СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА КАДРА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО В СЕБЯ ЧАСТИЧНЫЙ ИДЕНТИФИКАТОР АССОЦИАЦИИ В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ LAN
METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING FRAME INCLUDING PARTIAL ASSOCIATION IDENTIFIER IN WIRELESS LAN SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе беспроводной связи и, в частности, к способу и устройству для передачи и приема кадра, включающего в себя частичный идентификатор ассоциации (PAID) в системе беспроводной LAN (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, на предприятии или в учреждении, либо в зоне, обеспечивающей специальные услуги связи, с использованием мобильных терминалов, таких как персональный цифровой помощник (PDA), компьютер типа «лэптоп», портативный мультимедийный плеер (PMP) и т.д. на основе технологии радиочастотной (RF) связи.
Для решения проблемы ограниченной скорости связи, являющейся одним из недостатков сети WLAN, в недавно разработанном техническом стандарте предложена усовершенствованная система, способная повысить скорость и надежность сети при одновременном расширении зоны покрытия беспроводной сети. Например, Стандарт IEEE 802.11n позволяет обеспечить скорость обработки, поддерживающую максимально высокую пропускную способность (HT), равную 540 Мбит/с. Вдобавок, как в отношении передатчика, так и в отношении приемника применена технология MIMO («множество входов - множество выходов») с тем, чтобы минимизировать ошибки передачи, а также оптимизировать скорость пересылки данных.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Соответственно, настоящее изобретение имеет своей целью создание способа и устройства для передачи и приема кадра, включающего в себя частичный идентификатор ассоциации (PAID) в системе WLAN, что по существу позволяет решить одну или несколько проблем, возникающих из-за ограничений и недостатков существующего уровня техники. В качестве технологии связи следующего поколения обсуждалась межмашинная (M2M) связь. Был разработан технический стандарт IEEE 802.11ah для поддержки M2M связи в системе IEEE 802.11 WLAN. Иногда M2M связь можно рассматривать как сценарий, позволяющий обмениваться небольшим объемом данных с низкой скоростью в среде, включающей в себя большое количество устройств.
Связь WLAN выполняется в средах, совместно используемых всеми устройствами. В случае увеличения количества устройств при M2M связи, потребуется много времени на доступ к каналу одного устройства, так что рабочие характеристики всей системы в целом неизбежно ухудшаются, что затрудняет энергосбережение на каждом устройстве.
Целью изобретения является обеспечение способа конфигурирования кадра, включающего в себя частичный идентификатор ассоциации (PAID).
Должно быть понятно, что технические цели, которые должны быть достигнуты в настоящем изобретении, не сводятся к вышеописанным техническим целям, и специалистам в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, очевидно наличие других технических целей, которые здесь не упомянуты.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Цель настоящего изобретения может быть достигнута обеспечением способа передачи кадра от станции (STA) в точку доступа (AP) системы беспроводной связи, причем способ включает в себя: вычисление частичного ID ассоциации (частичного AID) на основе ID базового набора служб (BSSID) точки AP; и передачу в точку AP кадра, включающего в себя поле частичного AID, установленное в конкретное значение, соответствующее результату вычисления частичного AID, где частичный AID вычисляют с применением операции взятия по модулю к конкретному значению, полученному путем преобразования значений в диапазоне от 40-й битовой позиции до 48-й битовой позиции из числа 48 битовых позиций идентификатора BSSID точки доступа AP в десятичное число.
Согласно другому аспекту изобретения способ приема кадра от станции (STA) в точке доступа (AP) системы беспроводной связи включает в себя: определение того, вычислено ли значение поля частичного ID ассоциации (частичного AID) кадра на основе ID базового набора служб (BSSID) точки AP; и декодирование кадра, если значение поля частичного AID кадра вычислено на основе BSSID точки AP, где частичный AID вычисляют путем применения операции взятия по модулю к конкретному значению, полученному путем преобразования в десятичное число значений в диапазоне от 40-й битовой позиции до 48-й битовой позиции из числа 48 битовых позиций идентификатора BSSID точки AP.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения устройство станции (STA) для передачи кадра в точку доступа (AP) системы беспроводной связи включает в себя приемопередатчик и процессор. Процессор вычисляет частичный ID ассоциации (частичный AID) на основе ID базового набора служб (BSSID) точки AP и передает в точку доступа AP указанный кадр, включающий в себя поле частичного AID (PAID), установленного равным конкретному значению, соответствующему результату вычисления частичного AID, с использованием приемопередатчика. Частичный AID вычисляют путем применения операции взятия по модулю к конкретному значению, полученному путем преобразования значений в диапазоне от 40-й битовой позиции до 48-й битовой позиции из числа 48 битовых позиций идентификатора BSSID точки AP в десятичное число.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения устройство точки доступа (AP) для приема кадра от станции (STA) системы беспроводной связи включает в себя приемопередатчик и процессор. Процессор определяет, вычислено ли значение поля частичного ID ассоциации (частичный AID) кадра на основе ID базового набора служб (BSSID) точки AP, и декодирует указанный кадр, если значение поля частичного AID кадра вычислено на основе идентификатора BSSID точки AP. Частичный AID вычисляют путем применения операции взятия по модулю к конкретному значению, полученному путем преобразования в десятичное число значений в диапазоне от 40-й битовой позиции до 48-й битовой позиции из числа 48 битовых позиций идентификатора BSSID точки AP.
Последующее описание можно применить ко всем вариантам настоящего изобретения.
Результат вычисления частичного AID (PAID), может быть установлен равным одному из чисел от 1 до 511.
9
Частичный AID можно вычислить, используя формулу (dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1, где dec(A) представляет конкретное значение, полученное путем преобразования A в десятичное число, A[b:c] представляет биты с бита B до бита C числа A, когда первый бит двоичного числа А обозначен как бит 0, а «mod» означает операцию взятия по модулю.
Поле частичного AID (PAID) может быть включено в поле сигнала A (SIG-A) данного кадра.
Кадр может представлять собой кадр одного пользователя (SU).
Кадр может быть определен на рабочей частоте ниже 1 ГГц.
Должно быть понятно, что предшествующее 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.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Из приведенного выше описания видно, что примерные варианты настоящего изобретения позволяют обеспечить способ и устройство для передачи кадра, включающего в себя частичный ID ассоциации (PAID).
Специалистам в данной области техники следует иметь в виду, что положительные эффекты, которые могут быть достигнуты при использовании настоящего изобретения, не ограничены тем, что было, в частности, описано выше; при этом другие преимущества настоящего изобретения станут более понятными из подробного описания изобретения в сочетании с сопроводительными чертежами.
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.
Фиг. 1 - примерная система IEEE 802.11 согласно одному варианту настоящего изобретения;
фиг. 2 - примерная система IEEE 802.11 согласно другому варианту настоящего изобретения;
фиг. 3 - примерная система IEEE 802.11 согласно еще одному варианту настоящего изобретения;
фиг. 4 - концептуальная схема, иллюстрирующая систему WLAN;
фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая процесс установки канала для использования 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;
фиг. 10-12 - концептуальные схемы, иллюстрирующие подробные операции, выполняемые станцией (STA), получившей карту индикации трафика (TIM);
фиг. 13 - концептуальная схема, иллюстрирующая AID на групповой основе;
фиг. 14 - примерный вид форматов кадра SU/MU;
фиг. 15(а) - пример формата кадра с запросом переназначения присвоенного AID, и
фиг. 15(b) - пример формата кадра с ответом о переназначении ранее присвоенного AID;
фиг. 16 - пример фиксированных последовательностей, доступных в виде поля SIG-B;
фиг. 17 - концептуальная схема, иллюстрирующая способ, повторенный в поле SIG-B, когда в PPDU передается фиксированная конфигурация по фиг. 16;
фиг. 18 - блок-схема, иллюстрирующая способ передачи и приема кадра согласно одному варианту настоящего изобретения;
фиг. 19 - блок-схема, иллюстрирующая радиочастотное (RF) устройство согласно одному варианту настоящего изобретения.
НАИЛУЧШЕЕ ВОПЛОЩЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будут более подробно рассмотрены предпочтительные варианты настоящего изобретения, примеры которых показаны на сопроводительных чертежах. Подробное описание, представленное ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, предназначено для объяснения приведенных в качестве примера вариантов настоящего изобретения, а не для того, чтобы показать их как единственно возможные варианты, которые могут быть реализованы согласно настоящему изобретению. Последующее подробное описание включает в себя конкретные детали, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение можно реализовать на практике и без указанных конкретных деталей.
Предполагается, что нижеследующие варианты конфигурируются из составляющих компонент и характеристик настоящего изобретения согласно заранее определенному формату. Отдельные составляющие компоненты или характеристики следует рассматривать как опционные факторы при условии отсутствия дополнительных разъяснений. Если это необходимо, то отдельные составляющие объекты или характеристики не обязательно комбинируются с другими компонентами или характеристиками. Вдобавок, некоторые составляющие компоненты и/или характеристики могут быть скомбинированы для реализации вариантов настоящего изобретения. Порядок операций, раскрываемых в этих вариантах настоящего изобретения, может быть изменен. Некоторые компоненты или характеристики из любого варианта также могут быть включены в другие варианты или могут быть заменены компонентами или характеристиками из других вариантов, если это необходимо.
Следует заметить, что конкретные термины, раскрытые в настоящем изобретении, предложены для удобства описания и лучшего понимания настоящего изобретения, при этом использование этих специфических терминов может быть приведено к другим форматам, если это не выходит за рамки технического объема или существа настоящего изобретения.
В некоторых примерах описание хорошо известных структур и устройств опущено, чтобы не затенять концепции настоящего изобретения, а важные функции этих структур и устройств показаны в виде блок-схем. На всех чертежах при обращении к одинаковым или подобным частям используют одинаковые ссылочные позиции.
Примерные варианты настоящего изобретения поддерживаются стандартными документами, раскрытыми по меньшей мере в одной из систем беспроводного доступа, в том числе Системе 802 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), Системе Проекта партнерства 3-го поколения (3GPP), Системе Долгосрочного развития (LTE) 3GPP, Усовершенствованной системе LTE (LTE-A) и системе 3GPP2. В частности, вышеуказанными документами могут поддерживаться этапы или части, описание которых не имеет отношения к раскрытию сущности настоящего изобретения. Вся используемая здесь терминология поддерживается по меньшей мере одним из вышеупомянутых документов.
Последующие варианты настоящего изобретения могут применяться при реализации самых разных технологий 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 беспроводной (радиочастотной) технологии, например, UTRA (Универсальный наземный радиодоступ) или CDMA2000. Система TDMA может быть воплощена посредством беспроводной (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 беспроводной (радиочастотной) технологии, например, IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20 и E-UTRA (Развитой UTRA). Для ясности в последующем описании делается упор на системы IEEE 802.11. Однако технические признаки настоящего изобретения этим не ограничиваются.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ WLAN
На фиг. 1 в качестве примера показана система IEEE 802.11 согласно одному варианту настоящего изобретения.
Структура системы IEEE 802.11 может включать в себя множество компонент. Система WLAN, которая поддерживает прозрачную мобильность STA для более высокого уровня, может быть обеспечена совместными операциями компонент. Базовый набор служб (BSS) может соответствовать базовому составляющему блоку в системе LAN стандарта IEEE 802.11. На фиг. 1 показаны два набора BSS (BSS1 и BSS2), и в каждый из этих BSS включены две станции STA (например, STA1 и STA2 включены в BSS1, а STA3 и STA4 включены в BSS2). Эллипс, указывающий BSS на фиг. 1, можно рассматривать как зону покрытия, в которой станции STA, включенные в соответствующий BSS, поддерживают связь. Эта зона может называться базовой зоной обслуживания (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 стандарта IEEE 802.11 главным базовым типом BSS является независимый BSS (IBSS). Например, IBSS может иметь минимальную форму, состоящую только из двух STA. Набор BSS (BSS1 или BSS2) по фиг. 1, который является простейшим видом, и в котором другие компоненты опущены, может соответствовать типовому примеру набора IBSS. Указанная конфигурация возможна, когда станции STA могут непосредственно осуществлять связь друг с другом. Указанный тип LAN заранее не планируется и может быть сконфигурирован при необходимости иметь сеть LAN. Такая сеть может называться сетью «компьютер - компьютер».
Принадлежность STA набору BSS может динамически изменяться при включении или выключении станции STA или, когда STA входит либо покидает область BSS. Станция STA может использовать процесс синхронизации для объединения BSS. Для доступа ко всем службам инфраструктуры BSS станция STA должна быть связана с BSS. Указанная связь может быть динамически сконфигурирована и может подразумевать использование службы системы распределения (DSS).
На фиг. 2 представлена схема, где показана другая примерная структура системы IEEE 802.11, к которой применимо настоящее изобретение. На фиг. 2 в структуру по фиг. 1 добавлены такие компоненты, как система распределения (DS), среда системы распределения (DSM) и точка доступа (AP).
Расстояния по прямой между станциями STA могут быть ограничены рабочими характеристиками PHY-уровня. В некоторых случаях указанное ограничение расстояния может оказаться достаточным для осуществления связи. Однако в других случаях может оказаться необходимой связь между станциями на большом расстоянии. Система DS может быть сконфигурирована так, чтобы поддерживать расширенную область покрытия.
DS относится к структуре, в которой наборы BSS соединены друг с другом. В частности, набор BSS может быть сконфигурирован в виде компоненты расширенной формы сети, состоящей из множества BSS вместо конфигурации компонент, показанной на фиг. 1.
Система DS представляет собой логическую концепцию и может быть задана характеристикой DSM. В этой связи беспроводный носитель (WM) и DSM логически различимы в стандарте IEEE 802.11. Для разных целей используют соответствующие логические среды, которые используются разными компонентами. При определении стандарта IEEE 802.11 указанные носители не обязательно ограничены одинаковыми или разными носителями. Гибкость архитектуры LAN стандарта IEEE 802.11 (архитектура DS или других сетевых архитектур) может быть объяснена тем, что множество сред являются логически различимыми. То есть архитектура LAN стандарта IEEE 802.11 может быть реализована в разнообразном виде и может быть независимо предопределена физическими характеристиками каждой реализации.
Система DS может поддерживать мобильные устройства, обеспечивая интеграцию множества BSS без разрывов и предоставляя логические услуги, необходимые для обработки адреса к месту назначения.
Точка AP относится к объекту, который дает возможность ассоциированным станциям STA осуществлять доступ к DS через беспроводную среду WM, и который имеет функциональные возможности STA. Данные могут перемещаться между BSS и DSS через точку AP. Например, показанные на фиг. 2 станции STA2 и STA3, имеют функциональные возможности STA и обеспечивают функцию инициирования обращения 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 связи через среду DSM.
Данные, переданные от одной из станций STA, связанных с точкой AP, на адрес STA точки АР, могут быть всегда получены неуправляемым портом и могут быть обработаны объектом доступа порта IEEE 802.1X. Если контролируемый порт аутентифицирован, то данные передачи (или кадр) могут быть переданы в систему DS.
На фиг. 3 представлена схема, где показана еще одна примерная структура системы IEEE 802.11, для которой применимо настоящее изобретение. Вдобавок к структуре по фиг. 2, на фиг. 3 концептуально показан расширенный набор служб (ESS) для обеспечения большого 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 множеству наборов BSS, подсоединенных к одной системе DS. Однако ESS не включает в себя систему DS. Сеть ESS отличается тем, что сеть ESS появляется в виде 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 относительные физические места расположения BSS на фиг. 3 не присваиваются, и допускаются следующие конфигурации. Наборы BSS частично могут перекрываться, и эта конфигурация обычно используется для обеспечения непрерывного покрытия. Наборы BSS не могут быть физически соединены, и логические расстояния между наборами BSS не имеют ограничений. Наборы BSS могут находиться в одном и том же физическом месте, и такая конфигурация может быть использована для обеспечения избыточности. Один или несколько наборов 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 «компьютер - компьютер» 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 стратегий защиты.
На фиг. 4 представлена схема, где показана примерная структура системы WLAN. На фиг. 4 показан пример инфраструктуры BSS, включающей систему 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, а 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 или мобильной абонентской станцией (MSS). Точка AP концептуально соответствует базовой станции (BS), узлу B, развитому узлу B (e-NB), базовой приемопередающей системе или базовой фемтостанции в других областях беспроводной связи.
ПРОЦЕСС УСТАНОВЛЕНИЯ КАНАЛА
На фиг. 5 представлена блок-схема, объясняющая общий процесс установления канала согласно примерному варианту настоящего изобретения.
Чтобы дать возможность STA установить канал связи в сети, а также передать/принять данные по этой сети, станция STA должна выполнить указанное установление канала через процесс нахождения сети, аутентификации и ассоциации и должна установить связь и выполнить аутентификацию защиты. Процесс установления канала также можно назвать процессом инициирования сеанса или процессом установления сеанса. Вдобавок, этап ассоциации является общим термином для этапов нахождения, аутентификации, ассоциации и установления защиты процесса установления канала.
Процесс 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 перед тем, как принять участие в работе беспроводной сети. Здесь процесс идентификации сети, находящейся в конкретной области, называется процессом сканирования.
Схема сканирования классифицируется на схему активного сканирования и схему пассивного сканирования.
На фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая операцию нахождения сети, включающую в себя процесс активного сканирования. В случае активного сканирования станция STA, сконфигурированная для выполнения сканирования, передает кадр с запросом зондирования и ожидает ответа на этот кадр с запросом, так что станция STA может перемещаться между каналами и в то же время может определить, какая точка доступа (AP) присутствует в периферийной области. Ответчик, получив переданный кадр с запросом зондирования, передает кадр с ответом о зондировании, являющийся ответом на кадр с запросом зондирования. В этом случае ответчиком может быть станция STA, которая, в конце концов, передала маяковый кадр в BSS отсканированного канала. В случае BSS, поскольку точка AP передала маяковый кадр, точка AP действует как ответчик. В случае IBSS, поскольку станции IBSS последовательно передают маяковый кадр, ответчик не является фиксированным. Например, станция STA, которая передала кадр с запросом зондирования по каналу #1 и приняла кадр с ответом по каналу #1, запоминает информацию, связанную с BSS, содержащуюся в принятом ответном кадре, и переходит к следующему каналу (например, к каналу #2), так что станция STA может выполнить сканирование, используя тот же самый способ (то есть передача/прием запроса/ответа о зондировании по каналу #2).
Хотя это на фиг. 5 не показано, операция сканирования также может выполняться с использованием пассивного сканирования. Станция STA, сконфигурированная для выполнения сканирования в режиме пассивного сканирования, ожидает поступления маякового кадра, переходя одновременно с одного канала на другой. Маяковый 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 маяковый кадр передается периодически таким образом, чтобы станция STA могла принять участие в работе беспроводной сети. В наборе BSS точка доступа (AP) сконфигурирована для периодической передачи маякового кадра. В наборе IBSS станции STA сконфигурированы для последовательной передачи маякового кадра. Если каждая STA для сканирования принимает маяковый кадр, то станция STA запоминает информацию о BSS, содержащуюся в маяковом кадре, переходит на другой канал и записывает информацию о маяковом кадре для каждого канала. Станция STA, которая приняла маяковый кадр, запоминает информацию, связанную с BSS, содержащуюся в принятом маяковом кадре, переходит на следующий канал, выполняя таким образом сканирование с использованием одного и того же способа.
Что касается сравнения активного сканирования с пассивным сканированием, то активное сканирование имеет больше преимуществ, чем пассивное сканирование с точки зрения задержки и энергопотребления.
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 может включать в себя передачу станцией STA в точку доступа AP кадра с запросом аутентификации, а также передачу точкой AP на станцию STA кадра с ответом об аутентификации в ответ на полученный кадр с запросом аутентификации. Кадр аутентификации, используемый для запроса/ответа об аутентификации, может соответствовать кадру управления.
Кадр аутентификации может включать в себя номер алгоритма аутентификации, номер последовательности транзакции аутентификации, код состояния, текст вызова, надежно защищенную сеть (RSN), конечную циклическую группу (FCG) и т.д. Вышеупомянутая информация, содержащаяся в кадре аутентификации, может соответствовать некоторым частям информации, которая может содержаться в кадре с запросом/кадре с ответом об аутентификации, 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 о результате аутентификации.
После успешной аутентификации станции STA может быть выполнен процесс ассоциации на этапе S530. Процесс ассоциации может включать в себя передачу кадра с запросом ассоциации в точку доступа AP станцией STA и передачу точкой доступа AP кадра с ответом об ассоциации на станцию STA в ответ на кадр с запросом ассоциации.
Например, кадр с запросом ассоциации может включать в себя информацию, связанную с различными возможностями, интервал маякового прослушивания, идентификатор набора служб (SSID), поддерживаемые скорости передачи, поддерживаемые каналы, RSN, область мобильности, поддерживаемые классы эксплуатации, запрос трансляции TIM (карта индикации трафика), возможности использования взаимодействующих служб 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 возобновления ассоциации), параметр сканирования перекрывающихся наборов BSS, ответ о трансляция TIM, карта QoS и т.д.
Вышеупомянутая информация может соответствовать некоторым фрагментам информации, которые могут содержаться в кадре с запросом/ответом об ассоциации, может быть заменена другой информацией или может включать в себя дополнительную информацию.
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 первым процессом аутентификации, а процесс установки защиты на этапе S540 может также называться просто процессом аутентификации.
Например, 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 стандартах IEEE 802.11.
РАЗВИТИЕ WLAN
Для исключения ограничений по скорости передачи в сети WLAN в качестве 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), равную 540 Мбит/с, и основана на технологии MIMO, согласно которой монтируется множество антенн для каждого передатчика и приемника.
В связи с широким использованием технологии WLAN и диверсификации приложений WLAN имеется потребность в разработке новой системы WLAN, способной поддерживать высокую пропускную способность (HT), превышающую скорость обработки данных, поддерживаемую системой IEEE 802.11n. Система WLAN для поддержки сверхвысокой пропускной способности (VHT) является следующей версией (например, IEEE 802.11ac) системы WLAN системы IEEE 802.11n, и является одной из систем WLAN системы IEEE 802.11, недавно предложенной для поддержки скорости обработки данных, большей или равной 1 Гбит/с в MAC SAP (точка доступа к услугам стандарта управления доступом к среде передачи).
Для эффективного использования радиочастотного (RF) канала 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 каналу. Согласно схеме передачи MU-MIMO точка AP может одновременно передавать пакеты по меньшей мере на одну станцию STA, соединенную 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 может быть 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 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.
Таким образом, точка AP и/или станция STA должны определить, использовать ли конкретную полосу частот в полосе WS. Другими словами, AP и/или STA должны определить наличие или отсутствие пользователя, или лицензированного пользователя в данной полосе частот. Схема определения наличия или отсутствия действующего пользователя в определенной полосе частот называется схемой контроля спектра. В качестве механизма контроля спектра могут быть использованы схема определения уровня энергии, схема определения сигнатуры и т.п. Точка AP и/или станция STA могут определить, что упомянутая полоса частот используется действующим пользователем, если интенсивность принятого сигнала превышает заранее определенное значение, или, когда обнаружена преамбула DTV.
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 системы 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 межмашинной (M2M) 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, включающий в себя RF модуль, 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 и т.д. Примерами такой связи между устройством и сервером приложений являются связь между торговым автоматом и сервером приложений, связь между устройством в точке продаж и сервером приложений и связь между счетчиком потребления электроэнергии, счетчиком потребления газа или счетчиком потребления воды с сервером приложений. 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 способ относительно редкой передачи/приема 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 связана максимум с 2007 станциями STA, в последнее время обсуждаются различные варианты поддержки в других ситуациях, когда с одной точкой AP связано 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. Чтобы непрерывно поддерживать множество станций STA, система WLAN может определять наличие или отсутствие данных, подлежащих передаче на данную станцию STA, на основе карты индикации трафика (TIM), в связи с чем в последнее время обсуждаются различные способы сокращения размера битовой карты TIM. Вдобавок, при использовании M2M связи ожидается появление большого объема данных трафика с очень большим интервалом передачи/приема. Например, при M2M связи необходимо передавать очень маленький объем данных (например, показания счетчика потребления электроэнергии/газа/воды) с длительными интервалами (например, ежемесячно). Вдобавок, станция STA работает в соответствии с командой, полученной через нисходящую линию связи (то есть линию связи от точки AP к станции STA, не имеющей AP) так, что данные передаются через восходящую линию связи (то есть линию от станции STA, не имеющей AP, к данной точке AP). M2M связь для передачи важных данных в основном базируется на схеме связи по восходящей линии. Вдобавок, станция STA в схеме M2M связи в основном функционирует с использованием батареи, в связи с чем у пользователь могут возникнуть проблемы, связанные с необходимостью частой подзарядки станции STA, работающей в сети M2M, с тем чтобы минимизировать степень разряженности батареи, а значит, увеличить ее срок службы. Вдобавок, у пользователя могут возникнуть трудности при непосредственном манипулировании с STA в определенной ситуации, в связи с чем необходимо обеспечить функцию самовосстановления. Таким образом, хотя количество станций STA, связанных с одной AP в системе WLAN возрастает, многие компании-разработчики проводят интенсивные исследования в области систем WLAN, которые помогут эффективно действовать в ситуации, когда имеется весьма малое количество станций STA, каждая из которых должна принимать от точки AP один кадр данных в течение одного маякового периода, и в то же время сократить энергопотребление станции STA.
Как было описано выше, технология WLAN быстро развивается, и в настоящее время интенсивно разрабатываются не только вышеупомянутые технологии, но также и другие технологии, такие как установка прямого канала, повышение пропускной способности потоковой передачи медийных данных, высокоскоростная передача и/или поддержка установления масштабного начального сеанса связи, и поддержка расширенной полосы частот и рабочей частоты.
СЕТЬ WLAN, РАБОТАЮЩАЯ В ДИАПАЗОНЕ НИЖЕ 1 ГГЦ
Как было описано выше, не так давно обсуждался стандарт IEEE 802.11ah, в котором M2M связь установлена для рассмотренного выше случая. Стандарт IEEE 802.11ah работает в нелицензированной полосе, отличной 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 (Tx) из-за характеристик распространения сигнала соответствующей полосы. В этом случае к одной точке AP может быть подсоединено большее 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, сконфигурированная для 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 реализуется путем уменьшения в 10 раз тактовой частоты существующего уровня PHY стандарта IEEE 802.11ac. В этом случае обеспечивается ширина полосы канала, составляющая 2/4/8/16/8+8 ГГц для использования в стандарте 802.11ac посредством десятикратного уменьшения тактовой частоты, и обеспечивается ширина полосы канала, равная 20/40/80/160/80+80 МГц, в полосе ниже 1 ГГц. 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 тактовой частоты.
Таблица 2
Уровень PHY стандарта IEEE 802.11ac
Уровень PHY в полосе ниже 1 ГГц при уменьшении тактовой 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) IEEE 802.11 MAC 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 (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 стандарта 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 получить 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 бессостязательной 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 состязательном интервале (CP), так и на бессостязательном интервале (CFP).
На фиг. 6 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая процесс задержки.
n
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 состязания». 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 запустить передачу данных. Если передача данных была успешной, то значение параметра CW устанавливается равным CWmin. Предпочтительно, чтобы значения CW, CWmin и CWmax устанавливались равными 2-1 (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 вовремя 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 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 фигуры 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 не обязательно 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 вызывает непрерывное потребление 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 энергии (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, сконфигурирована для 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 контроль 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, неспособна 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 маяковый кадр на станции STA, имеющиеся в набора BSS, в интервалах заранее определенного временного периода на этапах (S211, S212, S213, S214, S215, S216). Маяковый 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 что кадр является кадром одноадресной передачи, 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 маяковый 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 маяковом интервале. Соответственно, STA1 220 может перейти в состояние готовности на этапе S221, когда AP 210 сначала передает маяковый кадр на этапе S211. Станция STA1 220 принимает маяковый 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 S221а. 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 маяковый кадр, и имеет место состояние занятости среды передачи, в котором среда передачи доступна другому устройству, точка доступа AP 210 может не передавать маяковый кадр точно на маяковом интервале, а может передать маяковый кадр с задержкой на этапе S212. В этом случае, хотя STA1 220 перешла в состояние готовности в соответствии с маяковым интервалом, она не принимает переданный с задержкой маяковый кадр и вновь переходит в спящее состояние на этапе S222.
Когда AP 210 в третий раз передает маяковый кадр, соответствующий маяковый кадр может включать в себя элемент TIM, обозначенный как DTIM. Однако, поскольку задано состояние занятости среды передачи, AP 210 передает маяковый кадр с задержкой на этапе S213. Станция STA1 220 переходит в режим готовности в соответствии с маяковым интервалом и может получить DTIM через маяковый 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 маякового кадра AP 210 передает кадр на соответствующую станцию STA на этапе S232.
Точка доступа AP 210 в четвертый раз передает маяковый кадр на этапе S214. Однако станция STA1 220 не может получить информацию, касающуюся наличия буферизованного трафика, связанного 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 маяковом 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 маяковым интервалом, может перейти в другое рабочее состояние, в котором STA1 220 может выйти из спящего состояния один раз за каждые три маяковых интервала. Следовательно, когда AP 210 передает четвертый маяковый кадр на этапе S214 и передает пятый маяковый 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 маяковый кадр на этапе S216, станция STA1 220 переходит в состояние готовности и функционирует в этом состоянии, не имея возможности получить элемент TIM, содержащийся в маяковом 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 маяковый 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 фигурах 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 маякового кадра, включающего в себя TIM, из точки доступа AP. Станция STA интерпретирует полученный элемент TIM с тем, чтобы обнаружить присутствие или отсутствие буферизованного трафика, подлежащего передаче на эту станцию. После того, как станция STA в состязании 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 немедленного отклика, 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 завершения указанного состязания. 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 информационный элемент DTIM. Станции STA могут перейти из спящего состояния в состояние готовности для приема из точки AP маякового кадра, содержащего элемент DTIM. Станции STA могут обнаружить, что кадр (кадры) групповой/широковещательной передачи будут передаваться посредством принятой DTIM. После передачи маякового 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 маякового 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 ТIM. Идентификационная информация о STA может представлять собой конкретную информацию, связанную с идентификатором ассоциации (AID), выделяемому 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 маякового периода. Следовательно, согласно приведенному в качестве примера приложению для вышеупомянутой М2М связи, ожидается, что размер битовой карты TIM увеличится, и большинство битов будут установлены равными нулю (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, взрастает, 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 обозначить 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 маяковым интервалом показан в виде примера на фиг. 13(с). Первый маяковый 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 маяковом кадре. Элемент TIM, используемый только для идентификаторов AID, соответствующих идентификатору GID 2, содержится во втором маяковом кадре. Соответственно, в течение второго маякового интервала (или второго RAW) разрешен доступ к каналу только для STA, соответствующей AID, содержащемуся в GID 2. В третьем маяковом 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 маякового интервала (или третьего RAW). В четвертом маяковом 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 маякового интервала (или четвертого RAW). Далее доступ к каналу для STA, соответствующей определенной группе, указанной картой TIM, содержащейся в соответствующем маяковом кадре, может быть разрешен в каждом маяковом интервале, следующем после пятого маякового 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 маяковым интервалом, объем или существо настоящего изобретения этим не ограничено. 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 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.
ФОРМАТ КАДРА PPDU
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. Главный базовый формат кадра PPDU (например, относящийся к режиму невысокой пропускной способности (non-HT)) может состоять из существующего поля STF (L-STF), существующего 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 данных и скорости кодирования. 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 (PSDU) протокола PLCP 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.
С другой стороны, формат кадра пакета нулевых данных (NDP) может указывать формат кадра, не имеющего пакет данных. То есть кадр NDP включает в себя часть заголовка PLCP (т есть, поля STF, LTF и SIG) общего формата PPDU, но не включает в себя остальные части (то есть поле данных). Кадр NDP может называться форматом короткого кадра.
КАДР ОДНОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ (SU)/КАДР МНОЖЕСТВА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ (MU)
Настоящее изобретение обеспечивает способ построения поля SIG в каждом из кадров: кадре SU и кадре MU, с использованием системы WLAN, работающей на частоте 1 ГГц или менее (например, 902~928 МГц). Кадр SU может быть использован в системе SU-MIMO, где также может использоваться и кадр MU. В последующем описании термин «кадр» может относиться к кадру данных или к кадру NDP.
На фиг. 14 показаны примеры форматов кадра SU/MU.
Обратимся к фиг. 14, где поля STF, LTF1 и SIG-A (SIGNAL A) могут соответствовать любой части, поскольку они передаются на все станции STA во всех направлениях. Если необходимо, то в случае передачи данных формирование луча или предварительное кодирование для полей STF, LTF1 и SIG-A (SIGNAL A) может не применяться.
LTF
Между тем, поля MU-STF, MU-LTF1, …, MU-LTF_N и SIG-B (SIGNAL B), расположенные после поля SIG-A, передаются конкретным пользователям, и для каждого поля перед указанной передачей применяется формирование луча или предварительное кодирование. Часть MU может включать в себя MU-STF, MU-LTF, SIG-B и поля данных, как показано в формате кадра по фиг. 14.
В любой части каждое из полей STF, LTF1 и SIG-A может передаваться в виде единого потока в связке с каждой поднесущей, как это представлено следующим уравнением 1:
[Уравнение 1]
k
TX
k
k
k
k
В уравнении 1 индекс k представляет индекс поднесущей (или тонального сигнала), x представляет сигнал, переданный на поднесущей k, а N - количество антенн TX. Q представляет вектор-столбец для кодирования (например, пространственного отображения) сигнала, переданного на поднесущей (k), а d - данные, введенные в кодер. В уравнении 1 к Q может быть применена задержка циклического сдвига (CSD) во временной области. Задержка CSD во временной области обозначает поворот фазы или сдвиг фазы в частотной области. Таким образом, Q может содержать значение фазового сдвига в тональном сигнале (k), инициированного CSD во временной области.
В случае использования формата кадра по фиг. 14 поля STF, LTF1 и SIG-A могут приниматься всеми станциями STA. Каждая из этих станций может декодировать поле SIG-A посредством оценки канала на основе STF и LTF1.
Поле SIG-A может содержать информацию «значение длины», информацию «ширина полосы канала» и информацию «количество пространственных потоков». Поле SIG-A может иметь длину, равную двум символам OFDM. Один символ OFDM использует двоичную фазовую манипуляцию (BPSK) для 48 тональных сигналов данных, так что в одном символе OFDM может быть представлена 24-битовая информация. Соответственно, поле SIG-A может включать в себя 48-битовую информацию.
В нижеследующей таблице 3 показано примерное распределение бит поля SIG-A в соответствии со случаем использования SU и случаем использования MU.
Таблица 3
SU
MU
Индикация SU/MU
1
1
Длина/Длительность
9
9
MCS
4
BW
2
2
Агрегирование
1
STBC
1
1
Кодирование
2
5
SGI
1
1
GID
6
Nsts
2
8
PAID
9
Индикация ACK
2
2
Зарезервировано
3
3
CRC
4
4
Хвост
6
6
Всего
48
48
В Таблице 3 поле индикации SU/MU можно использовать для различения форматов кадра SU и кадра MU.
Поле «длина/длительность» представляет символы OFDM (то есть длительность) кадра или количество байт (то есть длину) кадра. Если в поле агрегирования, входящем в поле SU, установлено значение, равное 1, то поле «длина/длительность» интерпретируется как поле длительности. В противном случае, если в поле агрегирования, установлено значение, равное нулю (0), то поле «длина/длительность» интерпретируется как поле длины. Поле агрегирования в кадре MU не определено, и это поле всегда применяется для поля MU, так что поле «длина/длительность» в этом случае интерпретируется как поле длительности.
Поле MCS указывает схему модуляции и кодирования для использования при передаче PSDU. В случае использования кадра SU поле MCS передается через поле SIG-A. Если другие станции STA (каждая из которых также может называться STA третьей стороны, непосредственно связанной с передачей/приемом между двумя станциями STA) сконфигурированы для приема кадра SU, то кадр SU (то есть кадр, формируемый лучом для SU, имеющий поле агрегирования со значением 0), принимаемый в настоящий момент, можно вычислить на основе значения длины в поле «длина/длительность» и значения поля MCS. С другой стороны, что касается поля MU, то поле MCS не содержится в поле SIG-A, а содержится в поле SIG-B, и содержит информацию, касающуюся конкретного пользователя, так что для каждого пользователя может применяться независимая схема MCS.
Поле BW представляет канальную полосу кадра SU или кадра MU. Например, в поле BW может быть установлено конкретное значение, указывающее одну из следующих частот: 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц, 16 МГц и 8+8 МГц.
Поле агрегирования указывает, агрегирован ли блок PSDU в виде MPDU (то есть A-MPDU). Если в поле агрегирования установлена 1, это значит, что PSDU агрегирован в виде A-MPDU, а затем выполнена его передача. Если в поле агрегирования установлен 0, это значит, что блок PSDU передан без агрегирования. В кадре MU блок PSDU, сконфигурированный в виде A-MPDU, передается всегда, а поле агрегирования не обязательно передавать в качестве сигнализации, так что блок PSDU в поле SIG-A не содержится.
Поле пространственно-временного блочного кодирования (STBC) указывает, применяется ли STBC к кадру SU либо к кадру MU.
Поле кодирования указывает схему кодирования для использования в кадре SU или кадре MU. Для кадра SU может применяться схема двоичного сверточного кодирования (BCC), схема контроля по четности малой плотности (LDPC) и т.д. Для кадра MU могут применяться независимые схемы кодирования для индивидуальных пользователей, так что для поддержки независимых схем кодирования можно определить поле кодирования, содержащее 2 или более бит.
Поле короткого защитного интервала (SGI) указывает, применяется ли короткий интервал GI при передаче блока PSDU кадра SU или кадра MU. В случае кадра MU, если для кадра MU применяется SGI, это значит, что SGI может применяться совместно для всех пользователей, входящих в группу MU-MIMO.
Поле GID представляет информацию многопользовательской (MU) группы о кадре MU. В случае кадра SU определять пользовательскую группу нет необходимости, так что поле GID не содержится в поле SIG-A.
Поле количества (Nsts) пространственно-временных потоков указывает количество пространственных потоков кадра SU или кадра MU. В случае кадра MU поле Nsts представляет количество пространственных потоков каждой станции STA, содержащихся в соответствующей группе MU, так что для поля Nsts потребуется 8 бит. Если более подробно, то в одной группе MU может находиться 4 пользователя, и каждому пользователю может быть передано максимально количество пространственных потоков, так что для правильной поддержки вышеупомянутой структуры понадобится 8 бит.
Поле частичного AID (PAID) может представлять ID станции STA, сконфигурированный для идентификации принимающей STA для использования в кадре SU. Значение PAID в кадре восходящей линии связи (UL)состоит из нескольких частей ID базового набора служб (BSSID). В кадре нисходящей линии связи (DL) значение PAID может состоять из результата хэшированного AID станции STA. Например, BSSID может иметь длину 48 бит, AID может иметь длину 16 бит, а PAID может иметь длину 9 бит.
Вдобавок, согласно новому определению и использованию идентификатора PAID, описываемому ниже, идентификатор PAID кадра UL может быть установлен в значение, соответствующее хэшированному результирующему значению некоторых частей идентификатора SSAID, а значение идентификатора AID кадра DL может быть установлено равным хэшированному результирующему значению некоторых частей идентификатора BSSID.
Поле индикации ACK в таблице 3 указывает тип сигнала ACK, подлежащего передаче после кадра SU или кадра MU. Например, если в поле индикации ACK установлено значение 00, это означает нормальный ACK. Если поле индикации ACK установлено в значение 01, это значит, что ACK заблокировано. Если значение поля индикации ACK равно 10, это означает, что ACK отсутствует. Однако поле индикации ACK не ограничено тремя указанными типами ACK, и возможно классифицировать это поле по трем или более типам ACK в соответствии с атрибутами кадра.
Вдобавок, хотя это в таблице 3 не показано, поле SIG может включать в себя поле индикации DL/UL (например, размером в 1 бит, указывающее в явном виде, является ли соответствующий кадр кадром DL или кадром UL). Поле индикации DL/UL определено в кадре SU. В кадре MU поле индикации DL/UL не определено, то есть в кадре MU всегда используется кадр DL. В качестве альтернативы, поле SIG может кроме того включать в себя поле индикации DL/UL независимо от типов кадров SU и MU.
Между тем, поле SIG-B в кадре MU, показанном на фиг. 14, может дополнительно включать в себя информацию, специфичную для конкретного пользователя. В нижеследующей Таблице 4 в качестве примера показаны поля, используемые как составляющие элементы поля SIG-B кадра MU. Вдобавок, в Таблице 1 в качестве примера приведены различные параметры, используемые для блоков PPDU соответствующих полос (BW) 2, 4, 8 и 16 МГц.
Таблица 4
BW
2 МГц
4 МГц
8 МГц
16 МГц
MCS
4
4
4
4
Хвост
6
6
6
6
CRC
8
8
8
8
Зарезервировано
8
9
11
11
Всего
26
27
29
29
В Таблице 4 поле MCS может указывать поле MCS блока PPDU, переданного в виде кадра MU для каждого пользователя.
Бит TAIL позволяет кодеру вернуться в нулевое (0) состояние. Поле CRC (циклическая проверка избыточности) можно использовать для обнаружения ошибки от станции STA, сконфигурированной для приема кадра MU.
ДРУГОЙ ВАРИАНТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БИТ ПОЛЯ SIG
Ниже описывается поле SIG, используемое для кадра SU/MU согласно другому варианту настоящего изобретения.
В Таблице 5 показан другой вариант поля SIG-A/
Таблица 5
SU
MU
Длительность
9
9
BW
2
2
Агрегирование
1
STBC
1
1
Кодирование
2
5
SGI
1
1
GID
6
6
Nsts
2
8
PAID
9
Индикация ACK
2
2
Зарезервировано
3
4
CRC
4
4
Хвост
6
6
Всего
48
48
По сравнению с полем SIG-A Таблицы 3 бит индикации SU/MU в Таблице 5 не показан. Вместо индикации SU/MU для различения кадра SU и кадра MU можно использовать поле GID, как показано в Таблице 5.
Поле GID содержится в кадре SU и кадре MU. Если значение GID установлено равным 0, это означает, что соответствующий кадр является кадром SU, передаваемым по восходящей линии связи (например, линия связи от станции STA к точке доступа AP). Если значение GID установлено равным 63, это означает, что соответствующий кадр является кадром SU, передаваемым по нисходящей линии связи (то есть от AP к STA). Если значение GID выбрано из диапазона чисел 1~62, это означает, что соответствующий кадр является кадром MU.
В примере распределения бит SIG-A, показанном в Таблице 5, поле «длина/длительность» ограничено полем «длительность», показанным в Таблице 5. В примере в Таблице 3, если в поле агрегирования установлен нуль (0), то поле «длина/длительность» имеет значение «длина». Однако поле SIG-A можно определить таким образом, чтобы оно всегда имело значение «длительность», как показано в примере в Таблице 5. Между тем, в сценарии, где значение поля агрегирования равно нулю (0), значение длины может содержаться в поле SIG-B, но отсутствовать в поле SIG-A.
В сценарии использования кадра SU согласно известному уровню техники, если в поле агрегирования поля SIG-A установлен 0, а поле «длина/длительность» используют как поле длины, то станциям третьей стороны необходимо будет декодировать часть данных, чтобы найти информацию о длительности соответствующего кадра (если более подробно, то информация о длительности содержится в заголовке MAC указанной части данных). Однако, если определено, что поле длительности содержится в поле SIG-A данного кадра, как показано в Таблице 5, то станциям третьей стоны нет необходимости декодировать указанную часть данных кадра, с тем, чтобы вычислить время передачи блоков PPDU данного кадра. Поскольку указанную часть данных кадра декодировать не обязательно, нет необходимости определять MCS соответствующего кадра. Таким образом, значение MCS может не содержаться в поле SIG-A, соответствующем всей части, а может содержаться в поле SIG-B, включающем в себя информацию, специфичную для конкретного пользователя. Соответственно, пример Таблицы 5 может не включать в себя поле MCS, что отличает этот пример от примера, представленного в Таблице 3.
Поле SIG-B кадра MU включает в себя информацию, специфичную для конкретного пользователя, и может быть определено, как это сделано в Таблице 4.
В отличие от примера, показанного в Таблице 4, поле длины и поле MCS содержатся в поле SIG-B кадра SU. В нижеследующей Таблице 6 показано распределение бит поля SIG-B кадра SU согласно еще одному примеру настоящего изобретения.
Таблица 6
BW
2 МГц
4 МГц
8 МГц
16 МГц
MCS
4
4
4
4
Длина
9
9
9
9
Хвост
6
6
6
6
CRC
4
4
4
4
Зарезервировано
3
4
6
6
Всего
26
27
29
29
В Таблице 6 поле MCS представляет схему модуляции и кодирования для использования при передаче PSDU.
Поле «длина» в Таблице 6 представляет количество байт блоков PSDU и может быть использовано в случае, когда уровень агрегирования (то есть значение поля агрегирования SIG-A) имеет значение 0. Однако объем или назначение поля «длина» этим не ограничивается. Даже в том случае, если значение поля агрегирования установлено равным 1, поле «длина» может содержаться в поле SIG-B.
В Таблице 6 поле CRC распределения бит SIG-B может быть определено таким образом, чтобы оно имело длину в 4 бита, как это сделано для поля SIG-A (например, как в Таблице 5). Хотя поле CRC имеет длину 8 бит, как в примере в Таблице 4, следует иметь в виду, что поле CRC может быть задано с длиной 4 бита, с тем чтобы гарантировать наличие зарезервированных бит для поля SIG-B, как показано в примере в Таблице 6.
НОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИДЕНТИФИКАТОРА PAID
Идентификатор PAID является не уникальным идентификатором станции STA. Как показано в Таблице 3 или 5, идентификатор PAID может находиться в кадре SU. Если более подробно, то PAID может находиться в кадре SU, определенном на рабочей частоте ниже 1 ГГц. Длина идентификатора PAID может быть ограничена 9 битами.
Данный вариант настоящего изобретения обеспечивает способ различения кадра DL и кадра UL путем использования поля PAID. Вышеупомянутый вариант можно эффективно применять в случае, когда поле индикации DL/UL не содержится в поле SIG. Этот вариант настоящего изобретения может определить способ различения кадра DL и кадра UL с использованием PAID, и хотя в поле SIG имеется поле индикации DL/UL, тем не менее вышеупомянутый вариант может использоваться достаточно эффективно. То есть способ определения и использования PAID согласно настоящему изобретению может быть реализован независимо от наличия или отсутствия индикаторов DL/UL.
Как было описано выше, если значение GID установлено равным любому из чисел 0~63, то могут быть определены каждый кадр SU линии UL (то есть кадр SU, в котором в качестве намеченного приемника указана точка доступа AP) и каждый кадр SU линии DL (то есть кадр SU, в котором в качестве намеченного приемника указана станция STA). Между тем, если значение GID установлено равным любому из чисел 1~62, это означает, что речь идет о кадре MU. Однако, если поле GID отсутствует и отсутствует поле индикатора DL/UL, это означает, что невозможно различить линию DL и линию L кадра SU согласно известному уровню техники.
Для разрешения вышеуказанных проблем в настоящем изобретении предусмотрен способ определения того, является ли соответствующий кадр кадром DL или кадром UL, с использованием значения поля PAID. Значения поля PAID можно определить в Таблице 7 в соответствии с примерами настоящего изобретения.
Таблица 7
Условие
Частичный AID
Адресовано AP
(dec(BSSID[39:47])mod(2^9-1))+1
Адресовано STA ячеистой сети
(dec(BSSID[39:47])mod(2^9-1))+1
Посылается точкой AP и адресовано станции STA, асоциированной с этой AP, или посылается станцией DLS или TDLS напрямую к станции DLS или TDLS
(dec(AID[0:8]+ dec(BSSID[44:47])XOR BSSID[40:43])x2^5)mod2^9где mod X указывает операцию взятия по модулю X, dec(A[b:c]) - вычисление для десятичного оператора, где b масштабируется с использованием 2^0, а с масштабируется с использованием 2^(c-b)
В противном случае
0
В примере, показанном в Таблице 7, определен способ вычисления значения идентификатора PAID для каждого типа кадра.
Обратимся к Таблице 7, где значение PAID в том случае, когда станция STA передает кадр UL в точку AP, может быть вычислено следующим образом.
(1) Из BSSID точки доступа AP извлекают 9 бит с 40-го бита по 48-й бит. В этом случае, если битовый индекс начинается с бита 0, то позиция 40-го бита соответствует биту 39, а позиция 48-го бита соответствует биту 47. В качестве альтернативы, если битовый индекс начинается с бита 1, то позиция 40-го бита соответствует биту 40, а позиция 48-го бита соответствует биту 48. В последующих примерах предполагается, что битовый индекс начинается с бита 0 для удобства описания и лучшего понимания настоящего изобретения, причем следует иметь в виду, что указанные положения настоящего изобретения также применимы к случаю, когда битовый индекс начинается с бита 1.
(2) 9 извлеченных бит преобразуют в десятичное число. Преобразование в десятичное число можно обозначить как dec(А), где dec(A) представляет собой конкретное значение, полученное при преобразовании A в десятичное число.
9
9
(3) К преобразованному десятичному числу применяют операцию 'mod(2^9-1)'. Здесь «mod» - операция взятия по модулю, «X mod Y» - остаток от деления X на Y, а 2^9=2=512, а 2-1=511. Таким образом, результирующее значение этапа (3) устанавливается равным одному из чисел от 0 до 510.
(4) К результирующему значению операции mod (2^9-1) добавляют значение, равное 1, и итоговый результат устанавливается равным одному из чисел от 1 до 511, так что это результирующее значение является окончательным результирующим значением, служащим в качестве идентификатора PAID.
Вышеупомянутые этапы могут быть представлены следующим уравнением 2:
[Уравнение 2]
Причина, по которой значение PAID вычисляют согласно уравнению 2, заключается в необходимости не допустить нулевое значение идентификатора PAID. PAID=0 используют для других функций, таких как групповая передача/широковещательная передача.
В примере, показанном в Таблице 7, идентификатор PAID при передаче кадра между станциями STA ячеистой сети вычисляют следующим образом. 9 бит от 40-го бита по 48-й бит идентификатора BSSID станции STA ячеистой сети, действующей как равноправный объект, преобразуют в десятичное число, к результирующему значению операции mod(2^9-1) добавляют значение, равное 1, после чего суммарный результат устанавливается равным одному из значений от 1 до 511, и результирующее значение представляет собой окончательное результирующее значение, служащее в качестве идентификатора PAID. То есть при одинаковом применении уравнения 2 к передаче кадра на STA ячеистой сети идентификатор BSSID в точке доступа AP может быть заменен идентификатором BSSID станции STA ячеистой сети согласно схеме вычисления PAID для кадра UL.
В первом случае, когда AP передает кадр DL на станцию STA, и во втором случае, когда станция STA передает кадр напрямую посредством установления прямого канала (DLS)/установления туннелированного прямого канала (TDLS), идентификатор PAID вычисляют согласно следующему уравнению 3:
[Уравнение 3]
В уравнении 3 XOR обозначает операцию «исключающее ИЛИ». Например, 1 XOR 1=0, 0 XOR 1=1, 1 XOR 0=1 и 0 XOR 0=0 можно вычислить, используя уравнение 3.
5
5
9
В случае кадра DL или кадра DLS/TDLS частичная информация о BSSID и AID хэшируется, как показано в уравнении 3, и хэшированное результирующее значение используют в качестве идентификатора PAID. Если более подробно, то 9 бит с позиции первого бита до позиции 9-го бита идентификатора AID преобразуют в десятичное число (то есть dec(AID[0:8])). Вдобавок, результирующее значение (то есть BSSID [44:47] XOR BSSID [40:43]), полученное, когда 4 бита (то есть BSSID [44:47]) с 45-го бита по 48-й бит идентификатора BSSID подвергаются операции XOR с 4-мя битами (то есть BSSID [44:43]) с 41-го бита по 44-й бит идентификатора BSSID, преобразуется в десятичное число (то есть dec(BSSID [44:47] XOR BSSID [40:43])). В результате вышеупомянутого вычисления результат операции XOR на основе BSSID будет иметь длину 4 бита, и будет преобразован в десятичное число. 9 бит в идентификаторе AID преобразуются в десятичное число, 2 умножается на результирующее десятичное значение, полученное из BSSID с тем, чтобы установить цифровой номер (где умножение на 2 концептуально идентично случаю, когда к двоичному числу добавляется 5 бит). Таким образом, результат, полученный на основе BSSID, добавляется к результату, полученному из AID. Операция mod 2 выполняется на суммарном результате, так что в качестве значения идентификатора PAID можно установить одно из чисел в диапазоне 0~511.
Термин «в противном случае», использованный в таблице 7, означает, что используется кадр широковещательной/групповой передачи, переданный на все станции STA точкой доступа AP, или кадр, переданный неассоциированной станцией STA. В этом случае значение PAID установлено равным нулю (0).
9
Если значение PAID вычисляется согласно заранее определенному условию, как показано в Таблице 7, точка доступа AP учитывает только определенный кадр, в котором значение PAID равно 0 или 'dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1', чтобы получить кадр, имеющий высокую вероятность того, что он будет передан в точку доступа AP с последующим декодированием блока PSDU.
5
9
Вдобавок, станция STA учитывает только определенный кадр, в котором значение PAID равно 0 или dec(AID[0:8])+ dec(BSSID [44:47] XOR BSSID [40:43]) × 2) mod 2, чтобы получить кадр, имеющий высокую вероятность того, что он будет передан на станцию STA с последующим декодированием блока PSDU.
В этом случае, когда AP распределяет идентификатор AID станции STA, предпочтительно, чтобы конкретный идентификатор AID, посредством которого результирующее значение уравнения 3, вычисленное с помощью распределенного идентификатора AID, был установлен равным нулю (0), не мог быть распределен данной станции STA. Если AID, посредством которого результат вычисления по уравнению 3 установлен равным нулю (0), распределяют данной станции STA, то значение идентификатора PAID кадра, переданное на соответствующую станцию STA, устанавливается в 0, так что все другие станции STA рассматривают соответствующий кадр в качестве кадра групповой/широковещательной передачи независимо от того, какая станция приняла соответствующий кадр, и пытаются таким образом выполнить необязательное декодирование соответствующего кадра. Таким образом, идентификатор AID, посредством которого результирующее значение уравнения 3 установлено в 0 с тем, чтобы отличить текущий кадр от кадра другого типа, нет необходимости распределять данной станции STA.
9
5
9
Вдобавок, когда точка доступа AP распределяет идентификатор AID станции STA, предпочтительно чтобы определенный AID, использование которого приводит к идентичности результата первого вычисления (то есть dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1) уравнения 2 на основе идентификатора BSSID точки доступа AP и результата второго вычисления (то есть dec(AID[0:8]+dec(BSSID [44:47] XOR BSSID [40:43])×2) mod 2) уравнения 3 на основе идентификатора AID, распределенного станции STA, и идентификатора BSSID в точке доступа AP, не был распределен станции STA. В случае распределения AID конкретной станции STA таким образом, что значение PAID (то есть результат вычисления уравнения 2) для кадра UL идентичен значению PAID (то есть результату вычисления уравнения 3) кадра DL, конкретная станция STA рассматривает кадры UL, переданные от других станций STA в точку доступа AP, как кадры DL для конкретной станции STA, так что эта станция STA будет пытаться выполнить необязательное декодирование PSDU соответствующих кадров.
5
9
9
9
9
Вдобавок, когда имеет место перекрытие BSS, точка доступа AP (то есть AP, связанная со станцией STA) может распределить идентификатор AID станции STA с учетом BSSID точки AP набора OBSS (то есть набора BSS, действующего на том же самом канале, что и BSS точки доступа AP, связанной с данной станцией STA и возможно перекрывающего некоторую часть или всю зону BSA), образуя OBSS. То есть когда AP распределяет AID для станции STA определенный AID, использование которого приводит к идентичности результата вычисления (то есть dec(AID[0:8]) + dec(BSSID [44:47]XOR BSSID [40:43])х2)mod2) по уравнению 3 на основе ID, распределенного станции STA, и BSSID точки доступа AP результата вычисления (то есть dec(OBSS BSSID[39:47])mod(2-1))+1) по уравнению 2 на основе идентификатора BSSID набора OBSS?, не распределяется данной станции STA. (Предпочтительно, чтобы AP не присваивала AID станции STA, что приведет к совпадению PARTIAL_AID, вычисленного с использованием уравнения 3 с результатом вычисления(dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1 или результатом вычисления (dec(overlapping(BSSID[39:47])mod(2-1))+1.) В противном случае станция STA посчитает, что все кадры UL набора OBSS, переданные от станций STA, входящих в OBSS, в точку доступа AP набора OBSS, кадрами DL, подлежащими передаче для станции STA, и станция STA попытается выполнить ненужное декодирование PSDU соответствующих кадров.
5
9
9
9
5
9
9
9
Другими словами, когда точка доступа AP распределяет AID станции STA, значение PAID, которое должно быть получено при применении уравнения 3 (то есть dec(AID[0:8])+dec(BSSID[44:47] XOR BSSID[40:43])х2)mod 2) к AID, подлежащему распределению, не должно быть идентично результату применения (dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1 и (dec(OBSS BSSID[39:47])mod(2-1))+1. То есть не только первый AID, использование которого приводит к идентичности значения PAID, полученного при применении (dec(AID[0:8])+ dec(BSSID[44:47] XOR BSSID[40:43])х2)mod2 к значению AID, подлежащему распределению, и результата применения (dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1, но также второй идентификатор AID, использование которого приводит к идентичности полученного значения PAID и результата применения (dec(OBSS BSSID[39:47])mod(2-1))+1, исключаются из распределяемых идентификаторов AID, так что данной станции STA должен быть распределен AID, выбранный из числа оставшихся AID,.
Для предотвращения возникновения проблемы, связанной с конфликтными ситуациями OBSS, точка доступа AP должна определить BSSID точки доступа OBSS. Однако, если AP не обнаружила AP набора OBSS, конкретный идентификатор AID, использование приводит к идентичности результата вычисления уравнения 3 на основе AID, распределенного станции STA, связанной с точкой AP, и результата расчета по уравнению 3 на основе BSSID набора OBSS, также может быть распределен данной станции STA. В этом случае станция STA может послать в точку доступа AP запрос на замену текущего AID на другой AID.
5
9
9
Например, если предположить, что конкретный AID, использование которого приводит к идентичности результата вычисления (dec(AID[0:8])+dec(BSSID[44:47] XOR BSSID [40:43])х2)mod2 и результата вычисления dec(OBSS BSSID[39:47])mod(2-1))+1, распределяется данной станции STA, эта станция STA может передать в точку доступа AP кадр с запросом повторного присваивания AID. Если точка доступа приняла этот кадр с запросом повторного присваивания AID, и код причины в кадре с запросом повторного присваивания AID указывает на состояние «Конфликтная ситуация с частичным AID», то AP не распределяет соответствующее значение AID станциям STA. Точка доступа AP передает на соответствующее пользовательское оборудование (UE) кадр с ответом о повторном присваивании AID, так что она может распределить новый идентификатор AID оборудованию UE. Подробный пример настоящего изобретения описан в нижеследующем пункте «Запрос/ответ о повторном присваивании AID».
Для разрешения применения идентификатора PAID, используемого в соответствующих целях при рассмотрении вышеупомянутых случаев, когда точка доступа AP распределяет идентификатор AID для UE, значение PAID кадра DL (то есть результат вычисления уравнения 3), полученное в результате использования хэшированного результата AID и BSSID, не должно перекрываться со значением PAID (например, нуль (0)), предназначенным для конкретного типа кадра, такого как кадр для групповой/широковещательной передачи, и не должен перекрываться со значением PAID (то есть с результатом вычисления уравнения 2) кадра UL, переданного либо в точку доступа AP (то есть ассоциированную AP), либо в AP набора OBSS. Вдобавок, для предотвращения возникновения конфликтной ситуации идентификатор AID, соответствующий трем вышеупомянутым условиям, не распределяют в качестве AID каждой станции STA, но его можно использовать для отдельных случаев (например, для кадра групповой передачи).
Вдобавок, значение PAID точки доступа AP можно выбрать произвольно из числа значений в определенном диапазоне. В случае, когда речь идет о значении PAID точки доступа AP, значение PAID кадра DL, полученное с использованием хэширования результата AID и BSSID, не должно быть идентично значению PAID, предназначенному для конкретной станции STA, как в кадре UL, переданном в точку доступа AP или точку доступа AP набора OBSS.
Согласно дополнительным вариантам примера, показанного в Таблице 7, значение PAID, используемое для кадров специального типа (например, маяковый кадр, кадр ответа о зондировании и т.д), может быть назначено заранее, а PAID для обычного кадра не обязательно устанавливается равным заранее определенному значению для кадра специального типа. Соответствующие примеры показаны в Таблице 8.
Таблица 8
Условие
Частичный AID
Адресовано AP
(dec(BSSID[39:47])mod(2^9-1-k))+1+k
Адресовано STA ячеистой сети
(dec(BSSID[39:47])mod(2^9-1-k))+1+k
Посылается точкой AP и адресовано станции STA, ассоциированной с этой AP, или посылается станцией DLS или TDLS напрямую к станции DLS или TDLS
(dec(AID[0:8]+ dec(BSSID[44:47] XOR BSSID[40:43])x2^5)mod2^9где mod X указывает операцию взятия по модулю X, dec(A[b:c]) - вычисление для десятичного оператора, где b масштабируется посредством использования 2^0, а с посредством использования2^(c-b)
Специальный кадр (например, маяковый кадр или кадр ответа о зондировании)
1…k
В противном случае
0
Если PAID #1 распределен для маякового кадра, а PAID #2 распределен для кадра с ответом о зондировании, как показано в примере в Таблице 8, точка доступа AP должна распределить идентификаторы PAID (0, 1, 2) для кадра DL и должна распределить AID, не использованный в кадре UL, каждой станции STA.
С этой целью, как показано в примере в Таблице 8, чтобы предотвратить установку значения 0, 1 или 2 для PAID кадра UL (то есть кадра, направляемого в точку доступа AP), идентификатор PAID можно вычислить согласно следующему уравнению 4.
[Уравнение 4]
9
Уравнение 4 может представлять случай, когда в примере, показанном в Таблице 8, k задано равным 2. То есть 9 бит с 40-го бита по 48-й бит BSSID точки доступа AP обозначены как десятичное число (то есть dec ([39:47])), и к результирующему десятичному числу применяется операция mod(2-1-2), в результате чего получают значения от 0 до 508, к которым добавляют 3, получая в результате числа от 3 до 511. В результате в качестве значения PAID кадра UL можно использовать одно из чисел от 3 до 511.
Согласно дополнительному аспекту, предложенному в настоящем изобретении, можно также изменить значение определенной части, в которой используют 9 бит, с позиции 40-го бита до позиции 48-го бита (то есть [39:47]) идентификатора BSSID точки доступа AP на другое значение, полученное, когда 8 бит с 41-й битовой позиции по 48-ю битовую позицию (то есть [40:47]) идентификатора BSSID точки доступа AP сопрягают с двоичным значением, равным 1. В этом случае битовая позиция, на которой оказалось двоичное значение 1 в результате сопряжения, может представлять младший значащий бит (LSB) или старший значащий бит (MSB), соответствующий 8 битам.
ЗАПРОС/ОТВЕТ О ПОВТОРНОМ ПРИСВАИВАНИИ AID
На фиг. 15(а) показан пример формата кадра с запросом повторного присваивания идентификатора AID, а на фиг. 15(b) показан пример формата кадра с ответом о повторном присваивании идентификатора AID.
Обратимся к фиг. 15(а), где в поле «категория» может быть установлено определенное значение, указывающее категорию, связанную с соответствующим кадром. В поле «действие» может быть установлено определенное значение, указывающее, какая из операций управления, содержащаяся в вышеупомянутом поле «категория», связана с соответствующим кадром.
Код причины может быть установлен равным определенному значению, указывающему конфликтную ситуацию, связанную с частичным AID (PAID). Когда станция STA передает кадр с запросом повторного присваивания идентификатора AID в точку доступа AP, станция STA кроме того передает информацию о частичном BSSID, касающуюся BSSID всех точек доступа AP набора OBSS, обнаруженных станцией STA, в результате чего предотвращается возникновение конфликтной ситуации между станцией STA и каждым из идентификаторов BSSID набора OBSS, когда точка доступа AP повторно присваивает AID для соответствующей станции STA.
Поле «список частичных идентификаторов BSSID набора OBSS» может содержать 8 бит [40:47] из числа идентификаторов BSSID набора OBSS.
В ответ на кадр с запросом повторного присваивания идентификатора AID точка доступа AP может передать на станцию STA кадр с ответом на повторное присваивание идентификатора AID, имеющий формат, показанный на фиг. 15(b).
Обратимся к фиг. 15(b), где в поле «категория» может быть установлено определенное значение, указывающее категорию, связанную с соответствующим кадром. В поле «действие» может быть установлено определенное значение указывающее, какая из операций управления, содержащаяся в вышеуказанном поле категории связана с соответствующим кадром.
Поле «новый AID» может включат в себя новый AID, который заново распределен из точки доступа AP для станции STA. Когда AP распределяет новый AID, этот новый AID должен быть распределен таким образом, чтобы идентификаторы BSSID набора OBSS, известные из списка частичных BSSID набора OBSS кадра с запросом повторного присваивания идентификатора AID, не создавали конфликтную ситуацию со значением PAID, вычисленным на основе заново распределенного идентификатора AID.
Поле «смещение активации AID» указывает временное смещение, задающее определенный временной интервал, по истечении которого вновь распределенное значение AID действительно начнет использоваться. В качестве единицы указанного временного смещения можно использовать маяковый интервал, маяковый интервал DTIM или какую-либо единицу времени. Единичный временной интервал (TU) может быть сконфигурирована в микросекундах (мкс), и составлять, например, 1024 мкс.
Поле «рабочий цикл» представляет рабочий цикл AID и группу, имеющую данный AID и может включать в себя интервал сна или длительность бездействия.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ, КАСАЮЩЕЕСЯ ПОЛЯ SIG-B ПОЛЯ SU
В случае кадра SU вся информация для декодирования соответствующего кадра может находиться в поле SIG-A, так что необходимо, чтобы поле SIG-B не превышало по длине поле SIG-А. Соответственно, формат кадра SU может быть сконфигурирован в соответствии с определенной схемой связи, в которой поле SIG-B в кадре SU не передается.
Однако определение отдельного формата, отличного от поля SIG-B, может увеличить нагрузку, связанную с обработкой, выполняемой частью, создающей кадр, и частью, принимающей/декодирующей кадр, так что кадр SU конфигурируют таким образом, чтобы он включал в себя поле SIG-B, унаследованное из уровня техники, а содержимое кадра SU может быть сконфигурировано следующим образом. Поле SIG-B не обязательно содержит существенную управляющую информацию, вследствие чего определяют и повторяют определенную фиксированную последовательность для уменьшения отношения пиковой мощности к средней мощности (PAPR), формируя поле SIG-B.
На фиг. 16 в качестве примера показаны фиксированные последовательности, доступные в виде поля SIG-B.
На фиг. 16(а) показаны примеры фиксированной последовательности в виде поля SIG-B блока PPDU для частоты 2 МГц. На фиг. 16(b) показаны примеры фиксированных последовательностей в виде поля SIG-B блока PPDU для частоты 4 МГц. На фиг. 16(с) показаны примеры фиксированных последовательностей в виде поля SIG-B блока PPDU для частоты 8 МГц/16 МГц/8+8 МГц.
Обратимся к фиг. 16(а), где в случае использования PPDU полосы 2 МГц общая длина в битах поля SIG-B установлена равной 26 (смотри Таблицу 4), причем 6 бит из этих 26 бит выделены для бит TAIL (хвостовые биты). Следовательно, длина фиксированной последовательности может составлять 20 бит (то есть от В0 до В19). Конфигурация последовательности на фиг. 16(а) является лишь примером, то есть объем или существо настоящего изобретения этим примером не ограничиваются.
Обратимся к фиг. 16(b), где в случае использования PPDU полосы 4 МГц общая длина в битах поля SIG-B установлена равной 27 (смотри Таблицу 4), где 6 бит из числа этих 27 бит выделены для бит TAIL. Таким образом, длина фиксированной последовательности может составлять 21 бит (то есть от B0 до B20). Конфигурация последовательности на фиг. 16(b) является лишь примером, то есть объем или существо настоящего изобретения этим примером не ограничиваются.
Обратимся к фиг. 16(с), где в случае использования PPDU полосы 8 МГц/16 МГц/8+8 МГц общая длина в битах поля SIG-B установлена равной 29 (смотри Таблицу 4), где 6 бит из числа этих 29 бит выделены для бит TAIL. Таким образом, длина фиксированной последовательности может составлять 23 бит (то есть от B0 до B22). Конфигурация последовательности на фиг. 16(с) является лишь примером, то есть объем или существо настоящего изобретения этим примером не ограничиваются.
На фиг. 17 представлена концептуальная схема, иллюстрирующая способ, повторяющийся в поле SIG-B, когда фиксированная конфигурация по фиг. 16 передается в PPDU.
В примере с PPDU 2 МГц на фиг. 17 конфигурации фиксированной последовательности по фиг. 16(а) могут соответствовать 20 бит.
В примере с PPDU 4 МГц на фиг. 17 конфигурации фиксированной последовательности по фиг. 16(b), может соответствовать 21 бит. Здесь в качестве примера показано, что для PPDU 4 МГц поле SIG-B (то есть фиксированная последовательность + TAIL) повторяется еще один раз (то есть в итоге получается двойная передача).
В примере с PPDU 8 МГц на фиг. 17 конфигурации фиксированной последовательности по фиг. 16(с) могут соответствовать 23 бита. Здесь в качестве примера показано, что для PPDU 8 МГц поле SIG-B (то есть фиксированная последовательность + TAIL) повторяется еще три раза (то есть в итоге поле SIG-N передается четыре раза). К полю SIG-B может быть добавлен бит незначащей информации со значением 1, так что общая длина, полученная путем повторения поля SIG-B, устанавливается равной заранее определенной длине.
В примере с PPDU 16 МГц на фиг. 17 конфигурации фиксированной последовательности по фиг. 16(с) могут соответствовать 23 бита. Здесь в качестве примера показано, что для PPDU 16 МГц поле SIG-B (то есть фиксированная последовательность + TAIL) повторяется еще три раза (то есть поле SIG-B повторяется четыре раза) и набор, к которому добавлен бит незначащей информации, повторяется еще один раз (то есть получается двойная передача).
На фиг. 18 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ передачи и приема кадра согласно одному варианту настоящего изобретения.
9
Обратимся к фиг. 18, где станция STA может вычислить идентификатор PAID, содержащийся в кадре (то есть в кадре UL), адресованном точке доступа AP, на основе BSSID точки доступа AP, как показано в примере настоящего изобретения (этап S1810). Например, результирующее значение уравнения 2 (то есть (dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1) может содержаться в поле PAID. Соответственно, может быть установлено ненулевое значение PAID кадра SU линии UL (например, любое из значений от 1 до 511). В этом случае кадр SU линии UL может быть определен как кадр, передаваемый в рабочей полосе частот ниже 1 ГГц.
На этапе S1820 станция STA формирует поле PAID, включающее в себя значение PAID, вычисленное на этапе S1810, и поле SIG-A, содержащее различные поля, предложенные в Таблице 3, и может передать в точку доступа AP кадр, сформированный в соответствии с форматом кадра SU (например, формат кадра PPDU SU), включая другие поля.
На этапе S1830 точка доступа AP может принять этот кадр и может подтвердить поле PAID поля SIG-A этого кадра. То есть точка доступа AP может определить, вычислено ли значение PAID на основе BSSID точки доступа AP.
На этапе S1840, если определено, что значение поля PAID кадра на этапе S1830 вычислено (например, согласно уравнению 2) на основе идентификатора BSSID точки доступа AP, то точка доступа AP выполняет декодирование PSDU кадра PPDU.
5
9
Между тем, точка доступа AP может вычислить значение PAID которое должно содержаться в кадре, подлежащем передаче на станцию STA (этап S1850). Значение PAID, содержащееся в кадре, подлежащем передаче точкой доступа AP, может быть вычислено на основе AID, распределенного для станции STA, и BSSID станции AP (например, dec(AID[0:8]+dec (BSSID [44:47] XOR BSSID [40:43])×2)mod2).
В этом случае значение AID, распределенное для станции STA, должно быть распределено таким образом, чтобы значение PAID, вычисленное с использованием соответствующего значения AID, не совпадало ни с первым PAID, ни со вторым PAID.
9
9
Первым идентификатором PAID может быть определенное значение (то есть (dec(BSSID[39:47])mod(2-1))+1), вычисленное путем применения операции взятия по модулю к результирующему значению, полученному, когда значения с позиции 40-го бита по позицию 48-го бита из числа 48 битовых позиций BSSID точки доступа AP преобразованы в десятичное число. Вторым идентификатором PAID может быть определенное значение (то есть (dec(OBSS BSSID[39:47])mod(2-1))+1), вычисленное путем применения операции взятия по модулю к результирующему значению, полученному, когда значения с позиции 40-го бита по позицию 48-го бита из числа 48 битовых позиций BSSID набора OBSS преобразованы в десятичное число.
На этапе S1860 точка доступа AP формирует поле PAID, содержащее значение PAID, вычисленное на этапе S1850, и поле SIG-A, содержащее различные поля, предложенные в Таблице 3, и может передать на станцию STA кадр, сформированный согласно формату кадра SU (например, согласно формату кадра SU PPDU), включая другие поля.
На этапе S1870 станция STA может принять указанный кадр и может подтвердить поле PAID поля SIG-A данного кадра. То есть станция STA может определить, вычислено ли значение PAID на основе AID, распределенного для данной станции STA точкой доступа AP, и на основе BSSID точки доступа AP.
На этапе S1880, если определено, что значение поля PAID кадра на этапе S1870 вычислено (например, согласно уравнению 3) на основе AID станции STA и на основе BSSID точки доступа AP, станция STA может выполнить декодирование PSDU для кадра PPDU.
В способе (в частности, в способе формирования PAID) для передачи и приема кадра согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 18, различные варианты настоящего изобретения выполняются независимо, либо два или более вариантов настоящего изобретения выполняются одновременно.
На фиг. 19 представлена блок-схема, иллюстрирующая радиочастотное (RF) устройство согласно одному варианту настоящего изобретения.
Обратимся к фиг. 19, где точка доступа 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 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.
Общая конфигурация точки доступа AP и станций STA может быть реализована 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 или микропроцессорами.
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.
Подробное описание предпочтительных вариантов настоящего изобретения было представлено для того, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники реализовать на практике данное изобретение. Хотя изобретение описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения и модификации, если они не выходят за рамки существа и объема изобретения, описанного в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно, данное изобретение не следует сводить к конкретным описанным здесь вариантам, а его следует трактовать в самом широком смысле, соответствующем принципам и раскрытым здесь новым признакам.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Хотя представленные выше различные варианты настоящего изобретения были описаны на основе системы IEEE 802.11, эти варианты могут быть точно также применены к различным системам мобильной связи.