ГИБКИЕ ИНТЕРВАЛЫ ПРОСЛУШИВАНИЯ ДЛЯ МНОГОАДРЕСНЫХ И/ИЛИ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ
FLEXIBLE MULTICAST AND/OR BROADCAST LISTENING INTERVALS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Заявляется приоритет в соответствии с предварительной заявкой на патент США №60/733,739, которая подана 4 ноября 2005 г. и включена в данный документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обеспечения оптимизации многоадресной и/или широковещательной службы в беспроводных локальных сетях, включая сети, предложенные в стандарте IEEE 802.11.
2. Уровень техники
Проблема, связанная с текущей схемой многоадресной службы в сетях по стандарту IEEE 802.11, относится к функции энергосбережения. Базовый стандарт определяет фиксированную схему энергосбережения, которая должна использоваться широковещательной и различными многоадресными службами. Схема, по существу, определяет постоянный интервал прослушивания для станций STA, не имеющих точек доступа АР. Точка доступа АР будет буферизовать весь широковещательный и многоадресный трафик и после определенного кадра-маяка (Beacon frame) DTIM (кадром DTIM является каждый n-ный кадр Beacon) она будет автоматически доставлять весь буферизованный широковещательный и многоадресный трафик. Проблема здесь заключается в том, что разные широковещательные и многоадресные службы могут иметь существенно отличающиеся характеристики обслуживания, и наличие только одной статической схемы на уровне беспроводной локальной сети не обеспечивает достаточную гибкость. Службы могут варьироваться от базовых широковещательных служб IP-уровня, таких как протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) или протокол динамического конфигурирования узла (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP), которые обычно имеют низкие скорости передачи битов с невысокими требованиями к задержке, до различных многоадресных потоковых служб (аудио, видео, …), имеющих высокие требования к скорости передачи битов и более жесткие требования для работы в реальном масштабе времени.
Фактически, при совершенствовании многоадресных служб беспроводных локальных сетей возможно наличие служб, отличных от таких служб, как ARP, которые обеспечивают создание IP-соединений для терминалов. Эти протоколы выполняются постоянно в фоновом режиме. Когда терминал находится в неактивном состоянии, в режиме ожидания, энергопотребление для приема данных от этих протоколов определяет потребляемую мощность ждущего режима. Эти протоколы требуют длительных интервалов прослушивания для многоадресных/ широковещательных служб, для того, чтобы сократить периоды активности и снизить энергопотребление. Некоторые приложения, такие как аудио- и видеослужбы, требуют наличия коротких интервалов прослушивания многоадресных служб, для того, чтобы удовлетворить требования к качеству обслуживания (QoS) и задержкам.
В настоящее время точка доступа АР может указывать на наличие буферизованных широковещательных или многоадресных данных с использованием одного и того же единичного бита. Это приводит к тому, что терминалам необходимо выполнять прослушивание многоадресных данных, даже если они не будут сами принимать такие данные.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В самом широком смысле, настоящее изобретение обеспечивает новый и уникальный способ и устройство для обмена информацией между двумя узлами, точками или терминалами в беспроводной локальной сети (WLAN), в котором разрешается использование переменного интервала прослушивания для многоадресных и/или широковещательных служб, а также применение соответствующей сигнализации между двумя узлами, точками или терминалами в беспроводной локальной сети.
Два узла, точки или терминала содержат точку доступа (Access Point, АР) или другой адекватный сетевой узел или терминал и станцию (STA) или другой адекватный сетевой узел или терминал в беспроводной локальной сети.
При работе точка доступа АР и станция STA могут указывать на имеющиеся у них возможности поддержки гибких интервалов прослушивания для многоадресных и/или широковещательных служб путем использования полей, определенных в этом изобретении в кадрах-маяках (Beacon) и кадрах ответа на зондирование (Probe Response), а также в кадрах запроса и ответа (повторной) ассоциации ((Re)Association Request and Response). Многоадресная и широковещательная служба настраивается с использованием сигнализации «Multicast and Broadcast Service Setup» (настройка многоадресных и широковещательных служб).
Фактически, настоящее изобретение позволяет использовать гибкие интервалы прослушивания для многоадресных и/или широковещательных служб на уровне управления доступом к среде передачи (MAC). Одной частью настоящего изобретения является схема сигнализации, которая может использоваться для настройки интервала прослушивания для каждой многоадресной группы. В соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения широковещательный трафик должен передаваться с использованием существующего интервала кадров DTIM, но интервал DTIM может быть установлен несколько более длительным, когда нет необходимости поддержки различных многоадресных служб, которые обычно характеризуются более жесткими требованиями.
Настоящее изобретение включает также механизм, позволяющий точке доступа АР информировать активные многоадресные и широковещательные службы в рамках системы базового набора служб (BSS).
Настоящее изобретения содержит также механизм для отдельного указания, имеется ли буферизованный широковещательный трафик или буферизованный многоадресный трафик (для каждой многоадресной группы) в точке доступа АР.
В общем и целом настоящее изобретение обеспечивает средство для достижения более высокой эффективности для широковещательных и многоадресных служб в сетях на базе стандарта IEEE 802.11 путем обеспечения:
- настройки более длительных интервалов кадров DTIM,
- извещения о многоадресных службах посредством точки доступа АР и
- индикации для каждой многоадресной группы, имеется ли в точке доступа АР буферизованный широковещательный/многоадресный трафик.
Кроме того, кадры-маяки и кадры ответов на зондирование могут использоваться для информирования об активных интервалах прослушивания с использованием содержащегося в них информационного элемента многоадресной службы, как это описывается в качестве примера в вышеупомянутой предварительной заявке 60/733,999, дело номер WFVA/Nokia Nos. 944-4.59/NC46867, относящейся к разделу IEEE Р802.11, в которой обеспечивается индикация наличия буферизованных широковещательных/многоадресных данных в точке доступа АР (Индикация буферизованного трафика, Buffered Traffic Indication).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чертежи включают следующие фигуры, которые не обязательно изображены в масштабе:
На фиг.1а показана система беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11 в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
На фиг.1b приведены основные шаги способа в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
На фиг.2 показана точка доступа (АР) в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
На фиг.3 показана станция (STA) в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
На фиг.4а и 4b показаны схемы архитектуры сети пакетной коммутации универсальной системы мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS) в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1а показана в качестве примера система беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11 (указана цифрой 2), которая обеспечивает взаимодействие между связным оборудованием, таким как мобильные и вспомогательные устройства, включая карманные компьютеры (PDA) 3, ноутбуки 4, принтеры 5 и т.д. Система беспроводной локальной сети может быть подключена к системе проводной локальной сети, которая обеспечивает доступ беспроводных устройств к информации и файлам на файловом сервере или другом соответствующем устройстве, а также подключение к Интернету. В случае отсутствия базовой станции устройства могут связываться друг с другом непосредственно, используя так называемую «ad-hoc» сеть, или они могут связываться через базовую станцию, называемую по терминологии стандарта IEEE 802.11 точкой доступа (АР) (обозначена цифрой 6) с распределенными службами через АР, используя (как это показано на фигуре) локальные распределенные службы (DS) или глобальные расширенные службы. В системе беспроводной локальной сети устройства доступа конечных пользователей определяются как станции (STA) - это приемопередатчики (передатчики и приемники), преобразующие радиосигналы в цифровые сигналы, которые могут обеспечивать входящие и исходящие соединения связного устройства, а также подключают связное оборудование к точкам доступа (АР), принимающим и распределяющим пакеты данных на другие устройства и/или сети.
Станции STA могут иметь различную форму, от адаптеров беспроводных сетевых интерфейсных плат (NIC), подключенных в устройствах к интегрированным радиомодулям, которые являются частью устройств, до внешнего адаптера (USB), карты PCMCIA или внешнего порта связи (USB Dongle) (автономного), которые известны в этой области техники.
Настоящее изобретение обеспечивает новые и уникальные способ и устройство для передачи информации между двумя такими узлами, станциями STA, точками или терминалами в такой беспроводной локальной сети (WLAN), которая показана на фиг.1а, где разрешено использование переменного интервала прослушивания для многоадресных и/или широковещательных служб, а также соответствующей сигнализации между двумя узлами, станциями STA, точками или терминалами в беспроводной локальной сети. На фиг.1b показаны основные шаги 7 и 8 способа в соответствии с некоторыми осуществлениями настоящего изобретения.
Два узла, станции STA, точки или терминалы в беспроводной локальной сети могут содержать точку доступа (АР) или другой соответствующий сетевой узел или терминал 10, как это показано на фиг.2, и станцию (STA) или другой адекватный сетевой узел или терминал 20, показанный на фиг.3, для работы в беспроводной локальной сети, согласующейся с функционированием, показанным на фиг.1а. Точка 10 доступа АР и станция 20 STA имеют соответствующие модули 12 и 22, сконфигурированные для обеспечения возможности использования переменного интервала прослушивания для многоадресных служб и использования соответствующей сигнализации между двумя узлами, точками или терминалами в беспроводной локальной сети. Фактически, схема позволяет производить согласование относительно как многоадресных, так и широковещательных типов данных.
Базовое осуществление изобретения
Базовое осуществление изобретения и взаимодействие точки доступа 10 АР и станции 20 STA в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения могут включать следующее.
Точка доступа АР и станция STA имеют возможности указания их способности поддерживать гибкий интервал прослушивания для многоадресных и широковещательных служб посредством использования новых полей в кадрах-маяках («Beacon») и кадрах ответа на зондирование («Probe Response»), а также в кадрах (повторного) запроса ассоциации («(re)Association Request»). В качестве примера эти новые поля описываются в вышеупомянутой предварительной заявке на патент №60/733,999, поданной 4 ноября 2005 г. и включенной в данное описание путем ссылки, которая соответствует разделу стандарта IEEE 802.11, относящемуся к возможностям управления радиоресурсами. Объем изобретения не предполагается ограничить использованием новых полей в кадрах-маяках («Beacon») и кадрах ответа на зондирование («Probe Responses), а также в кадрах (повторного) запроса ассоциации («(re)Association Request»), описанных в вышеупомянутой заявке. Например, возможны воплощения, и планируется включить в объем изобретения использование других типов полей в кадрах-маяках («Beacon») и кадрах ответа на зондирование («Probe Response»), а также в кадрах (повторного) запроса ассоциации («(re)Association Request»), которые или уже известны или будут разработаны в будущем.
Многоадресная и широковещательная служба может настраиваться с использованием сигнализации настройки многоадресной и широковещательной службы («Multicast and Broadcast Service Setup»). В течение этой фазы сигнализации может быть проведено согласование интервала прослушивания для многоадресных и широковещательных служб. Станция STA может предложить интервал прослушивания на основе характеристик многоадресной и широковещательной службы, а точка доступа АР может или согласиться с предложением, или задать новый интервал прослушивания. Для всех терминалов, принимающих одну и ту же многоадресную или широковещательную передачу, следует использовать идентичный интервал прослушивания. В качестве примера настройка многоадресной службы (Service Setup) описывается в вышеупомянутой предварительной заявке на патент №60/733,999, соответствующей разделам стандарта IEEE 802.11, относящимся к форматам кадров. Однако объем изобретения не предполагается ограничить только использованием описанной здесь настройки многоадресной службы. Например, возможны воплощения и планируется включить в объем изобретения использование других типов настроек многоадресной службы (Service Setup), которые или уже известны, или будут разработаны в будущем.
Точка доступа АР может также оповещать об активных интервалах прослушивания путем передачи элемента информации многоадресной службы («Multicast Service Info») в каждом кадре-маяке («Beacon») и кадре ответа на зондирование («Probe Response»). В качестве примера этот элемент информации описывается в вышеупомянутой предварительной заявке на патент №60/733,999, соответствующей разделам стандарта IEEE 802.11, хотя возможны воплощения, и планируется включить в объем изобретения другие типы информационных элементов, которые или уже известны, или будут разработаны в будущем. Используя этот элемент, точка доступа АР может также указывать, имеются ли буферизованные широковещательные данные (Buffered Broadcast Data) и/или буферизованный многоадресный трафик, относящийся к определенной многоадресной группе (Buffered Traffic Indication). Обычно наличие поля информации многоадресной службы («Multicast Service Info») в кадре-маяке («Beacon») и кадре ответа на зондирование («Probe Response») может являться ценной информацией для станций STA в роуминге, так как они будут немедленно узнавать о том, какие имеются активные многоадресные службы в рамках базового набора служб (BSS).
Новые функции для работы в режимах энергосбережения согласуются с разделами стандарта IEEE Р802.11 и формируют часть этих разделов. Это описывается следующим образом.
Улучшенное управление мощностью для многоадресных и широковещательных служб
Используя усовершенствованные многоадресные и широковещательные службы в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, имеется возможность создания гибких интервалов обслуживания для многоадресных и широковещательных служб.
Интервал обслуживания для многоадресной и широковещательной службы создается путем использования сигнализации для настройки многоадресных и широковещательных служб. Станция STA, не имеющая точки доступа АР, которая желает присоединиться к многоадресной группе, может предложить точке доступа АР интервал прослушивания для многоадресной службы. Интервал прослушивания для многоадресной или широковещательной службы может быть кратным периодам кадров-маяков («Beacon») или может быть задан указанием числа единиц времени (Time Unit, TU). Длительность TU равна 1024 микросекундам. Точка доступа АР произведет выбор интервала прослушивания для многоадресной или широковещательной службы и укажет его в кадре «Multicast and Broadcast Service Setup Response», в кадре «Multicast Service Mode Change» или в кадрах «Beacon» и «Probe Response».
Функционирование точки доступа АР
Если используется усовершенствованная многоадресная служба в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, точка доступа АР будет посылать маяк, содержащий укомплектованное поле информации многоадресной службы «Multicast Service Info») в каждом маяке.
В другом воплощении изобретения укомплектованное поле информации многоадресной службы (Multicast Service Info) будет отправляться в каждом маяке DTIM. В маяке TIM точка доступа АР будет передавать элемент информации многоадресной службы («Multicast Service Info»), содержащий сведения о многоадресных службах, которые передают данные после этого ТВТТ. Если многоадресная передача данных планируется после ТВТТ и групповой адрес не указан в информации многоадресной службы, передача данных с групповым адресом после ТВТТ не производится. Элемент информации многоадресной службы («Multicast Service Info»), передаваемый после ТВТТ маяка TIM, не содержит информацию многоадресных служб, которая передает данные между элементами TU. Должен быть установлен бит индикации буферизованного трафика («Buffered Traffic Indication»), если имеются буферизованные кадры, принадлежащие к определенной многоадресной группе.
Если усовершенствованная многоадресная и широковещательная служба используется в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, точка доступа АР будет посылать все многоадресные кадры, принадлежащие к определенной многоадресной группе, после истечения интервала обслуживания, который задается для многоадресной и широковещательной службы. Должно быть установлено поле продолжения данных «More Data» в МАС-заголовках каждого многоадресного кадра, чтобы указать на наличие дополнительных буферизованных блоков MSDU, поступивших с групповым адресом. Если точка доступа АР не способна передать все буферизованные блоки MSDU до следующего ТВТТ, точка доступа АР укажет на то, что она продолжит доставку многоадресных блоков MSDU путем установки значения 1 для бита индикации буферизованного трафика («Buffered Traffic Indication») в поле «Multicast Service Info». Для бита «Buffered Traffic Indication» значение 1 будет установлено до тех пор, пока не будут переданы все многоадресные кадры.
Прием в режиме энергосбережения (Power Save, PS) для станций STA, не имеющих точек доступа АР
Если усовершенствованная многоадресная и широковещательная служба используется в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, станция STA, не имеющая точки доступа АР, будет активироваться перед установленным интервалом прослушивания для многоадресной и широковещательной службы. Станция STA, не имеющая точки доступа АР, остается активированной до тех пор, пока поле «More Data» блоков MSDU не укажет на отсутствие последующих буферизованных многоадресных блоков MSDU, или до тех пор, пока многоадресная служба не укажет в поле «Multicast Service Info» или «Buffered Traffic Indication» на то, что отсутствуют последующие буферизованные многоадресные блоки MSDU.
По причинам необходимости обеспечения совместимости с традиционным способом может потребоваться доставка многоадресного и широковещательного трафика традиционным способом; это также необходимо, если точка доступа АР не уверена в том, что соответствующие станции STA могут использовать усовершенствованную многоадресную/широковещательную службу. Станциям STA, использующим усовершенствованную многоадресную/широковещательную службу, может потребоваться учитывать это, чтобы избежать дублированных кадров.
Альтернативные варианты осуществления
Имеются следующие альтернативные варианты осуществления:
- Точка доступа АР может сама знать характеристики многоадресной службы и может независимо настроить интервал прослушивания без использования какой-либо сигнализации для настройки многоадресной службы.
- Сведения поля «Multicast Service Info» могут также быть отправлены в отдельном кадре. При использовании этого способа может быть уменьшено количество служебных данных в кадрах «Beacon». С другой стороны, этот способ может обладать недостатками, например, с точки зрения станций STA в роуминге. Кроме того, с точки зрения энергосбережения является преимуществом то, что эти сведения появляются с известным интервалом, что позволяет станции STA выполнить соответствующую оптимизацию циклов ждущего режима.
- Вместо использования групповых МАС-адресов на фазе сигнализации может использоваться сжатый формат.
- Как это описано в изобретении, точка доступа АР может установить укомплектованный элемент «Multicast Service Info» во всех маяках.
Реализация функций модулей
Функции точки 10 доступа АР и станции 20 STA, которые описаны выше, могут быть реализованы в соответствующих модулях 12 и 22, показанных на фиг.3 и 4. В качестве примера и для обеспечения совместимости с приведенным здесь описанием функции модулей 12 и 22 могут быть реализованы с использованием аппаратных средств, программных средств, встроенного ПО или комбинации этих методов, хотя объем изобретения не предполагается ограничить каким-либо определенным воплощением этих функций. В обычной программной реализации модуль 12 и 22 может быть одной или несколькими архитектурами на базе микропроцессора, которые содержат микропроцессор, оперативную память (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), устройства ввода/вывода и устройство управления, а также шины данных и адреса, подключающие вышеупомянутые устройства. Специалист в этой области сможет произвести программирование такой реализации на базе микропроцессора, чтобы обеспечить описанные здесь функциональные возможности без проведения дополнительных экспериментов. Объем изобретения не предполагается ограничить какой-либо определенной реализацией на основе известной в настоящее время или разработанной в будущем технологии. Кроме того, в объем изобретения предполагается включить автономные модули 12 и 22, как это показано на схеме, или данные модули в комбинации с другими схемными решениями для реализации другого модуля.
Другие модули 14 и 24 и соответствующие им функции, которые известны в данной области техники, не формируют непосредственно часть основного изобретения, и их подробное описание здесь не приводится. Например, дополнительные модули 24 могут содержать другие модули, которые формально являются частью обычного мобильного телефона или терминала, такого как модуль идентификации абонента универсальной системы мобильной связи (USIM) и модуль передвижного оборудования (ME), которые известны в этой области техники и здесь не описываются.
Настоящее изобретение позволяет использовать гибкие интервалы прослушивания (режима ожидания) для многоадресных служб, что позволяет реализовать более оптимальное энергосбережение для станций STA; разделять широковещательные и многоадресные службы с различными интервалами прослушивания и разными указателями для буферизованных данных; кроме того, вещательная передача информации о многоадресной службе предоставляет сведения о ведущихся многоадресных передачах для станций в роуминге, где эта информация может ускорить настройку многоадресной службы.
Архитектура пакетной сети универсальной системы мобильной связи (UMTS)
На фиг.4а и 4b показаны схемы архитектуры сети пакетной коммутации универсальной системы мобильной связи (UMTS). На фиг.4а архитектура сети пакетной коммутации UMTS включает основные архитектурные элементы в виде абонентского оборудования (UE), сеть наземного радиодоступа UMTS (UTRAN) и опорную сеть (CN). Элемент абонентского оборудования UE взаимодействует с сетью UTRAN через радиоинтерфейс (Uu), в то время как сеть UTRAN взаимодействует с опорной сетью (CN) через (проводной) интерфейс (Iu). На фиг.4b показаны некоторые дополнительные детали архитектуры, в частности сеть UTRAN, которая включает несколько подсистем радиосети (RNS), каждая из которых содержит по крайней мере один контроллер радиосети (RNC). Во время работы каждый контроллер RNC может подключаться к нескольким узлам В (Node В), которые являются аналогами базовых станций GSM в сети UMTS. Каждый узел В может находиться в радиоконтакте с несколькими UE через радиоинтерфейс (Uu), показанный на фиг.4а. Данное UE может находиться в радиоконтакте с несколькими узлами В, даже если один или несколько узлов В подключены к различным подсистемам RNC. Например, элемент UE1 на фиг.4b может находиться в радиоконтакте с узлом В2 подсистемы RNS1 и узлом ВЗ подсистемы RNS2, где узлы В2 и ВЗ являются соседними узлами В. Контроллеры RNC различных подсистем RNS могут соединяться посредством интерфейса Iur, который позволяет мобильным UE оставаться в контакте с обоими контроллерами RNC, несмотря на перемещение из соты, принадлежащей к узлу В одного контроллера RNC, к соте, принадлежащей к узлу В другого контроллера RNC. Конвергенция системы беспроводной локальной сети по стандарту IEEE 802.11, которая показана на фиг.1а, и архитектуры сети пакетной коммутации (UMTS), приведенной на фиг.4а и 4b, приводит к тому, что станции STA принимают вид UE, такого как мобильные телефоны и мобильные терминалы. Организация межсетевого взаимодействия беспроводной локальной сети (IEEE 802.11), показанной на фиг.1а, с другими технологиями (например, 3GPP, 3GPP2 или 802.16), такими как показанные на фиг.2а и 2b, определяется в настоящее время в протокольных спецификациях для проекта партнерства третьего поколения (3GPP) и 3GPP2. В объем изобретения предполагается включить соответствующие реализации, относящиеся к архитектуре сети пакетной коммутации UMTS.
Объем изобретения
Таким образом, изобретение включает признаки структуры, сочетание элементов и компоновку частей, которые приведены в качестве примера в описанной конструкции.
Соответственно, достигаются указанные выше цели, а также те цели, которые вытекают из предшествующего описания, и, так как могут быть выполнены определенные изменения в рассмотренной выше структуре без отступления от объема изобретения; предполагается также, что все объекты, содержащиеся в приведенном выше описании или показанные в сопроводительном графическом материале, должны быть интерпретированы в качестве иллюстрации и не имеют ограничивающего смысла.