无 线移动端在经过Time1后从Active（10）迁移至Sleep1（20），然后经过Time2 进入Sleep2（30）；发生数据交换(5)时,Sleep2（30）迁移至Active（10），在 接下来的Time1时间中由于没有数据交换而再次进入Sleep1（20），此时再 次发生数据交换（5），无线移动端则直接迁移至Active（10），即根据数据 交换的历史状况来选择当前的无线移动端应处于哪一个周期，在有较大可能 发生数据交换的阶段，无线移动端采用较短的周期，在较小可能发生数据交 换的阶段则采用较长的周期。

由于本方法建立在网络应用层软件与无线链路层协议栈的控制通道上， 且无线通讯基于目前广泛采用的IEEE802.11协议，只要相对应的无线移动 端安装对应的应用层的软件，即可实现无线通讯，具有良好的兼容性，适合 应用于市场上销售的普通智能手机或者其他便携终端。

再者，由于将无线移动端的睡眠层次划分为多个由浅入深的睡眠层次， 在无线移动端对于基站端的响应时间、以及无线移动端的电池消耗上达到了 良好侧平衡，适用于实时性强的通信系统。

本方法适用于多种无线通讯系统，如车载设备与手持移动端，其中车基 站端的设备作为一个无线局域网的基站端或者接入点，而作为无线移动端的 是装载有应用层的软件的手机端，而手机上的无线通信模块以及其中运行的 无线链路层协议栈由各个厂家自己选定，两者通过标准的IEEE802.11进行 通信。

此外，本方法还适用于其他无线通讯系统诸如自动门控制、对一些设施 的无线控制等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。