СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДОСТУПА К КАНАЛУ В СИСТЕМЕ WLAN
METHOD AND DEVICE FOR ACCESSING CHANNEL IN WLAN SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе беспроводной связи и в частности к способу и устройству для осуществления доступа к каналу в системе WLAN.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В результате развития технологий передачи информации в последнее время были разработаны различные технологии беспроводной связи. Из перечня таких технологий, WLAN является технологией, которая позволяет осуществлять беспроводной доступ к интернету дома, на работе или в конкретных зонах предоставления услуг с использованием мобильного терминала, например, карманного персонального компьютера (КПК), портативного компьютера и портативного мультимедийного проигрывателя (PMP), на основе радиочастотной технологии.
Для преодоления ограничений скорости связи, которое считается слабым местом WLAN, последние технические стандарты предусматривают систему, способную повысить скорость и надежность сети, в то же время расширяя зону покрытия беспроводной сети. Например, IEEE 802.11n поддерживает высокую пропускную способность (HT) с максимальной скоростью обработки данных 540 мбит/с. Кроме того, предложена технология множества вводов и множества выводов (MIMO), где применяется множество антенн для передатчика и приемника для минимизации ошибок передачи и для оптимизации скорости передачи данных.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Технология межмашинной (M2M) связи рассмотрена как технология связи нового поколения. Технический стандарт для поддержки M2M-связи в системе WLAN IEEE 802.11 также разрабатывается в качестве IEEE 802.11ah. В M2M-связи, можно рассматривать сценарий нерегулярной/ого передачи/приема малого объема данных с низкой скоростью в окружении, включающем в себя большое количество устройств.
Связь в системе WLAN осуществляется в среде, совместно используемой всеми устройствами. Если количество устройств возрастает, как в случае M2M-связи, расходование одним устройством значительного времени для доступа к каналу может снижать производительность системы в целом и препятствовать энергосбережению на каждом устройстве.
Задача настоящего изобретения, призванного решить данную проблему, состоит в новом способе доступа к каналу для сокращения времени, необходимого для осуществления доступа к каналу и снижения энергопотребления устройства.
Задачи настоящего изобретения не ограничиваются вышеупомянутыми задачами, и другие задачи настоящего изобретения, не упомянутые выше, будут понятны специалистам в данной области техники по ознакомлении с нижеследующим описанием.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Задачу настоящего изобретения можно решить за счет обеспечения способа осуществления доступа к каналу на по меньшей мере одной станции (STA) системы беспроводной связи, включающий в себя этапы, на которых принимают, от точки доступа (AP), первый кадр, содержащий элемент карты индикации трафика (TIM) и элемент набора параметров окна ограниченного доступа (RAW), определяют RAW, разрешающее STA осуществлять доступ к каналу на основании элемента набора параметров RAW (RPS), и передают второй кадр на AP в определенном RAW, причем RAW включает в себя по меньшей мере один слот, и элемент RPS включает в себя по меньшей мере одно поле назначения RAW, причем каждое из по меньшей мере одного поля назначения RAW включает в себя поле длительности RAW и поле длительности слота, и при этом индекс слота, назначенный STA, определяется на основании идентификатора ассоциации (AID) STA и количества слотов в RAW.
В другом аспекте настоящего изобретения предусмотрена станция (STA) для осуществления доступа к каналу в системе беспроводной связи, включающая в себя приемопередатчик и процессор, причем процессор выполнен с возможностью принимать, от точки доступа, первый кадр, содержащий элемент карты индикации трафика (TIM) и элемент набора параметров окна ограниченного доступа (RAW), с использованием приемопередатчика, определять RAW, разрешающее STA осуществлять доступ к каналу на основании элемента набора параметров RAW (RPS), и передавать второй кадр на точку доступа (AP) в определенном RAW с использованием приемопередатчика, причем RAW включает в себя по меньшей мере один слот, и элемент RPS включает в себя по меньшей мере одно поле назначения RAW, причем каждое из по меньшей мере одного поля назначения RAW включает в себя поле длительности RAW и поле длительности слота, и при этом индекс слота, назначенный STA, определяется на основании идентификатора ассоциации (AID) STA и количества слотов в RAW.
Варианты осуществления согласно вышеупомянутым аспектам настоящего изобретения могут включать в себя следующие общие детали.
slot
RAW
Индекс (i) слота можно определить на основании следующего уравнения: , где  может иметь значение, определяемое на основании AID, N может обозначать количество слотов, и mod может обозначать операцию по модулю.
RAW
RAW
slot
RAW
slot
N=T/T, где T может определяться значением поля длительности RAW, и T определяется полем длительности слота.
Каждое из по меньшей мере одного поля назначения RAW может дополнительно включать в себя поле, указывающее, ограничен ли доступ к каналу только STA, которым адресован поисковый вызов, причем когда поле указывает, что доступ к каналу ограничен только STA, которым адресован поисковый вызов,  можно определить на основании индекса позиции бита AID в элементе TIM.
Когда поле не указывает, что доступ к каналу ограничен только STA, которым адресован поисковый вызов,  можно определить на основании AID STA.
Поле длительности слота может указывать длительность по меньшей мере одного слота, имеющего такое же значение в RAW.
Каждое из по меньшей мере одного поля назначения RAW может дополнительно включать в себя поле группы RAW и поле времени начала RAW.
Поле группы RAW может указывать AID STA, которым разрешен доступ к каналу в RAW.
Можно определить, принадлежит ли STA группе, указанной полем группы RAW.
Каждое из по меньшей мере одного поля назначения RAW может дополнительно включать в себя поле межслотовой границы.
Поле межслотовой границы может указывать разрешено ли передаче, осуществляемой STA, пересекать границу слота.
STA может работать в состоянии ожидания до указанного времени, и переходить в активное состояние в указанное время, причем доступ к каналу в RAW разрешен в указанное время.
Первым кадром может быть кадр маяка, и вторым кадром может быть кадр энергосберегающего (PS) опроса или кадр триггера.
Второй кадр может передаваться в RAW на основе расширенного распределенного доступа к каналу (EDCA).
Вышеприведенное общее описание и нижеследующее подробное описание настоящего изобретения призваны иллюстрировать и дополнять утверждения, присутствующие в формуле изобретения.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, можно обеспечить новые способ и устройство доступа к каналу для сокращения времени, необходимого для осуществления доступа к каналу и снижения энергопотребления устройства.
Результаты, которые можно получить из настоящего изобретения, не ограничиваются вышеупомянутыми результатами, и из приведенных ниже описаний специалистам в данной области техники могут быть отчетливо понятны другие результаты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопровождающие чертежи, которые призваны обеспечивать дополнительное понимание настоящего изобретения, демонстрируют различные варианты осуществления настоящего изобретения и, совместно с описаниями в этом описании изобретения, служат для объяснения принципа изобретения.
Фиг. 1 - схема, демонстрирующая иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение.
Фиг. 2 - схема, демонстрирующая другую иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение.
Фиг. 3 - схема, демонстрирующая еще одну иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение.
Фиг. 4 - схема, демонстрирующая иллюстративную структуру системы WLAN.
Фиг. 5 иллюстрирует процесс установления линии связи в системе WLAN.
Фиг. 6 иллюстрирует процесс откладывания передачи.
Фиг. 7 иллюстрирует скрытый узел и открытый узел.
Фиг. 8 иллюстрирует RTS и CTS.
Фиг. 9 иллюстрирует операцию управления мощностью.
Фиг. 10 - 12 подробно иллюстрируют операции станции (STA), принявшей TIM.
Фиг. 13 иллюстрирует AID на групповой основе.
Фиг. 14 иллюстрирует традиционный способ доступа к каналу на основе TIM.
Фиг. 15 иллюстрирует основной принцип способа доступа к каналу на основе слотов.
Фиг. 16 демонстрирует иллюстративный формат IE RPS.
Фиг. 17 иллюстрирует конфигурацию RAW согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 18 иллюстрирует доступ к каналу на основе слотов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 19 иллюстрирует доступ к каналу на основе слотов согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 20 иллюстрирует назначение многоадресного/широковещательного слота в RAW согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 21 иллюстрирует назначение многоадресного/широковещательного слота в RAW согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 22 иллюстрирует способ доступа к каналу согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 23 - блок схема, демонстрирующая радиочастотное устройство согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Перейдем к подробному рассмотрению иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которых представлены на сопровождающих чертежах. Подробное описание, приведенное ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, призвано пояснять иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, а не представлять все варианты осуществления, которые можно реализовать согласно изобретению. Нижеследующее подробное описание включает в себя конкретные детали для обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области очевидно, что настоящее изобретение можно осуществлять на практике без таких конкретных деталей.
Варианты осуществления, описанные ниже, построены путем комбинирования элементов и признаков настоящего изобретения в заданной форме. Элементы или признаки можно рассматривать выборочно, если явно не указано обратное. Каждый из элементов или признаков можно реализовать без комбинирования с другими элементами. Кроме того, некоторые элементы и/или признаки можно комбинировать для конфигурирования варианта осуществления настоящего изобретения. Последовательность операций, рассмотренная в вариантах осуществления настоящего изобретения, может изменяться. Некоторые элементы или признаки одного варианта осуществления также могут быть включены в другой вариант осуществления или заменены соответствующими элементами или признаками другого варианта осуществления.
Конкретные термины используются в нижеследующем описании для лучшего понимания настоящего изобретения. Такие конкретные термины могут принимать другие формы в пределах технического объема или сущности настоящего изобретения.
В ряде случаев, общеизвестные структуры и устройства опущены во избежание затемнения принципов настоящего изобретения, и важные функции структур и устройств могут быть, в основном, проиллюстрированы в форме блок-схем. По мере возможности, на протяжении чертежей будут использоваться одинаковые ссылочные позиции для обозначения одинаковых частей.
Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения опираются на документы стандартов, раскрытые для по меньшей мере одной из системы Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) 802, системы проекта партнерства третьего поколения (3GPP), системы проекта долгосрочного развития систем связи 3GPP (LTE), системы LTE-Advanced (LTE-A) и системы 3GPP2, которые являются системами беспроводного доступа. Таким образом, этапы или части, которые не описаны для наглядного выявления технической сущности настоящего изобретения в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут поддерживаться вышеупомянутыми документами. Вся используемая здесь терминология может поддерживаться по меньшей мере одним из вышеупомянутых документов.
Нижеследующие варианты осуществления настоящего изобретения можно применять к различным технологиям беспроводного доступа например, CDMA (множественный доступ с кодовым разделением), FDMA (множественный доступ с частотным разделением), TDMA (множественный доступ с временным разделением), OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением)и SC-FDMA (множественный доступ с частотным разделением с одной несущей). CDMA можно реализовать посредством технологии радиосвязи, например UTRA (универсальный наземный радиодоступ) или CDMA2000. TDMA можно реализовать посредством технологии радиосвязи например GSM (глобальной системы мобильной связи)/GPRS (общей радиослужбы пакетной передачи)/EDGE (повышенные скорости передачи данных развития GSM). OFDMA можно реализовать посредством технологии радиосвязи например IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20 и E-UTRA (усовершенствованная UTRA). Для наглядности, нижеследующее описание, в основном, посвящено системам IEEE 802.11, но технические признаки настоящего изобретения этим не ограничиваются.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ WLAN
На фиг. 1 показана схема, демонстрирующая иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение.
Структура системы IEEE 802.11 может включать в себя множество компонентов. WLAN, которая поддерживает транспарентную мобильность STA для более высокого уровня, может обеспечиваться взаимодействием между компонентами. Базовый набор служб (BSS) может соответствовать блоку базовых компонентов в LAN IEEE 802.11. На фиг. 1 показано два BSS (BSS1 и BSS2), и каждый из BSS включает в себя две STA в качестве своих членов (т.е. STA1 и STA2 включены в BSS1, и STA3 и STA4 включены в BSS2). На фиг. 1, эллипс, указывающий каждый BSS, можно рассматривать как зону покрытия, в которой STA, включенные в BSS, поддерживают связь. Эта зона может именоваться базовой зоной обслуживания (BSA). Если STA перемещается за пределы BSA, STA не может непосредственно осуществлять связь с другими STA в BSA.
В LAN IEEE 802.11, наиболее распространенным типом BSS является независимый BSS (IBSS). Например, IBSS может принимать минимизированную форму, состоящую из двух STA. BSS (BSS1 или BSS2), показанный на фиг. 1, который является простейшей формой и в котором другие компоненты опущены, может соответствовать типичному примеру IBSS. Такая конфигурация возможна, когда STA могут непосредственно осуществлять связь друг с другом. Этот тип LAN можно конфигурировать, когда LAN необходима, а не запланирована. Эта сеть может именоваться сетью прямого подключения.
Членство STA в BSS может динамически изменяться, когда STA включается или отключается и когда STA входит в или покидает зону BSS. STA может использовать процесс синхронизация для присоединения к BSS, чтобы стать членом BSS. Для осуществления доступа ко всем службам инфраструктуры BSS, STA должна ассоциироваться с BSS. Такая ассоциация может устанавливаться динамически и может предусматривать использование службы системы распространения (DSS).
На фиг. 2 показана схема, демонстрирующая другую иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение. Согласно фиг. 2, в структуру, показанную на фиг. 1, добавлены следующие компоненты: система распространения (DS), среда системы распространения (DSM) и точка доступа (AP).
Прямое расстояние между STA в LAN может ограничиваться производительностью физического уровня (PHY). В ряде случаев, такого ограниченного расстояния может быть достаточно для осуществления связи. Однако, в других случаях, может потребоваться связь между STA на большом расстоянии. DS можно конфигурировать для поддержки расширенного покрытия.
DS представляет собой структуру, в которой BSS соединены друг с другом. В частности, BSS можно конфигурировать как компонент расширенной формы сети, включающей в себя множество BSS, а не присутствующий независимо, как показано на фиг. 1.
DS является логическим понятием и может задаваться характеристиками DSM. В связи с этим, беспроводная среда (WM) и DSM логически отличаются друг от друга в IEEE 802.11. Соответствующие логические среды используются для различных целей и используются различными компонентами. Согласно IEEE 802.11, такие среды не ограничиваются ни одной и той же, ни разными средами. Гибкость архитектуры LAN IEEE 802.11 (архитектуры DS или других сетевых архитектур) можно объяснить тем фактом, что множество сред логически отличаются друг от друга. Таким образом, архитектура LAN IEEE 802.11 может быть реализована по-разному и может независимо задаваться физическим свойством каждой реализации.
DS может поддерживать мобильные устройства за счет обеспечения неразрывной интеграция множества BSS и обеспечения логических служб, необходимых для манипулирования адресом назначения.
AP представляет собой сущность, которая позволяет ассоциированным STA осуществлять доступ к DS через WM и которая имеет функциональные возможности STA. Данные могут перемещаться между BSS и DS через AP. Например, STA2 и STA3, показанные на фиг. 2, имеют функциональные возможности STA и обеспечивают функцию предписания ассоциированным STA (STA1 и STA4) осуществлять доступ к DS. Кроме того, поскольку все AP, в основном, соответствуют STA, все AP являются адресуемыми сущностями. Адрес, используемый AP (точкой доступа) для осуществления связи на WM, не обязан быть идентичным адресу, используемым AP для осуществления связи на DSM.
Данные, передаваемые от одной из STA, ассоциированных с AP, на STA-адрес AP, всегда могут приниматься неуправляемым портом и могут обрабатываться сущностью доступа к порту IEEE 802.1X. После аутентификации управляемого порта, данные (или кадры) могут передаваться на DS.
На фиг. 3 показана схема, демонстрирующая еще одну иллюстративную структуру системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение. Помимо структуры, показанной на фиг. 2, фиг. 3 в обобщенном виде демонстрирует расширенный набор служб (ESS) для обеспечения широкого покрытия.
Из DS и BSS можно построить беспроводную сеть произвольного размера и сложности. В системе IEEE 802.11, этот тип сети именуется сетью ESS. ESS может соответствовать набору BSS, подключенных к одной DS. Однако ESS не включает в себя DS. Сеть ESS отличается тем, что уровень управления логическим соединением (LLC) видит сеть ESS как сеть IBSS. STA, входящие в состав ESS, могут осуществлять связь друг с другом, и, на уровне LLC, мобильные STA могут транспарентно переходить из одного BSS в другой BSS (в одном и том же ESS).
Что касается относительных физических положений наборов BSS на фиг. 3, IEEE 802.11 не предполагает никакого размещения, и возможны все нижеследующие размещения. BSS могут частично перекрываться, и это позиционное размещение, в общем случае, используется для обеспечения непрерывного покрытия. Кроме того, BSS могут не соединяться физически, и расстояние между BSS логически не ограничено. BSS могут находиться в одной и той же физической позиции и это позиционное размещение может использоваться для обеспечения избыточности. Одна (или по меньшей мере одна) сеть IBSS или ESS может физически присутствовать в одном пространстве как одна (или по меньшей мере одна) сеть ESS. Это может соответствовать форме, принимаемой сетью ESS в случае, когда сеть прямого подключения работает в положении, где присутствует сеть ESS, в случае, когда сети IEEE 802.11 разных организаций физически перекрываются, или в случае, когда в одном и том же положении необходимы две или более разных политик доступа и безопасности.
На фиг. 4 показана схема, демонстрирующая иллюстративную структуру системы WLAN. Фиг. 4 демонстрирует иллюстративную инфраструктуру BSS, включающую в себя DS.
В примере, показанном на фиг. 4, BSS1 и BSS2 составляют ESS. В системе WLAN, STA является устройством, работающим согласно предписанию MAC/PHY IEEE 802.11. STA включают в себя станции AP-STA и станции не-AP-STA. Станции не-AP-STA соответствуют таким устройствам, как портативные компьютеры или мобильные телефоны, которыми, в общем случае, манипулируют непосредственно пользователи. В примере, показанном на фиг. 4, STA 1, STA 3 и STA 4 соответствуют станциям не-AP-STA, и STA 2 и STA 5 соответствуют станциям AP-STA.
В нижеследующем описании, не-AP-STA может именоваться терминалом, беспроводным приемопередающим блоком (WTRU), пользовательским оборудованием (UE), мобильной станцией (MS), мобильным терминалом или мобильной абонентской станцией (MSS). AP это понятие, соответствующее базовой станции (BS), Node-B, усовершенствованному Node-B (e-NB), базовой приемопередающей системе (BTS), или фемто-BS в других областях беспроводной связи.
ПРОЦЕСС УСТАНОВЛЕНИЯ ЛИНИИ СВЯЗИ
Фиг. 5 иллюстрирует общий процесс установления линии связи.
Для установления линии связи в отношении сети и передачи/приема данных по сети, STA должна осуществлять обнаружение и аутентификацию сети, устанавливать ассоциацию и осуществлять процедуру аутентификации для безопасности. Процесс установления линии связи также могут именоваться процессом инициирования сеанса или процессом установления сеанса. Кроме того, этапы обнаружения, аутентификации, ассоциирования и настройки безопасности в процессе установления линии связи можно совместно называть этапом ассоциирования в общем смысле.
Далее иллюстративный процесс установления линии связи будет описан со ссылкой на фиг. 5.
На этапе S510, STA может осуществлять операцию обнаружения сети. Операция обнаружения сети может включать в себя операцию сканирования STA. Таким образом, станции STA нужно искать доступную сеть для осуществления доступа к сети. Станции STA нужно идентифицировать совместимую сеть, прежде чем подключиться к беспроводной сети. При этом процесс идентификации сети, содержащейся в конкретном районе, именуется сканированием.
Операция сканирования подразделяется на активное сканирование и пассивное сканирование.
Фиг. 5 иллюстративно демонстрирует операцию обнаружения сети, включающую в себя процесс активного сканирования. В случае активного сканирования, STA, выполненная с возможностью осуществлять сканирование, передает кадр пробного запроса и ожидает ответа на кадр пробного запроса, для переключения между каналами и поиск близлежащих AP. Ответчик передает кадр пробного ответа на STA, передавшую кадр пробного запроса, в ответ на кадр пробного запроса. При этом ответчиком может быть последняя STA, передавшая кадр маяка в BSS сканированного канала. В BSS, AP передает кадр маяка, и, таким образом, AP играет роль ответчика. В IBSS, STA в IBSS по очереди передают кадр маяка, и таким образом ответчик не является фиксированным. Например, STA, передавшая кадр пробного запроса на канале #1 и принявшая кадр пробного ответа на канале #1, может сохранять информацию, относящуюся к BSS, которая содержится в принятом кадре пробного ответа и переходить к следующему каналу (например, каналу #2) для осуществления сканирования (т.е. передачи/приема пробного запроса/ответа на канале #2) таким же образом.
Хотя это не показано на фиг. 5, сканирование может осуществляться в режиме пассивного сканирования. При осуществлении операции пассивного сканирования, STA, чтобы осуществлять сканирование, ожидает кадра маяка, переходя с одного канала на другой. Кадр маяка, который является одним из кадров управления в IEEE 802.11, периодически передается, чтобы информировать о присутствии беспроводной сети и разрешать STA осуществлять сканирование для нахождения беспроводной сети и подключения к беспроводной сети. В BSS, AP периодически передает кадр маяка. В IBSS STA из IBSS по очереди передают кадр маяка. Когда STA, осуществляющая сканирование, принимает кадр маяка, STA сохраняет информацию о BSS, содержащуюся в кадре маяка, и переходит к следующему каналу. Таким образом, STA записывает информацию кадра маяка, принятую на каждом канале. STA, принявшая кадр маяка, сохраняет информацию, относящуюся к BSS, содержащуюся в принятом кадре маяка, и затем переходит к следующему каналу и осуществляет сканирование таким же образом.
Если сравнивать активное сканирование и пассивное сканирование, активное сканирование является преимущественным, чем пассивное сканирование в отношении задержки и энергопотребления.
Когда STA обнаруживает сеть, STA может осуществлять аутентификацию на этапе S520. Этот процесс аутентификации может именоваться первой аутентификацией, которая явно отличается от операции настройки безопасности, осуществляемой на этапе S540, который будет описано ниже.
Процесс аутентификации может включать в себя передачу, посредством STA, кадра запроса аутентификации на AP и передачу, посредством AP, кадра ответа аутентификации на STA в ответ на кадр запроса аутентификации. Кадр аутентификации, используемый при передаче запроса/ответа аутентификации, может соответствовать кадру управления.
Кадр аутентификации может содержать информацию о номере алгоритма аутентификации, порядковом номере транзакции аутентификации, коде статуса, тексте вызова, сети повышенной безопасности (RSN), конечной циклической группе и т.д. Эта информация, которая является примером информации, которая может содержаться в кадре запроса/ответа аутентификации, может быть заменена другой информацией или включать в себя дополнительную информацию.
STA может передавать кадр запроса аутентификации на AP. AP может определять, аутентифицировать ли STA, на основании информации, содержащейся в принятом кадре запроса аутентификации. AP может сообщать результат аутентификации на STA в кадре ответа аутентификации.
После успешной аутентификации STA, на этапе S530 может проводиться процесс ассоциирования. Процесс ассоциирования может включать в себя этапы передачи, посредством STA, кадра запроса ассоциирования на AP и, в ответ, передачи, посредством AP, кадра ответа ассоциирования на STA.
Например, кадр запроса ассоциирования может включать в себя информацию, связанную с различными возможностями, интервал прослушивания маяка, идентификатор набора служб (SSID), поддерживаемые скорости, поддерживаемые каналы, RSN, домен мобильности, поддерживаемые классы работы, широковещательный запрос карты индикации трафика (TIM), служебные возможности взаимодействия, и т.д.
Например, кадр ответа ассоциирования может включать в себя информацию, связанную с различными возможностями, код статуса, ID ассоциации (AID), поддерживаемые скорости, набор параметров расширенного распределенного доступа к каналу (EDCA), индикатор мощности принятого канала (RCPI), индикатор зашумленности принятого сигнала (RSNI), домен мобильности, интервал простоя (время возврата ассоциации), параметр сканирования BSS с перекрыванием, широковещательный ответ TIM, карту QoS, и т.д.
Вышеупомянутая информация, которая соответствует некоторым частям информации, которые могут содержаться в кадре запроса/ответа ассоциирования, может быть заменена другой информацией или включать в себя дополнительную информацию.
После успешного ассоциирования STA с сетью, на этапе S540 может осуществляться процесс настройки безопасности. Процесс настройки безопасности, осуществляемый на этапе S540, может именоваться процессом аутентификации на основании запроса/ответа ассоциации сети повышенной безопасности (RSNA). Процесс аутентификации, осуществляемый на этапе S520, может именоваться первым процессом аутентификации, и процесс настройки безопасности, осуществляемый на этапе S540, может именоваться просто процессом аутентификации.
Процесс настройки безопасности, осуществляемый на этапе S540, может включать в себя, например, процессом осуществления задания личного ключа на основании 4-кратного квитирования посредством кадра расширяемого протокола аутентификации по LAN (EAPOL). Кроме того, процесс настройки безопасности может осуществляться с использованием другой схемы безопасности, не заданной в стандартах IEEE 802.11.
РАЗВИТИЕ WLAN
Для преодоления ограничения скорости связи WLAN, недавно был установлен IEEE 802.11n в качестве стандарта связи. IEEE 802.11n призван повышать скорость и надежность сети, а также расширять покрытие беспроводной сети. В частности, IEEE 802.11n поддерживает высокую пропускную способность (HT) при максимальной скорости обработки данных 540 мбит/с, и основан на технологии множества вводов и множества выводов (MIMO) в которой множество антенн используются на передатчике и на приемнике.
С распространением технологии WLAN и диверсификацией применений WLAN, возникла необходимость в разработке новой системы WLAN, способной поддерживать более высокую пропускную способность, чем скорость обработки данных, поддерживаемая стандартом IEEE 802.11n. Система WLAN нового поколения для поддержки очень высокой пропускной способности (VHT) является следующей версией (например, IEEE 802.11ac) системы WLAN IEEE 802.11n и является одной из IEEE 802.11 систем WLAN, недавно предложенных для поддержки скорости обработки данных, большей или равной 1 Гбит/с на обслуживающей точке доступа MAC (MAC SAP).
Для эффективного использования радиочастотного канала, система WLAN нового поколения поддерживает многопользовательскую схему передачи с множеством вводов и множеством выводов (MU-MIMO), в которой множество STA может одновременно осуществлять доступ к каналу. В соответствии со схемой передачи MU-MIMO, AP может одновременно передавать пакеты на по меньшей мере одну MIMO-спаренную STA.
Кроме того, рассматривается технология для поддержки операций системы WLAN в свободном частотном диапазоне. Например, технология для внедрения системы WLAN в частотный диапазон, свободный от телевизионного сигнала (TV WS), например, полосу частот (например, полосу от 54 МГц до 698 МГц), оставшуюся незанятой вследствие перехода с аналогового телевидения к цифровому телевидению, рассмотрена в рамках стандарта IEEE 802.11af. Однако это просто иллюстративный пример, и свободный частотный диапазон можно рассматривать как лицензированную полосу, которую, в основном, использует лицензированный пользователь. Лицензированный пользователь это пользователь, которому разрешено использовать лицензированную полосу, и также может именоваться лицензированным устройством, основным пользователем, ответственным пользователем и т.п.
Например, AP и/или STA, работающий в свободном частотном диапазоне (WS), должна обеспечивать функцию защиты лицензированного пользователя. Например, в случае, когда лицензированный пользователь, например микрофон, уже использует конкретный канал WS, который находится в полосе частот, разделенной согласно предписанию иметь конкретную ширину полосы в полосе WS, AP и/или STA не разрешено использовать полосу частот, соответствующую каналу WS, для защиты лицензированного пользователя. Кроме того, AP и/или STA должна прекратить использование полосы частот для передачи и/или приема текущего кадра, когда лицензированный пользователь использует эту полосу частот.
Соответственно, AP и/или STA нужно предварительно проверить, возможно ли использование конкретной полосы частот в полосе WS, а именно, работает ли лицензированный пользователь в полосе частот. Проверка, работает ли лицензированный пользователь в конкретной полосе частот, именуется измерением спектра. В качестве механизмов измерения спектра используются схема обнаружения энергии, схема обнаружения сигнатуры и пр. AP и/или STA может определить, что лицензированный пользователь использует конкретную полосу частот, если интенсивность принятого сигнала превышает заданное значение, или при обнаружении преамбулы DTV.
Технология межмашинной (M2M) связи рассмотрена как технология связи нового поколения. Также разрабатывается технический стандарт IEEE 802.11ah для поддержки M2M-связи в системе WLAN IEEE 802.11. M2M-связь, которая представляет схему связи с участием одной или более машин, также может именоваться связью машинного типа (MTC) или межмашинной (M2M) связью. При этом машина может представлять сущность, которая не требует непосредственной манипуляции или вмешательства пользователя. Например, не только счетчик или торговый автомат, оборудованный модулем беспроводной связи, но и пользовательское оборудование, например, смартфон, способный осуществлять связь, автоматически осуществляя доступ к сети без манипуляции/вмешательства со стороны пользователя, может быть примером машин. M2M-связь может включать в себя связь между двумя устройствами (D2D) и связь между устройством и сервером приложений. В качестве примеров связи между устройством и сервером приложений можно указать: связь между торговым автоматом и сервером приложений, связь между устройством торговой точки (POS) и сервером приложений и связь между электрическим счетчиком, газовым счетчиком или водяным счетчиком и сервером приложений. Приложения на основе M2M-связи могут включать в себя приложения безопасности, транспортировки и здравоохранения. Рассматривая характеристики вышеупомянутых примеров приложений, M2M-связь должна поддерживать нерегулярную/ый передачу/прием малого объема данных с низкой скоростью в окружении, включающем в себя большое количество устройств.
В частности, M2M-связь должна поддерживать большое количество STA. Хотя современная система WLAN предполагает, что одна AP ассоциирована с до 2007 станциями (STA), в отношении M2M-связи были рассмотрены различные способы поддержки других случаев, в которых гораздо больше STA (например, около 6000 STA) ассоциированы с одной AP. Кроме того, предполагается, что будет существовать много приложений, поддерживающих/требующих низкую скорость переноса в M2M-связи. Чтобы гладко поддерживать большое количество STA, STA в системе WLAN может распознавать наличие или отсутствие данных, подлежащих передаче на них, на основании карты индикации трафика (TIM), и рассматривалось несколько способов уменьшения размера битовой карты TIM. Кроме того, предполагается, что будет большой объем данных трафика, имеющих очень длинный интервал передачи/приема в M2M-связи. Например, в +M2M-связи, очень малый объем данных, например, измерения электричества/газа/воды требуется передавать и принимать с большими интервалами (например, каждый месяц). Кроме того, в M2M-связи, операция STA осуществляется согласно команде, поступающей по нисходящей линии связи (т.е. линии связи от AP на не-AP-STA), и, в результате, данные передаются по восходящей линии связи (т.е. линия связи от не-AP-STA на AP). Соответственно, в M2M-связи, для передачи большинства данных, в основном, используется усовершенствованная схема связи на восходящей линии связи. Кроме того, STA M2M обычно работает с использованием батареи, пользователь нередко испытывает затруднения, связанные с частой зарядкой батареи. Соответственно, требуется гарантировать длительный срок службы путем минимизации расходования батарея. Кроме того, предполагается, что пользователю будет трудно непосредственно манипулировать станцией STA M2M в конкретной ситуации, и, таким образом, STA M2M требуется иметь функцию самовосстановления. Соответственно, были рассмотрены способы эффективной поддержки случая, когда очень малое количество STA имеет кадр данных для приема от AP в течение одного периода маяка, в то время как количество STA, подлежащих ассоциированию с одной AP, возрастает в системе WLAN, и для снижения энергопотребления STA.
Как описано выше, технология WLAN быстро развивается, и разрабатываются не только вышеупомянутые иллюстративные методы, но и другие методы непосредственного установления линии связи, повышения пропускной способности для медиапотока, поддержки высокоскоростного и/или крупномасштабного первоначального установления сеанса и поддержки увеличенной ширины полосы и рабочей частоты.
WLAN, работающая на частотах ниже 1 ГГц (в субгигагерцевом диапазоне).
Как описано выше, рассматривается стандарт IEEE 802.11ah, где в качестве случаев использования рассматривается M2M-связь. Стандарт IEEE 802.11ah может работать в нелицензированной полосе частот ниже 1 ГГц (субгигагерцевом диапазоне) кроме полосы свободного от телевизионного сигнала частотного диапазона, и имеет еще большее покрытие (например, до 1 км), чем существующая WLAN, которая, в основном, обеспечивает покрытие в помещении. Таким образом, когда WLAN используется в полосе рабочих частот субгигагерцевого диапазона (например, от 700 МГц до 900 МГц), а не на частоте 2.4 ГГц или 5 ГГц, на которой традиционно работает WLAN, покрытие AP возрастает примерно в два-три раза при той же мощности передачи вследствие характеристик распространения этой полосы. В этом случае, большому количеству STA в расчете на AP может быть разрешено осуществлять доступ. Случаи использования, рассматриваемые в стандарте IEEE 802.11ah, сведены в нижеследующую таблицу 1.
Таблица 1
Случай использования 1:
Датчики и счетчики
-
1a: интеллектуальная сеть - опрашиваемый счетчик
-
1c: природоохранный/сельскохозяйственный мониторинг
-
1d: датчики промышленных процессов
-
1e: здравоохранение
-
1f: здравоохранение
-
1g: автоматика в домах/зданиях
-
1h: домашние датчики
Случай использования 2:
Данные магистральных датчиков и счетчиков
-
Магистральная агрегация датчиков
-
Магистральная агрегация промышленных датчиков
Случай использования 3:
Wi-Fi увеличенной дальности
-
Уличная общественная точка доступа увеличенной дальности
-
Уличный Wi-Fi для разгрузки сотового трафика
Согласно случаю использования 1 в таблице 1, датчики/счетчики различных видов могут осуществлять доступ к AP 802.11ah для осуществления M2M-связи. В частности, интеллектуальная сеть разрешает осуществлять доступ к одной AP до 6000 датчикам/счетчикам.
Согласно случаю использования 2 в таблице 1, AP 802.11ah, обеспечивающая широкое покрытие, играет роль магистральной линии связи для других систем, например IEEE 802.15.4g.
Согласно случаю использования 3 в таблице 1, связь посредством уличных общественных точек доступа увеличенной дальности может поддерживаться в уличной системе связи увеличенной дальности, включающей в себя расширенное домашнее покрытие, широкое покрытие студенческого городка и торговые центры. Кроме того, в случае использования 3, AP 802.11ah может служить для снижения перегрузки сотового трафика, поддерживая разгрузку трафика сотовой мобильной связи.
Конфигурацию физического уровня (PHY) для осуществления связи в субгигагерцевом диапазоне, как описано выше, можно реализовать путем применения десятикратного понижения тактовой частоты на существующем PHY IEEE 802.11ac. В этом случае, канальные полосы 20/40/80/160/80+80 МГц в 802.11ac могут обеспечивать, за счет десятикратного понижения тактовой частоты, канальные полосы 2/4/8/16/8+8 МГц в субгигагерцевом диапазоне. Таким образом, защитный интервал (GI) может увеличиваться от 0.8 мкс в 10 раз до 8 мкс. В нижеприведенной таблице 2, пропускная способность PHY 802.11ac сравнивается с пропускной способностью PHY субгигагерцевого диапазона.
Таблица 2
PHY IEEE 802.11ac
PHY субгигагерцевого диапазона с десятикратным понижением тактовой частоты
полоса канала/пропускная способность
полоса канала/пропускная способность
20 МГц/86,7 мбит/с
2 МГц/8,67 мбит/с
40 МГц/200 мбит/с
4 МГц/20 мбит/с
80 МГц/433,3 мбит/с
8 МГц/43,33 мбит/с
160 МГц/866,7 мбит/с
16 МГц/86,67 мбит/с
80+80 МГц/866,6 мбит/с
8+8 МГц/86,66 мбит/с
МЕХАНИЗМ ДОСТУПА К СРЕДЕ
В системе WLAN на основе IEEE 802.11, базовым механизмом доступа уровня управления доступом к среде (MAC) является механизм множественного доступа с измерением несущей и предотвращением конфликтов (CSMA/CA). Механизм CSMA/CA, который также называется функцией распределенного координирования (DCF) MAC IEEE 802.11, в основном, применяет механизм доступа «слушай, прежде чем говорить». В соответствии с этим механизмом доступа, AP и/или STA может осуществлять оценку свободных каналов (CCA), состоящую в измерении радиочастотного канала или среды в течение заданного интервала времени (например, межкадрового промежутка DCF (DIFS)), до передачи данных. Когда в ходе измерения установлено, что среда находится в незанятом состоянии, начинается передача кадра через среду. С другой стороны, когда в ходе измерения установлено, что среда находится в занятом состоянии, AP и/или STA не начинает передачу, но устанавливает время задержки (например, период случайного откладывания передачи) для доступа к среде, и пытается осуществлять передачу кадра, выждав в течение периода. Применение периода случайного откладывания передачи основано на предположении, что множество STA будут выжидать разное время, прежде чем попытаться начать передачу кадра, что приведет к минимизации конфликтов.
Кроме того, протокол MAC IEEE 802.11 обеспечивает функцию гибридного координирования (HCF). HCF основана на DCF и функции точечного координирования (PCF). PCF относится к схеме синхронного доступа на основе опроса, в которой периодически выполняется опрос, чтобы все приемные AP и/или STA могли принять кадр данных. Кроме того, HCF включает в себя расширенный распределенный доступ к каналу (EDCA) и управляемый доступ к каналу HCF (HCCA). EDCA достигается, когда схема доступа, предоставляемая множеству пользователей поставщиком, основана на состязании. HCCA достигается в бессостязательной схеме доступа к каналу, которая применяет механизм опроса. Кроме того, HCF включает в себя механизм доступа к среде для повышения качество обслуживания (QoS) WLAN и может передавать данные QoS в течение как периода состязания (CP), так и периода без состязания (CFP).
Фиг. 6 иллюстрирует процесс откладывания передачи.
Далее, со ссылкой на фиг. 6, будут описаны операции на основе периода случайного откладывания передачи. Если среда переходит из состояния задействованности или занятости в незанятое состояние, несколько STA могут попытаться передать данные (или кадры). Согласно способу минимизации конфликтов, каждая STA выбирает счетчик случайного откладывания передачи, ожидает в течение времени слота, соответствующего выбранному счетчику откладывания передачи, и затем пытается начать передачу. Счетчик случайного откладывания передачи имеет псевдослучайное целочисленное значение и может принимать значение в диапазоне от 0 до CW. При этом CW является значением параметра окна состязания. Хотя параметру CW присваивается начальное значение CWmin, начальное значение может удваиваться в случае неудачной передачи (например, если ACK кадра передачи не принят). Если значение параметра CW равно CWmax, CWmax поддерживается, пока передача данных не увенчается успехом, и одновременно можно пытаться передавать данные. В случае успешной передачи данных, значение параметра CW переустанавливается на CWmin. Предпочтительно, значения CW, CWmin и CWmax задаются равными 2n-1 (где n=0, 1, 2, …).
С началом процесса случайного откладывания передачи, STA непрерывно отслеживает среду, отсчитывая в обратном порядке слот откладывания передачи согласно определенному значению счетчика откладывания передачи. Если среда отслеживается как находящаяся в занятом состоянии, STA останавливает обратный отсчет и ожидает заданное время. Если среда находится в незанятом состоянии, оставшийся обратный отсчет возобновляется.
В примере, показанном на фиг. 6, если пакет, который должна передать STA3, достигает MAC STA3, STA3 может подтвердить, что среда находится в незанятом состоянии в DIFS и сразу же передать кадр. Между тем, другие STA отслеживают состояние занятости среды и работают в дежурном режиме. В ходе работы STA3, каждая из STA1, STA2 и STA5 может иметь данные, подлежащие передаче. Если отслеживается незанятое состояние среды, каждая из STA1, STA2 и STA5 ожидает время DIFS и затем осуществляет обратный отсчет слота откладывания передачи согласно выбранному ими значению счетчика случайного откладывания передачи. В примере, показанном на фиг. 6, STA2 выбирает наименьшее значение счетчика откладывания передачи, и STA1 выбирает наибольшее значение счетчика откладывания передачи. Таким образом, когда STA2 начинает передачу данных по завершении отсчета откладывания передачи, время остаточного откладывания передачи STA5 короче, чем время остаточного откладывания передачи STA1. Каждая из STA1 и STA5 временно останавливает обратный отсчет и ожидает, пока STA2 занимает среду. Когда STA2 перестает занимать среду, и среда возвращается в незанятое состояние, каждая из STA1 и STA5 ожидает заданное время DIFS, и начинает с начала отсчет откладывания передачи. Таким образом, после слота остаточного откладывания передачи, в ходе обратного отсчета времени остаточного откладывания передачи, может начинаться передача кадра. Поскольку время остаточного откладывания передачи STA5 короче, чем у STA1, STA5 начинает передачу кадра. Между тем, STA4 могут получать данные, подлежащие передаче, пока STA2 занимает среду. В этом случае, когда среда находится в незанятом состоянии, STA4 может ожидать время DIFS, осуществлять обратный отсчет согласно значению счетчика случайного откладывания передачи, выбранному станцией STA4, и затем начинать передачу кадра. Фиг. 6, в порядке примера, иллюстрирует случай, когда время остаточного откладывания передачи STA5 случайно оказывается равным значению счетчика случайного откладывания передачи STA4. В этом случае, между STA4 и STA5 может происходить конфликт. Если между STA4 и STA5 происходит конфликт, ни STA4, ни STA5 не принимает ACK, и, соответственно, передача данных терпит неудачу. В этом случае, каждая из STA4 и STA5 может удваивать значение CW, выбирать значение счетчика случайного откладывания передачи и затем осуществлять обратный отсчет. Между тем, STA1 ожидает, пока среда находится в занятом состоянии вследствие передачи, осуществляемой STA4 и STA5. В этом случае, когда среда возвращается в незанятое состояние, STA1 ожидает время DIFS и затем начинает передачу кадра по истечении времени остаточного откладывания передачи.
ОПЕРАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЯ STA
Как описано выше, механизм CSMA/CA включает в себя не только измерение физической несущей, посредством которого AP и/или STA непосредственно измеряют среду, но и измерение виртуальной несущей. Контроль виртуальной несущей осуществляется для решения некоторых проблем (например, проблемы скрытого узла), встречающихся при осуществлении доступа к среде. При измерении виртуальной несущей, MAC системы WLAN может использовать вектор сетевого выделения (NAV). Посредством значения NAV, AP и/или STA, которая использует среду или имеет право использовать среду, указывает, для другой AP и/или другой STA, оставшееся время до момента, когда среда станет доступной. Соответственно, значение NAV может соответствовать зарезервированному периоду, в течение которого AP и/или STA использует среду для передачи кадра. STA, принявшей значение NAV, доступ может запрещаться или откладываться в течение соответствующего периода. NAV можно задавать согласно, например, значению поля длительности в заголовке MAC кадра.
Для снижения вероятности такого конфликта был предложен надежный механизм обнаружения конфликтов. Далее, этот механизм будет описан со ссылкой на фиг. 7 и 8. Фактический диапазон измерения несущей может не быть идентичным диапазону передачи, но для простоты описания предположим, что фактический диапазон измерения несущей идентичен диапазону передачи.
Фиг. 7 иллюстрирует скрытый узел и открытый узел.
Фиг. 7(a) иллюстративно демонстрирует скрытый узел. На фиг. 7(a), STA A осуществляет связь со STA B, и STA C имеет информацию, подлежащую передаче. В частности, когда STA C осуществляет измерение несущей до передачи данных на STA B, STA C может определить, что среда находится в незанятом состоянии даже в ситуации, когда STA A передает информацию на STA B. Дело в том, что передача, осуществляемая станцией STA A (т.е. занятая среда) может не регистрироваться в положении STA C. В этом случае, конфликт может происходить, поскольку STA B одновременно принимает информацию STA A и информацию STA C. В этом случае, STA A можно рассматривать как скрытый узел STA C.
Фиг. 7(b) иллюстративно демонстрирует открытый узел. На фиг. 13(b), STA C имеет информацию, подлежащую передаче на STA D в ситуации, когда STA B передает данные на STA A. В этом случае, STA C может осуществлять измерение несущей и определить, что среда занята вследствие передачи STA B. Таким образом, хотя STA C имеет информацию, подлежащую передаче на STA D, STA C должна ждать, пока среда не перейдет обратно в незанятое состояние, поскольку обнаружено занятое состояние среды. Однако, поскольку STA A фактически располагается вне диапазона передачи STA C, передача от STA C может не конфликтовать с передачей от STA B ввиду STA A, и STA C без необходимости ожидает, пока STA B остановит передачу. В этом случае, STA C можно рассматривать как открытый узел STA B.
Фиг. 8 иллюстрирует RTS и CTS.
Чтобы эффективно использовать механизм предотвращения конфликтов в иллюстративной ситуации, показанной на фиг. 7, можно использовать короткие пакеты сигнализации, например RTS (запрос отправки) и CTS (разрешение отправки). RTS/CTS между двумя STA могут случайно перехватываться близлежащей(ими) STA, что позволяет близлежащей(им) STA судить о том, передается ли информация между двумя STA. Например, если STA, намеревающаяся передать данные, передает кадр RTS на другую STA, которой предстоит принять данные, STA, намеревающаяся принять данные, может передать кадр CTS на близлежащие STA, таким образом, информируя близлежащие STA, что STA собирается принимать данные.
Фиг. 8(a) иллюстративно демонстрирует способ решения проблемы скрытого узла. Способ предполагает ситуации, в которой обе STA A и STA C пытаются передать данные на STA B. Если STA A передает RTS на STA B, STA B передает CTS на STA A и STA C, расположенные вокруг STA B. В результате, STA C ожидает, пока STA A и STA B не остановит передачу данных, что позволяет избежать конфликта.
Фиг. 8(b) иллюстративно демонстрирует способ решения проблемы открытого узла. STA C может случайно перехватывать передачу RTS/CTS между STA A и STA B, таким образом, определяя, что конфликта не произойдет, если она передаст данные на другую STA (например, STA D). Таким образом, STA B может передавать RTS на все близлежащие STA, и передавать CTS только на STA A, которая фактически имеет данные для передачи. Поскольку STA C принимает только RTS, но не может принять CTS STA A, STA C может придти к заключению, что STA A располагается вне диапазона измерения несущей STA C.
УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ
Как описано выше, STA в системе WLAN должны осуществлять измерение канала до осуществления операции передачи/приема. Постоянное осуществление измерения канала обуславливает устойчивое энергопотребление STA. Не существует большой разницы в энергопотреблении между состоянием приема и состоянием передачи, и непрерывное поддержание состояния приема может приводить к большой нагрузке на STA, имеющие ограниченную мощность (т.е. работающие от батареи). Таким образом, если STA поддерживает дежурный режим приема, чтобы постоянно измерять канал, мощность неэффективно расходуется без особых преимуществ в отношении пропускной способности WLAN. Для решения этой проблемы, система WLAN поддерживает режим управления мощностью (PM) STA.
Режим PM STA подразделяется на активный режим и энергосберегающий (PS) режим. STA, в основном, работает в активном режиме. STA, работающая в активном режиме, поддерживает активное состояние. Когда STA находится в активном состоянии, STA может нормально осуществлять передачу/прием кадра, сканирование канала и т.п. С другой стороны, STA в режиме PS работает, переключаясь между состоянием сна (или состоянием ожидания) и активным состоянием. STA в состоянии сна работает с минимальной мощностью и не осуществляет ни передачу/прием кадра, ни сканирование канала.
По мере того, как время, в течение которого STA работает в состоянии сна, возрастает, энергопотребление STA снижается, и, соответственно, возрастает длительность работы STA. Однако, поскольку в состоянии сна не разрешено передавать и принимать кадр, STA, безусловно, не может работать в состоянии сна долгое время. Когда STA, работающая в состоянии сна, имеет кадр для передачи на AP, она может переключаться в активное состояние для передачи/приема кадра. С другой стороны, когда AP имеет кадр для передачи на STA, которая находится в состоянии сна, STA не может на принять кадр, ни распознать наличие кадра. Соответственно, для распознавания наличия или отсутствия кадра, подлежащего передаче на STA (или для приема кадра, если кадр присутствует), STA может потребоваться переходить в активное состояние согласно конкретной периодичности.
Фиг. 9 иллюстрирует операцию управления мощностью.
Согласно фиг. 9, AP 210 передает кадр маяка на STA, присутствующие в BSS, с заданными интервалами времени (S211, S212, S213, S214, S215 и S216). Кадр маяка включает в себя информационный элемент карты индикации трафика (TIM). Информационный элемент TIM содержит информацию, указывающую, что AP 210 буферизовала трафик для STA, ассоциированных с AP 210, и что кадр будет передаваться. Элемент TIM включает в себя TIM, используемую для информирования о кадре индивидуальной адресации, и карту индикации доставки трафика (DTIM), используемую для информирования о многоадресном или широковещательном кадре.
AP 210 может передавать DTIM один раз за три передачи кадра маяка. STA1 220 и STA2 222 являются STA, работающими в режиме PS. Каждая из STA1 220 и STA2 222 может переключаться из состояния сна в активное состояние в каждом интервале пробуждения заданного периода для приема элемента TIM, передаваемого посредством AP 210. Каждая STA может вычислять время переключения для переключения в активное состояние, на основании своей собственной локальной тактовой частотой. В примере, показанном на фиг. 15, предполагается, что тактовая частота STA совпадает с тактовой частотой AP.
Например, заданный интервал пробуждения можно задавать таким образом, чтобы STA1 220 могла переходить в активное состояние в каждом интервале маяка для приема элемента TIM. Соответственно, когда AP 210 передает кадр маяка в первый раз (S211), STA1 220 может переключаться в активное состояние (S221). Таким образом, STA1 220 может принимать кадр маяка и получать элемент TIM. Если полученный элемент TIM указывает наличие кадра, подлежащего передаче на STA1 220, STA1 220 может передавать кадр энергосберегающего (PS) опроса, который запрашивает передачу кадра, на AP 210 (S221a). В ответ на кадр PS-опроса, AP 210 может передавать кадр на STA 1 220 (S231). По завершении приема кадра, STA1 220 переключается обратно в состояние сна и работает в состоянии сна.
Когда AP 210 передает кадр маяка во второй раз, среда находится в состоянии занятости, в котором доступ к среде осуществляет другое устройство, и, соответственно, AP 210 может не передавать кадр маяка в правильном интервале маяка, но может передавать кадр маяка с задержкой по времени (S212). В этом случае, STA1 220 переключается в активное состояние в соответствии с интервалом маяка, но не принимает кадр маяка, передача которого задерживается, и, таким образом, переключается обратно в состояние сна (S222).
Когда AP 210 в третий раз передает кадр маяка, кадр маяка может включать в себя элемент TIM, установленный на DTIM. Однако, поскольку среда находится в состоянии занятости, AP 210 передает кадр маяка с задержкой по времени (S213). STA1 220 может переключаться в активное состояние в соответствии с интервалом маяка и получать DTIM в кадре маяка, передаваемом посредством AP 210. Предполагается, что DTIM, полученная станцией STA1 220, указывает отсутствие кадра, подлежащего передаче на STA1 220, но присутствие кадра для другой STA. В этом случае, STA1 220 может подтвердить, что кадр для приема отсутствует, и перейти обратно в состояние сна, чтобы работать в состоянии сна. После передачи кадра маяка, AP 210 передает кадр на соответствующую STA (S232).
AP 210 в четвертый раз передает кадр маяка (S214). STA1 220 может регулировать интервал пробуждения для приема элемента TIM, поскольку ему не удалось получить информацию, указывающую присутствие буферизованного трафика для STA1 220 в двух предыдущих операциях приема элемента TIM. Альтернативно, при условии, что информация сигнализации для регулировки значения интервала пробуждения STA1 220 содержится в кадре маяка, передаваемом посредством AP 210, можно регулировать значение интервала пробуждения STA1 220. В этом примере, STA1 220 можно устанавливать на переключение в активное состояние один раз за каждые три интервала маяка для приема элемента TIM, вместо установки на переключение между рабочими состояниями в каждом интервале маяка. Таким образом, когда AP 210 в пятый раз передает кадр маяка (S215) после четвертой передачи кадра маяка (S214), STA1 220 остается в состоянии сна и, таким образом, не может получить соответствующий элемент TIM.
Когда AP 210 в шестой раз передает кадр маяка (S216), STA1 220 может переключаться в активное состояние и получать элемент TIM, содержащийся в кадре маяка (S224). Поскольку элемент TIM, является DTIM, указывающим присутствие широковещательного кадра, STA1 220 может принимать широковещательный кадр, передаваемый посредством AP 210, не передавая кадр PS-опроса на AP 210 (S234). Между тем, интервал пробуждения, установленный для STA2 230, может иметь более длинный период, чем интервал пробуждения STA1 220. Соответственно, STA2 230 переключается в активное состояние в момент времени (S215), когда AP 210 в пятый раз передает кадр маяка, что позволяет STA2 230 принять элемент TIM (S241). STA2 230 может распознавать присутствие кадра, подлежащего передаче на нее, посредством элемента TIM и передавать кадр PS-опроса на AP 210 для запрашивания передачи кадра (S241a). AP 210 может передавать кадр на STA2 230 в ответ на кадр PS-опроса (S233).
Чтобы оперировать/управлять режимом PS, как показано на фиг. 9, элемент TIM включает в себя TIM, указывающую наличие или отсутствие кадра, подлежащего передаче на STA, или DTIM, указывающую наличие или отсутствие широковещательного/многоадресного кадра. DTIM можно реализовать посредством установления поля для элемента TIM.
Фиг. 10-12 подробно иллюстрируют операции STA, принявшей TIM.
Согласно фиг. 10, STA переключается из состояния сна в активное состояние для приема кадра маяка, включающего в себя TIM, от AP. STA может распознавать присутствие буферизованного трафика, подлежащего передаче на нее, интерпретируя принятый элемент TIM. После того, как STA состязается с другими STA для осуществления доступа к среде для передачи кадра PS-опроса, STA может передавать кадр PS-опроса на AP для запрашивания передачи кадра данных. AP, приняв кадр PS-опроса, передаваемый от STA, может передавать кадр данных на STA. STA может принимать кадр данных и передавать кадр ACK на AP в ответ на принятый кадр данных. После этого STA может переключаться обратно в состояние сна.
Как показано на фиг. 10, AP может работать в режиме немедленного ответа, в котором AP передает кадр данных, по истечении заданного времени (например, короткого межкадрового промежутка (SIFS)) после того, как AP принимает кадр PS-опроса от STA. Однако AP может работать в режиме отложенного ответа, если AP не удается подготовить кадр данных, подлежащий передаче на STA в течение времени SIFS после приема кадра PS-опроса, что будет описано подробно со ссылкой на фиг. 11.
В примере, показанном на фиг. 11, операции STA при переключении из состояния сна в активное состояние, приема TIM от AP и передача кадра PS-опроса на AP посредством состязания идентичны операциям в примере, показанном на фиг. 10. Если AP, принявшей кадр PS-опроса, не удается подготовить кадр данных в течение времени SIFS, AP может передавать кадр ACK на STA вместо того, чтобы передавать кадр данных. Если кадр данных подготовлен после передачи кадра ACK, AP может участвовать в состязании и передавать кадр данных на STA. STA может передавать кадр ACK, указывающий успешный прием кадра данных на AP, и затем переключаться в состояние сна.
Фиг. 12 демонстрирует иллюстративный случай, когда AP передает DTIM. STA могут переключаться из состояния сна в активное состояние, для приема кадра маяка, включающего в себя элемент DTIM, от AP. STA могут распознавать, посредством принятой DTIM, что многоадресный/широковещательный кадр будет передаваться. После передачи кадра маяка, включающего в себя DTIM, AP может сразу же передавать данные (т.е. многоадресный/широковещательный кадр), не передавая/принимая кадр PS-опроса. Хотя STA продолжают поддерживать активное состояние даже после приема кадра маяка, включающего в себя DTIM, STA могут принимать данные и затем переходить обратно в состояние сна по завершении приема данных.
СТРУКТУРА TIM
Согласно способу действия и управления энергосберегающего (PS) режима на основе протокола TIM (или DTIM) представленный на фиг. 9-12, STA могут определять наличие или отсутствие кадра данных, подлежащего передаче на них, посредством информации идентификации STA, содержащейся в элементе TIM. Информация идентификации STA может представлять собой конкретную информацию, связанную с идентификатором ассоциации (AID), подлежащим выделению, когда STA ассоциирована с AP.
AID используется в качестве уникального ID каждой STA в BSS. Например, в современной системе WLAN, идентификатору AID может присваиваться значение от 1 до 2007. В современной системе WLAN, 14 битов для AID может выделяться кадру, передаваемому с AP и/или STA. Хотя AID может присваиваться любое значение до 16383, значения от 2008 до 16383 задаются как зарезервированные значения.
Элемент TIM согласно традиционному определению непригоден для применения M2M, в котором большое количество STA (например по меньшей мере 2007 STA) ассоциировано с одной AP. Если традиционная структура TIM расширяется без какого-либо изменения, размер битовой карты TIM может чрезмерно возрастать. Соответственно, может оказаться невозможным поддерживать расширенную структуру TIM с использованием традиционного формата кадра, и расширенная структура TIM непригодна для M2M-связи, в которой рассматривается применение низкой скорости переноса. Кроме того, предполагается, что количество STA, принявших кадр данных в течение одного периода маяка, очень мало. Таким образом, ввиду вышеупомянутого иллюстративного применения M2M-связи, предполагается, что битовая карта TIM будет иметь большой размер, причем во многих случаях большинство битов задано равными нулю (0). Таким образом, существует потребность в технологии, способной эффективно сжимать битовую карту.
В традиционной технологии сжатия битовой карты, последовательность нулей исключается из передней части битовой карты для задания значения смещения (или начальной точки). Однако эффективность сжатия невысока в случае, когда количество STA, включающих в себя буферизованный кадр мало, но существует большая разность между значениями AID STA. Например, в случае, когда кадр, подлежащий передаче только на STA, AID которых заданы равными 10 и 2000, буферизуется, длина сжатой битовой карты равна 1990, но все части битовой карты, отличные от обеих концевых частей, заданы равными нулю (0). Если количество STA, ассоциированных с одной AP, мало, неэффективность сжатия битовой карты может не представлять серьезной проблемы. Однако если количество STA, ассоциированных с одной AP, возрастает, такая неэффективность может снижать производительность системы в целом.
Для решения этой проблемы, AID можно разделить на множество групп, чтобы данные можно было более эффективно передавать с AID. Каждой группе выделяется определенный ID группы (GID). Далее, AID, выделяемые на групповой основе, будут описано со ссылкой на фиг. 20.
На фиг. 13(a) показана схема, демонстрирующая иллюстративный AID, выделяемый на групповой основе. На фиг. 13(a), некоторые биты, расположенные в передней части битовой карты AID, можно использовать для указания ID группы (GID). Например, первые два бита битовой карты AID можно использовать для указания четырех GID. Если полная длина битовой карты AID равна N битам, первые два бита (B1 и B2) могут представлять GID соответствующего AID.
На фиг. 13(b) показана схема, демонстрирующая другой иллюстративный AID, выделяемый на групповой основе. На фиг. 13(b), GID могут выделяться согласно позиции AID. В этом случае, AID, имеющие один и тот же GID, можно представить значением смещения и длины. Например, если GID 1 обозначен смещением A и длиной B, это означает, что AID от A до A+B-1 на битовой карте заданы равными GID 1. Например, фиг. 13(b) предполагает, что AID от 1 до N4 делятся на четыре группы. В этом случае, AID, принадлежащие GID 1, обозначены от 1 до N1, и могут быть представлены смещением 1 и длиной N1. AID, принадлежащие GID 2, могут быть представлены смещением N1+1 и длиной N2-N1+1, AID, принадлежащие GID 3, могут быть представлены смещением N2+1 и длиной N3-N2+1, и AID, принадлежащие GID 4, могут быть представлены смещением N3+1 и длиной N4-N3+1.
Если AID, выделяемые на групповой основе, введены, доступ к каналу может быть разрешен в разных интервалах времени согласно GID. Таким образом, можно решить проблему недостатка элементов TIM для большого количества STA и одновременно можно эффективно осуществлять передачу/прием данных. Например, в конкретном интервале времени, доступ к каналу разрешен только STA, соответствующей(им) конкретной группе, и остальным STA доступ к каналу может быть ограничен. Заданный интервал времени, в котором только конкретной(ым) STA разрешено осуществлять доступ к каналу, может именоваться окном ограниченного доступа (RAW).
Далее со ссылкой на фиг. 13(c) будет описан доступ к каналу на основании GID. Фиг. 13(c) демонстрирует иллюстративный механизм доступа к каналу согласно интервалам маяка, где AID разделены на три группы. Первый интервал маяка (или первое RAW) это интервал, в котором STA, соответствующей AID, принадлежащему GID 1 разрешен доступ к каналу, и STA, принадлежащим другим GID, доступ к каналу не разрешен. Для реализации этого механизма, элемент TIM, используемый только для AID, соответствующих GID 1, содержится в первом кадре маяка. Элемент TIM, используемый только для AID, соответствующих GID 2, содержится во втором кадре маяка. Соответственно, доступ к каналу разрешен только для STA, соответствующей AID, принадлежащим GID 2 во втором интервале маяка (или втором RAW). Элемент TIM, используемый только для AID, соответствующих GID 3, содержится в третьем кадре маяка. Соответственно, доступ к каналу разрешен только для STA, соответствующей AID, принадлежащим GID 3 в третьем интервале маяка (или третьем RAW). Элемент TIM, используемый только для AID, соответствующих GID 1, содержится в четвертом кадре маяка. Соответственно, доступ к каналу разрешен только для STA, соответствующей AID, принадлежащим GID 1 в четвертом интервале маяка (или четвертом RAW). После этого, только доступ к каналу STA, соответствующей конкретной группе, указанной TIM, содержащейся в соответствующем кадре маяка, может быть разрешен в каждом из интервалов маяка после пятого интервала маяка (или в каждом из RAW после пятого RAW).
Хотя фиг. 13(c) иллюстративно демонстрирует случай, когда порядок разрешенных GID является периодическим или циклическим согласно интервалам маяка, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются этим. Таким образом, в элементе TIM может(ут) содержаться только AID, принадлежащий(е) конкретному(ым) GID, в связи с чем, в конкретном интервале времени (например, конкретном RAW) доступ к каналу разрешен только STA, соответствующей(им) конкретному(ым) AID, и другой STA доступ к каналу не разрешен.
Вышеупомянутая схема выделения AID на групповой основе также могут именоваться иерархической структурой TIM. Таким образом, все пространство AID можно разделить на множество блоков, и только STA (т.е. STA конкретной группы), соответствующей(им) конкретному блоку, имеющему значение, отличное от '0', может быть разрешено осуществлять доступ к каналу. Таким образом, TIM большого размера делится на блоки/группы малого размера, STA может легко поддерживать информацию TIM, и блоками/группами можно легко управлять согласно классу, QoS или использованию STA. Хотя фиг. 13 иллюстративно демонстрирует 2-уровневую иерархию, можно сконфигурировать иерархическую структуру TIM, состоящую из двух или более уровней. Например, все пространство AID можно разделить на множество групп поискового вызова, и группу поискового вызова можно разделить на множество блоков, и каждый блок можно разделить на множество подблоков. В этом случае расширенную версию примера, приведенного фиг. 13(a), можно конфигурировать таким образом, чтобы первые N1 битов в битовой карте AID представляли ID поискового вызова (PID), следующие N2 битов представляли ID блока, следующие N3 битов представляли ID подблока, и оставшиеся биты представляли позицию битов STA в подблоке.
Различные схемы деления STA (или AID, выделяемых STA) на заданные иерархические групповые единицы и управления им можно применять к раскрытым ниже примерам настоящего изобретения. Однако схемы выделения AID на групповой основе не ограничиваются этими примерами.
МЕХАНИЗМ U-APSD
Согласно механизму unscheduled-automatic power save delivery (U-APSD), чтобы использовать период обслуживания (SP) U-APSD, STA может сообщать AP запрашиваемую длительность передачи, и AP может передавать кадр на STA в течение SP. Согласно механизму U-APSD, STA может одновременно принимать от AP множество PSDU в течение своего собственного SP.
STA может распознавать посредством элемента TIM маяка, что AP имеет данные для передачи на STA. После этого, STA может передавать на AP кадр триггера. Таким образом, STA может сообщать AP, что период обслуживания (SP) STA начался, и запрашивать у AP передачу данных. В ответ на кадр триггера, AP может передавать на STA ACK. После этого, AP может передавать RTS на STA посредством состязания, принимать кадр CTS от STA, и затем передавать данные на STA. При этом данные, передаваемые от AP, могут включать в себя по меньшей мере один кадр данных. Когда AP передает последний кадр данных, где поле EOSP (конец периода обслуживания) кадра данных задано равным 1, STA может распознавать это и заканчивать SP. Таким образом, STA может передавать на AP ACK, указывающий успешный прием данных. Согласно вышеописанному механизму U-APSD, STA разрешено начинать свой собственный SP и принимать данные по собственному желанию и принимать множество кадров данных в течение одного SP. Соответственно, возможен эффективный прием данных.
ФОРМАТ КАДРА PPDU
Формат кадра PPDU (блок пакетных данных протокола сближения физического уровня (PLCP)) может включать в себя STF (короткое обучающее поле), LTF (длинное обучающее поле), поле SIG (сигнала) и поле данных. Наиболее распространенный формат кадра PPDU (например, формат non-HT (высокая пропускная способность) кадра PPDU) может состоять из L-STF (Legacy-STF), L-LTF (Legacy-LTF), поля SIG и поля данных. Кроме того, в зависимости от типа формата кадра PPDU (например, формата PPDU HT-mixed, формат PPDU HT-greenfield, PPDU VHT (очень высокая пропускная способность) и т.д.), между полем SIG и полем данных может быть включено дополнительное (или другого типа) STF, LTF и поле SIG.
STF является сигналом для обнаружения сигнала, автоматической регулировки усиления (АРУ), выбора разнесения, точно синхронизации по времени и пр., и LTF является сигналом для оценки канала, оценки частотной ошибки и пр. Комбинация STF и LTF может именоваться преамбулой PLCP. Преамбула PLCP может быть единой для оценки канала и синхронизации физического уровня OFDM.
Поле SIG может включать в себя поле скорости и поле длины. Поле скорости может содержать информацию о скорости демодуляции и кодирования данных. Поле длины может содержать информацию о длине данных. Дополнительно, поле SIG может включать в себя бит четности и концевой бит SIG.
Поле данных может включать в себя служебное поле, PSDU (блок служебных данных PLCP) и концевой бит PPDU. В случае необходимости, поле данных также может включать в себя бит заполнения. Некоторые биты служебного поля можно использовать для синхронизации дескремблера приемника. PSDU соответствует PDU MAC, заданному на уровне MAC, и может содержать данные, генерируемые/используемые на более высоком уровне. Концевой бит PPDU можно использовать для возврата состояния кодера к значению 0. Бит заполнения можно использовать для регулировки длины поля данных в заданном блоке.
PDU MAC задается согласно различным форматам кадра MAC, и базовый кадр MAC включает в себя заголовок MAC, тело кадра и FCS (последовательность проверки кадра). Кадр MAC можно конфигурировать посредством PDU MAC и передавать/принимать через PSDU части данных формата кадра PPDU.
Формат кадра «пакет пустых данных» (NDP) представляет формат кадра, который не включает в себя пакет данных. Таким образом, кадр NDP включает в себя заголовочную часть PLCP (т.е. STF, LTF и поле SIG) типичного формата PPDU, но не включает в себя другую часть (т.е. поле данных) типичного формата PPDU. Кадр NDP может именоваться коротким форматом кадра.
СПОСОБ ДОСТУПА К КАНАЛУ НА ОСНОВЕ СЛОТОВ
Фиг. 14 иллюстрирует традиционный способ доступа к каналу на основе TIM.
Согласно фиг. 14, STA, соответствующая биту, заданному равным 1, в элементе TIM, содержащемся в кадре маяка, может распознавать присутствие данных, подлежащих передаче на нее в интервале маяка, и может, соответственно, передавать кадр PS-опроса или кадр триггера на AP. В примере, показанном на фиг. 14, предполагается, что большое количество STA (например по меньшей мере 2007 STA) ассоциировано с одной AP (как, например, в уличной интеллектуальной сети). При этом, если n битов заданы равными 1 в элементе TIM, n STA (т.е. STA 1, STA 2, …, STA n) пытаются передавать кадр PS-опроса или кадр триггера на AP в течение короткого интервала времени после передачи кадра маяка.
В этом случае, если большое количество STA присутствует на граничном участке покрытия AP, передача по восходящей линии связи, осуществляемая STA, может быть скрыта от других STA. Кроме того, если большое количество битов элемента TIM задано равными 1, и передача кадров PS-опроса или кадров триггера от большого количества STA осуществляется в течение короткого интервала времени после кадра маяка, конфликт передач между STA может усиливаться вследствие проблемы скрытого узла.
Для решения этой проблемы настоящее изобретение предлагает способ доступа к каналу на основе слотов. В основном, настоящее изобретение предлагает задавать конкретный интервал времени (например, RAW), разрешающий доступ к каналу восходящей линии связи для меньшего количества STA, или распределять попытки доступа к каналу восходящей линии связи со стороны большого количества STA по широкому интервалу времени для ослабления конфликта и повышения производительности сети.
Фиг. 15 иллюстрирует основной принцип способа доступа к каналу на основе слотов.
AP может распространять информацию о сегменте AID на STA посредством уведомления DTIM и уведомления TIM после уведомления DTIM. Всю битовую карту TIM можно разделить на одну или более блоков сегментов, и можно конфигурировать комбинацией одного или более элементов TIM. Таким образом, блоки сегментов могут соответствовать части всей битовой карты TIM. Информация сегмента AID, содержащаяся в уведомлении DTIM или уведомлении TIM, может включать в себя, например, смещение блока сегментов, диапазон блока сегментов, TIM для сегмента AID, и информацию о длительности RAW. Смещение блока сегментов может быть начальной позицией сегмента AID, и диапазон блока сегментов может представлять его длину. Таким образом, только STA (т.е. STA, AID которых включены в сегмент AID), покрытым сегментом AID, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW сразу после уведомления DTIM или TIM.
RAW можно разделить на один или более временных слотов. Длительность слота можно устанавливать по-разному для каждого RAW. В случае, когда одно RAW включает в себя множество слотов, длительность слотов можно задать равным одному и тому же значению. Информация о длительности слота для каждого RAW может содержаться в кадре маяка. STA в режиме ожидания может пробуждаться в целевое время передачи маяка (TBTT) и отслеживать кадр маяка, таким образом, получая информацию длительности слота в соответствующем RAW.
Таким образом, STA, соответствующая сегменту AID, обеспеченному посредством уведомления DTIM или TIM, может распознавать, что доступ к каналу разрешен ей в RAW сразу после DTIM или TIM, и также распознавать, из информации длительности слота, длительность слота в RAW. Если STA дополнительно распознает информацию о длительности RAW, она может выводить или определять количество слотов, включенных в RAW, из информации длительности слота и информации длительности RAW.
В этом случае, STA может определять позицию слота, в котором STA нужно осуществлять доступ к каналу (или доступ к каналу разрешен) в RAW, на основании ее позиции бита AID. STA может получать свою позицию бита AID из конкретного информационного элемента (IE). Далее IE будет именоваться IE набора параметров RAW (RPS) или IE набора параметров группирования (GrPS), который представляет набор параметров, которые необходимы для доступа к среде, ограничительно разрешенного только для группы STA.
Фиг. 16 демонстрирует иллюстративный формат IE RPS.
Поле ID элемента можно задать равным значению, указывающему, что IE является IE RPS.
Поле длины можно задать равным значению, указывающему длину полей, следующих после поля длины. Количество последующих полей RAW (или полей назначения RAW) можно определить согласно значению поля длины.
N полей RAW (или полей назначения RAW) может быть включено в IE RPS, и каждое поле RAW включает в себя параметры для одного RAW.
Далее со ссылкой на фиг. 17 будет приведено описание подполей, включенных в поле RAW, показанное на фиг. 16.
Фиг. 17 иллюстрирует конфигурацию RAW согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Поле ID группы, показанное на фиг. 16, включает в себя битовую карту сегмента или битовую карту блока, и обеспечивает идентификационную информацию о группе, для которой доступ ограничительно разрешен в соответствующем интервале RAW. Таким образом, поле ID группы может содержать информацию, указывающую блок сегментов AID (например, индекс начала, длину, индекс конца и пр. Блока сегментов AID). В этом смысле, поле ID группы может именоваться полем группы RAW.
Поле времени начала RAW, показанное на фиг. 16, может содержать информацию о времени начала, когда доступ к среде разрешен для группы STA (станций). Время начала RAW можно представить как разность (или длительность) между временем окончания передачи маяка и временем, когда начинается RAW, и ее блок может быть TU (временным блоком). TU можно конфигурировать в микросекундах (мкс). Например, TU можно задавать равным 1024 мкс. Если время начала RAW задано равным 0, RAW может начинаться сразу после окончания кадра маяка, как показано на фиг. 17.
Поле длительности RAW, показанное на фиг. 16, может содержать информацию о продолжительности времени (т.е. длительности), в течение которого доступ к среде разрешен для группы STA (станций). Длительность RAW соответствует разности между временем начала RAW и временем окончания RAW, и его блок может быть TU.
Поле длительности слота RAW, показанное на фиг. 16, может содержать информацию о продолжительности времени (т.е. длительности) каждого из слотов доступа к каналу, включенных в RAW. Как описано выше, каждое RAW может включать в себя единственный слот, или может включать в себя множество временных слотов. В случае, когда каждое RAW включает в себя множество временных слотов, длительности слотов, включенных в RAW, имеют одно и то же значение. Фиг. 17 демонстрирует случай, когда шесть слотов задано в одной длительности RAW, и длительности шести слотов заданы равными одному и тому же значению.
Поле границы слота RAW, показанное на фиг. 16, можно задать равным значению, указывающему, разрешено ли возможности передачи (TXOP) или передаче в TXOP переходить через (или пересекать) границу слота. Граница слота относится к времени, которое играет роль эталона, позволяющего отличать последовательные слоты друг от друга, как показано на фиг. 17. В этом смысле, поле границы слота RAW может именоваться полем межслотовой границы.
Если TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота, TXOP (или передача в TXOP) должна заканчиваться до границы слота. Например, на фиг. 17, STA, которая пытается осуществить доступ к каналу (а именно, передать кадр восходящей линии связи (кадр PS-опроса или триггера)) в первом слоте может принимать данные от AP посредством кадра нисходящей линии связи и передавать кадр ACK на AP в ответ на данные. В случае, когда TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота, передача кадра ACK должна завершаться в соответствующем слоте. Кроме того, AP может сообщать, применяется ли вышеописанное правило TXOP (т.е. TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота) к каждому RAW. Если такое правило TXOP применяется, STA может не ждать пробной задержки, когда она пробуждается на границе слота.
Поле AID слота RAW, показанное на фиг. 16, можно задать равным значению, указывающему, разрешен ли доступ к каналу только для STA, имеющей бит, соответствующий AID STA, заданный равным 1, в элементе TIM. Таким образом, поле AID слота RAW может указывать, разрешен ли доступ к каналу (т.е. передача кадра восходящей линии связи) только для STA, соответствующей AID, битовое значение которого задано равным 1 в битовой карте TIM (а именно STA, которой адресован поисковый вызов), или разрешен независимо от того, задано ли битовое значение равным 1 в битовой карте TIM (а именно как для STA, которым адресован поисковый вызов, так и для STA, которым не адресован поисковый вызов). В этом смысле поле AID слота RAW может именоваться полем доступа, ограниченного только STA, которым адресован поисковый вызов.
Поля, включенные в IE GrPS и IE RPS, показанные на фиг. 16, являются просто иллюстративными. Поле, конфигурированное в другой форме и включающее в себя, по существу, ту же информацию, что и вышеописанные поля, также отвечает объему настоящего изобретения. Кроме того, формат предложенного IE GrPS или IE RPS не ограничивается полями, показанными на фиг. 16. Формат может включать в себя только некоторые из полей, показанных на фиг. 16, или может дополнительно включать в себя другие поля, которые не показаны на фиг. 16.
IE GrPS или IE RPS, описанные выше со ссылкой на фиг. 16, могут передаваться в кадре маяка, кадре пробного ответа и т.п. Когда IE GrPS или IE RPS передается в кадре маяка, AP может вещать IE GrPS или IE RPS. Когда IE GrPS или IE RPS передается в кадре пробного ответа, AP может индивидуально передавать IE GrPS или IE RPS.
НАЗНАЧЕНИЕ СЛОТА
STA может работать в состоянии ожидания (или сна), пока не настанет слот доступа к каналу, назначенный STA. STA может пробуждаться на границе слота для слота доступа к каналу, назначенного станции STA, и начинать доступ к каналу в режиме EDCA (т.е. в режиме состязания).
В связи с этим, какой слот назначается каждой STA, можно определить следующим образом.
slot
Слот доступа к каналу для STA, в основном, определяется посредством операции по модулю суммарного количества слотов соответствующего RAW и AID STA. Например, индекс (i) слота, в котором STA разрешено начинать осуществление доступа к каналу, можно определить на основании следующего уравнения.
Уравнение 1
В уравнении 1, f(AID) имеет значение, определяемое на основании AID STA. Например, f(AID) можно задавать таким образом, что используется значение AID или используются только некоторые биты AID.
RAW
RAW
RAW
RAW
slot
RAW
slot
В уравнении 1 N обозначает суммарное количество слотов RAW. N можно вычислить согласно N=T/T. При этом T имеет значение длительности RAW, и T имеет значение длительности слота.
В уравнении 1 'mod' представляет операцию по модулю. A mod B обозначает остаток от деления A на B. A mod B можно выразить в виде A% B.
В уравнении 1 для f(AID) можно использовать полный AID STA. В качестве альтернативы, для f(AID), вместо AID, можно использовать частичный AID. Частичный AID это неуникальный идентификатор STA, который можно определить с помощью хэширующей функции с использованием части битов AID.
В случае, когда при вычислении назначения слота используется частичный AID, множество STA (например, STA, имеющие последовательные значения AID) можно назначать так, чтобы использовать один и тот же слот доступа к каналу. Например, в уравнении 1, f(AID) можно задавать как определяемую на основании AID[a:b]. При этом AID[a:b] представляет биты от [a] до [b] AID, которое является двоичным числом. AP может сообщать значение a или b каждому слоту.
Например, предположим, что назначение слота определяется с использованием AID[3:12]. AID[3:12] представляет биты с 3 по 12 AID, имеющего всего 14 битов (биты с 0 по 13). В этом случае, независимо от значений битов 0, 1, 2 и 13 AID, STA, для которых биты с 3 по 12 AID заданы равными одному и тому же значению, может быть разрешено осуществлять доступ к каналу в слоте.
В качестве альтернативы, в случае, когда RAW ограничительно назначаются STA, имеющим AID, соответствующий биту, имеющему битовое значение 1 в элементе TIM (а именно STA), которым адресован поисковый вызов, как показано на фиг. 20, что будет описано ниже, f(AID) в уравнении 1 можно определить на основании индекса позиции бита AID в элементе TIM. Таким образом, в примере, представленном на фиг. 20, когда четыре бита (т.е. первый, третий, шестой и девятый биты) заданы равными 1 в битовой карте TIM, индекс позиции AID1, соответствующей первому биту, можно определить равным 1, индекс позиции AID3, соответствующей третьему биту, можно определить равным 2, индекс позиции AID6, соответствующей шестому биту, можно определить равным 3, и индекс позиции AID9, соответствующей девятому биту, можно определить равным 4. Таким образом, когда AID, имеющие битовое значение 1 в элементе TIM, расположены в порядке возрастания, их порядковые значения могут соответствовать их индексам позиции. Соответственно, STA, имеющей AID1, можно назначать первый слот в RAW, другой STA, имеющей AID3, можно назначать второй слот в RAW, другой STA, имеющей AID6, можно назначать третий слот в RAW, и другой STA, имеющей AID9, можно назначать третий слот в RAW.
С другой стороны, в случае, когда f(AID) задается с использованием AID (или частичных AID) STA, f(AID) может использовать AID, когда RAW ограничительно не назначены STA (например, STA, которым адресован поисковый вызов), имеющим AID, соответствующие битам, заданным равными 1 в битовой карте элемента TIM. Таким образом, в случае, когда доступ к каналу в RAW разрешен для любых STA (например, всем станциям (STA) независимо от того, адресован ли STA поисковый вызов, какие слоты в RAW назначать STA, можно определить на основании AID STA.
Как описано выше, информация о назначении слота может дополнительно содержаться (например, в форме поля назначение слота) в IE GrPS или RPS, показанном на фиг. 16.
ПРИМЕРЫ ДОСТУПА К КАНАЛУ НА ОСНОВЕ СЛОТОВ
Фиг. 18 иллюстрирует доступ к каналу на основе слотов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
В примере, показанном на фиг. 18, предполагается, что IE GrPS или RPS для RAW1 указывает, что только STA, удовлетворяющим следующим условиям, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW1.
- поле AID слота RAW: Это поле указывает, что ограничение применяется согласно битовым значениям, соответствующим (идентификаторам) AID STA в элементе TIM (а именно, доступ к каналу разрешен только STA, битовые значения AID которых заданы равными 1 в элементе TIM (т.е. STA, которым адресован поисковый вызов). В примере, показанном на фиг. 18, STA, имеющим AID, соответствующие первому, третьему, шестому и девятому битам в битовой карте TIM, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW1.
s1
s1
- поле длительности слота RAW: это поле задано равным T (где T=длина кадра PS-опроса+SIFS+длина кадра ACK, или Ts1=длина кадра триггера с пустыми данными + SIFS + длина кадра ACK).
- поле границы слота RAW: это поле указывает, что TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота.
Согласно вышеприведенным конфигурациям, RAW1, показанное на фиг. 18, можно использовать только для кадра PS-опроса или триггера с пустыми данными.
В примере, показанном на фиг. 18, предполагается, что IE GrPS или RPS для RAW2 указывает, что только STA, удовлетворяющим следующим условиям, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW2.
- поле AID слота RAW: Это поле указывает, что ограничение применяется согласно битовым значениям, соответствующим (идентификаторам) AID STA в элементе TIM (а именно, доступ к каналу разрешен только STA, битовые значения AID которых заданы равными 1 в элементе TIM (т.е. STA, которым адресован поисковый вызов). В примере, показанном на фиг. 18, STA, имеющим AID, соответствующие первому, третьему, шестому и девятому битам в битовой карте TIM, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW2.
s2
s2
- поле длительности слота RAW: это поле задано равным T (где T≥длина кадра данных+SIFS+длина кадра ACK).
- поле границы слота RAW: это поле указывает, что TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота.
Согласно вышеприведенным конфигурациям, RAW2, показанное на фиг. 18, может использоваться AP для передачи кадра данных на STA, имеющие AID, соответствующие битам в битовой карте TIM, которые имеют 1 в качестве их битовых значений.
Фиг. 19 иллюстрирует доступ к каналу на основе слотов согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
В примере, показанном на фиг. 19, предполагается, что IE GrPS или RPS для RAW1 указывает, что только STA, удовлетворяющим следующим условиям, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW1.
- поле AID слота RAW: это поле указывает, что ограничение согласно битовым значениям, соответствующим (идентификаторам) AID STA в элементе TIM, не применяется (а именно доступ к каналу разрешен всем STA в RAW1 независимо от того, заданы ли битовые значения AID STA равными 1 в элементе TIM (т.е. адресован ли STA поисковый вызов). На фиг. 19, всем STA, имеющим AID, соответствующие первому, третьему, шестому и девятому битам в битовой карте TIM, и другим STA разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW1.
s1
s1
- поле длительности слота RAW: это поле задано равным T (где T=длина кадра PS-опроса+SIFS+длина кадра ACK, или Ts1=длина кадра триггера с пустыми данными+SIFS+длина кадра ACK).
- поле границы слота RAW: это поле указывает, что TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота.
Согласно вышеприведенным конфигурациям, RAW1, показанное на фиг. 19, можно использовать для кадра PS-опроса или триггера с пустыми данными любой STA или любых коротких кадров управления.
В примере, показанном на фиг. 19, предполагается, что IE GrPS или RPS для RAW2 указывает, что только STA, удовлетворяющим следующим условиям, разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW2.
- поле AID слота RAW: это поле указывает, что ограничение согласно битовым значениям, соответствующим (идентификаторам) AID STA в элементе TIM, не применяется (а именно, доступ к каналу разрешен всем станциям (STA) в RAW2 независимо от того, заданы ли битовые значения AID STA равными 1 в элементе TIM (т.е. адресован ли STA поисковый вызов). На фиг. 19, всем STA, имеющим AID, соответствующие первому, третьему, шестому и девятому битам в битовой карте TIM, и другим STA разрешено осуществлять доступ к каналу в RAW2.
s2
s2
- поле длительности слота RAW: это поле задано равным T (где T≥длина кадра данных+SIFS+длина кадра ACK).
- поле границы слота RAW: это поле указывает, что TXOP (или передаче в TXOP) не разрешено пересекать границу слота.
Согласно вышеприведенным конфигурациям, RAW2, показанное на фиг. 19, может использоваться AP или любой STA для передачи кадра данных на любую STA или AP.
Слот многоадресной/широковещательной передачи
Когда RAW делится на один или более временных слотов, первый из одного или более слотов или последний из одного или более слотов в RAW можно назначать для многоадресной или широковещательной передачи. STA должны поддерживаться в активном состоянии в слоте, назначенном для многоадресной/широковещательной передачи в RAW.
Для этого, IE GrPS или RPS, который задает параметры для RAW и слота доступа к каналу, может дополнительно включать в себя поле длительности многоадресного/широковещательного слота RAW.
Поле длительности многоадресного/широковещательного слота RAW можно использовать для информирования группы STA (станций) информации о длительности разрешенного многоадресного/широковещательного доступа к среде.
Фиг. 20 иллюстрирует назначение многоадресного/широковещательного слота в RAW согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
В примере, показанном на фиг. 20, первый слот RAW2 назначается для многоадресной/широковещательной передачи, но AP может передавать кадр многоадресной/широковещательной передачи в первом слоте. Все STA находятся в активном состоянии в первом слоте.
Кроме того, многоадресный/широковещательный слот также можно использовать для переконфигурирования назначения слота окон RAW.
Например, на фиг. 20, посредством элемента TIM и элемента GrPS (или элемента RPS) кадра маяка, RAW1 и RAW2 можно устанавливать так, чтобы они разрешали доступ к каналу только конкретным STA (например STA), которым адресован поисковый вызов, и можно определить слоты, назначаемые конкретным STA. Например, как описано выше, STA, имеющую AID1, можно назначать первому слоту, другую STA, имеющую AID3, можно назначать второму слоту, другую STA, имеющую AID6, можно назначать третьему слоту, и другую STA, имеющую AID9, можно назначать четвертому слоту.
STA, которым адресован поисковый вызов в RAW1 (т.е. STA, для которых AID биты заданы равными 1 в битовой карте TIM кадра маяка), могут запрашивать у AP передачу кадра нисходящей линии связи, буферизованного в AP, путем передачи кадра PS-опроса или кадра триггера.
При этом предполагается, что STA, имеющей AID6, назначается третий слот RAW1, но ей не удается переключиться из состояния ожидания в активное состояние на границе слот, с которой начинается третий слот и, таким образом, не удается передать кадр PS-опроса или кадр триггера в третьем слоте, как показано на фиг. 20.
AP назначен слот (например, третий слот) в RAW2 для передачи кадра нисходящей линии связи на STA, имеющую AID6. Однако, поскольку AP не удалось принять кадр PS-опроса /триггера от STA, имеющей AID6 в RAW1, AP может предположить, что STA не удастся передать кадр PS-опроса /триггера в слоте RAW2, если назначение слота для STA, имеющей AID6, останется неизменным. Соответственно, AP нужно собрать слот, назначенный для STA, имеющей AID6.
Для этого, AP может передавать кадр уведомления RAW в первом слоте RAW2, который назначается как многоадресный/широковещательный слот. Кадр уведомления RAW включает в себя IE GrPS (или IE RPS). Таким образом, AP может обновлять конфигурации (например, длительность RAW, длительность слота RAW, назначение слота и т.д.) следующей RAW (т.е. RAW2) на основании того, приняты ли кадры PS-опроса/триггера от STA в RAW1. Таким образом, информация о выделении ресурсов в RAW могут передаваться даже в кадре, отличном от кадра маяка в начале RAW.
В этом случае назначение слота для STA определяется на основании слотов, отличных от многоадресного/широковещательного слота среди всех назначаемых слотов (т.е. всех слотов, включенных в RAW). Например, на фиг. 20, можно определить назначение слота из трех слотов (т.е. второго, третьего и четвертого слотов) для STA, где первый слот RAW2 исключен из назначения слота для STA. Информация назначения слота может быть включена в кадр уведомления RAW (т.е. кадр, содержащий информацию о выделении ресурсов в RAW) в начале RAW, и схему назначения слота можно определить, как в случае вышеупомянутой схемы.
Фиг. 21 иллюстрирует назначение многоадресного/широковещательного слота в RAW согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Хотя пример, приведенный на фиг. 20, предполагает, что многоадресный/широковещательный слот всегда располагается в начале RAW, фиг. 21 иллюстрирует случай, когда многоадресный/широковещательный слот может быть первым слотом RAW или другим слотом. В примере, показанном на фиг. 21, многоадресный/широковещательный слот располагается в последней части RAW. В этом случае, когда IE GrPS (или IE RPS) задает поле длительности многоадресного/широковещательного слота RAW, может быть включено поле, содержащее информацию, указывающую позицию многоадресного/широковещательного слота (т.е. смещение многоадресного/широковещательного слота RAW).
Например, если N-й слот RAW1 назначается как многоадресный/широковещательный слот, поле смещения многоадресного/широковещательного слота RAW можно задать равным N. Если многоадресный/широковещательный слот располагается в начале RAW, поле смещения многоадресного/широковещательного слота RAW можно задать равным 0. Если многоадресный/широковещательный слот располагается в последней части RAW, поле смещения многоадресного/широковещательного слота RAW можно задать равным 255.
Фиг. 22 иллюстрирует способ доступа к каналу согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На этапе S2210 информация RAW от первой STA (например, AP) может приниматься вторая STA (например, не-AP-STA). Информация RAW может представлять собой вышеописанный элемент GrPS или элемент RPS и может передаваться в кадре маяка.
На этапе S2220 на основании информации RAW, вторая STA может определять, принадлежит ли она группе, которой доступ к каналу разрешен в RAW, и определять позицию и продолжительность времени (т.е. время начала и длительность RAW) RAW, когда второй STA разрешен доступ к каналу, и позицию и длину слота RAW, в котором второй STA разрешен доступ к каналу. Вторая STA также может определять способ доступа к каналу в зависимости от того, разрешена ли передача, пересекающая границу слота, когда передача осуществляется в RAW, путем получения TXOP, и разрешено ли осуществлять доступ к каналу только STA, которым адресован поисковый вызов.
На этапе S2230 вторая STA может пытаться осуществить доступ к каналу. Таким образом, вторая STA может осуществлять доступ к каналу на основе EDCA (т.е. в режиме состязания).
При реализации способа доступа к каналу, описанного со ссылкой на фиг. 22, детали различных описанных выше вариантов осуществления настоящего изобретения могут применяться независимо или два или более вариантов осуществления могут применяться одновременно.
На фиг. 23 показана блок схема, демонстрирующая радиочастотное устройство согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
AP 10 может включать в себя процессор 11, память 12 и приемопередатчик 13. STA 20 может включать в себя процессор 21, память 22 и приемопередатчик 23. Приемопередатчики 13 и 23 могут передавать/принимать радиочастотный сигнал и реализовать физический уровень согласно системе IEEE 802. Процессоры 11 и 21 могут быть подключены к приемопередатчикам 13 и 21 для реализации физического уровня и/или уровня MAC согласно системе IEEE 802. Процессоры 11 и 21 могут быть выполнены с возможностью осуществления различных операций согласно различным вышеописанным вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, модули для осуществления операций AP и STA согласно различным вышеописанным вариантам осуществления настоящего изобретения могут храниться в блоках 12 и 22 памяти и выполняться процессорами 11 и 21. Блоки 12 и 22 памяти могут содержаться в процессорах 11 и 21 или могут быть установлены вне процессоров 11 и 21 и подключены к процессорам 11 и 21 общеизвестными средствами.
Компоненты AP и STA можно реализовать таким образом, чтобы детали различных вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения применялись независимо, или чтобы два или более вариантов осуществления применялись одновременно. Для наглядности, избыточные описания опущены.
Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения можно реализовать различными средствами. Например, варианты осуществления настоящего изобретения можно реализовать посредством аппаратное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение, программное обеспечение, или их комбинации.
В случае реализации посредством аппаратного обеспечения, способ согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно реализовать посредством одной или более ASIC (специализированных интегральных схем), DSP (цифровых сигнальных процессоров), DSPD (устройств обработки цифрового сигнала), PLD (программируемых логических устройств), FPGA (вентильных матриц, программируемых пользователем), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров и пр.
В случае реализации посредством программно-аппаратного обеспечения или программного обеспечения, способ согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно реализовать в форме модуля, процедуры, функции и т.п., который(ая) осуществляет вышеописанные функции или операции. Программный код может храниться в блоке памяти и выполняться процессором. Блок памяти может располагаться внутри или вне процессора для обмена данными с процессором различными общеизвестными средствами.
Подробные описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения приведены для того, чтобы специалисты в данной области техники могли реализовать и практически применить настоящее изобретение. Хотя описания касаются предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области очевидно, что настоящее изобретение допускает различные модификации и вариации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не подлежит ограничению описанными здесь вариантами осуществления, но призвано охватывать широчайший объем, согласующиеся с раскрытыми здесь принципами и признаками новизны.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Как описано выше, различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны на примерах, относящихся к системе IEEE 802.11, но их также можно применять к различным системам беспроводной связи таким же образом.