СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ С ПОНИЖЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ МОЩНОСТИ В СИСТЕМЕ WLAN
METHOD AND SCANNER WITH REDUCED POWER CONSUMPTION IN WLAN SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе беспроводной связи и, в частности, к способу и устройству для сканирования с пониженным потреблением мощности в системе WLAN
Уровень техники
С быстрым развитием технологии обмена информацией большое развитие получили системы, основанные на различных технологиях беспроводной связи. Технология WLAN, относящаяся к технологиям беспроводной связи, позволяет обеспечить беспроводной доступ к сети Интернет дома, в различных учреждениях либо в зоне, обеспечивающей конкретные услуги связи, с использованием мобильных терминалов, таких как персональный цифровой помощник (PDA), компьютер типа «лэптоп», портативный мультимедийный плеер (PMP) и т.п. на основе технологии радиочастотной связи.
Для решения проблемы ограниченной скорости связи, являющейся слабым местом сети WLAN, в недавно разработанных технических стандартах предложены системы, способные повысить скорость и надежность сети при одновременном расширении зоны покрытия беспроводной сети. Например, Стандарт IEEE 802.11n позволяет обеспечить скорость обработки, поддерживающую максимальную пропускную способность (HT), равную 540 Мбит/с и более и вводит технологию MIMO («множество входов - множество выходов»), где используется множество антенн как для передатчика, так и для приемника с тем, чтобы минимизировать ошибки передачи, а также оптимизировать скорость пересылки данных.
Сущность изобретения
Техническая проблема
В качестве технологии связи следующего поколения в последнее время обсуждается возможность использования технологии межмашинной (M2M) связи. В качестве технических стандартов для поддержки M2M связи в системе WLAN стандарта IEEE 802.11 разработан стандарт IEEE 802.11ah. При использовании M2M связи можно рассмотреть сценарий, позволяющий обмениваться небольшим объемом данных с низкой скоростью в среде, включающей в себя большое количество устройств.
Связь в системе WLAN выполняется в средах, коллективно доступных всем устройствам. В случае увеличения количества устройств, как при M2M связи, потребуется много времени на доступ к каналу одного устройства. Это может ухудшить рабочие характеристики всей системы в целом и затрудняет энергосбережение в устройствах.
Задачей настоящего изобретения, обеспечивающей решение вышеупомянутой проблемы, является создание способа и устройства для эффективного выполнения сканирования при предотвращении потерь мощности.
Технические проблемы, решаемые настоящим изобретением, не сводятся к вышеуказанным техническим проблемам, и специалистам в данной области техники очевидны другие технические проблемы, раскрытые в последующем описании.
Техническое решение
Задача настоящего изобретения может быть решена путем обеспечения способа для выполнения сканирования станцией (STA) в системе беспроводной связи, включающего в себя: передачу кадра запроса зондирования с пакетом нулевых данных (NDP) и прием от точки доступа (AP) кадра ответа о зондировании в ответ на кадр запроса зондирования NDP, причем кадр запроса зондирования NDP включает в себя поле сжатого ID набора служб (SSID).
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечена станция (STA), выполняющая сканирование в системе беспроводной связи, причем станция включает в себя: приемопередатчик и процессор, причем процессор выполнен с возможностью передачи кадра запроса зондирования NDP с использованием приемопередатчика и с возможностью приема от точки AP кадра ответа о зондировании в ответ на кадр запроса зондирования NDP с использованием приемопередатчика, причем кадр запроса зондирования NDP включает в себя поле сжатого SSID.
Нижеописанное в общем применимо к вышеупомянутым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Станция STA может передать в AP обычный кадр запроса зондирования, послать кадр запроса ассоциации в AP или выполнить прослушивание навигационного кадра от AP после приема от AP кадра ответа на зондирование.
Кадр ответа о зондировании может быть передан от AP, когда AP приняла кадр запроса зондирования NDP, причем значение поля сжатого SSID, содержащегося в кадре запроса зондирования NDP, идентично значению сжатого SSID, созданного на основе SSID точки доступа AP.
Поле сжатого SSID может быть установлено в значение вычисленной 32-битовой контрольной суммы избыточного циклического кода (CRC), когда поле сжатого SSID определено в виде поля длиной 32 бита и установлено в 16 младших бит (LSB) значения вычисленной 32-битовой CRC идентификатора SSID, когда поле сжатого SSID определено с длиной 16 бит.
Кадр запроса зондирования NDP может включать в себя поле сжатого идентификатора SSID или поле опции сети доступа, причем кадр запроса зондирования NDP, кроме того, включает в себя 1-битовое поле SSID/присутствия взаимодействия, где поле SSID/присутствия взаимодействия указывает, какое поле из поля сжатого SSID и поля опции сети доступа включено в кадр запроса зондирования NDP.
Кадр ответа о зондировании может передаваться из точки доступа AP, когда AP приняла кадр запроса зондирования NDP и значение поля опции сети доступа, включенное в кадр запроса зондирования NDP, идентично опции сети доступа точки доступа AP.
Поле опции сети доступа может иметь размер 8 бит и включать в себя 4-битовое поле типа сети доступа, 1-битовое поле Интернета, 1-битовое поле дополнительного этапа, необходимого для доступа (ASRA), 1-битовое поле достижимости экстренной услуги (ESR) и 1-битовое поле доступности не аутентифицированной экстренной услуги (UESA).
Кадр ответа о зондировании может быть обычным кадром ответа о зондировании или коротким кадром ответа о зондировании.
Возможна широковещательная передача кадра ответа о зондировании.
Точка AP может передать кадр ответа о зондировании посредством процесса задержки по истечении интервала (DIFS) (межкадрового интервала DCF (распределенной функции координирования)) после приема кадра запроса зондирования NDP.
Станция STA может определить, что точка доступа AP работает на первом канале, когда обнаружен кадр на первом канале по истечении SIFS (короткого межкадрового интервала) после передачи кадра запроса зондирования NDP по первому каналу, и STA может перейти на второй канал и выполнить сканирование, когда в первом канале в течение заранее определенного времени кадр не обнаружен.
Станция STA может перейти на второй канал и выполнить сканирование, когда значение примитива индикации CCA физического уровня, указывающее состояние занятости, не обнаружено, до момента истечения минимального времени канала после передачи кадра запроса зондирования NDP по первому каналу.
Кадр запроса зондирования NDP может представлять собой кадр PPDU (блок пакетных данных протокола PLCP (Протокол сходимости физического уровня)), включающий в себя STF (поле короткой подстройки), LTF (поле длинной подстройки) и поле SIG (сигнала) без поля данных.
Одно из поля SSID/наличия взаимодействия, поля сжатого SSID и поля опции сети доступа может быть включено в поле SIG кадра запроса зондирования NDP.
Приведенное выше общее описание и последующее подробное описание настоящего изобретения являются лишь примерами, приведенными в пояснительных целях, и имеют своей целью обеспечить более детальное понимание заявленного изобретения, раскрытого в формуле изобретения.
Положительные эффекты изобретения
Настоящее изобретение может обеспечить способ и устройство для эффективного выполнения сканирования с пониженным потреблением мощности на основе использования предложенного нового механизма сканирования.
Эффекты настоящего изобретения не ограничены вышеописанными эффектами, и другие эффекты, не описанные здесь, буду очевидны специалистам в данной области техники из следующего описания.
Описание чертежей
Сопроводительные чертежи, включенные сюда для обеспечения более детального понимания изобретения, иллюстрируют варианты его осуществления и вместе с описанием служат для раскрытия основополагающих принципов изобретения. На чертежах:
фиг. 1 - примерная конфигурация системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение;
фиг. 2 - другая примерная конфигурация системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение;
фиг. 3 - еще одна примерная конфигурация системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение;
фиг. 4 - примерная конфигурация системы WLAN;
фиг. 5 - процедура установления канала в системе WLAN;
фиг. 6 - концептуальная схема, иллюстрирующая процесс задержки;
фиг. 7 - концептуальная схема, иллюстрирующая скрытый узел и открытый узел;
фиг. 8 - концептуальная схема, иллюстрирующая запрос передачи (RTS) и готовность к передаче (CTS);
фиг. 9 - концептуальная схема, иллюстрирующая операцию управления мощностью (PM);
фиг. 10-12 - концептуальные схемы, иллюстрирующие подробные операции, выполняемые станцией (STA), принявшей карту индикации трафика (TIM);
фиг. 13 - иллюстрация AID на групповой основе;
фиг. 14 - стандартная структура кадра, используемая в системе IEEE 802.11;
фиг. 15 - процедура зондирования NDP согласно варианту настоящего изобретения;
фиг. 16 - процедура зондирования NDP в среде, в которой имеется множество точек доступа AP;
фиг. 17 - примерный кадр управления MAC;
фиг. 18 - процедура зондирования NDP в многоканальной среде;
фиг. 19 - процедура зондирования NDP согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 20 - примерный формат поля опции сети доступа;
фиг. 21 - примеры формата поля SIG кадра запроса зондирования NDP согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 22 - процедура зондирования NDP согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 23 - примерные поля, содержащиеся в коротком навигационном кадре;
фиг. 24 - процедура зондирования NDP согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 25 - другая примерная процедура зондирования NDP в среде, в которой имеется множество точек доступа AP;
фиг. 26 - еще одна примерная процедура зондирования NDP в многоканальной среде;
фиг. 27 - способ сканирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 28 - блок-схема, раскрывающая конфигурацию устройства радиосвязи согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Далее будет более подробно рассмотрено изобретение со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны варианты осуществления изобретения. Однако это изобретение может быть воплощено во множестве других форм и не должно трактоваться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления. Наоборот, эти варианты осуществления представлены в исчерпывающем и завершенном виде, и они в полной мере представляют объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники.
Описанные ниже варианты осуществления представляют собой комбинации элементов и признаков настоящего изобретения. Эти элементы или признаки можно рассматривать по отдельности, если не упомянуто иное. Каждый элемент или признак можно практически реализовать без его комбинирования с другими элементами или признаками. Кроме того, вариант настоящего изобретения может быть сформирован путем комбинирования частей указанных элементов и/или признаков. Порядок операций, описанных в вариантах осуществления настоящего изобретения, может быть изменен. Некоторые структурные части любого из вариантов осуществления могут быть включены в другой вариант осуществления и могут быть заменены соответствующими структурными частями другого варианта осуществления.
Конкретные термины, используемые в вариантах осуществления настоящего изобретения, приведены для лучшего понимания настоящего изобретения. Эти конкретные термины могут быть заменены другими терминами в рамках объема и сущности настоящего изобретения.
В некоторых случаях для предотвращения затенения концепции настоящего изобретения структуры и устройства, известные специалистам в данной области техники, были показаны в виде блок-схем на основе основных функций каждой структуры и устройства. Вдобавок, там, где это возможно, одинаковые ссылочные позиции используются на всех чертежах и в описании для ссылки на одинаковые или подобные части.
Варианты осуществления настоящего изобретения могут поддерживаться стандартными документами, раскрытыми по меньшей мере в одной из систем беспроводного доступа, в том числе Системе 802 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), 3GPP, LTE 3GPP, LTE-A и 3GPP2. Этапы или части, которые не описаны, чтобы не отвлекать внимание от технических признаков настоящего изобретения, могут поддерживаться указанными документами. Кроме того, все изложенные здесь термины могут быть разъяснены стандартными документами.
Описанные здесь способы можно использовать в различных системах беспроводного доступа, например: CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), FDMA (множественный доступ с частотным разделением каналов), TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов), OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов), SC-FDMA (множественный доступ с частотным разделением каналов и одной несущей) и т.п. Система CDMA может быть воплощена посредством радиочастотной технологии, например UTRA (Универсальный наземный радиодоступ) или CDMA2000. Система TDMA может быть воплощена посредством радиочастотной технологии, например GSM (Глобальная система мобильной связи)/GPRS (Пакетная радиосвязь общего пользования)/EDGE (Высокоскоростная передача данных для усовершенствованной версии GSM). Система OFDMA может быть воплощена посредством радиочастотной технологии, например IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20 и E-UTRA (Развитой UTRA) и т.д. Для ясности в этой заявке делается упор на системы IEEE 802.11. Однако технические признаки настоящего изобретения этим не ограничиваются.
Конфигурация системы WLAN
На фиг. 1 в качестве примера показана конфигурация системы IEEE 802.11 согласно одному варианту настоящего изобретения.
Система IEEE 802.11 может включать в себя множество компонент и обеспечивать систему WLAN, поддерживающую мобильность STA, прозрачную для более высоких уровней в соответствии с взаимодействием упомянутых компонент. Базовый набор служб (BSS) может соответствовать базовому составляющему блоку в системе LAN IEEE 802.11. На фиг. 1 показаны два набора BSS (BSS1 и BSS2), причем в каждый из этих BSS в качестве элементов включены две станции STA (например, STA1 и STA2 включены в BSS1, а STA3 и STA4 включены в BSS2). Эллипс, ограничивающий BSS на фиг. 1, указывает зону покрытия, в которой станции STA, включенные в соответствующий BSS, поддерживают связь. Эта зона может называться зоной базовых услуг (BSA). Если станция STA выходит из зоны BSA, то эта STA не может непосредственно осуществлять связь с другими STA в соответствующей BSA.
В сети LAN IEEE 802.11 главным базовым типом BSS является независимый BSS (IBSS). Например, IBSS может иметь минимальную конфигурацию, состоящую только из двух STA. Набор IBSS имеет простейшую форму и соответствует набору BSS (BSS1 или BSS2), показанному на фиг. 1, в которой компоненты, отличные от STA, опущены. Эта конфигурация возможна, когда STA могут непосредственно осуществлять связь друг с другом. Указанный тип LAN может быть сконфигурирован по необходимости, а не спроектирован и сконфигурирован заранее, и может называться специальной сетью «ad-hoc».
Принадлежность STA набору BSS может динамически изменяться при включении или выключении станции STA или когда STA входит либо покидает область покрытия BSS. Станция STA для того, чтобы стать элементом BSS, может использовать процесс синхронизации для объединения с BSS. Для доступа ко всем службам на основе BSS станции STA необходимо выполнить ассоциацию с этим BSS. Ассоциация может быть динамически задана и может использовать службу системы распределения (DSS).
На фиг. 2 показана другая примерная конфигурация системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение. На фиг. 2 в конфигурацию по фиг. 1 добавлены такие компоненты, как система распределения (DS), среда системы распределения (DSM) и точка доступа (AP).
Расстояния по прямой между станциями STA в системе LAN могут быть ограничены рабочими характеристиками PHY-уровня. Хотя это ограничение расстояния в некоторых случаях может быть достаточным, в других случаях может оказаться необходимым поддержание связи между станциями, находящимися на большем расстоянии друг от друга. Система DS может быть выполнена с возможностью поддерживать расширенную область покрытия.
DS относится к структуре, в которой наборы BSS соединены друг с другом. В частности, наборы BSS могут присутствовать в виде компонент расширенной формы сети, состоящей из множества наборов BSS, а не присутствовать независимо друг от друга, как показано на фиг. 1.
Система DS представляет собой логическую концепцию и может быть задана характеристиками DSM. Стандарт IEEE 802.11 логически выделяет беспроводную среду (WM) из DSM. Логические среды используются для разных целей разными компонентами. Стандарт IEEE 802.11 допускает использование одной и той же среды либо разных сред. Тот факт, что множество сред логически отличаются друг от друга, можно объяснить гибкостью сети LAN IEEE 802.11 (структура DS или другие сетевые структуры). То есть структура LAN IEEE 802.11 может быть реализована в разном виде, а физические характеристики этих реализаций могут независимо определяться соответствующими структурами LAN.
Система DS может поддерживать мобильные устройства, обеспечивая интеграцию множества BSS без разрывов и предоставляя логические услуги, необходимые для обработки адресов для адресата.
Точка AP относится к объекту, который дает возможность ассоциированным станциям STA осуществлять доступ к системе DS через беспроводную среду WM и который имеет функциональные возможности STA. Данные могут перемещаться между BSS и DS через точку AP. Например, показанные на фиг. 2 станции STA2 и STA3 имеют функциональные возможности STA и обеспечивают функцию инициирования доступа ассоциированных станций STA (STA1 и STA4) к системе DS. Кроме того, поскольку все точки AP соответствуют в основном STA, то все AP являются адресуемыми объектами. Адрес, используемый точкой доступа AP для связи через WM, не всегда идентичен адресу, используемому точкой AP для осуществления связи посредством DSM.
Данные, переданные от одной из станций STA, ассоциированных с точкой AP, на адрес STA точки АР, могут быть всегда приняты неуправляемым портом и могут быть обработаны объектом доступа порта IEEE 802.1X. Кроме того, если управляемый порт аутентифицирован, то передаваемые данные (или кадр) могут быть доставлены в систему DS.
На фиг. 3 представлена схема, где показана другая примерная конфигурация системы IEEE 802.11, для которой применимо настоящее изобретение. Вдобавок к конфигурации по фиг. 2, на фиг. 3 показан расширенный набор услуг (ESS) для обеспечения расширенного покрытия.
Беспроводная сеть произвольного размера и сложности может содержать систему DS и наборы BSS. В системе IEEE 802.11 сеть такого типа называется ESS сетью. Набор ESS может соответствовать набору BSS, подсоединенных к DS. Однако ESS не включает в себя систему DS. Сеть ESS подобна сети IBSS на уровне управления логическими связями (LLC). Станции STA, включенные в ESS, могут осуществлять связь друг с другом, а мобильные STA могут перемещаться прозрачным образом в LLC из одного BSS в другой BSS (внутри одного и того же ESS).
В системе IEEE 802.11 не определены относительные физические позиции наборов BSS на фиг. 3, и наборы BSS могут быть локализованы следующим образом. Наборы BSS частично могут перекрываться, и эта конфигурация обычно используется для обеспечения непрерывного покрытия. Наборы BSS необязательно физически соединены друг с другом, причем имеется ограничение на логическое расстояние между наборами BSS. Вдобавок, наборы BSS могут находиться в одном и том же физическом месте, и такая конфигурация может быть использована для обеспечения избыточности. Кроме того, одна или несколько сетей IBSS или сетей ESS могут физически находиться в том же месте, где находится одна или несколько сетей ESS. Это может соответствовать сети ESS в случае, когда сеть «ad-hoc» работает там, где присутствует сеть ESS, в случае, когда физически перекрываются сети IEEE 802.11 различных организаций, или в случае, когда необходимо в одном и том же месте иметь два или более разных доступа и две или более стратегий защиты.
На фиг. 4 представлена схема, где показана примерная конфигурация системы WLAN. На фиг. 4 показан пример BSS на основе структуры, содержащей DS.
В примере по фиг. 4 наборы BSS1 и BSS2 образуют ESS. В системе WLAN станция STA представляет собой устройство, работающее в соответствии с нормой MAC/PHY стандарта IEEE 802.11. Станции STA включают в себя STA с точками доступа AP и станции STA без AP. Станции STA без AP соответствуют таким устройствам, как компьютеры типа «лэптоп» или мобильные телефоны, которые управляются непосредственно пользователями. На фиг. 4 станции STA1, STA3 и STA4 соответствуют станциям STA без AP, станции STA2 и STA 5 соответствуют станциям STA с AP.
В последующем описании станция STA без AP может называться терминалом, беспроводным передающим/приемным блоком (WTRU), пользовательским оборудованием (UE), мобильной станцией (MS), мобильным терминалом, мобильной абонентской станцией (MSS) и т.д. Точка AP соответствует базовой станции (BS), узлу B, развитому узлу B (e-NB), базовой приемопередающей системе (BTS), базовой фемтостанции и т.д. в других областях беспроводной связи.
Процедура установления канала
На фиг. 5 представлена общая процедура установления канала.
Для установления канала с сетью и передачи/приема данных станции STA необходимо найти сеть, выполнить аутентификацию, установить ассоциацию и пройти процедуру аутентификации в целях безопасности. Процедура установления канала также можно назвать процедурой инициирования сеанса или процедурой установления сеанса. Вдобавок, процедура ассоциации является общим термином для этапов нахождения, аутентификации, ассоциации и установления защиты процедуры установления канала.
Процедура установления канала описывается со ссылками на фиг. 5.
На этапе S510 станция STA может выполнить операцию нахождения сети. Действие, состоящее в нахождении сети, может включать в себя операцию сканирования, выполняемую STA. То есть STA должна выполнить поиск сети, которая может участвовать в передаче/приеме, чтобы получить доступ к этой сети. Станции STA необходимо идентифицировать подходящую сеть, прежде чем принимать участие в работе беспроводной сети. Процедура идентификации сети, находящейся в конкретной области, называется сканированием.
Сканирование включает в себя активное сканирование и пассивное сканирование.
На фиг. 5 показана операция нахождения сети, включающая в себя активное сканирование. Станция STA, выполняющая активное сканирование, передает кадр запроса зондирования для поиска окружающих точек доступа при изменении каналов и ожидает ответа на кадр запроса зондирования. Ответчик, получив переданный кадр запроса зондирования, передает кадр ответа о зондировании на станцию STA. В этом случае ответчиком может быть станция STA, которая, в конечном счете, передает навигационный кадр в BSS отсканированного канала. В случае BSS, поскольку точка AP передала навигационный кадр, точка AP действует как ответчик, в то время, как в случае IBSS, поскольку станции IBSS последовательно передают навигационный кадр, ответчик не является фиксированным. Например, станция STA, которая передала кадр запроса зондирования по каналу #1 и приняла кадр ответа о зондировании по каналу #1, запоминает информацию, связанную с BSS, содержащуюся в принятом кадре ответа о зондировании, и переходит к следующему каналу (например, к каналу #2) и выполняет сканирование (то есть передачу и прием запроса/ответа о зондировании по каналу #2) аналогичным образом.
Хотя это на фиг. 5 не показано, операция сканирования также может выполняться с использованием пассивного сканирования. Станция STA, выполненная с возможностью выполнения сканирования в режиме пассивного сканирования, ожидает поступление навигационного кадра, переходя одновременно с одного канала на другой. Навигационный кадр является одним из кадров управления в стандарте IEEE 802.11 и указывает на присутствие беспроводной сети, а также дает возможность станции STA выполнить сканирование для поиска беспроводной сети, причем этот навигационный кадр передается периодически таким образом, чтобы станция STA могла найти беспроводную сеть и принять участие в ее работе. В наборе BSS точка доступа (AP) периодически передает навигационный кадр, в то время как станции STA в IBSS передают навигационный кадр по очереди в случае IBSS. После приема навигационного кадра станция STA, выполняющая сканирование, запоминает информацию о BSS, содержащуюся в навигационном кадре, переходит на другой канал и записывает информацию о навигационном кадре для каждого канала. Станция STA, которая приняла навигационный кадр, запоминает информацию, связанную с BSS, содержащуюся в принятом навигационном кадре, и переходит на следующий канал, выполняя таким образом сканирование следующего канала с использованием одного и того же способа.
Что касается сравнения активного сканирования с пассивным сканированием, то активное сканирование имеет преимущества меньшей задержки и энергопотребления, чем пассивное.
После того как станция STA обнаружила сеть, станция STA может выполнить процесс аутентификации на этапе S520. Эта процедура аутентификации может называться первой аутентификацией, чтобы отличить ее от операции установки защиты на этапе S540, который будет описан ниже.
Процесс аутентификации включает в себя процедуру, посредством которой станция STA передает кадр с запросом аутентификации в точку AP, и процедуру, посредством которой AP передает на станцию STA кадр с ответом об аутентификации в ответ на полученный кадр с запросом аутентификации. Кадр аутентификации, используемый для запроса/ответа об аутентификации, соответствует кадру управления.
Кадр аутентификации может включать в себя информацию о номере алгоритма аутентификации, номере последовательности транзакции аутентификации, код состояния, текст вызова, надежно защищенную сеть (RSN), конечную циклическую группу и т.д. Вышеупомянутая информация является частью информации, которая может содержаться в кадре с запросом/ответом об ассоциации и может быть заменена другой информацией или может включать в себя дополнительную информацию.
Станция STA может передать в АР кадр с запросом аутентификации. Точка доступа АР может решить, следует ли аутентифицировать соответствующую STA на основе информации, содержащейся в принятом кадре с запросом аутентификации. Точка доступа АР может предоставить станции STA результат аутентификации, передав кадр с ответом об аутентификации.
После успешной аутентификации станции STA может быть выполнен процесс ассоциации на этапе S530. Процесс ассоциации может включать в себя процедуру, посредством которой станция STA передает в точку AP кадр с запросом ассоциации, и процедуру, посредством которой точка AP передает на станцию STA кадр с ответом об ассоциации в ответ на кадр с запросом ассоциации.
Например, кадр с запросом ассоциации может включать в себя информацию, связанную с различными возможностями, интервал навигационного прослушивания, идентификатор набора услуг (SSID), поддерживаемые скорости передачи, поддерживаемые каналы, RSN, область мобильности, поддерживаемые классы эксплуатации, запрос трансляции TIM (карта индикации трафика), возможности использования взаимодействующих услуг и т.д.
Например, кадр с ответом об ассоциации может включать в себя информацию, связанную с различными возможностями, код состояния, ID ассоциации (AID), поддерживаемые скорости передачи, набор параметров усовершенствованного распределенного доступа к каналу (EDCA), индикатор мощности принимающего канала (RCPI), индикатор отношения «принятый сигнал/шум» (RSNI), область мобильности, интервал тайм-аута (время до возобновления ассоциации), параметр перекрывающегося сканирования BSS, ответ с трансляцией TIM, карта QoS и т.д.
Вышеупомянутая информация является частью информации, которая может содержаться в кадре с запросом/ответом об ассоциации, причем в кадр с запросом/ответом об ассоциации, кроме того, может быть включена дополнительная информация.
После успешной ассоциации станции STA с сетью можно запустить процесс установки защиты на этапе S540. Процесс установки защиты на этапе S540 может называться процессом аутентификации на основе запроса/ответа для установления надежно защищенного сетевого соединения (RSNA). Процесс аутентификации на этапе S520 может называться первой аутентификацией, а процесс установки защиты на этапе S540 может называться просто аутентификацией.
Процесс установки защиты на этапе S540 может включать в себя процесс установки личного ключа посредством 4-кратного квитирования на основе кадра по протоколу EAPOL (Расширяемый протокол аутентификации в сети LAN). Вдобавок, процесс установки защиты также может выполняться согласно другим схемам защиты, не определенным в стандарте IEEE 802.11.
Развитие WLAN
Для смягчения ограничений на скорость передачи в сети WLAN в качестве технического стандарта связи была установлена система IEEE 802.11n. Система IEEE 802.11n нацелена на увеличение скорости передачи и надежности сети, а также расширение области покрытия беспроводной сети. В частности, система IEEE 802.11n поддерживает максимальную пропускную способность (HT), превышающую 540 Мбит/с, и основана на технологии MIMO, согласно которой монтируется множество антенн для каждого передатчика и приемника, чтобы минимизировать ошибки передачи и оптимизировать скорость передачи.
В связи с широким использованием технологии WLAN и диверсификации приложений WLAN имеется потребность в разработке новой системы WLAN, способной поддерживать высокую пропускную способность, превышающую пропускную способность, поддерживаемую системой IEEE 802.11n. Система WLAN для поддержки сверхвысокой пропускной способности (VHT) является следующей версией (например, IEEE 802.11ac) системы IEEE 802.11n и является одной из систем WLAN IEEE 802.11, недавно предложенной для поддержки пропускной способности, большей или равной 1 Гбит/с в MAC SAP (точка доступа к услугам стандарта управления доступом к среде передачи).
Для эффективного использования радиоканалов система WLAN следующего поколения поддерживает передачу MU-MIMO (многопользовательская система с множеством входов и множеством выходов), в которой множество станций STA может осуществлять одновременный доступ к каналам. Согласно схеме передачи MU-MIMO точка AP может одновременно передавать пакеты по меньшей мере на одну или несколько станций STA, соединенных с MIMO.
Вдобавок, в последнее время широко обсуждалась технология для поддержки операций системы WLAN в неиспользуемом частотном спектре. Например, в свете стандарта IEEE 802.11af обсуждалась технология для внедрения системы WLAN в неиспользуемый частотный спектр (TV WS), например свободную полосу частот (например, полоса 54-698 МГц), оставшуюся из-за перехода на систему цифрового телевидения. Однако вышеупомянутая информация приведена исключительно в иллюстративных целях, и неиспользуемый частотный спектр может представлять собой лицензированную полосу, которую в основном может использовать только лицензированный пользователь. Лицензированным пользователем называется пользователь, который имеет полномочия использовать лицензированную полосу, причем он также может называться основным пользователем, действующим пользователем, лицензированным устройством или т.п.
Например, точка AP и/или станция STA, работающие в неиспользуемом частотном спектре (WS), должны обеспечивать функцию защиты лицензированного пользователя. Например, если предположить, что лицензированный пользователь, например микрофон, уже использует конкретный канал WS, действующий согласно правилам как разделенная полоса частот, так что определенная полоса, входящая в полосу WS, занята, то точка AP и/или станция STA не могут использовать полосу частот, соответствующую каналу WS, с тем чтобы защитить лицензированного пользователя. Вдобавок, точка AP и/или станция STA должны прекратить использование соответствующей полосы частот при условии, что лицензированный пользователь использует полосу частот, которую используют для передачи и/или приема текущего кадра.
Соответственно, точка AP и/или станция STA предпочтительно должны выполнить процедуру проверки возможности использования конкретной полосы частот в полосе WS, другими словами, должны определить, имеется ли лицензированный пользователь, использующий эту полосу частот. Проверка наличия лицензированного пользователя для конкретной полосы частот называется здесь контролем спектра. В качестве механизма контроля спектра могут быть использованы операции определения энергии, определения сигнатуры или т.п. Когда уровень принятого сигнала превышает заранее определенное значение или обнаружена преамбула DTV, можно заключить, что соответствующая полоса частот используется в настоящее время лицензированным пользователем.
В последнее время в качестве технологии связи следующего поколения обсуждается технология межмашинной (M2M) связи. Технический стандарт для поддержки M2M связи был разработан в виде стандарта IEEE 802.11ah в системе WLAN IEEE 802.11. M2M связь относится к схеме связи, включающей в себя одну или несколько машин, причем она также может называться связью машинного типа (MTC) или машинной связью. В этом случае машина может представлять собой объект, для которого не требуется манипулирование и вмешательство со стороны пользователя. Например, примером указанных машин может быть не только счетчик или торговый автомат, оборудованный модулем RF связи, но также пользовательское оборудование (UE) (такое, как смартфон), способное осуществлять связь путем автоматического доступа к сети без вмешательства пользователя. M2M связь может включать в себя связь «устройство-устройство» (D2D) и связь между устройством и сервером приложений. Примерами такой связи между устройством и сервером приложений являются связь между торговым автоматом и сервером, связь между устройством в точке продаж (POS) и сервером и связь между счетчиком потребления электроэнергии, счетчиком потребления газа или счетчиком потребления воды и сервером. Вдобавок, приложения связи на основе M2M могут включать в себя приложения, касающиеся безопасности, транспорта, здравоохранения и т.д. Что касается вышеупомянутых примеров приложений, то M2M связь должна поддерживать передачу и прием небольшого объема данных с низкой скоростью в среде, содержащей большое количество устройств.
Если более подробно, то M2M связь должна поддерживать большое количество станций STA. Хотя в имеющейся на данный момент системе WLAN предполагается, что одна точка AP ассоциирована максимум с 2007 станциями STA, в последнее время обсуждаются различные варианты поддержки в других ситуациях, когда с одной точкой AP ассоциировано намного больше станций STA (например, около 6000 станций STA) с использованием M2M связи. Вдобавок, ожидается, что при использовании M2M связи развернуто много приложений для поддержки/запроса услуг низкоскоростной пересылки данных. В системе WLAN станция STA может определить наличие данных, подлежащих передаче, на основе элемента «Карта индикации трафика» (TIM), в связи с чем в последнее время обсуждаются различные способы сокращения размера битовой карты TIM для поддержки вышеупомянутых приложений. Вдобавок, ожидается появление большого объема данных трафика с очень большим интервалом передачи/приема при использовании M2M связи. Например, при M2M связи необходимо передавать и принимать очень маленький объем данных (например, показания счетчика потребления электроэнергии/газа/воды) с длительными интервалами (например, ежемесячно). Вдобавок, поскольку станция STA работает в соответствии с командой, полученной через нисходящую линию связи (то есть линию связи от точки AP к станции STA без AP) так, что данные передаются через восходящую линию связи (то есть линию от станции STA без AP к данной точке AP), в системе M2M связи используют усовершенствованные схемы связи по восходящей линии, через которую передают основные данные. Вдобавок, большинство станций STA в схеме M2M связи в основном функционируют, используя батарею, в связи с чем необходимо обеспечить длительное время эксплуатации посредством минимизации расхода батареи. Вдобавок, у пользователя могут возникнуть трудности при непосредственном манипулировании с STA в определенной ситуации, в связи с чем на станциях STA необходимо обеспечить функцию самовосстановления. Соответственно, в настоящее время обсуждаются способы эффективной поддержки, а также сокращения энергопотребления в случаях, когда количество станций, имеющих кадры данных для приема в AP в течение одного навигационного периода, очень мало, хотя количество станций STA, ассоциированных с AP, очень велико.
Как было описано выше, в настоящее время быстро развивается технология WLAN, в связи с чем, вдобавок к приведенным выше примерам, продолжается разработка технологий для установления прямого канала, улучшающих рабочие характеристики потоковой передачи медиа, поддерживающих установление начального сеанса связи, обеспечивающего высокую скорость и/или большие объемы передачи, а также поддерживающих расширенную полосу частот и рабочую частоту и т.д.
Сеть WLAN, работающая на частоте ниже 1 ГГц
Как было описано выше, в настоящее время обсуждается стандарт IEEE 802.11ah, относящийся к M2M связи. Стандарт IEEE 802.11ah работает в нелицензированных полосах, отличных от неиспользуемой TV полосы, на рабочей частоте ниже 1 ГГц и имеет более широкое покрытие (например, до 1 км), чем существующая WLAN, поддерживающая в основном стандартное покрытие внутри помещений. То есть в отличие от существующей WLAN, работающей на частоте 2,4 ГГц или 5 ГГц, если сеть WLAN функционирует на рабочей частоте ниже 1 ГГц (например, 700-900 МГц), то покрытие точки AP увеличивается примерно в два или три раза при той же мощности передачи из-за характеристик распространения сигнала соответствующей полосы. В этом случае к одной точке AP может быть подсоединено большое количество станций STA. Случай использования, рассмотренный в стандарте IEEE 802.11ah, можно обобщить, как показано в нижеследующей Таблице 1.
Таблица 1
Сценарий использования-------
1: Датчики и счетчики1а: Интеллектуальная энергосистема-счетчик на опоре ЛЭП1c: Мониторинг окружающей среды/сельскохозяйственных угодий1d: Датчики технологических процессов1e: Здравоохранение1f: Здравоохранение1g: Автоматика квартиры/здания1h: Датчики квартиры
Сценарий использования--
2: Транзит данных датчиков и счетчиковТранзит данных агрегированных датчиковТранзит данных агрегированных технологических датчиков
Сценарий использования--
3: Wi-Fi с расширенным диапазономТочка доступа с расширенным диапазоном за пределами помещенийWi-Fi за пределами помещений для разгрузки сотового трафика
Согласно сценарию 1 использования, показанному в таблице 1, доступна M2M связь, в которой к точке AP стандарта 802.11ah подсоединены датчики/счетчики различных видов. В частности, технология интеллектуальной энергосистемы позволяет подсоединить к одной AP до 6000 датчиков/счетчиков.
Согласно сценарию 2 использования, показанному в таблице 1, точка AP стандарта 802.11ah, выполненная с возможностью обеспечения большого покрытия, служит в качестве транзитного канала другой системы, такой как IEEE 802.15.4g.
Согласно сценарию 3 использования, показанному в таблице 1, возможна поддержка расширенного домашнего покрытия, покрытия кампуса и поддержка связи с точкой доступа, например связи в пределах территории торгового мола. Согласно сценарию 3 использования точка AP стандарта 802.11ah поддерживает разгрузку трафика сотовой мобильной связи, сглаживая перегрузки в сотовом трафике.
Физический уровень (PHY) для связи на частотах ниже 1 ГГц можно реализовать путем уменьшения в 10 раз частоты существующего уровня PHY стандарта IEEE 802.11ac. В этом случае канальные полосы 2/4/8/16/8+8 МГц в диапазоне ниже 1 ГГц могут быть обеспечены посредством десятикратного уменьшения частоты канальных полос 20/40/80/160/80+80 МГц в стандарте 802.11ac. Таким образом, защитный интервал (GI) увеличивается с 0,8 мкс до 8 мкс, так что GI увеличивается в десять раз. В нижеследующей таблице 2 показаны результаты сравнения пропускной способности уровня PHY стандарта 802.11ac и пропускной способности уровня PHY в полосе ниже 1 ГГц при десятикратном уменьшении частоты.
Таблица 2
PHY IEEE 802.11ac
PHY в полосе ниже 1 ГГц при уменьшении частоты в 10 раз
Ширина полосы/пропускная способность канала
Ширина полосы/пропускная способность канала
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 передачи
В системе WLAN на основе IEEE 802.11 механизмом базового доступа MAC (управление доступом к среде передачи) является множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтных ситуаций (CSMA/CA). Механизм CSMA/CA называется распределенной функцией координирования (DCF) MAC IEEE 802.11 и в основном включает в себя механизм доступа типа «прослушать перед передачей». Согласно вышеупомянутому механизму доступа точка AP и/или станция STA могут выполнить детектирование незанятости канала (CCA) для измерения RF канала или среды передачи в течение заранее определенного временного интервала [например, межкадровый интервал DCF (DIFS)] перед передачей данных. Если определено, что среда передачи находится в состоянии простоя, то начинается передача кадра через соответствующую среду. С другой стороны, если определено, что среда передачи находится в занятом состоянии, то соответствующая точка AP и/или станция STA не запускает свою передачу, устанавливает время задержки (например, произвольный период задержки) для доступа к среде передачи и пытается запустить передачу кадра по истечении заранее определенного времени ожидания. Ожидается, что при использовании случайного периода задержки каждая из множества станций STA попытается запустить передачу кадра со своим, отличным от других, временем ожидания, что сводит к минимуму вероятность появления конфликтных ситуаций.
Вдобавок протокол MAC IEEE 802.11 обеспечивает гибридную функцию координирования (HCF). Функция HCF основана на функции DCF и точечной функции координирования (PCF). Функция PCF относится к схеме синхронного доступа на основе опроса, согласно которой выполняется периодический опрос таким образом, что все приемные (Rx) точки AP и/или станции STA могут принять кадр данных. Вдобавок, HCF включает в себя усовершенствованный распределенный доступ к каналу (EDCA) и доступ к каналу под управлением HCF (HCCA). Доступ EDCA обеспечивается в том случае, когда схема доступа, предоставленная провайдером множеству пользователей, основана на состязательности. Доступ HCCA обеспечивается схемой доступа к каналу на бесконфликтной основе, которая базируется на механизме опроса. Вдобавок, HCF включает в себя механизм доступа к среде для повышения качества обслуживания (QoS) сети WLAN и может передавать данные о QoS как на интервале состязательности станций (CP), так и на интервале бесконфликтного доступа (CFP).
На фиг. 6 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая процесс задержки.
Операции на основе случайного периода задержки описываются здесь со ссылками на фиг. 6. Если среда передачи переходит из занятого состояния в состояние простоя, то несколько станций STA могут предпринять попытку передачи данных (или кадра). В качестве способа, обеспечивающего минимальное количество конфликтных ситуаций, каждая станция STA выбирает случайное время задержки, ожидает некоторое время, соответствующее выбранном отсчету задержки, а затем пытается запустить передачу данных. Случайный отсчет задержки представляет собой псевдослучайное целое число, значение которого может быть установлено равным от 0 до CW. В этом случае CW относится к значению параметра «окно конкуренции». Хотя начальное значение параметра CW обозначено как CWmin, это начальное значение может быть удвоено в случае отказа при передаче (например, в том случае, когда не получено подтверждение (ACK) передачи кадра). Если значение параметра CW обозначить как CWmax, то CWmax поддерживается до тех пор, пока не произойдет успешная передача данных, и в это время можно попытаться опять запустить передачу данных. Если передача данных была успешной, то значение параметра CW устанавливается равным CWmin. Предпочтительно, чтобы значения CW, CWmin и CWmax устанавливались равными 2n-1 (где n=0, 1, 2 …).
Если процесс случайной задержки запускает выполнение операции, станция STA непрерывно контролирует среду передачи, выполняя обратный отсчет интервала задержки в соответствии с принятым значением отсчета задержки. Если при текущем контроле фиксируется занятое состояние среды передачи, то обратный отсчет прекращается и выполняется ожидание в течение заранее определенного времени. Если среда передачи находится в состоянии простоя, то вновь запускается обратный отсчет оставшегося времени.
Как показано в примере на фиг. 6, если на станцию STA3 поступает пакет, подлежащий передаче в MAC станции STA3, то она определяет, находится ли среда передачи в состоянии простоя во время DIFS, и может запустить напрямую передачу кадра. В то же время остальные станции STA осуществляют текущий контроль за тем, находится ли среда передачи в занятом состоянии, и ожидают возможность запуска передачи в течение заранее определенного времени. В течение указанного заранее определенного времени данные, подлежащие передаче, могут появиться на каждой из станций STA1, STA2 и STA5. Если среда передачи находится в состоянии простоя, то каждая станция STA ожидает в течение времени DIFS, а затем выполняет обратный отсчет интервала задержки в соответствии со случайным значением отсчета задержки, выбранным каждой станцией STA. В примере на фиг. 6 показано, что STA2 выбрала минимальное значение отсчета задержки, а станция STA1 выбрала максимальное значение отсчета задержки. То есть после окончания отсчета задержки станцией STA2 оставшееся время задержки станции STA5 на момент запуска передачи кадра будет меньше оставшегося времени задержки станции STA1. Станции STA 1 и STA 5 временно прекращают обратный отсчет, пока станция STA2 занимает среду передачи, и ожидают в течение заранее определенного времени. После того как станция STA2 закончила передачу и среда передачи вновь перешла в состояние простоя, каждая из станций STA1 и STA5 ожидает в течение заранее определенного времени DIFS и вновь запускает отсчет задержки. То есть после оставшегося интервала задержки, пока идет обратный отсчет оставшегося времени задержки, может начаться операция передачи кадра. Поскольку оставшееся время задержки станции STA5 меньше, чем у станции STA1, передачу кадра начнет станция STA5. Между тем данные, подлежащие передаче, могут появиться на станции STA4 в то время, когда станция STA2 занимает среду передачи. В этом случае, если среда передачи находится в состоянии простоя, то станция STA4 ожидает в течение времени DIFS, выполняет обратный отсчет в соответствии со случайным значением задержки, выбранным станцией STA4, а затем запускает передачу кадра. На фиг. 6 в качестве примера показан случай, когда оставшееся время задержки станции STA5 случайно совпало со случайным временем отсчета задержки станции STA4. В этом случае между станциями STA4 и STA5 может возникнуть неожиданная конфликтная ситуация. Если между STA4 и STA5 возникает конфликтная ситуация, то каждая из этих станций не получит подтверждения передачи (ACK), что приведет к отказу в передаче данных. В этом случае каждая из станций STA4 и STA5 вдвое увеличивает значение CW, и станция STA4 либо станция STA5 может выбрать случайное значение отсчета задержки, а затем выполнит обратный отсчет. Между тем станция STA1 ожидает в течение заранее определенного времени, в то время как среда передачи находится в состоянии занятости из-за передачи, выполняемой станциями STA4 и STA5. В этом случае, если среда передачи находится в состоянии простоя, то станция STA1 ожидает в течение времени DIFS, а затем запускает передачу кадра по истечении оставшегося времени задержки.
Операция контроля, выполняемая STA
Как было описано выше, механизм CSMA/CA включает в себя не только механизм контроля физической несущей, на которой точка AP и/или станция STA может непосредственно контролировать среду передачи, но также механизм контроля виртуальной несущей. Механизм контроля виртуальной несущей может также решить некоторые проблемы (например, проблему скрытого узла), с которыми сталкиваются при доступе к среде передачи. При контроле виртуальной несущей MAC системы WLAN может использовать вектор сетевого распределения (NAV). В частности, используя значение NAV, точка AP и/или станция STA, каждая из которых использует в данный момент среду передачи или имеет полномочие использовать эту среду, может проинформировать другую точку AP и/или другую станцию STA об оставшемся времени, в течение которого среда передачи будет доступна. Соответственно, значение NAV может соответствовать зарезервированному времени, в течение которого среда передачи будет использоваться точкой AP и/или станцией STA, сконфигурированной для передачи соответствующего кадра. Станция STA, получив значение NAV, может запретить или отложить доступ к среде (или доступ к каналу) в течение соответствующего зарезервированного времени. Например, значение NAV может быть установлено в соответствии со значением поля «длительность» в заголовке MAC упомянутого кадра.
Для уменьшения вероятности возникновения конфликтной ситуации был предложен надежный механизм обнаружения конфликтной ситуации, и далее со ссылками на фиг. 7 и 8 этот механизм подробно описывается. Хотя диапазон контроля реальной несущей отличается от диапазона передачи, здесь для удобства описания и лучшего понимания настоящего изобретения предполагается, что диапазон контроля реальной несущей идентичен диапазону передачи.
На фиг. 7 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая скрытый узел и открытый узел.
На фиг. 7(а) показан пример скрытого узла. На фиг. 7(а) станция STA А осуществляет связь со станцией STA В, а станция STA С имеет информацию, подлежащую передаче. На фиг. 7(а) станция STA С может определить, что среда передачи находится в режиме простоя при выполнении контроля несущей перед передачей данных на станцию STA В при условии, что станция STA А передает информацию на станцию STA В. Поскольку передача, выполняемая станцией STA А (то есть состояние занятости среды передачи) в месте расположения станции STA С, возможно не будет обнаружена, определяют, что среда передачи находится в состоянии простоя. В этом случае станция STA В одновременно принимает информацию от STA А и информацию от STA С, в результате чего возникает конфликтная ситуация. В этом случае станцию STA А можно рассматривать как скрытый узел станции STA С.
На фиг. 7(b) показан пример открытого узла. На фиг. 7(b) при условии, что станция STA В передает данные на станцию STA А, станция STA С имеет информацию, подлежащую передаче на станцию STA D. Если станция STA С выполняет контроль несущей, определяют, что среда передачи занята из-за передачи, выполняемой станцией STA В. Таким образом, хотя станция STA С имеет информацию, подлежащую передаче на станцию STA D, фиксируется состояние занятости среды передачи, так что станция STA С должна ждать в течение заранее определенного времени (то есть находиться в режиме ожидания), пока среда передачи не окажется в состоянии простоя. Однако, поскольку станция STA А в действительности вышла из диапазона передачи станции STA С, передача от STA С может не войти в конфликт с передачей от STA В с точки зрения станции STA А, так что станция STA С необязательно переходит в режим ожидания, пока не прекратится передача станцией STA В. Здесь станция STA С называется открытым узлом станции STA В.
На фиг. 8 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая запрос передачи (RTS) и готовность к передаче (CTS).
Чтобы эффективно использовать механизм предотвращения конфликтных ситуаций при вышеупомянутой ситуации (фиг.7), можно использовать короткий пакет сигнализации, такой как RTS (запрос передачи) и CTS (готовность к передаче). Обмен сообщениями RTS/CTS между двумя станциями STA может быть перехвачен периферийной станцией (станциями) STA, так что периферийная станция (станции) STA может решить, происходит ли обмен информацией между этими двумя станциями. Например, если STA, подлежащая использованию для передачи данных, передает кадр RTS на станцию STA, которая приняла данные, то станция STA, которая приняла данные, передает на периферийные станции STA кадр CTS и может проинформировать периферийные станции STA о том, что упомянутая STA собирается принимать данные.
На фиг. 8(а) в качестве примера показан способ решения проблем скрытого узла. На фиг. 8(а) предполагается, что обе станции STA А и STA С готовы передать данные на станцию STA В. Если STA А передает RTS на станцию STA В, то станция STA В передает CTS как на станцию STA А, так и на станцию STA С, находящуюся в окрестности станции STA В. В результате STA С должна ожидать в течение заранее определенного времени, пока станции STA А и STA В закончат передачу данных, в результате чего предотвращается возникновение конфликтной ситуации.
На фиг. 8(b) в качестве примера показан способ решения проблем, связанных с открытым узлом. Станция STA С выполняет прослушивание передач RTS/CTS между станциями STA A и STA B, что дает возможность станции STA С определить отсутствие конфликтной ситуации, хотя она передает данные на другую станцию STA (например, STA D). То есть STA В передает RTS на все периферийные станции STA, и только станция STA А, имеющая данные, действительно подлежащие передаче, может передать сообщение CTS. Станция STA С принимает только RTS и не принимает CTS от STA A, так что можно определить, что станция STA A находится вне диапазона контроля несущей, относящегося к STA С.
Управление мощностью
Как было описано выше, система WLAN должна выполнить контроль канала перед выполнением станцией STA передачи/приема данных. Операция постоянного контроля канала требует непрерывного потребления энергии станции STA. Нет большой разницы в энергопотреблении между состоянием приема (Rx) и состоянием передачи (Tx). Непрерывная поддержка состояния Rx может инициировать большую нагрузку на STA с ограниченной мощностью (то есть STA, работающей от батареи). Следовательно, если станция STA поддерживает режим ожидания Rx с тем, чтобы постоянно контролировать канал, имеет место неэффективное потребление энергии без особых преимуществ с точки зрения пропускной способности WLAN. Чтобы решить вышеупомянутую проблему, система WLAN поддерживает режим управления мощностью (PM) на станции STA.
Режим PM на станции STA классифицируется на активный режим и режим энергосбережения (PS). Станция STA в базовом варианте работает в активном режиме. Станция STA, работающая в активном режиме, поддерживает состояние готовности. Если станция STA находится в состоянии готовности, то она может нормально работать, например может выполнять передачу/прием кадра, контроль канала или т.п. С другой стороны, станция STA, работающая в режиме PS, выполнена с возможностью перехода из спящего состояния в состояние готовности или обратно. Станция STA, находящаяся в спящем состоянии, потребляет минимальную мощность и не выполняет передачу/прием кадра и сканирование канала.
Объем энергопотребления сокращается пропорционально определенному времени, в течение которого станция STA остается в спящем состоянии, так что время эксплуатации станции STA увеличивается в связи с уменьшением энергопотребления. Однако невозможно передавать или принимать кадр в спящем состоянии, так что станция STA не сможет работать в течение длительного периода времени. Если имеется кадр, подлежащий передаче в точку AP, то станция STA, находящаяся в спящем состоянии, переходит в состояние готовности, в котором она способна передавать/принимать кадр. С другой стороны, если AP имеет кадр, подлежащий передаче на станцию STA, станция STA, находясь в спящем состоянии, не способна принять этот кадр и не может определить наличие кадра, подлежащего приему. Соответственно, для станции STA возможно понадобится переключение в состояние готовности, соответствующее определенному периоду, чтобы определить наличие или отсутствие кадра, подлежащего передаче на станцию STA (или чтобы принять сигнал, указывающий на наличие кадра в предположении, что определено наличие кадра, подлежащего передаче на станцию STA).
На фиг. 9 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая операцию управления мощностью (PM).
Обратимся к фиг. 9, где точка доступа AP 210 передает навигационный кадр на станции STA, имеющиеся в набора BSS, в интервалах заранее определенного временного периода на этапах (S211, S212, S213, S214, S215, S216). Навигационный кадр включает в себя информационный элемент TIM. Информационный элемент TIM включает в себя буферизованный трафик, относящийся к станциям STA, ассоциированным с AP 210, и включает в себя определенную информацию, указывающую, что этот кадр должен быть передан. Информационный элемент TIM включает в себя TIM, указывающий на то, что этот кадр относится к одноадресной передаче, и карту индикации доставки трафика (DTIM), указывающую на то, что кадр предназначен для групповой или широковещательной передачи.
Точка AP 210 может передавать DTIM всякий раз, когда навигационный кадр передается три раза. Каждая из станций STA1 220 и STA2 222 работает в PS режиме. Каждая из станций STA1 220 и STA2 222 переходит из спящего состояния в состояние готовности на каждом интервале активации так, что станции STA1 220 и STA2 222 могут быть сконфигурированы для приема информационного элемента TIM, переданного точкой доступа AP 210. Каждая станция STA может вычислить момент начала переключения, в который каждая STA может начать переключение в состояние готовности на основе собственных локальных часов. На фиг. 9 предполагается, что часы на станции STA синхронизированы с часами в точке AP.
Например, заранее определенный интервал готовности может быть сконфигурирован таким образом, чтобы станция STA1 220 могла переключаться в состояние готовности для приема элемента TIM на каждом навигационном интервале. Соответственно, STA1 220 может перейти в состояние готовности на этапе S221, когда AP 210 сначала передает навигационный кадр на этапе S211. Станция STA1 220 принимает навигационный кадр и получает информационный элемент TIM. Если полученный элемент TIM указывает на наличие кадра, подлежащего передаче на STA1 220, эта станция может передать в точку доступа AP 210 кадр опроса, касающегося энергосбережения (опрос PS), который содержит запрос на передачу этого кадра станцией AP 210 на этапе S221a. Точка доступа AP 210 может передать этот кадр на станцию STA1 220 в ответ на кадр опроса PS на этапе S231. Станция STA1 220, принявшая указанный кадр, вновь переходит в спящее состояние и далее в нем находится.
Когда AP 210 вторично передает навигационный кадр и имеет место состояние занятости среды передачи, в котором среда передачи доступна другому устройству, точка доступа AP 210 может не передавать навигационный кадр точно на интервале навигации, а может передать навигационный кадр с задержкой на этапе S212. В этом случае, хотя STA1 220 перешла в состояние готовности в соответствии с навигационным интервалом, она не принимает переданный с задержкой навигационный кадр и вновь переходит в спящее состояние на этапе S222.
Когда AP 210 в третий раз передает навигационный кадр, соответствующий навигационный кадр может включать в себя элемент TIM, обозначенный как DTIM. Однако, поскольку задано состояние занятости среды передачи, AP 210 передает навигационный кадр с задержкой на этапе S213. Станция STA1 220 переходит в режим готовности в соответствии с навигационным интервалом и может получить DTIM через навигационный кадр, переданный точкой доступа AP 210. Здесь предполагается, что DTIM, полученный станцией STA1 220, не содержит кадр, подлежащий передаче на STA1 220, а имеется кадр для другой STA. В этом случае STA1 220 подтверждает отсутствие кадра, подлежащего приему на станции STA1 220, и снова переходит в спящее состояние так, что станция STA1 220 может оставаться в спящем состоянии. После передачи точкой доступа AP 210 навигационного кадра AP 210 передает кадр на соответствующую станцию STA на этапе S232.
Точка доступа AP 210 в четвертый раз передает навигационный кадр на этапе S214. Однако станция STA1 220 не может получить информацию, касающуюся наличия буферизованного трафика, ассоциированного с STA1 220, посредством двойного приема элемента TIM так, что STA1 220 может отрегулировать интервал готовности для приема элемента TIM. В качестве альтернативы, при условии, что в навигационном кадре, переданном точкой доступа AP 210, содержится сигнальная информация для координации значения интервала готовности STA1 220, можно будет отрегулировать значение интервала готовности станции STA1 220. В этом примере STA1 220, которая переключается на прием элемента TIM с каждым навигационным интервалом, может перейти в другое рабочее состояние, в котором STA1 220 может выйти из спящего состояния один раз за каждые три навигационных интервала. Следовательно, когда AP 210 передает четвертый навигационный кадр на этапе S214 и передает пятый навигационный кадр на этапе S215, станция STA1 220 поддерживает спящее состояние так, что она не сможет получать соответствующий элемент TIM.
Когда AP 210 в шестой раз передает навигационный кадр на этапе S216, станция STA1 220 переходит в состояние готовности и функционирует в этом состоянии, не имея возможности получить элемент TIM, содержащийся в навигационном кадре (этап S224). Элемент TIM представляет собой DTIM, указывающий на присутствие широковещательного кадра так, что STA1 220 не передает в точку доступа AP 210 кадр опроса PS, а может принять широковещательный кадр, переданный точкой доступа AP 210 на этапе S234. Между тем интервал готовности станции STA2 230 может быть длиннее интервала готовности станции STA1 220. Соответственно, STA2 230 переходит в состояние готовности в определенный момент S215, когда AP 210 в пятый раз передает навигационный кадр, так что STA2 230 сможет принять элемент TIM (этап S241). Станция STA2 230 обнаруживает присутствие кадра, подлежащего передаче на станцию STA2 230, посредством элемента TIM и передает кадр опроса PS в точку доступа AP 210 с тем, чтобы запросить передачу кадра на этапе S241a. Точка доступа AP 210 может передать указанный кадр на станцию STA2 230 в ответ на кадр опроса PS на этапе S233.
Для обеспечения работы/управления в режиме энергосбережения (PS), показанном на фиг. 9, элемент TIM может включать в себя либо TIM, указывающий на наличие или отсутствие кадра, подлежащего передаче на станцию STA, либо DTIM, указывающий наличие или отсутствие кадра широковещательной передачи/кадра групповой передачи. DTIM можно реализовать посредством установки соответствующего поля в элементе TIM.
На фиг. 10-12 представлены концептуальные схемы, иллюстрирующие подробные операции, выполняемые станцией STA, получившей карту индикации трафика (TIM).
Обратимся к фиг. 10, где STA перешла из спящего состояния в состояние готовности для приема из точки доступа AP навигационного кадра, включающего в себя TIM. Станция STA анализирует полученный элемент TIM с тем, чтобы обнаружить присутствие или отсутствие буферизованного трафика, подлежащего передаче на эту станцию. После того как станция STA в соперничестве с другими станциями STA получит доступ к среде передачи для передачи кадра опроса PS, она сможет передать кадр опроса PS для запроса передачи кадра данных в точку доступа AP. Точка доступа AP, получив кадр опроса PS, переданный станцией STA, может передать на нее указанный кадр. Станция STA может принять кадр данных и затем передать кадр подтверждения (ACK) в точку AP в ответ на полученный кадр данных. После этого STA может вернуться в спящее состояние.
Как можно видеть из фиг. 10, точка доступа AP может функционировать в соответствии со схемой немедленной реакции, согласно которой AP принимает кадр опроса PS от STA и передает кадр данных по истечении заранее определенного времени (например, короткий межкадровый интервал (SIFS)). В противоположность этому точка доступа AP, получившая кадр опроса PS, не готова к передаче кадра данных на станцию STA в течение интервала SIFS, так что AP может работать согласно схеме отложенного ответа, подробное описание которой следует ниже со ссылками на фиг. 11.
Операции, выполняемые станцией STA (фиг. 11), при которых STA переходит из спящего состояния в состояние готовности, заключаются в приеме TIM от точки доступа AP и передаче кадра опроса PS в точку AP в условиях состязательности, идентичны операциям по фиг. 10. Если AP, получившая кадр опроса PS, не подготовила кадр данных в течение интервала SIFS, то AP вместо передачи кадра данных может передать кадр ACK на станцию STA. Если после передачи кадра ACK кадр данных готов, то AP может передать этот кадр данных на станцию STA после разрешения указанной конфликтной ситуации. Станция STA может передать в точку AP кадр ACK, указывающий на успешный прием кадра данных, и может перейти в спящее состояние.
На фиг. 12 в качестве примера показан случай, когда точка доступа передает DTIM. Станции STA могут перейти из спящего состояния в состояние готовности для приема из точки AP навигационного кадра, содержащего элемент DTIM. Станции STA могут обнаружить, что кадр (кадры) групповой/широковещательной передачи будут передаваться посредством принятой DTIM. После передачи навигационного кадра, включающего в себя DTIM, точка доступа AP может непосредственно передать данные (то есть кадр групповой/широковещательной передачи), не выполняя передачу/прием кадра опроса PS. Поскольку станции STA непрерывно поддерживают состояние готовности после приема навигационного кадра, содержащего DTIM, эти станции могут принять данные, а затем перейти в спящее состояние после завершения приема данных.
Структура TIM
Согласно способу функционирования и управления в режиме энергосбережения (PS) по протоколу передачи TIM (или DTIM), показанного на фиг. 9-12, станции STA могут определить наличие или отсутствие кадра данных, подлежащего передаче для станций STA, используя идентификационную информацию о STA, содержащуюся в элементе TIM. Идентификационная информация о STA может представлять собой конкретную информацию, связанную с идентификатором ассоциации (AID), выделяемым при ассоциации станции STA с точкой доступа AP.
Идентификатор AID используют в качестве уникального ID каждой STA в одном наборе BSS. Например, AID для использования в текущей системе WLAN может быть выделен из диапазона чисел от 1 до 2007. В случае текущей системы WLAN для кадра, передаваемого точкой доступа и/или станцией STA, для AID может быть выделено 14 бит. Хотя максимальным присвоенным значением AID является 16383, здесь в качестве резервных значений установлены значения в диапазоне от 2008 до 16383.
Элемент TIM согласно существующему определению не подходит для применения в M2M приложении, через которое многие станции STA (например, по меньшей мере 2007 станций STA) ассоциированы с одной AP. Если стандартную структуру TIM расширить без каких-либо изменений, то размер битовой карты TIM увеличится настолько, что станет невозможным поддерживать расширенную структуру TIM с использованием существующего формата кадра, и расширенная структура TIM не подойдет для M2M связи, в которой применяется низкая скорость пересылки данных. Вдобавок, весьма вероятно, что имеется очень малое количество станций STA, каждая из которых принимает кадр данных Rx в течение одного навигационного периода. Следовательно, согласно приведенному в качестве примера приложению для вышеупомянутой М2М связи ожидается, что размер битовой карты TIM увеличится и большинство битов будут установлены в нуль (0) так, что потребуется технология, способная обеспечить эффективное сжатие указанной битовой карты.
При использовании существующей технологии сжатия битовой карты последовательные значения (каждое из которых установлено равным нулю) опускают из головной части битовой карты, и результат этой операции можно определить как значение смещения (или как начальную точку). Однако, хотя количество станций STA, каждая из которых включает в себя буферизованный кадр, мало, если имеется значительное различие между значениями AID соответствующих станций STA, то эффективность сжатия окажется невысокой. Положим, например, что буферизован кадр, подлежащий передаче только на первую станцию STA, имеющую AID, равный 10, и вторую STA, имеющую AID, равный 2000, и тогда длина сжатой битовой карты составит 1990, причем остальным частям, отличным от обеих краевых частей, присваивают нулевое значение (0). Если количество станций STA, связанных с одной точкой доступа AP, мало, то недостаточная эффективность сжатия битовой карты не вызывает серьезных проблем. Однако, если количество станций STA, ассоциированных с одной точкой доступа, возрастает, то указанная низкая эффективность может серьезно ухудшить пропускную способность всей системы.
Для решения вышеупомянутых проблем идентификаторы AID разделяют на множество групп так, чтобы можно было более эффективно передавать данные с использованием указанных AID. Каждой группе выделяют специальный групповой ID (GID). Идентификаторы AID, распределенные на основе указанных групп, описываются далее со ссылками на фиг. 13.
На фиг. 13(а) представлена концептуальная схема, иллюстрирующая AID на групповой основе. На фиг. 13(а) некоторые биты, находящиеся в передней части битовой карты AID, можно использовать для указания группового ID (GID). Например, можно назначить четыре GID, используя первые два бита из битовой карты AID. Если общую длину битовой карты AID обозначить как N бит, то первые два бита (B1 и B2) могут представлять GID соответствующего AID.
На фиг. 13(b) представлена концептуальная схема, иллюстрирующая AID на групповой основе. На фиг. 13(b) идентификатор GID может быть распределен в соответствии с позицией идентификатора AID. В этом случае идентификаторы AID, имеющие один и тот же GID, могут быть представлены с помощью значений смещения и длины. Например, если GID 1 установить в виде смещения А и длины В, это означает, что идентификаторы AID (А~А+В-1) на битовой карте установлены соответственно для GID 1. Например, на фиг. 13(b) предполагается, что идентификаторы AID (1~N4) делятся на четыре группы. В этом случае идентификаторы AID, содержащиеся в GID 1, обозначены как 1~N1, причем идентификаторы AID, содержащиеся в этой группе, могут быть представлены смещением, равным 1, и длиной, равной N1. Идентификаторы AID, содержащиеся в GID2, могут быть представлены смещением (N+1) и длиной (N2-N1+1), идентификаторы AID, содержащиеся в GID3, могут быть представлены смещением (N2+1) и длиной (N3-N2+1), и идентификаторы AID, содержащиеся в GID4, могут быть представлены смещением (N3+1) и длиной (N4-N3+1).
В случае использования вышеупомянутых AID на групповой основе доступ к каналу разрешается на разных временных интервалах согласно индивидуальным идентификаторам GID, при этом может быть решена проблема, вызванная недостаточным количеством элементов TIM по сравнению с большим количеством станций STA, и в то же время может быть обеспечена эффективная передача/прием данных. Например, в течение определенного временного интервала доступ к каналу разрешается только для станции (станций) STA, соответствующей определенной группе, а доступ к каналу для остальных станций STA может быть ограничен. Заранее определенный временной интервал, на котором доступ разрешен только определенной станции (станциям) STA, также может называться окном ограниченного доступа (RAW).
Далее со ссылками на фиг. 13(с) описывается доступ к каналу на основе GID. Если идентификаторы AID разделены на три группы, то механизм доступа к каналу в соответствии с навигационным интервалом показан в виде примера на фиг. 13(с). Первый навигационный интервал (или первое окно RAW) представляет собой специальный интервал, на котором разрешен доступ к каналу для STA, соответствующей идентификатору AID, содержащемуся в GID 1, а доступ к каналу для станций STA, содержащихся в других GID, не разрешен. Для реализации вышеупомянутой структуры элемент TIM, используемый только для идентификаторов AID, соответствующих GID 1, содержится в первом навигационном кадре. Элемент TIM, используемый только для идентификаторов AID, соответствующих идентификатору GID 2, содержится во втором навигационном кадре. Соответственно, в течение второго навигационного интервала (или второго RAW) разрешен доступ к каналу только для STA, соответствующей AID, содержащемуся в GID 2. В третьем навигационном кадре содержится элемент TIM, используемый только для идентификаторов AID, имеющих GID 3, так что доступ к каналу для станции STA, соответствующей идентификатору AID, содержащемуся в GID 3, разрешен при использовании третьего навигационного интервала (или третьего RAW). В четвертом навигационном кадре содержится элемент TIM, используемый только для идентификаторов AID, имеющих GID 1, так что доступ к каналу для станции STA, соответствующей идентификатору AID, содержащемуся в GID 1, разрешен при использовании четвертого навигационного интервала (или четвертого RAW). Далее доступ к каналу для STA, соответствующей определенной группе, указанной картой TIM, содержащейся в соответствующем навигационном кадре, может быть разрешен в каждом навигационном интервале, следующем после пятого навигационного интервала (или в каждом RAW после пятого RAW).
Хотя на фиг. 13(с) в качестве примера показано, что разрешенные идентификаторы GID следуют в периодическом или циклическом порядке в соответствии с навигационным интервалом, объем или сущность настоящего изобретения этим не ограничены. То есть в элементе TIM могут содержаться только идентификаторы AID, находящиеся в определенных GID, так что доступ к каналу для станции (станций) STA, соответствующей определенному AID, разрешается в течение определенного временного интервала (например, определенного RAW), а доступ к каналу остальным станциям STA не разрешен.
Вышеупомянутая схема распределения AID на групповой основе также может называться иерархической структурой карты TIM. То есть общее пространство AID разделяется на множество блоков, и доступ к каналу может быть разрешен для станций STA (то есть станций STA из определенной группы) в соответствии с определенным блоком, имеющим любое из оставшихся значений, отличных от «0». Таким образом, крупномасштабную карту TIM разделяют на блоки/группы небольшого размера, при этом STA может легко поддерживать информацию о TIM, а этими блоками/группами можно будет легко управлять в соответствии с классом, QoS или загрузкой станции STA. Хотя на фиг. 13 в качестве примера показан двухуровневый вариант, может быть сконфигурирована иерархическая структура TIM, содержащая два или более уровней. Например, общее пространство AID может быть разделено на множество страничных групп, где каждая страничная группа может быть разделена на множество блоков, а каждый блок может быть разделен на множество субблоков. В этом случае согласно расширенной версии по фиг. 13(а) первые N1 бит битовой карты AID могут представлять ID страницы (то есть PID), следующие N2 бит могут представлять ID блока, следующие N3 бит могут представлять ID субблока, а остальные биты могут представлять позицию битов STA, содержащихся в субблоке.
В примерах вариантов осуществления настоящего изобретения можно использовать разные схемы для разбиения станций STA (или идентификаторов AID, выделенных для соответствующих станций STA), на заранее определенные иерархические группы, а также схемы управления получившимися в результате группами, однако схема распределения идентификаторов AID на групповой основе не ограничивается вышеописанными примерами.
Механизм U-APSD
Согласно механизму незапланированной реализации автоматического энергосбережения станция STA может уведомить точку доступа AP о запрошенной длительности передачи, чтобы использовать период (SP) услуги U-APSD, а точка AP может передать кадры на указанную станцию STA в течение периода SP. Согласно механизму U-APSD станция STA одновременно может принимать множество блоков PSDU от AP, используя ее SP.
Станция STA может определить наличие данных, подлежащих передаче, от AP через элемент TIM в навигационном кадре. Затем станция STA может передать в точку AP запрос на передачу данных при уведомлении AP о том, что период SP данной станции STA начался, посредством передачи триггерного кадра в точку доступа AP в требуемый момент времени. В качестве ответа на триггерный кадр точка доступа AP может передать подтверждение ACK. Затем точка доступа AP может передать на станцию STA кадр RTS в условиях состязательности, принять кадр CTS от этой STA, а затем послать на нее данные. Здесь данные, переданные точкой доступа AP, могут состоять из одного или нескольких кадров данных. При передаче точкой доступа AP последнего кадра данных, если AP установила значение EOSP (конец периода предоставления услуги) в 1 в соответствующем кадре данных и передает этот кадр данных на STA, то тогда эта STA может обнаружить указанный EOSP и закончить упомянутый период SP. Соответственно, станция STA может передать в точку доступа AP подтверждение ACK, указывающее на успешный прием данных. Согласно механизму U-APSD станция STA может запустить свой SP в требуемый момент времени с тем, чтобы принять данные и принять множество кадров данных в течение одного SP, что обеспечивает эффективный прием данных.
Формат кадра PPDD
На фиг. 14 представлена схема, поясняющая стандартный формат кадра, используемый в IEEE 802.11.
Обратимся к фиг. 14, где формат кадра блока пакетных данных (PPDU) протокола сходимости физического уровня (PLCP) может включать в себя поле короткой подстройки (STF), поле длинной подстройки (LTF), поле сигнала (SIG) и поле данных. Поле данных может включать в себя поле SERVICE, блок служебных данных PLCP (PSDU), бит PPDU TAIL и, кроме того, может включать в себя бит незначащей информации, если это необходимо.
Главный базовый формат кадра PPDU (например, относящийся к режиму невысокой пропускной способности (non-HT)) может состоять из унаследованного поля STF (L-STF), унаследованного поля LTF (L-LTF), поля SIG и поля данных. Вдобавок, главный базовый формат кадра PPDU может, кроме того, содержать дополнительные поля (то есть STF, LTF и SIG) между полем SIG и полем данных в соответствии с типами формата кадра PPDU (например, PPDU с форматом для смешанного режима с НТ, PPDU с форматом для «чистого» режима с НТ, PPDU с форматом для режима VHT и т.п.).
STF представляет сигнал, используемый для обнаружения сигналов, автоматического управления усилением (AGC), выбора разнесения, точной временной синхронизации и т.д. LTF представляет сигнал для оценки канала, оценки ошибки по частоте и т.д. Сумма STF и LTF может называться преамбулой PLCP. Преамбула PLCP может называться сигналом для синхронизации и оценки канала физического уровня OFDM.
Поле SIG может включать в себя поле RATE, поле LENGTH и т.д. Поле RATE может включать в себя информацию, касающуюся модуляции и скорости кодирования данных. Поле LENGTH может включать в себя информацию, касающуюся длины данных. Кроме того, поле SIG может включать в себя поле контроля по четности, поле SIG TAIL и т.д.
Поле данных может включать в себя служебное поле, блок служебных данных PLCP (PSDU) и бит PPDU TAIL. Если это необходимо, то поле данных может, кроме того, включать в себя бит незначащей информации. Некоторые биты поля SERVICE могут использоваться для синхронизации дешифратора приемника. Блок PSDU может соответствовать блоку MAC PDU, определенному на уровне MAC, и может включать в себя данные, созданные/используемые на более высоком уровне. Бит PPDU TAIL может разрешить кодеру возвращаться в состояние нуль (0). Бит незначащей информации можно использовать для настройки длины поля данных в соответствии с заранее определенной единицей.
MAC PDU можно определить в соответствии с различными форматами кадра MAC, а базовый кадр MAC состоит из заголовка MAC, тела кадра и контрольной последовательности кадра. Кадр MAC состоит из блоков PDU MAC, так что его можно передавать/получать через PSDU части данных формата кадра PPDU.
Заголовок MAC может включать в себя поле управления кадра, поле длительности/ID, поле адреса и т.д. Поле управления кадра может включать в себя управляющую информацию, необходимую для передачи/приема кадра. Поле длительности/ID может быть установлено в виде определенного времени для выполнения передачи соответствующего кадра или т.п. Четыре поля адреса (адрес 1, адрес 2, адрес 3, адрес 4) могут указывать идентификатор базового набора услуг (BSSID), адрес источника (SA), адрес места назначения (DA), адрес передатчика (TA), адрес приемника (RA) и т.д. В зависимости от типа кадра могут использоваться только некоторые из указанных четырех адресов. Например, поле адреса 1 может быть установлено в определенное значение, соответствующее адресу приемника (RA), выполненного с возможностью приема соответствующего кадра MAC, а поле адреса 2 может быть установлено в определенное значение, соответствующее адресу передатчика (TA), выполненному с возможностью передачи соответствующего кадра MAC. Значение поля каждого адреса может быть установлено в соответствии с адресом MAC сети Ethernet, состоящим из 48 бит.
Формат кадра MAC, показанный на фиг. 14, является общим форматом, а поля адреса 2, адреса 3, управления последовательностью, адреса 4, управления QoS, управления HT и тела кадра могут быть представлены только определенным типом или подтипом кадра.
Формат кадра пакета нулевых данных (NDP) может указывать формат кадра, не имеющего пакета данных. То есть кадр NDP включает в себя заголовок PLCP (то есть поле ST и SIG) общего формата PPDU, в то время как этот кадр не содержит остальные части (то есть поле данных). Здесь кадр NDP может называться форматом короткого кадра.
Сканирование с низким энергопотреблением с использованием NDP
Как было описано выше со ссылками на фиг. 5, станция STA может выполнить активное сканирование или пассивное сканирование с целью обнаружения сети (или точки доступа AP).
Активное сканирование выполняют следующим образом: когда STA транслирует кадр запроса зондирования по специальному каналу, точка AP отвечает на кадр запроса зондирования, используя кадр ответа о зондировании после приема указанного кадра запроса зондирования. Кадр запроса зондирования включает в себя поле идентификатора SSID. Идентификатор SSID соответствует идентификатору или имени сети (или AP). Значение поля SSID, включенного в кадр запроса зондирования, может быть установлено равным значению, указывающему сеть (или AP), которую станция STA хочет обнаружить или от которой получить ответ. Соответственно, ответить (используя кадр с ответом зондирования) может только та точка доступа AP, которая имеет SSID, соответствующий SSID, включенному в кадр запроса зондирования. Кадр ответа о зондировании может быть передан на станцию STA в режиме одноадресной передачи.
Пассивным сканированием называют процедуру, посредством которой станция STA обнаруживает сеть (или AP) путем приема навигационного кадра, переданного по специальному каналу, а не путем передачи кадра запроса зондирования.
Для уменьшения энергопотребления станции STA во время сканирования можно уменьшить частоту сканирования, время, требуемое для одного процесса скандирования, или размер кадра (или издержки на сигнализацию), используемые для сканирования.
Мощность, потребляемая при сканировании, может зависеть от окружающей среды сети. Например, в окружающей среде, где точка доступа AP имеется все время, либо эта AP установлена менеджером, станции STA нет необходимости искать новую AP или искать определенную AP по специальному каналу. Соответственно, энергопотребление станции STA можно значительно уменьшить во время сканирования. Однако в среде, где AP отсутствует, энергопотребление STA может значительно увеличиться, поскольку станция STA непрерывно выполняет сканирование, пока не будет обнаружена точка доступа AP.
Поскольку энергопотребление STA, необходимое для сканирования, существенно зависит от наличия/отсутствия точки доступа, как было описано выше, необязательный процесс сканирования можно пропустить и тем самым значительно уменьшить энергопотребление STA, если станция STA может только проверить, присутствует ли точка доступа AP, посредством простой процедуры. Например, сканирование не выполняют в среде, где AP отсутствует, поскольку эта сеть не может быть обнаружена даже в том случае, если сканирование выполняется не только в той среде, где AP присутствует, что позволяет обеспечить высокую эффективность сканирования. С этой целью в настоящем изобретении обеспечен новый механизм, посредством которого STA может легко проверить только одно условие, а именно имеется ли точка AP. Вдобавок, настоящее изобретение обеспечивает механизм для уменьшения энергопотребления STA путем назначения процедуры проверки наличия или отсутствия AP, причем такая процедура имеет минимальные издержки.
В настоящем изобретении имеется процедура использования кадра NDP (называемая процедурой зондирования NDP или зондированием NDP) для проверки наличия или отсутствия AP. Далее подробно описываются варианты процедуры зондирования NDP согласно настоящему изобретению.
В ходе процедуры зондирования NDP станция STA может передать кадр запроса зондирования в виде NDP, а точка доступа AP может переслать ответ, используя кадр ответа о зондировании (или кадр ответа о зондировании NDP) по истечении интервала SIFS после приема кадра запроса зондирования NDP. Кадр ответа о зондировании NDP может называться коротким кадром ответа о зондировании, поскольку кадр ответа о зондировании NDP короче нормального кадра ответа о зондировании.
На фиг. 15 показана процедура зондирования NDP согласно варианту настоящего изобретения
В примере на фиг. 15 станция STA передает кадр запроса зондирования NDP, а точка AP посылает ответ, используя кадр ответа о зондировании NDP, по истечении интервала SIFS после приема кадра запроса зондирования NDP.
Как показано на фиг. 15, кадр запроса зондирования NDP можно сконфигурировать в виде кадра NDP, включающего в себя поле STF, LTF и SIG. Кадр ответа о зондировании NDP также может быть сконфигурирован в виде кадра NDP, содержащего поле STF, LRF и SIG.
Обратимся к фиг. 15, где субполя поля SIG кадра запроса зондирования NDP могут включать в себя поле схемы модуляции и кодирования (MCS), поле типа, поле ID зондирования и поле контрольной суммы для проверки с использованием избыточного циклического кода (CRC). Конфигурация субполей поля SIG в кадре запроса зондирования NDP приведена в качестве примера, то есть может быть определено дополнительное поле или указанные субполя могут состоять из некоторых приведенных в качестве примера полей.
Поле MCS можно использовать для различения нормального PPDU, запроса зондирования NDP и ответа о зондировании NDP. Например, когда значение MCS кадра находится в диапазоне от 0 до 10, оно указывает, что данный кадр является нормальным блоком PPDU. Когда значение MCS находится в диапазоне от 11 до 15, оно указывает, что данный кадр является кадром запроса зондирования NDP или кадром ответа о зондировании NDP.
Поле типа можно использовать для различения запроса зондирования NDP и ответа о зондировании NDP. Например, значение поля типа в кадре указывает, что данный кадр является кадром запроса зондирования NDP, когда это значение равно 0, и указывает, что данный кадр является кадром ответа о зондировании NDP, когда это значение равно 1.
Поле ID зондирования можно использовать для назначения ID точки доступа AP. То есть поле ID зондирования выполняет функцию, подобную функции идентификатора SSID в нормальном кадре запроса зондирования. Однако поле ID зондирования может включать в себя часть идентификатора SSID или сжатую форму SSID, а не полный SSID. Когда поле ID зондирования имеет значение 0, это поле указывает на универсальный SSID, а все точки доступа, которые получили кадр запроса зондирования NDP, могут послать ответ (то есть передать кадры ответа о зондировании NDP). Когда поле ID зондирования имеет значение, отличное от 0, только AP, имеющая такое же значение ID зондирования, как-то значение, которое содержится в кадре запроса зондирования NDP, может переслать ответ (то есть передать кадр ответа о зондировании NDP). Установка поля ID зондирования в соответствии с частью идентификатора SSID (или сжатого SSID) означает, что одна или несколько точек доступа AP могут совпадать в отношении части идентификатора SSID, когда полный SSID соответствует только одной точке доступа AP. В этом случае переслать ответ на кадр запроса зондирования NDP может одна или несколько точек доступа с совпадающим значением ID зондирования.
Как показано на фиг. 15, поле SIG кадра ответа о зондировании NDP может включать в себя поле MCS, поле типа, поле ID зондирования и поле CRC.
В поле SIG могут быть включены поле схемы модуляции и кодирования (MCS), поле типа, поле ID зондирования и поле контрольной суммы для проверки с использованием избыточного циклического кода (CRC). Конфигурация субполей поля SIG в кадре запроса зондирования NDP приведена в качестве примера, то есть могут быть определены дополнительные поля или указанные субполя могут состоять из некоторых из числа вышеупомянутых, приведенных в качестве примера полей.
Определение поля MCS, поля типа и поля ID зондирования в поле SIG кадра ответа о зондировании может быть таким же, как определение поля MCS, поля типа и поля ID зондирования в поле SIG кадра запроса зондирования. Например, поле MCS может иметь значение в диапазоне от 11 до 15. Поле типа может иметь значение 0, а поле ID зондирования может содержать определенный сжатый идентификатор SSID в кадре запроса зондирования NDP. В кадре ответа о зондировании NDP поле MCS может иметь значение в диапазоне от 11 до 15, поле типа может иметь значение 0 и поле ID зондирования может иметь определенный сжатый SSID в кадре запроса зондирования NDP. В кадре ответа о зондировании NDP поле MCS может иметь значение в диапазоне от 11 до 15. Поле типа может иметь значение 1, а поле ID зондирования может иметь такое же значение, как ID зондирования, включенное в кадр запроса зондирования согласно настоящему изобретению.
Как было описано выше, STA может определить наличие или отсутствие AP посредством процедуры зондирования NDP. Соответственно, STA может выполнить ассоциирование с соответствующей AP только тогда, когда эта AP присутствует, может выполнить нормальный процесс запроса/ответа о зондировании (то есть активное сканирование) или может принять навигационный кадр от соответствующей AP (то есть пассивное сканирование). Когда STA определяет отсутствие, инициируя процесс запроса/ответа о зондировании NDP, эта STA не выполняет активное сканирование, чтобы уменьшить необязательное энергопотребление.
На фиг. 16 показана процедура зондирования NDP в среде, где присутствует множество точек доступа.
Эта среда, в которой имеется множество точек доступа, может перекрываться со средой BSS (OBSS), в которой множество наборов BSS работают на одном и том же канале, и часть или все зоны BSA наборов BSS перекрываются.
Обратимся к фиг. 16, где при передаче станцией STA кадра запроса зондирования NDP точки доступа AP1 и AP2 одновременно передают кадры ответа о зондировании NDP по истечении интервала SIFS. То есть, когда множество точек доступа соответствуют значению поля ID зондирования (например, часть SSID или сжатого SSID) кадра запроса зондирования NDP, переданным станцией STA, точки доступа AP1 и AP2 могут ответить соответственно на кадр запроса зондирования NDP, используя кадры ответа о зондировании NDP. Когда кадр ответа о зондировании NDP сконфигурирован в соответствии с определением кадра ответа о зондировании NDP, описанного со ссылками на фиг. 15, кадра ответа о зондировании NDP, переданные соответственно точками AP1 и AP2, могут быть идентичны друг другу.
STA может обнаружить кадр ответа о зондировании NDP, переданный по меньшей мере одной точкой доступа AP1 или AP2. Даже в том случае, когда станция STA может принять оба кадра ответа о зондировании NDP от AP1 и AP2, эта операция соответствует повторному приему одного и того же кадра с точки зрения STA. Соответственно, функционирование станции STA при приеме кадра ответа о зондировании NDP и функционирование STA при приеме множества кадров ответа о зондировании NDP могут быть определены как одна и та же операция. Станция STA может обнаружить кадр ответа о зондировании NDP посредством декодирования только последовательностей STF и LTF кадров ответа о зондировании NDP или путем декодирования поля STF, LTF и SIG.
Когда STA передает кадр запроса зондирования NDP и обнаруживает по меньшей мере один кадр ответа о зондировании NDP в качестве реакции на кадр запроса зондирования NDP, эта станция STA определяет, что на соответствующем канале присутствует по меньшей мере одна точка доступа. В этом случае STA может выполнить активное сканирование путем передачи нормального кадра запроса зондирования вместо кадра запроса зондирования NDP. Нормальный кадр запроса зондирования может быть передан посредством процесса заранее определенной задержки (BO). После приема нормального кадра запроса зондирования от станции STA точка доступа (например, AP2) может передать нормальный кадр ответа о зондировании на указанную STA посредством процесса задержки.
Нормальный кадр запроса зондирования и нормальный кадр ответа о зондировании могут быть сконфигурированы и переданы в виде кадра управления MAC. То есть нормальный кадр запроса зондирования и нормальный кадр ответа о зондировании могут быть сконфигурированы в виде кадра PPDU, включающего в себя поле STF, LTF, SIG и поле данных, а PSDU, включенный в поле данных кадра PPDU, то есть формат MAC PDU, может быть сконфигурирован в виде кадра управления MAC. На фиг. 17 в качестве примера показан кадр управления MAC. Кадр управления MAC может быть определен в формате, в котором поле управления последовательностью, поле адреса 4 и поле управления QoS опущены по сравнению с общим форматом кадра MAC, показанным на фиг. 14. Вдобавок, длина поля тела кадра управления MAC сокращена и составляет от 0 до 2320 октетов. Подробное описание каждого из этих полей можно найти в IEEE 82.11.
На фиг. 18 показана процедура зондирования NDP в многоканальной среде.
В примере на фиг. 18 предполагается, что AP1 и AP2 работают на первом канале (например, CH5), и станция STA передает кадр запроса зондирования NDP по второму каналу (например, CH4). Если на канале CH4 не одна точка доступа не работает, то кадр ответа о зондировании NDP, переданный в виде реакции на кадр запроса зондирования NDP, отсутствует.
В этом случае требуется временное ограничение (то есть тайм-аут ответа о зондировании NDP), в течение которого станция STA ожидает появление кадра ответа о зондировании NDP после передачи кадра запроса зондирования NDP, и станция STA может определить отсутствие AP на соответствующем канале, если в течение указанного тайм-аута не обнаружен кадр запроса зондирования NDP. Например, указанный тайм-аут может быть установлен равным времени (например, длительность кадра ответа о зондировании NDP), расходуемому при приеме кадра ответа о зондировании NDP, когда AP успешно передала кадр ответа о зондировании NDP. Вышеописанное является лишь примером, то есть указанный тайм-аут, в течение которого STA ожидает появление кадра ответа о зондировании NDP, может быть установлен равным другому значению.
Когда станция STA, которая передала кадр запроса зондирования NDP по каналу CH4, не принимает кадр ответа о зондировании NDP, пока не истечет время (тайм-аут) для ответа о зондировании NDP, станция STA может определить отсутствие AP на канале CH4, и тогда сканирование не потребуется. Соответственно, станция STA может перейти на другой канал (например, CH5) и передать на нем кадр запроса зондирования DNP.
На фиг. 18 показан случай, когда AP1 и AP2 передают кадры ответа о зондировании в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный от STA по каналу CH5. В этом случае станция STA может определить, что на канале CH5 присутствует по меньшей мере одна AP, путем обнаружения по меньшей мере одного кадра ответа о зондировании NDP на канале CH5. Затем станция STA может выполнить сканирование путем передачи и приема нормальных кадров с запросом/ответом о зондировании и получить таким образом подробную информацию о соответствующей сети (или AP). В противном случае STA может выполнить пассивное сканирование посредством прослушивания навигационного кадра на соответствующем канале.
На фиг. 19 показана процедура зондирования NDP согласно другому варианту настоящего изобретения.
В примерах на фиг. 15, 16 и 18 станция STA передает кадр запроса зондирования NDP, а AP передает кадр ответа о зондировании NDP в ответ на кадр запроса зондирования NDP. В дополнительном примере, показанном на фиг. 19, станция STA передает кадр запроса зондирования NDP, а точка доступа AP вместо кадра ответа о зондировании NDP может в ответ на кадр запроса зондирования NDP передать нормальный кадр ответа о зондировании.
Обратимся к фиг. 19, где станция STA может передать кадр запроса зондирования NDP, а AP может ответить на этот кадр, используя нормальный кадр ответа о зондировании, посредством механизма доступа к каналу EDCA после приема кадра запроса зондирования NDP.
В примере на фиг. 19 кадр запроса зондирования NDP может включать в себя поле STF, LTF и SIG. Субполя поля SIG могут включать в себя поле MCS, поле ID зондирования, поле лимита времени, поле окна конкуренции (CW), поле минимального канального времени (MinChannelTime), поле опции сети доступа и поле CRC. Эта конфигурация субполей поля SIG в кадре запроса зондирования NDP является лишь примером, то есть может быть определено дополнительное поле или субполя могут содержать некоторые из вышеупомянутых приведенных в качестве примера полей.
Поле MCS можно использовать для различения нормального PPDU от запроса зондирования NDP. Например, когда значение MCS конкретного кадра находится в диапазоне от 0 до 10, значение MCS указывает, что данный кадр является нормальным кадром PPDU. Когда значение MCS находится в диапазоне от 11 до 15, то такое значение MCS указывает, что данный кадр является кадром запроса зондирования NDP.
Поле ID зондирования можно использовать для назначения ID точки доступа AP. То есть поле ID зондирования выполняет функцию, подобную функции идентификатора SSID в нормальном кадре запроса зондирования. Однако поле ID зондирования может включать в себя часть идентификатора SSID и сжатую форму SSID, а не полный SSID. Когда поле ID зондирования имеет значение 0, то поле ID зондирования указывает универсальный SSID, а все точки доступа, которые приняли кадр запроса зондирования NDP, могут ответить (то есть передать кадры ответа о зондировании NDP). Когда поле ID зондирования имеет значение, отличное от 0, только AP, имеющая то же значение ID зондирования, что и значение, включенное в кадр запроса зондирования NDP, может выдать ответ (то есть передать кадр ответа о зондировании NDP). Установка в поле ID зондирования части SSID (или сжатого SSID) означает, что одна или несколько точек доступа могут соответствовать в отношении части SSID, когда полный SSID соответствует только одной AP. В этом случае одна или несколько AP, соответствующих значению ID зондирования, могут ответить на кадр запроса зондирования NDP.
ID зондирования может иметь значение, полученное путем применения заранее определенной функции хеширования к полному SSID.
Например, в качестве ID зондирования может быть использовано вычисленное 32-битовое значение CRC для полного SSID.
Вычисление 32-битового CRC может быть выполнено с использованием стандартного образующего полинома степени 32. Этот полином можно обозначить как G(x), где
32
26
23
22
16
12
11
10
8
7
5
4
2
G(x)= x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+1.
k
31
30
29
2
32
Когда остаток, полученный при делении x×(x+x+x+…+x+x+1) на G(x), равен a (где k - количество бит расчетного поля), и остаток, полученный при произведении поля вычисления и x на G(x), равен b, поразрядное дополнение суммы a и b можно определить как 32-битовое значение CRC для расчетного поля (подробности см. в разделе 8.2.4.8 Стандарта IEEE 802.11). Например, значение, полученное путем применения требуемого полного SSID к расчетному полю и выполнения вычисления 32-битового CRC, может представлять собой значение ID зондирования (или сжатого SSID).
В противном случае в качестве ID зондирования могут быть использованы 16 младших бит (LSB) 32-битового вычисленного значения CRC. Эти 16 LSB могут быть представлены в виде 2 младших байтов или 2 младших октетов. Когда значение ID зондирования установлено указанным образом, точка доступа AP может сравнить 32 битовое вычисленное значение CRC полного идентификатора SSID или 16 LSB 32-битового вычисленного значения CRC со значением поля ID зондирования в кадре запроса зондирования NDP и может послать ответ на кадр запроса зондирования NDP, используя нормальный кадр ответа о зондировании, когда эти два значения соответствуют друг другу.
Поле лимита времени может быть установлено равным тайм-ауту для ответа о зондировании. То есть поле лимита времени может соответствовать лимиту времени (или тайм-ауту), когда STA может принять от одной или нескольких точек доступа кадр ответа о зондировании (или ожидать приема кадра ответа о зондировании) после передачи кадра запроса зондирования NDP. Другими словами, STA может обнаружить соответствующий кадр ответа о зондировании (или соответствующую AP) только тогда, когда AP передаст нормальный кадр ответа о зондировании в рамках упомянутого лимита времени. STA может перейти на другой канал и выполнить процедуру зондирования NDP или сканирования по истечении указанного лимита времени, когда кадр ответа о зондировании не обнаружен в течение указанного лимита времени.
Поле CW может быть установлено в значение, указывающее CW для кадра ответа о зондировании. Например, поле CW может быть установлено в значение, используемое при передаче точкой доступа кадра ответа о зондировании на станцию STA, после приема кадра запроса зондирования NDP, и тогда AP может передать кадр ответа о зондировании посредством процесса задержки в соответствии со значением CW. В результате назначения станцией STA окна CW точки доступа AP станция STA ожидает ответ от AP только в течение временного интервала, соответствующего CW, а затем AP выполняет процесс задержки передачи кадра ответа о зондировании в соответствии с окном CW.
Поле MinChannelTime относится к минимальному времени, которое тратится о зондировании NDP по каждому каналу. Например, STA может прекратить зондирование NDP по первому каналу (например, по каналу N) и перейти на второй канал (например, канал N+1), если значение примитива индикации CCA физического уровня, указывающее состояние занятости, не обнаружено до истечения времени MinChannelTime после передачи кадра запроса зондирования NDP по первому каналу.
Поле опции сети доступа относится к характеристике сети доступа точки AP, которую станция STA хочет обнаружить или получить в качестве ответа. Соответственно, ответить на кадр запроса зондирования NDP может только сеть (или AP), поддерживающая соответствующую характеристику или услугу.
На фиг. 20 в качестве примера показан формат поля опции сети доступа.
Поле типа сети доступа указывает, какой сети соответствует сеть, поддерживаемая соответствующей точкой доступа AP: частной сети, частной сети с гостевым доступом, платной общедоступной сети, бесплатной общедоступной сети, сети персонального устройства, сети, представляющей только экстренные услуги, экспериментальной или тестовой сети либо сети с универсальным доступом.
Поле Интернет указывает, разрешает ли соответствующая AP доступ в Интернет.
Поле дополнительного этапа, необходимого для доступа (ASRA), указывает, требует ли сеть выполнения дополнительной процедуры для доступа к сети через соответствующую AP. Эта дополнительная процедура может включать в себя процесс web-аутентификации.
Поле достижимости экстренных услуг (ESR) указывает, разрешает ли соответствующая AP доступ к экстренным услугам.
Поле доступности неаутентифицированной экстренной услуги (UESA) указывает, разрешает ли соответствующая AP доступ к неаутентифицированной экстренной услуге.
На фиг. 19 показан формат, включающий в себя поле ID зондирования и поле опции сети доступа наряду с полем SIG кадра запроса зондирования NDP. Учитывая, что объем информации, который может содержаться в поле SIG, ограничен, формат поля SIG в кадре запроса зондирования NDP может быть сконфигурирован, как показано на фиг. 21.
На фиг. 21 показаны примеры формата поля SIG в кадре запроса зондирования NDP согласно варианту настоящего изобретения.
На фиг. 21(а) показан случай, когда поле SIG в кадре запроса зондирования NDP содержит 36 бит, а на фиг. 21(b) показан случай, когда поле SIG включает в себя 48 бит.
В примере по фиг. 21 бит SSID/наличия взаимодействия установлен в значение, которое указывает, включает ли поле SIG кадра запроса зондирования NDP идентификатор SSID (то есть сжатый SSID или ID зондирования в вышеупомянутых примерах) либо поле опции сети доступа. Например, поле опции сети доступа включено в поле SIG, когда бит SSID/наличия взаимодействия установлен в первое значение (например, 1), а поле сжатого SSID включено в поле SIG, когда бит SSID/наличия взаимодействия установлен во второе значение (например, 0).
На фиг. 21(а) показан случай, когда используется 16-битовый сжатый SSID, а на фиг. 21(b) показан случай, когда использован 32-битовый сжатый SSID. 32-битовый сжатый SSID, показанный на фиг. 21(b), может соответствовать 32-битовму вычисленному значению CRC для полного SSID. 16-битовый сжатый SSID, показанный на фиг. 21(а), может соответствовать 16 младшим битам (или 2 младшим байтам) 32-байтового вычисленного значения CRC полного SSID.
На фиг. 22 показана процедура зондирования NDP согласно другому варианту настоящего изобретения.
На фиг. 15, 16 и 18 показаны способы, используя которые AP передает кадр ответа о зондировании NDP в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA. На фиг. 19 показан способ, посредством которого AP передает нормальный кадр ответа о зондировании в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA. В дополнительном примере настоящего изобретения, показанном на фиг. 22, представлен способ, посредством которого AP передает короткий навигационный кадр в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA.
В примере на фиг. 22 точка доступа AP передает навигационный кадр (или короткий навигационный кадр) в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA. Короткий навигационный кадр относится к навигационному кадру, включающему в себя только минимальную информацию для нахождения AP.
На фиг. 23 показаны примеры полей, содержащихся в коротком навигационном кадре.
Поле управления кадром (FC) может включать в себя поля версии протокола, типа, подтипа, наличия следующего полного навигационного кадра, наличия SSID, ширины полосы (BW) набора BSS и защиты. Длина поля FC может составлять 2 октета.
Исходя из субполей поля FC, поле версии протокола может быть определено в виде 2-битового поля и установлено в 0 (базовое значение). Поле типа и поле подтипа могут быть соответственно определены в виде 2-битового и 4-битового полей и могут вместе указывать функцию соответствующего кадра (указывают, что соответствующий кадр является, например, коротким навигационным кадром). Поле наличия следующего полного навигационного кадра может быть определено в виде 1-битового поля и установлено в значение, указывающее, содержится ли в коротком навигационном кадре поле «интервала до следующего полного навигационного кадра» (или информация о времени передачи следующего целевого навигационного кадра (TBTT)). Поле наличия SSID может быть определено в виде 1-битового поля и установлено в значение, указывающее, включено ли в короткий навигационный кадр поле сжатого SSID. Поле BSS BW может быть определено как 3-битовое поле и установлено в значение, указывающее текущую рабочую полосу (например, 1, 2, 4, 8 или 16 МГц). Поле защиты может быть определено как 1-битовое и установлено в значение, указывающее, является ли соответствующая точка доступа точкой доступа с RSNA. Остальные биты (например, 2 бита) могут быть зарезервированы.
Поле адреса источника (SA), включенное в короткий навигационный кадр, может представлять собой адрес MAC точки доступа, передающей указанный короткий навигационный кадр. Длина поля SA может составлять 6 октетов.
Поле временной метки предназначено для синхронизации. Все станции STA, которые приняли навигационный кадр, могут изменить/обновить свои локальные тактовые сигналы в соответствии со значением временной метки. Поле временной метки в коротком навигационном кадре может включать в себя часть (например, 4 байта (то есть 4 октета)) временной метки AP. Причина этого состоит в том, что (ассоциированная) станция STA, которая когда-то приняла общую временную метку, может выполнить синхронизацию, используя только часть временной метки, даже в том случае, когда ей предоставлена только часть общей временной метки.
Поле последовательности изменения может включать в себя информацию, указывающую на изменение системной информации. В частности, при изменении важной информации (например, информации полного навигационного кадра) сети счетчик последовательности изменений увеличивает свое значение на 1. Это поле определено с длиной, равной 1 октету.
В короткий навигационный кадр может быть включено (но необязательно) поле интервала до следующего полного навигационного кадра. Это поле может указать интервал с момента передачи короткого навигационного кадра до момента передачи следующего полного навигационного кадра на станцию STA. Соответственно, станция STA, которая прослушивала короткий навигационный кадр, может функционировать в спящем режиме до следующего полного навигационного кадра, с тем чтобы уменьшить энергопотребление. В противном случае поле интервала до следующего полного навигационного кадра может быть сконфигурировано в виде информации, указывающей следующее TBTT. Длина этого поля может быть определена равной 3 октетам.
Поле сжатого SSID может быть (но необязательно) включено в короткий навигационный кадр. Это поле может включать в себя часть идентификатора SSID в сети или хэш (или 32-битовое вычисленное значение CRC полного SSID). Станции STA, которой уже известно, какую сеть искать, соответствующая сеть, может быть разрешено найти соответствующую сеть, используя SSID. Длина этого поля может быть определена равной, например, 4 октетам.
Короткий навигационный кадр может включать в себя дополнительное или опционное поле либо информационные элементы (IE) вдобавок к вышеупомянутым приведенным в качестве примера полям.
Поле прямой коррекции ошибок (FEC) может быть использовано для контроля ошибок в коротком навигационном кадре и сконфигурировано в виде поля FCS. Длина этого поля может быть установлена равной 4 октетам.
Станция STA может определить, имеется ли требуемая сеть, используя SSID (или сжатый SSID), включенный в короткий навигационный кадр. Станция STA может передать запрос на ассоциацию на адрес MAC точки доступа AP, который включен в короткий навигационный кадр, переданный из требуемой сети. Поскольку, как правило, короткий навигационный кадр передается чаще, чем полный навигационный кадр, станция STA может быть быстро ассоциирована с точкой доступа AP посредством поддержки короткого навигационного кадра. Если станции STA потребуется дополнительная информация для ассоциации, то она может передать в требуемую AP запрос о зондировании.
Как было описано выше, короткий навигационный кадр может содержать минимальную информацию для уведомления о наличии данной точки доступа.
Как показано на фиг. 22. После приема кадра запроса зондирования NDP, переданного от STA, точка доступа может ответить на кадр запроса зондирования NDP, используя короткий навигационный кадр, посредством механизма доступа к каналу EDCA.
Поле лимита времени в поле SIG кадра запроса зондирования NDP указывает лимит времени короткого навигационного кадра. То есть поле лимита времени может быть установлено в значение, соответствующее лимиту времени передачи короткого навигационного кадра. Поле лимита времени может соответствовать значению лимита времени (или значению тайм-аута), в течение которого STA может принять короткий навигационный кадр (или ожидать приема короткого навигационного кадра) от AP после передачи кадра запроса зондирования NDP. Другими словами, только тогда, когда AP передаст нормальный короткий навигационный кадр, не выходя за указанный лимит времени, станция STA может обнаружить соответствующий короткий навигационный кадр (или соответствующий AP). Когда STA не смогла обнаружить короткий навигационный кадр в рамках указанного лимита времени, она может перейти на другой канал и выполнить процедуру зондирования NDP или сканирования по истечении указанного лимита времени.
Поле CW, показанное на фиг. 22, может быть установлено в значение, указывающее CW для короткого навигационного кадра. Например, поле CW может быть установлено в значение, используемое, когда AP, получившая кадр запроса зондирования NDP, передает на станции STA короткий навигационный кадр, причем AP может передавать короткий навигационный кадр посредством процесса задержки в соответствии с установленным значением CW. Назначив CW для точки доступа, станция STA ожидает короткий навигационный кадр от AP только в течение временного интервала, соответствующего указанному CW, и AP выполняет процесс задержки для короткого навигационного кадра в соответствии со значением CW.
Поле опции сети доступа, показанное на фиг. 22, обозначает характеристики сети доступа точки AP, которые хочет обнаружить данная станция STA. Соответственно, в ответ на кадр запроса зондирования NDP передать короткий навигационный кадр может только сеть (или AP), которая поддерживает соответствующие характеристики или соответствующие услуги. Поскольку поле опции сети доступа имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации, показанной на фиг. 20, ее избыточное описание опущено.
Остальные поля (MCS, ID зондирования (или сжатого SSID), MinChannelTime и CRC) формата кадра запроса зондирования NDP, показанного на фиг. 22, аналогичны соответствующим полям, описанным на фиг. 19, и поэтому их описание здесь опущено.
Вдобавок, вместо формата поля SIG из формата кадра запроса зондирования NDP, показанного на фиг. 22, можно применить формат поля SIG кадра запроса зондирования NDP, показанного на фиг. 21.
На фиг. 24 показана процедура зондирования NDP согласно другому варианту настоящего изобретения.
На фиг. 15, 16 и 18 показаны способы, используя которые AP передает кадр ответа о зондировании NDP в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданным станцией STA. На фиг. 19 показан способ, посредством которого AP передает нормальный кадр ответа о зондировании в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA. На фиг. 22 показан способ, посредством которого AP передает короткий навигационный кадр в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA. В дополнительном примере настоящего изобретения, показанном на фиг. 24, представлен способ, посредством которого AP передает только STF в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA.
STA может передать кадр запроса зондирования NDP и AP может ответить, используя только STF, после истечения SIFS после приема кадра запроса зондирования NDP. Здесь, AP может ответить, используя один или более STF.
Как показано на фиг. 24, кадр запроса зондирования NDP может включать в себя поле STF, LTF и SIG. Субполя поля SIG могут включать в себя поле MCS, поле ID зондирования и поле CRC. Поле MCS может указывать, что соответствующий кадр является нормальным кадром PPDU, когда значение поля MCS находится в диапазоне от 0 до 10. Поле MCS может указывать, что соответствующий кадр является кадром запроса зондирования NDP, когда значение поля MCS находится в диапазоне от 11 до 15. Поле ID зондирования можно использовать для назначения ID точки доступа и определить в качестве вышеупомянутого сжатого SSID (например, 32-битовое вычисленное значение CRC полного SSID или его 16 младших бит). Такая конфигурация субполей поля SIG в кадре запроса зондирования NDP является лишь примером и можно определить дополнительное поле либо субполя могут состоять из некоторых вышеупомянутых, приведенных в качестве примера, полей.
На фиг. 25 показан другой пример процедуры зондирования NDP в среде, где присутствует множество точек доступа. В примере по фиг. 25, в то время как передача кадра запроса зондирования NDP, выполняемая станцией STA в среде OBSS, аналогична примеру на фиг. 16, процедура зондирования NDP, показанная на фиг. 24, отличается от процедуры зондирования NDP, показанной на фиг. 16, тем, что точка доступа создает ответ, используя STF вместо кадра ответа о зондировании NDP.
Обратимся к фиг. 25, где предполагается, что стация STA передает кадр запроса зондирования NDP, а точки доступа AP1 и AP2 в ответ на кадр запроса зондирования NDP передают поля STF по истечении SIFS. То есть предполагается, что множество точек доступа соответствуют значению (или сжатому SSID) поля ID зондирования в кадре запроса зондирования NDP, переданном станцией STA. Соответственно, точки доступа AP1 и AP2 могут послать ответы на кадр запроса зондирования NDP, используя поле STF.
Станция STA может обнаружить STF, переданное по меньшей мере одной из точек доступа AP1 и/или AP2. Станция STA может обнаружить STF посредством определения энергопотребления (например, используя CCA (детектирование незанятости канала)). Когда станция STA передает кадр запроса зондирования NDP и обнаруживает по меньшей мере одно поле STF в ответе на кадр запроса зондирования NDP, она определяет наличие по меньшей мере одной AP по соответствующему каналу. В этом случае станция STA может выполнить активное сканирование путем передачи нормального кадра запроса зондирования вместо кадра запроса зондирования NDP. Нормальный кадр запроса зондирования может передаваться с использованием заранее определенного процесса задержки. После приема нормального кадра запроса зондирования от STA точка доступа (например, AP2) может передать нормальный кадр ответа о зондировании на станцию STA, используя процесс задержки. Нормальный кадр запроса зондирования и нормальный кадр ответа о зондировании могут быть сконфигурированы и переданы в виде кадра управления MAC и могут иметь формат, показанный на фиг. 17.
На фиг. 26 показан другой пример процедуры зондирования NDP в многоканальной среде. Хотя пример по фиг. 26 аналогичен примеру по фиг. 18 тем, что точки доступа AP1 и AP2 работают в одном и том же канале, пример по фиг. 26 отличается от примера по фиг. 18 тем, что точки доступа в ответ на кадр запроса зондирования NDP от станции STA вместо кадров ответа о зондировании NDP передают поля STF.
В примере по фиг. 26 предполагается, что точки доступа AP1 и AP2 работают на канале 5 (CH5), а станция STA передает кадр запроса зондирования NDP по каналу 4 (CH4). Здесь, если точка доступа, работающая по каналу CH4, отсутствует, то тогда не будет кадра ответа о зондировании NDP, переданного в ответ на кадр запроса зондирования NDP.
В этом случае станции STA необходимо иметь лимит времени (то есть тайм-аут STF), в течение которого станция STA, которая передала кадр запроса зондирования NDP, ожидает кадр ответа о зондировании NDP и может определить отсутствие точки доступа на соответствующем канале, когда станция STA не обнаруживает STF в течение установленного лимита времени. Например, лимит времени можно установить равным времени (длительности STF), затрачиваемому на прием STF, когда точка доступа успешно передала данное поле STF. Вышесказанное является лишь примером, то есть лимит времени, необходимый для ожидания станцией STA поля STF, может быть установлен равным другому значению.
Когда стация STA, которая передала кадр запроса зондирования NDP по каналу CH4, не может принять STF до истечения тайм-аута для ответа о зондировании NDP, станция STA может определить отсутствие точки доступа на канале CH4, а это значит, что сканирование не требуется. Соответственно, STA может перейти на другой канал (например, CH5) и передать кадр запроса зондирования NDP.
На фиг. 26 показан случай, когда точки доступа AP1 и AP2 передают поля STF в ответ на кадр запроса зондирования NDP, переданный станцией STA по каналу CH5. Соответственно, станция STA может определить присутствие по меньшей мере одной точки доступа на соответствующем канале путем обнаружения по меньшей мере одного STF по каналу CH5. Далее станция STA может выполнить сканирование путем передачи/приема нормального кадра запроса зондирования/нормального кадра ответа о зондировании и получить таким образом более подробную информацию о сети (или о точке доступа). В противном случае станция STA может выполнить пассивное сканирование, пытаясь прослушивать навигационный кадр на соответствующем канале.
Поскольку кадр запроса зондирования NDP, предложенный в приведенных примерах настоящего изобретения, не содержит информацию об адресе MAC станции STA, которая передает кадр запроса зондирования NDP, точка или точки доступа, отвечающие на кадр запроса зондирования NDP, могут передать кадр с ответом (то есть кадр ответа о зондировании NDP, нормальный кадр ответа о зондировании, (короткий) навигационный кадр или STF) в широковещательном режиме.
На фиг. 27 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ сканирования согласно варианту настоящего изобретения.
Станция STA может передать в точку доступа кадр запроса зондирования NDP (этап S2710). Кадр запроса зондирования NDP может включать в себя поле сжатого SSID или поле опции сети доступа, как было описано выше, и, кроме того, может включать в себя поле SSID/наличия взаимодействия, которое указывает поле сжатого SSID, или поле опции сети доступа, которое в него включено.
Точка доступа может выдать ответ на кадр запроса зондирования NDP, используя короткий кадр ответа о зондировании или нормальный кадр ответа о зондировании, когда сжатый SSID, вычисленный на основе его SSID, соответствует значению поля сжатого SSID, включенного в кадр запроса зондирования NDP, или когда опция сети доступа точки AP соответствует информации, указанной полем опции сети доступа, включенным в кадр запроса зондирования NDP (этап S2720). Точка доступа может передать (короткий) кадр ответа о зондировании, запустив процесс задержки по истечении DIFS после приема кадра запроса зондирования NDP и разрешения конфликтной ситуации (этап S2720).
Когда станция STA не принимает (короткий) кадр ответа о зондировании в течение заранее определенного времени (например, MinChannelTime), станция STA может определить, что AP отсутствует на канале, по которому передается кадр запроса зондирования NDP, и переходит на другой канал для выполнения сканирования. После приема (короткого) кадра ответа о зондировании станция STA может передать нормальный кадр запроса зондирования в точку доступа AP, передать кадр с запросом ассоциации в эту точку доступа или прослушать навигационный кадр, переданный от AP.
По истечении SIFS на этапе S2720 после приема кадра запроса зондирования NDP от станции STA может быть передан заранее определенный кадр (например, STF, как показано на фиг. 24, 25 и 26) вместо (короткого) кадра ответа о зондировании. В этом случае станция STA может определить отсутствие AP и выполнить сканирование на другом канале, когда не обнаружено энергопотребление (например, не обнаружено поле STF) по истечении SIFS после передачи кадра запроса зондирования NDP.
Способ сканирования, описанный со ссылками на фиг. 27, может быть реализован таким образом, что вышеупомянутые различные варианты настоящего изобретения будут применены независимо либо два или более из этих вариантов могут быть применены одновременно.
На фиг. 28 представлена блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства радиосвязи согласно варианту настоящего изобретения.
AP 10 может включать в себя процессор 11, память 12 и приемопередатчик 13. Станция STA 20 может включать в себя процессор 21, память 22 и приемопередатчик 23. Приемопередатчики 13 и 23 могут передавать/принимать радиочастотные (RF) сигналы и могут реализовать физический уровень, соответствующий системе IEEE 802. Процессоры 11 и 21 могут быть подсоединены к приемопередатчикам 13 и 21 соответственно и могут реализовать физический уровень и/или уровень MAC, соответствующий системе IEEE 802. Процессоры 11 и 21 могут быть сконфигурированы для работы согласно вышеописанным различным вариантам настоящего изобретения. Модули для реализации функционирования точки доступа AP и станции STA согласно вышеописанным различным вариантам настоящего изобретения хранятся в памяти 12 и памяти 22 и могут быть реализованы процессорами 11 и 21. Память 12 и память 22 могут входить в состав процессоров 11 и 21 либо они могут быть установлены вне процессоров 11 и 21, будучи подсоединенными к процессорам 11 и 21 с использованием известных средств.
Подробные конфигурации точки доступа AP и станций STA могут быть реализованы таким образом, чтобы различные вышеописанные варианты настоящего изобретения можно было применять независимо либо можно было одновременно применять два или более из этих вариантов, причем их повторное описание для удобства здесь опущено.
Вышеописанные варианты могут быть реализованы различными средствами, например аппаратными средствами, программно-аппаратными средствами, программными средствами или их комбинацией.
При аппаратной конфигурации способ согласно варианту настоящего изобретения может быть реализован одой или несколькими прикладными специализированными интегральными схемами (ASIC), цифровыми процессорами сигналов (DSP), цифровыми устройствами обработки сигналов (DSPD), программируемыми логическими устройствами (PLD), вентильными матрицами, программируемыми пользователем (FPGA), процессорами, контроллерами, микроконтроллерами, микропроцессорами и т.д.
При использовании программно-аппаратной или программной конфигурации способ согласно вариантам настоящего изобретения может быть реализован в виде модулей, процедур, функций и т.д., выполняющих вышеописанные функции или операции. Программный код может храниться в блоке памяти и исполняться процессором. Блок памяти может находиться внутри или вне процессора и может передавать и принимать данные в и из процессора через известные средства.
Специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано другими конкретными путями, отличными от здесь изложенных, если они не выходят за рамки сущности и существенных характеристик настоящего изобретения. Таким образом, вышеописанные варианты во всех своих аспектах должны рассматриваться как иллюстрации, а не как ограничение. Объем изобретения следует определять прилагаемой формулой изобретения и ее легальными эквивалентами, а не приведенным выше описанием, причем предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все изменения, производимые в рамках ее сущности и эквивалентности.
Промышленная применимость
Хотя представленные выше различные варианты настоящего изобретения были описаны на основе системы IEEE 802.11, настоящее изобретение также применимо ко многим другим системам мобильной связи.