Munmun Talukder和Jiang Xie来自美国北卡罗来纳大学夏洛特分校,他们的研究论文“Enhanced Coordinated Spatial Reuse: Bidirectional Multiple AP Coordination for IEEE 802.11be”发表于2023年IEEE国际通信会议(ICC)的移动与无线网络研讨会。这篇论文属于类型a,即报告了一项原创性研究。
学术背景
随着Wi-Fi的普及,其在提供高效宽带互联网连接方面的能力得到了广泛认可。然而,当多个基本服务集(BSSs)部署在同一区域时,新的问题出现了:接入点(AP)之间的竞争和同频干扰增加,导致整体吞吐量下降和应用程序延迟增加。特别是对带宽需求大且低延迟的应用(如虚拟现实、增强现实、在线游戏和视频流媒体)的兴起,使得解决这一问题变得尤为迫切。IEEE 802.11be工作组(TGbe)提出了协调空间复用(CSR)这一新特性,允许多个AP通过协调进行并发传输,从而减少AP间的竞争和同频干扰。然而,现有的CSR算法采用单向协调机制,即发起CSR的AP以其最大功率传输,而其他AP则相应地优化其传输功率,这导致其他AP的吞吐量较低。为了解决这一问题,本文提出了一种新的双向CSR算法——增强协调空间复用(ECSR),通过设置适当的干扰容忍限制,协作确定所有AP的传输功率。
研究流程
本研究分为多个步骤,详细描述了ECSR的操作流程。首先,每个AP在加入网络后广播控制消息,以发现其传输范围内的其他支持ECSR的AP。接着,首先访问信道的AP启动ECSR。每个AP仅在检测到来自其他AP的重叠BSS(OBSS)传输时遵循ECSR协议。ECSR操作分为六个步骤:
1. ECSR能力公告:每个AP广播信标帧,以发现其他支持ECSR的AP,并获取邻居AP列表。
2. RSSI测量指令:每个AP与关联的站点(STA)共享邻居AP列表,并指示其测量来自关联AP和邻居AP的接收信号强度指示(RSSI)。
3. RSSI测量与报告:STA开始测量列表中所有AP的RSSI,并在AP请求时报告测量结果。
4. ECSR公告:当AP赢得信道时,它通过发送ECSR设置帧启动ECSR传输,其他准备加入ECSR的AP通过发送ECSR响应帧进行回复。
5. ECSR触发:共享AP根据收集到的RSSI和传输功率信息,计算所有AP的CSR阈值(CR)和新的传输功率(CP),并发送ECSR触发帧。
6. ECSR数据传输:共享AP根据ECSR触发帧中的指令设置传输参数,并开始数据传输。
主要结果
研究结果表明,ECSR在密集企业场景中显著提高了吞吐量。与传统载波侦听多路访问(CSMA)技术相比,ECSR的吞吐量提高了三倍;与现有单向CSR相比,吞吐量提高了四倍。此外,参与ECSR传输的所有站点均未出现低吞吐量的情况。通过设置适当的CSR阈值,ECSR确保了所有AP的并发传输,同时避免了相互干扰。
结论
本文提出的ECSR算法通过协作确定所有AP的传输功率,显著提高了密集Wi-Fi网络中的吞吐量。与现有技术相比,ECSR不仅减少了AP间的竞争和同频干扰,还确保了所有参与传输的站点获得足够的信号噪声比(SNR)。该研究为下一代Wi-Fi 7(IEEE 802.11be)的部署提供了重要参考,特别是在高密度网络环境中。
研究亮点
本研究的创新点在于提出了首个双向多AP协调的CSR算法,并通过实验验证了其在密集部署场景中的高效性。ECSR通过动态设置CSR阈值,优化了所有AP的传输功率,从而最大化并发传输的数量。此外,ECSR的低复杂度设计使其在实际应用中具有较高的可行性。
其他有价值的内容
研究还详细分析了CSR阈值对吞吐量的影响,并通过实验验证了在不同模拟场景中,CSR阈值的选择对吞吐量的影响。研究结果表明,适当的CSR阈值能够显著提高网络性能,而过低或过高的CSR阈值则会导致吞吐量下降。