CN100593313C - 用于无线网络中的动态聚集的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在超宽带宽无线设备内动态地控制聚集的方法。在该方法中，设备在中间层上接收多个中间服务数据单元，聚集多个中间服务数据单元中的至少两个以形成中间协议数据单元，和将中间协议数据单元发送给物理层。物理层根据中间协议数据单元和对于该物理层的信息生成数据帧，和在数据流内发送数据帧。该设备根据用于数据帧的期望帧大小标准，选择用于中间协议数据单元的中间大小标准。执行多个中间层服务数据单元中的至少两个的聚集，以便实际的中间层协议数据单元大小对应于中间大小标准。

Description

用于无线网络中的动态聚集的方法和系统
相关专利文献的交叉引用
本申请要求于2003年2月28日提交的William M.Shvodian等人的标题为“Method and system for dynamic packet aggregation”的序列号为60/450,317的美国临时专利申请的优先权，其内容在此全文引用作为参考。
技术领域
本发明一般涉及无线通信系统，例如超宽带宽(UWB)系统，包括移动收发信机、集中式收发信机和相关设备。更具体地，本发明涉及以降低或消除在两个设备之间发送数据时需要的分段(fragmentation)数量的方式在两个无线设备之间的数据传输。
背景技术
许多无线网络，包括UWB网络，通过使用离散数据帧在网络内在设备之间发送信息。在发送器上将数据划分成离散数据段，处理并放置在帧内，和在无线信道上发送。随后，接收器获得所接收的帧，提取内嵌信息，并重新构建由发送器发送的数据。
用于数据帧的一些参数必需保持固定，例如其首部组成。但是其它的参数，例如帧的大小可以改变很大。例如，帧大小可以响应于用于传输的信道质量而改变。较小的数据帧通常具有分组错误率更低的概率，所以，使用较小的分组能够改善将成功地发送帧的概率。
因而，当信道的质量很好时，设备可以使用很大的帧，随后当信道质量恶化时，改变成较小的帧大小。随后，如果信道质量改进，则该设备可以返回使用较大的帧大小。
通常在媒体访问控制(MAC)层上处理帧大小。MAC层以离散块的形式接收数据，随后可以将这些块原样地予以转发，将多个块组合在一起以传输，或者将一个块划分成多个片段以传输。当将多个数据块组合在一起时发生聚集(aggregation)，当将一个数据块划分成多个片段时发生分段。
但是尽管聚集和分段提供了允许在帧大小中更大的灵活性的优点，但是它们也带来了一些缺点。主要地，它们需要附加电路和时间以在发送端处理聚集和分段，和在接收端需要附加电路和时间划分聚集数据和重新装配分段数据(称作解除分段)。因为这两个原因，解除分段数据非常复杂，而且非常耗费时间。
因此，在现有技术中希望一种解决与分段相关的问题的技术方案。具体而言，将希望提供一种UWB设备，避免使用分段，但是依然在确定数据帧大小时提供灵活性。
附图说明
附图用于进一步图示各种实施例，并解释根据本发明的各种原理和优点，在附图中，在全部的附图中相同的参考数字是指相同或功能上类似的单元，它将与下文的详细描述聚集和构成说明书的一部分。
图1是七层OSI标准的分层结构的方框图；
图2是IEEE 802标准的方框图
图3是根据本发明优选实施例的可以使用IEEE 802标准的示例无线网络的方框图；
图4是根据本发明优选实施例的图3网络中的示例性设备的方框图；
图5根据本发明优选实施例的超帧的方框图；
图6根据本发明优选实施例的帧的方框图；
图7是根据本发明优选实施例的用于没有分段或聚集的传输的无线设备层的数据处理的方框图；
图8是根据本发明优选实施例的用于带有聚集的传输的无线设备层的数据处理的方框图；
图9是根据本发明优选实施例的用于带有分段的传输的无线设备层的数据处理的方框图；
图10是根据本发明优选实施例的用于没有分段或聚集的接收的无线设备层的数据处理的方框图；
图11是根据本发明优选实施例的用于带有聚集的接收的无线设备层的数据处理的方框图；
图12是根据本发明优选实施例的用于带有分段的接收的无线设备层的数据处理的方框图；
图13图示根据本发明优选实施例的用于在帧内发送单个PHYSDU的PHY SDU格式；
图14图示根据本发明优选实施例的用于在帧内发送多个SDU的PHY SDU格式；
图15是根据本发明优选实施例的使用聚集的三层发送设备的方框图；
图16是根据本发明优选实施例的使用聚集的三层接收设备的方框图；
图17是根据本发明优选实施例的使用聚集和分段的三层发送设备的方框图；
图18是根据本发明优选实施例的使用聚集和分段的三层接收设备的方框图；
图19是图示使用分段通信的两个无线设备的方框图；
图20是图示根据本发明优选实施例的使用动态聚集通信的两个无线设备的方框图；
图21是图示根据本发明优选实施例的用于防止分段的动态聚集处理的流程图；和
图22是图示根据本发明优选实施例的用于防止分段和最大化帧大小的动态聚集处理的流程图。
具体实施方式
总之，本发明涉及一种可用于改变在无线设备内的帧大小但是能够避免使用分段的方法和电路。这样，该设备通过使用可变帧大小能够改善传输质量，但是将不必承担与使用分段相关的性能成本。
国际标准化组合(ISO)的开放系统互连(OSI)标准提供在终端用户和物理设备之间的七层分层结构，通过该结构，不同的系统可以进行通信。每一层负责不同的工作，OSI标准规定各层之间以及在符合该标准的设备之间的交互。
图1是七层OSI标准的分层结构的方框图。如图1所示，OSI标准100包括物理层110，数据链路层120、网络层130、传输层140、对话层150、表示层160和应用层170。
物理层(PHY)层110通过网络在电、机械、功能和程序级别上传送比特流。它提供在载体上发送和接收数据的硬件装置。数据链路层120描述在物理介质上的比特表示和在介质上的消息格式，使用适当的同步发送数据块(例如帧)。网络层130处理到正确目标的数据路由选择和转发，维持和拆除连接。传输层140管理端到端控制和错误检查以确保完整的数据传输。对话层150在每端上的应用之间建立、协调和结束对话、交换和会话。表示层160将输入和输出数据从一种表示形式转换成另一种表示形式。应用层170是识别通信伙伴、识别服务质量、考虑用户鉴权和隐私和识别在数据语法上的任何限制的位置。
IEEE 802委员会已经开发了用于本地网络的三层结构，基本上对应于OSI标准100的物理层110和数据链路层120。图2图示IEEE802标准200。
如图2所示，IEEE 802标准200包括物理(PHY)层210、媒介访问控制(MAC)层220和逻辑链路控制(LLC)层225。PHY层210基本上作为OSI标准100中的PHY层110操作。MAC和LLC层220和225共享OSI标准100中的数据链路层120的功能。LLC层225将数据放置在能够在PHY层210上传送的帧内；MAC层220管理在数据链路上的通信，发送数据帧和接收确认(ACK)帧。MAC层220和LLC层225一起负责错误检查以及并未接收和确认的帧的重传。
网络
图3是根据本发明优选实施例的可以使用IEEE 802标准200的示例性无线网络的方框图。在优选实施例中，网络300是无线个人局域网(WPAN)或微微网络。然而，应当理解本发明还应用于在若干用户之间共享带宽的其它设置，例如，无线局域网(WLAN)或任何其它合适的无线网络。
当使用术语微微网络时，它是指以特设方式连接的设备网络，其中包括用作协调器的一个设备(即它用作服务器)，同时其它设备(有时称作站)遵循协调器的时间分配指令(即它们用作客户机)。协调器和非协调器之间的一个主要区别在于协调器必需能够与网络内的所有设备通信，而各个非协调器设备不需要能够与所有的其它非协调器设备通信。
如图3所示，网络300包括协调器310和多个非协调器320。协调器310用于控制网络300的操作。如上面指出的，协调器310和非协调器320的系统可以称作微微网络，在这种情况下，可以将协调器310称作微微网络协调器(PNC)。每个非协调器设备320必需通过主无线链路330连接到协调器310，还可以通过也称作对等链路的次要无线链路340连接到一个或多个其它非协调器设备320。
此外，尽管图3图示设备之间的双向链路，但是它们也可以是单向的。在这种情况下，可以将每个双向链路330和340图示为两个单向链路，第一个在一个方向上，第二个在相反的方向上。
在某些实施例中，协调器310可以是与任一非协调器设备320相同种类的设备，除了用于协调该系统的附加功能之外，并要求它与网络300内的每个设备320通信。在其它实施例中，协调器310可以是并不用作设备320之一的单独指定的控制单元。
在下述公开内容中，可以将协调器310视为就是非协调器设备320的设备。然而，替代实施例可以使用专用协调器310。此外，各个非协调器设备320可以包括协调器310的功能单元，但是并不使用它们，用作非协调器设备。这可以是任一设备都是潜在的协调器310但是仅一个实际服务于在给定网络内的功能的情况。
网络300的每个设备可以是不同的无线设备，例如数字静止照相机、数字摄像机、个人数据助理(PDA)、数字音乐播放器或其它个人无线设备。
各个非协调器设备320限制于可使用的物理区域350，它基于协调器310能够成功地与每个非协调器设备320通信的情况下设置。能够与协调器310通信的任一非协调器设备320(和反之)在网络300的可使用的区域350内。然而，应当指出，并不需要网络300内的每个非协调器设备320与每个其它非协调器设备320通信。
典型地，在WPAN内的协调器310和非协调器320共享同一带宽。因此，协调器310协调该带宽的共享。已经开发了标准以建立用于在无线个人局域网(WPAN)设置内共享带宽的协议。例如，IEEE标准802.15.3提供在使用时分多址(TDMA)的形式共享带宽的这样一种设置中用于PHY层210和MAC层220的规范。使用这一标准，MAC层220定义帧和超帧，由协调器310和/或非协调器设备320通过所述帧和超帧管理设备310和320的带宽共享。
图4是根据本发明优选实施例的图3的网络中的示例性设备的方框图。如图4所示，每个设备(即每个协调器310或非协调器设备320)包括物理(PHY)层410、媒体访问控制(MAC)层420、一组上层430和管理实体440。
PHY层410通过主要或次要无线链路330或340与网络300的其余部分通信。它以可发送数据的格式生成和接收数据，将其转换成通过MAC层420可使用的格式和从其转换。MAC层420用作PHY层410需要的数据格式和上层430需要的数据格式之间的接口。上层430包括设备310和320的功能。这些上层430可以包括逻辑链路控制(LLC)层等。在优选实施例中，上层之一可以是帧收敛子层。上层允许MAC层420与各种协议接口，所述协议例如TCP/IP、TCP、UDP、RTP、IP、USB、1394、UDP/IP、ATM、DV2、MPEG、等等。
典型地，在WPAN内的协调器310和非协调器320共享相同的带宽。因此，协调器310协调带宽的共享。已经开发了标准以建立用于在无线个人区域网络(WPAN)设置内共享带宽的协议。例如，IEEE标准802.15.3提供了用于PHY层410和MAC层420的规范，在这样一种设置中，使用时分多址(TDMA)的形式共享带宽。使用该标准，MAC层420定义帧和超帧，由协调器310和/或非协调器设备320通过它们来管理设备310和320的带宽共享。
下面将描述本发明的优选实施例。虽然在此所描述的实施例将在WPAN(或微微网络)的环境下，但是应当理解本发明也应用于在若干用户之间共享带宽的其它设置，例如无线局域网(WLAN)或任何其它合适的无线网络。
超帧
在优选实施例中，由协调器310在时间上将给定网络300内的可用带宽划分成一系列的重复超帧。这些超帧定义如何在各个工作中划分可用传输时间。随后，根据在超帧内提供的定时，在这些超帧内传输各个信息帧。
图5是根据本发明优选实施例的超帧的方框图。如图5所示，每个超帧500可以包括信标周期510、竞争访问周期(CAP)520和竞争自由周期(CFP)530。
信标周期510用于协调器310将信标帧发送给网络300内的非协调器设备320。这样一个信标周期510将包括用于在超帧500内组织设备310和320的操作的信息。每个非协调器设备320知道如何在加入网络300之前识别信标510，使用该信标510识别现有网络300和协调网络300内的通信。
CAP 520用于在网络内发送命令或异步数据。在多个实施例中可以去除CAP 520，该系统随后将仅在CFP 530内传送命令。
CFP 530包括多个时隙540。这些时隙540由协调器310分配给单个发送设备310和320和一个或多个接收设备310和320，用于在它们之间传输信息。通常，将每个时隙540分配给特定发送器-接收器对，尽管在一些情况下，单个发送器将同时向多个接收器发送。在优选实施例中，可以将这些时隙用于发送协调器310和非协调器设备320之一之间的管理信息，或者可以用于在网络300的设备310和320之间发送同步非管理数据。
超帧500是在时间内重复的固定时间结构。在信标510中描述了超帧500的特定持续时间。实际上，信标510通常包括多长时间一次重复信标510的相关信息，它有效地对应于超帧500的持续时间。信标510还包括网络300的相关信息，例如每个时隙540的发送器和接收器的标识和协调器310的标识。
用于网络300的系统时钟最好通过信标510的生成和接收来同步。每个非协调器设备320一旦成功地接收正确的信标510则将存储同步点时间，随后，将使用这个同步点时间调整它自己的定时。
尽管在图5中未图示，最好存在散布在CFP 530内的时隙540之间的保护时间。在TDMA系统内使用保护时间防止因为在时钟精确度内不可避免的错误和在基于空间位置的传输时间上的差别导致两个传输在时间上重叠。
在WPAN中，传播时间与时钟精确度相比通常将是无关紧要的。因而，所需要的保护时间量值最好主要基于时钟精确度和因为前一同步时间的持续时间。这样一个同步事件通常将在非协调器设备320成功地从协调器310接收信标帧时出现。为了简化，可以将单个保护时间值用于整个超帧。最好将保护时间放置在每个信标帧和时隙的尾部上。
帧
如上面指出的，以帧的形式在设备之间发送信号。图6是根据本发明优选实施例的帧的方框图。根据其有效负载，帧可以是管理帧、数据帧、确认帧等。
如图6所示，帧600包括前沿码(preamble)610、首部(header)620和有效负载630。每个帧600最好由一系列的小波组成，用小波或称作码字的小波组表示在帧600内的信息。在优选实施例中，接收设备310和320是双相调制的，意味着小波或码字的一个方向表示“1”和该小波或码字的相反方向表示“0”。
尽管未图示，帧600可以包括一个或多个校验序列(例如循环冗余校验(CRC))以检查传输错误。例如，帧600可以包括在首部620末尾处的首部校验序列以执行首部620的CRC，和/或在有效负载630末尾处的帧校验序列以执行整个帧600的CRC。可选择地，校验序列可以保护各个服务数据单元(SDU)。
在前沿码610内，发送设备发送公知的比特序列，而接收设备310和320监听这个公知序列以正确地锁定在该信号上。在前沿码610内并不发送实质数据，因为接收设备310和320依然在获取它的与发送设备同步的定时。
首部620包括帧600的预期接收者的相关信息和其它识别信息。在多个帧包括分段数据的情况下，首部620还应当包括正确地重新装配在多个帧内包含的分段必需的任何信息。
有效负载630包括通过帧600发送的实体信息。如果该帧是数据帧，则该信息可以是数据，如果它是确认帧，则是确认信息，如果它是管理帧，则是管理信息，等等。
优选地，前沿码610和首部620是固定大小的，而有效负载630可以改变大小。因而，给定帧600的大小通常将根据它承载的有效负载630的大小而改变。
协议数据单元和服务数据单元
尽管以帧的形式在设备之间发送信息，但是以不同的格式在设备310和320中传输信息。以协议数据单元(PDU)的形式发送/接收从设备中的较高层向较低层发送的数据或者在较高层上从较低层接收的数据。以服务数据单元(SDU)的形式发送/接收从设备中的较低层向较高层发送的数据或者在较低层上从较高层接收的数据。
因而，在设备内的较低层将把较高层的PDU发送给中间层，它随后作为中间层SDU予以接收。随后，中间层可以以某种方式管理该中间层SDU以形成用于该中间层的中间层PDU，随后将其发送给较低层，较低层将作为较低层SDU接收该中间层PDU。
类似地，在设备内的较低层将把较低层SDU发送给中间层，它随后将作为中间层PDU予以接收。随后，中间层可以以某种方式管理该中间层PDU以形成用于该中间层的中间层SDU，随后将其发送给较高层，较高层将作为较高层PDU接收该中间层SDU。
SDU的格式与接收它的较低设备相关，SDU的内容对于处理它的较低层来说应当是透明的。
因为根据设备在发送还是接收数据略微不同地处理数据的管理，将分别讨论这两种情况。
发送器层
当设备在发送数据时，在设备内的最高层将从本地数据源接收数据，最低层(即物理层)将以某种形式最终将该数据发送给远程设备。当数据逐层向下传送时，中间层可以以某种方式处理该数据。每一层将以一系列SDU的形式接收将从较高层发送的数据，并将以一系列PDU的形式发送将要发送给较低层的数据。
在一些情况下，PDU将包含一个SDU；在其它情况下，PDU将包含多个SDU；在另一些情况下，单个SDU将划分成多个PDU。将多个SDU组合成单个PDU称作聚集，将单个SDU划分成多个PDU称作分段。
图7是根据本发明优选实施例的在没有分段或聚集的情况下用于发送的无线设备层的数据处理的方框图。如图7所示，在无线设备内的层710从较高层或从数据源接收SDU 720。随后，该层710通过将首部730内的标识信息添加给SDU 720来处理该SDU 720，从而建立PDU 740。最后，将PDU 740发送给较低层或者作为数据帧发送给远程设备。
首部730最好包括在接收设备内相应层确定应当如何处理附加SDU 720必需的信息。例如，这可以包括在SDU 720内用于数据的标识符，以便能够在接收设备上记录一大组接收SDU 720。首部730还可以包括其它信息，例如纠错信息。
图8是根据本发明优选实施例的在聚集情况下发送的无线设备层的数据处理的方框图。如图8所示，在无线设备内的层710从较高层或从数据源接收多个SDU 750。随后，该层710通过将多个SDU 750聚集在一起和将首部730内的标识信息添加给这个SDU 750的聚集组来处理SDU 750，从而建立PDU 760。最后，将PDU 760发送给较低层或者作为数据帧发送给远程设备。
首部730最好包括在接收设备内相应层确定应当如何划分和处理附加SDU必需的信息。例如，这可以包括在SDU 750内用于数据的标识符，以便能够在接收设备上记录一大组接收SDU 750。首部755还可以包括其它信息，例如纠错信息。
图9是根据本发明优选实施例的在分段情况下发送的无线设备层的数据处理的方框图。如图9所示，在无线设备内的层710从较高层或从数据源接收多个SDU 770。随后，该层710通过将SDU 770划分成SDU帧780，将首部730内的标识信息添加给每个SDU分段780来处理SDU 770，从而建立多个PDU 790。最后，将所有的PDU 790发送给较低层或者作为数据帧发送给远程设备。
首部730最好包括在接收设备内相应层确定应当如何重新组合附加SDU分段780和处理所获得的SDU 770必需的信息。这最好包括用于每个SDU分段780的与它所属于的SDU 770和该分段780所属SDU 770的位置的相关标识数据。它还可以包括在SDU 770中用于该数据的标识符，以便可以在接收设备上记录一大组接收SDU 770。首部730还可以包括其它信息，例如纠错信息。
在分段过程中以某种方式将SDU 770划分成SDU分段780(随后作为PDU 790发送)以允许根据多个PDU 790重新构建原始的SDU
770是非常重要的。这将允许接收设备一旦它接收到所有的相关SDU分段780(即所有的相关PDU 790)，重新构建原始SDU 770以传送给它自己的更高层。
优选地，当分段SDU 770时，将所有的结果PDU 790设置成相同大小，即最大PDU大小。然而，一个PDU 790可以较小以考虑到SDU 770的大小可能并非最大PDU大小的整数倍的事实。在优选实施例中，这将是所建立的最后一个PDU 790，由SDU 770的最后的剩余部分构成，小于或等于最大PDU大小。
接收器层
当设备在接收数据时，在该设备内的最低层(即物理层)将从远程设备接收数据，最高层将最后以某种形式将数据发送给本地数据目标。当数据逐层向上传送时，中间层可以以某种方式处理该数据。每一层将以一系列PDU的形式接收将从较低层发送的数据，并将以一系列SDU的形式发送将要发送给较高层的数据。
在一些情况下，PDU将包含一个SDU；在其它情况下，PDU将包含多个SDU；在另一些情况下，单个SDU将划分成多个PDU。如上面指出的，将多个SDU组合成单个PDU称作聚集，将单个SDU划分成多个PDU称作分段。
图10是根据本发明优选实施例的在没有分段或聚集的情况下用于接收的无线设备层的数据处理的方框图。如图10所示，在无线设备内的层1010从较低层或从远程设备接收PDU 1040。随后，该层1010通过去掉首部1030从而提取SDU 1020来处理该PDU 1040。最后，将SDU 1020发送给较高层或者本地数据目标。
该层1010将使用来自首部1030的数据以从PDU 1040提取SDU
1020，并确定应当如何进一步处理和路由选择该SDU 1020。例如，如果首部1030包括用于SDU 1020的顺序标识符，该层1010可以保存所接收的SDU 1020，直到该层1010能够以它们正确的顺序将它们发送给较高层或数据目标。
图11是根据本发明优选实施例的在聚集情况下接收的无线设备层的数据处理的方框图。如图11所示，在无线设备内的层1010从较低层或从远程设备接收多个PDU 1060。随后，该层1010通过去掉首部1030从而提取多个SDU 1050来处理该PDU 1060。最后，将SDU1050发送给较高层或者本地数据目标。
该层1010将使用来自首部1030的数据以从PDU 1060提取多个SDU 1050，并确定应当如何进一步处理和路由选择该SDU 1020。例如，如果首部1030包括用于SDU 1050的顺序标识符，该层1110可以保存所接收的SDU 1050，直到该层1010能够以它们正确的顺序将它们发送给较高层或数据目标。
图12是根据本发明优选实施例的在分段情况下接收的无线设备层的数据处理的方框图。如图12所示，在无线设备内的层1010从较低层或从远程设备接收多个PDU 1090。随后，该层1010通过提取SDU分段1080，重新装配SDU 1070，将SDU 1080发送给较高层或者本地数据目标，来处理PDU 1090。因此，该层必需具有存储SDU分段1080的能力，因为在接收到用于给定SDU 1070的第一SDU分段1080的时间和接收到最后一个SDU分段1080的时间之间可能存在延迟。
该层1010将使用来自首部1030的数据以从多个SDU分段1080重新装配SDU 1070，并确定应当如何进一步处理和路由选择所重新装配的SDU 1070。例如，如果首部1030包括用于重新装配的SDU 1070的顺序标识符，则该层1010可以保存所接收的SDU 1070，直到该层1010能够以它们正确的顺序将它们发送给较高层或数据目标。
替代PDU格式
尽管在上述说明书中，将每一层描述为简单地将首部添加给SDU以建立PDU，但是也可以使用其它格式。图13图示根据本发明优选实施例的用于在帧内发送单个PHY SDU的PHY PDU格式。图14图示根据本发明优选实施例的用于在帧内发送多个SDU的PHY PDU格式。
如图13所示，PHY PDU 1300a可以包括SDU 1310a、首部1320、首部校验序列(HCS)1330和帧校验序列(FCS)。SDU 1310a和首部1320可以是如上文参考图7讨论的SDU 720和首部730。SDU 1310a和首部1320也可以是如上文参考图9描述的SDU分段780和首部730。
HCS 1330提供用于确认首部正确传输的比特序列，例如用于当在接收设备上接收到时用于对首部1320执行循环冗余校验(CRC)。FCS 1340提供用于确认整个帧正确传输的比特序列，例如用于当在接收设备上接收到时在整个帧上执行CRC。
如图14所示，PHY PDU 1400b可以包括多个SDU 1310b、首部1320、首部校验序列(HCS)1330和帧校验序列(FCS)1340。可以如上文参考图8公开的内容形成SDU 1310b和首部1320。HCS 1330和FCS 1340最好如上文参考图13描述的内容执行操作。
替代PDU格式可以提供可用于提高信号质量或者提供错误检测的例如结尾部的其它信息。通常，层可以添加与该层相关的任何附加比特，相应层可以使用该附加比特以处理数据。
聚集
如图8所示，使用聚集的发送层将多个SDU 750组合成将用于形成单个PDU 760的一组。在任一层上SDU 750的大小远小于最大可允许的帧大小的情况下，这可能是有利的。
此外，通过减少所需要的PDU个数，这允许较小的SDU 750减少PDU开销。例如，聚集在一起的SDU 750越多，则将需要越少的首部755。每个首部使用并非用于发送数据的传输时间。
分段和解除分段
如图9所示，使用分段的发送层将单个SDU 770划分成多个SDU分段780，并将这些分段780放置在多个PDU 790内。类似地，如图12所示，使用分段的相应接收层将必需从一组所接收的PDU 790中提取适当的SDU分段780以重新建立给定的SDU 770。
为了简化讨论，将假设正在将发送给远程设备的同一层上执行分段。然而，最好在更高层上执行分段。在这种情况下，分析是类似的，除了SDU分段780变得内嵌在其它较低层PDU之外。此外，还可以在多层内执行分段，即由较低层进一步分段来自较高层的SDU分段780。在这种情况下，每层将必需执行它自己的解除分段处理。
理想上，每个发送设备310和320将以准确的顺序(作为数据帧)发送包含用于给定SDU 770的SDU分段780的PDU 790。随后，接收设备310和320将以相同的顺序接收它们，并轻易地重新构建SDU770。
例如，如果将SDU 770划分成十个SDU分段780，则理想上，发送设备将这十个SDU分段780嵌入在将要作为数据帧按照顺序发送给接收设备310和320的十个PDU 790内。接收设备310和320随后将按照顺序接收包含十个PDU 790的十个数据帧，提取该十个SDU分段780，和重新构建SDU 770。仅当发送和接收构成第一SDU 770的所有SDU分段780之后，发送设备310和320将开始发送包含第二SDU 770的SDU分段780的帧。
然而，因为无线网络的实际情况，并非始终是这种情况。由于调度、发送重复和信道属性，可以由发送设备310和320发送(在PDU790内)包含SDU分段780的帧，并可以无序地抵达接收设备310和320。因此，接收设备310和320可以在它完成接收第一SDU 770的所有SDU分段780之前接收来自第二SDU 770的SDU分段780。
可以无序地发送包含SDU分段780的PDU 760的一个原因在于第二SDU 770的SDU分段780可以小于第一SDU 770的SDU分段780，并可以装配在第一SDU 770的SDU分段将并不装配的一部分时隙540内。包含SDU分段780的PDU 760可以晚于预期抵达的一个原因在于PDU 760可能未在先前的发送中被成功地接收到，和可能必需随后重新发送。
因此，包含每个SDU帧780(即每个PDU 760)的帧最好包括表示它所属于的SDU 770的顺序号和表示它在其SDU 770内的分段位置的分段编号。此外，PDU 760最好还包含向接收设备表示将给定SDU770已经划分成多少个分段的信息。可以通过多种方式传送这个与分段数量相关的信息，但是在优选实施例中，它包含在首部730中。
因为用于给定SDU 770的SDU分段780可以在不同的时间上抵达，接收设备310和320将必需执行所接收SDU分段780的某种静态缓冲。换句话说，一旦接收到包含第一接收SDU分段780的PDU 760(可能是相应SDU 770的顺序的第一分段，也可能不是)，接收设备310和320应当预留适当大小的缓冲器以保存构成SDU 770的所有SDU分段780。
通过读出在第一接收PDU 760内包含的首部730，接收设备310和320可以确定SDU分段对应的SDU 770的大小和预期的SDU分段780的总数，这将允许它预留适当数量的缓冲器空间。
当接收到包含新SDU分段780的每个新的PDU 760，接收设备310和320可以将SDU分段780放置在缓冲器内其适当的位置内。一旦已经接收到所有的SDU分段780，接收设备310和320可以重新构建SDU 770。接收设备310和320最好将具有足够大小以包含多个SDU770的缓冲器，因为它可能必需同时跟踪多个SDU 770的分段。
接收设备310和320一旦首先接收到SDU分段780将没有足够的信息以建立解除分段缓冲器的唯一的情况是如果它首先接收到最后一个SDU分段780。因为最后一个SDU分段780的大小可能与所有的先前SDU分段780的大小不同，接收设备310和320不能根据最后一个SDU分段780的长度来表示其它SDU分段780的长度。
因此，如果接收设备310和320接收到包括首部730的PDU760，该首部730表示SDU分段780总数和当前的分段编号是相同的(即PDU 760包含最后一个SDU分段780)，则必需不同地处理在该PDU760内包含的SDU分段780。接收设备310和320必需缓冲最后一个SDU分段780，并等待包含与同一SDU 770相关的SDU分段780的下一个接收PDU 760。在下一个PDU 760内的SDU分段将是适当大小的，并可以用于建立解除分段的缓冲器。
在其它的实施例中出现类似的问题。通常，考虑到这些和其它的相关解除分段问题可能增加接收设备的复杂性和成本，并可能降低其数据处理速度。
但是分段也提供了一些优点。较小的数据帧(有时称作分组)具有产生传输问题的较低概率(即具有较低的分组错误率)。因而，在噪声或其它问题信道内，降低帧大小可以降低分组错误率，因而提高了信道内的吞吐量。
在许多系统中，当信道质量恶化和希望发送较小的帧时将使用分段。
在设备之间发送帧
图15是根据本发明优选实施例的使用聚集的三层发送设备的方框图。图16是根据本发明优选实施例的使用聚集的三层接收设备的方框图。尽管这些附图图示三层设备，其它实施例也可以使用更多或更少的层。
如图15所示，发送设备1500包括上层1510、媒体访问控制(MAC)层1520和物理(PHY)层1530。在一种实施例中，上层1510可以是帧收敛子层。
上层1510以上层(UL)服务数据单元(SDU)1512的形式从数据源接收数据。随后，它处理这些上层SDU 1512，将多个SDU聚集成一组，并将上层首部1514添加给该组上层SDU 1512以形成上层PDU 1516。随后，上层1510将这个上层PDU 1516发送给MAC层1520，MAC层1520将其接收作为MAC层SDU 1522。
在一些实施例中，这些上层SDU 1512可以是MPEG信元、ATM信元或IP数据报。然而，在其它实施例中也可以使用其它的SDU格式和类型。
随后，MAC层1520处理MAC层SDU 1522，并向其添加MAC层首部1524以形成MAC层PDU 1526。随后，MAC层1520将这个MAC层PDU 1526发送给物理层1530，该物理层将其接收作为物理层SDU 1532。
随后，物理层1530处理该物理层SDU 1532，并向其添加物理层首部1534以形成物理层PDU 1536。随后，物理层1530将这个物理层PDU 1536发送给远程设备作为数据帧。
如图16所示，接收设备1600包括上层1510、MAC层1520和物理层1530。在优选实施例中，每个设备310和320可以执行在图15和图16中列出的发送设备1500和接收设备1600的功能。然而，可以提供替代实施例，其中设备仅执行发送功能或接收功能。然而，对于提供能够接收来自接收器的信号质量反馈的优点，这并非优选的。
物理层1530从远程设备作为物理层PDU 1536接收数据帧。随后，它处理物理层PDU 1536，去掉物理首部1534以提取物理层SDU1532。最后，物理层1530将物理层SDU 1532作为MAC层PDU 1526发送给MAC层1520。
随后，MAC层1520处理MAC层PDU 1526，去掉MAC首部1524以提取MAC层SDU 1522。最后，MAC层1520将MAC层SDU1522作为上层PDU 1516发送给上层1510。
随后，上层1510处理上层PDU 1516，去掉上层首部1514以提取在上层PDU 1516内包含的多个上层SDU 1512。最后，上层1520将上层SDU1512发送给数据目标。
尽管图15和图16的实施例使用聚集，并不使用聚集的实施例将与MAC层和物理层1520和1530基本上相同地进行操作。在发送器内的上层1510将类似于图7内的层720执行操作，在接收器内的上层1520将类似于图10内的层710执行操作。
图17是根据本发明优选实施例的使用聚集和分段的三层发送设备的方框图。图18是根据本发明优选实施例的使用聚集和分段的三层接收设备的方框图。尽管这些附图图示了三层设备，但是其它的实施例可以使用更多或更少的层。
如图17所示，发送设备1700包括上层1710、媒体访问控制(MAC)层1720和物理(PHY)层1730。在一种实施例中，上层1710可以是帧收敛子层。
上层1710以上层(UL)服务数据单元(SDU)1512的形式从数据源接收数据。随后，它处理这些上层SDU 1512，将多个上层SDU聚集成一组，和将上层首部1514添加给这一组上层SDU 1512以形成上层PDU 1516。随后，上层1510将这个上层PDU 1516发送给MAC层1520，它将其接收作为MAC层SDU 1522。
MAC层1720随后处理该MAC层SDU 1522。然而，因为系统限制(例如从物理层发送)，MAC层1720可以限制在它能够使用的PDU大小内。例如，如果用于给定传输的信道质量下降，则物理层1730可以提供要求MAC层1720使用较小PDU大小的信息。如果这个PDU大小下降到低于当前的MAC层SDU大小加上首部大小，则MAC层1720将必需分段MAC层SDU 1522。
在这种情况下，MAC层1720将把MAC层SDU 1522划分成多个MAC层SDU分段1723，并将适当的MAC层首部1724添加给它们以形成多个相应的MAC层PDU 1726。随后，MAC层1720将这些MAC层PDU 1726发送给物理层1732，该物理层1732将其作为物理层SDU 1732接收。
随后，物理层1730处理物理层SDU 1732，并将物理层首部1734添加给每个物理层SDU以形成多个物理层PDU 1736。随后，物理层1730将这些物理层PDU 1736作为数据帧发送给远程设备。
如图18所示，接收设备1800包括上层1810、MAC层1820和物理层1830。在优选实施例中，每个设备310和320可以执行在图17和图18中列出的功能。然而，可以提供替代实施例，其中设备仅执行发送功能或接收功能，尽管这不是优选的。
物理层1730作为一系列物理层PDU 1736从远程设备接收一系列数据。随后，它处理物理层PDU 1736，去掉物理首部1734以提取物理层SDU 1732。最后，物理层1730将物理层SDU 1732作为MAC层PDU 1726发送给MAC层1720。
随后，MAC层1720处理该MAC层PDU 1726，去掉MAC首部1724以提取它们包含的MAC层SDU分段1723。然后，MAC层1720执行解除分段处理以重新构建用MAC层SDU分段1723表示的MAC层SDU 1522。最后，MAC层1720作为上PDU 1516将MAC层SDU 1522发送给上层1710。
上层1710随后处理该上层PDU 1516，去掉上层首部1514以提取在上层PDU 1516内包含的多个上层SDU 1512。最后，上层1720将该上层SDU 1512发送给数据目标。
尽管这个处理是功能的，但是它也没有必要很复杂。在发送器的上层1710中，将多个上层SDU 1512聚集成单个上层PDU 1516，它变成MAC层SDU 1522。但是随后在MAC层1720内，将该MAC层SDU 1522分段成多个MAC层SDU分段1723。因此，这要求接收器的MAC层1720必需解除分段输入的MAC SDU分段1723，而且，还要求接收器的上层划分来自上层PDU 1514的聚集上层SDU 1512。
动态聚集
简单地使发送器的上层1710仅聚集将填充期望MAC SDU大小的多个上层SDU 1512将是非常高效的。这将允许该设备作为在图15内公开的发送器1500操作，并将避免分段需要，大大简化了操作。
一种实现方式将是在无论物理层的需要都将不会需要分段的点上保持最大可允许MAC SDU大小。然而，当信道质量很好时，这将大大降低设备的效率。
解决这一问题的方案是根据数据帧大小的需要动态地修改上层PDU。换句话说，根据来自MAC层和物理层的反馈，上层将改变它聚集到单个上层PDU的上层SDU的数量。当条件良好时(例如很好的信道质量)，则上层将更多的上层SDU聚集到单个上层PDU内。这将允许每帧发送更多的数据，但是因为条件良好，这不是问题。
当条件变差时，上层将降低它聚集到单个上层PDU内的上层SDU的数量。这将MAC层PDU的大小降低到并不需要分段以向物理层提供具有期望大小的物理层PDU。
因此，当条件再次变好时，上层可以再次提高它聚集到单个上层PDU内的上层SDU的数量。
图19是图示使用分段进行通信的两个无线设备的方框图。如图19所示，在没有聚集反馈的情况下，上层1710将始终将相同数量的上层SDU 1512聚集到上层PDU 1516内。在许多情况下，这个上层PDU 1516对于MAC层1720来说将足够大以至于不能通过整个PDU，要求MAC层1720将其分段，在多个MAC层SDU 1726中将其发送给物理层1730。这又将要求物理层1730在多个数据帧1970内发送来自分段的上层PDU 1516的数据。
接收设备1800随后将接收这些帧1970，最后将MAC层SDU1726提供给MAC层1720，必需使用它分段原始的MAC层SDU 1522。最后，将MAC层SDU 1522作为上层PDU 1516发送给上层1710，并可以提取上层SDU 1512以进行进一步的处理。
然而，使用聚集反馈，MAC层将没有必要(或者至少很少)执行分段。图20是图示根据本发明优选实施例的使用动态聚集进行通信的两个无线设备的方框图。
如图20所示，上层1510将根据来自MAC层1520的聚集反馈信号2080的需要，将多个上层SDU 1512聚集到上层PDU 1516内。优选地，这将是可以定期改变的设置数量。因为当前的聚集数量基于来自MAC和物理层1520和1530的当前数据，它将最好表示在MAC层1520上部需要分段的情况下可以聚集到单个上层PDU 1516内的最大数量的上层SDU 1512。这将最大化数据流，而不需要增加分段的复杂性。因而，MAC层1520将仅必需生成对应于每个MAC层SDU 1522的单个MAC层PDU 1526，物理层1530将仅必需发送在该上层SDU1516内包含所有数据的单个帧2070。
随后，接收设备1600将仅必需在其物理层1530上接收单个帧2070以向MAC层1520提供可以转换成原始MAC层SDU 1522的MAC层PDU 1526，而不需要解除分段。随后，可以将该MAC层SDU1522发送给上层1510作为上层PDU 1516，并可以提取上层SDU 1512以进一步处理。
在一些实施例中，可以完全避免分段。在这种情况下，将要发送当反馈指令进入以降低上层PDU大小时处于通道内的任何较大的上层PDU 1516/MAC层SDU 1522，而不考虑它们很大的事实，该系统将接受它们将失败的可能。在替代实施例中，当反馈指令进入以降低上层PDU大小时，可以分段少量的较大MAC层SDU 1522，直到能够建立较小的上层PDU 1516。
图21和图22是图示根据本发明优选实施例的动态聚集处理的流程图。具体而言，图21是图示用于防止分段的动态聚集处理，和图22是图示用于防止分段和最大化帧大小的动态聚集处理的流程图。
如图21所示，发送设备首先收集信道质量相关信息(步骤2110)。根据这个信息，随后，该设备确定可以可靠发送的最大帧大小(步骤2120)。根据最大帧大小，该设备随后确定对于在设备内的给定层，例如MAC层，将使用的相应最大PDU大小(步骤2130)。
在优选实施例中，通过检查当前数据流的误比特率(BER)、根据所接收确认(ACK)帧的当前数据流的误帧率(FER)、当前数据流的软错误率(SER)或其它服务质量(QoS)参数或来自接收器的其它反馈，可以确定信道质量。可以通过发送内容，例如通过分析确认帧计算这些量值中的一些量值，其它的量值必需由接收器发送给发送器。
随后，该设备(通过适当的层)确定用于该层的当前PDU大小是否大于最大PDU大小(2140)。如果否，则该设备继续监视信道质量，否则并不采取与PDU大小相关的其它动作(即它返回步骤2110)。
然而，如果由该层使用的当前PDU大小大于最大PDU大小，则该设备将(在适当的层上)将PDU大小降低到低于最大PDU大小(步骤2150)。这可以例如通过使用图20所示的聚集反馈信号来实现。
这样，该设备可以在信道质量降低时避免使用分段。这可以在主要关注避免分段的情况下使用。
如图22所示，发送设备首先收集信道质量相关信息(步骤2210)。根据该信息，该设备确定可以在不需要分段的情况下承载最大数据量的期望帧大小(步骤2220)。根据该期望帧大小，该设备随后确定对于在该设备内的给定层，例如MAC层，将要使用的相应期望PDU大小(步骤2230)。
使用图21的方法，在优选实施例中，通过检查当前数据流的误比特率(BER)、基于所接收ACK帧的当前数据流的误帧率(FER)、当前数据流的软错误率(SER)、其它的服务质量(QoS)参数或者来自接收器的反馈，可以确定信道质量。可以通过发送内容，例如通过分析确认帧计算这些量值中的一些量值，其它的量值必需由接收器发送给发送器。
随后，该设备(通过适当层)确定用于该层的当前PDU大小是否对应于期望PDU大小(步骤2240)。在一些实施例中，这可能要求当前的PDU大小准确地等于期望PDU大小。在其它实施例中，这可能要求当前PDU大小在围绕期望PDU大小的某个期望范围内，可能要求它不超过最大大小。
如果当前的PDU大小对应于期望的PDU大小，则该设备将继续监视信道质量，否则不采取与PDU大小相关的附加动作(即它返回步骤2210)。
然而，如果由该层使用的当前PDU大小并不对应于期望PDU大小(过高或过低)，该设备将(在适当层)改变PDU大小以符合期望PDU大小(步骤2250)。这可以例如通过使用如图20所示的聚集反馈信号来实现。
这样，该设备可以维持最大可许可帧大小，而不需要使用分段。一种实现方式是监视给定帧大小产生的吞吐量(例如通过BER)。初始增加的帧大小将增加吞吐量，如同相同的开销覆盖更多的有效负载。但是在某一点上，增加将降低吞吐量。通过监视BER，设备可以确定期望的帧长度。
该公开内容将解释如何实现和使用根据本发明的各种实施例，而不是限制其真正、预期和公正的范围和精神。上述说明将不是穷举的，或者用于将本发明限制到所公开的具体形式。在上述教导的启示下，可以进行修改或变化。选择和描述这些实施例以提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明，使本领域的普通技术人员能够在适合于具体预期使用的各种实施例和各种修改实施例中使用本发明。当根据公正、合法和等同而授予的范围进行解释时，所有这些修改和变化将在权利要求书确定的本发明的范围之内，如在本专利申请的审查阶段可以修改的及其所有的等同物。

Claims (24)

1.一种用于在超宽带宽无线设备内动态地控制聚集的方法，包括：
在中间层接收多个中间服务数据单元；
聚集多个中间服务数据单元中的至少两个以形成中间协议数据单元，所述中间协议数据单元包括所述多个中间服务数据单元中的至少两个以及中间首部；
将中间协议数据单元发送给物理层；
根据中间协议数据单元和对应于该物理层的信息生成数据帧，所述数据帧包括该中间协议数据单元和帧首部；
在数据流内发送数据帧；和
根据用于数据帧的期望帧大小标准，选择用于中间协议数据单元的中间大小标准，
其中执行多个中间服务数据单元中的至少两个的聚集，以便实际的中间协议数据单元大小对应于中间大小标准。
2.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中中间大小标准要求实际的中间协议数据单元大小在最小中间协议数据单元大小和最大中间协议数据单元大小之间。
3.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中期望帧大小标准要求实际的帧大小在最小帧大小和最大帧大小之间。
4.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中中间层是媒体访问控制层。
5.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，还包括根据下述之一确定期望帧大小标准：数据流的误比特率、数据流的软错误率、数据流的帧错误率、服务质量标准和来自远程设备的反馈数据。
6.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，在集成电路内实现。
7.如权利要求1中所述的在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，在超宽带宽收发信机内实现。
8.一种用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，包括：
在上层接收多个数据分组；
聚集多个数据分组中的至少两个数据分组，以形成上层协议数据单元，所述上层协议数据单元包括多个数据分组中的至少两个和上层首部；
将该上层协议数据单元发送给中间层；
根据该上层协议数据单元和对应于中间层的中间标识信息生成中间协议数据单元，所述中间协议数据单元包括该上层协议数据单元和中间首部；
将中间协议数据单元发送给物理层；
根据中间协议数据单元和对应于物理层的物理标识信息生成数据帧，所述数据帧包括该中间协议数据单元和帧首部；
在数据流内发送数据帧；
根据用于该数据帧的期望帧大小标准，选择用于上层协议数据单元的上层大小标准；
其中执行多个数据分组中两个或更多数据分组的聚集，以便实际的上层协议数据单元大小并不偏离上层大小标准。
9.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中上层大小标准要求实际的上层协议数据单元大小在最小上层协议数据单元大小和最大上层协议数据单元大小之间。
10.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中期望帧大小标准要求实际的帧大小在最小帧大小和最大帧大小之间。
11.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中中间层是媒体访问控制层。
12.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，还包括根据下述之一确定期望帧大小标准：数据流的误比特率、数据流的软错误率、数据流的帧错误率、服务质量标准和来自远程设备的反馈数据。
13.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，在集成电路内实现。
14.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，在超宽带宽收发信机内实现。
15.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，还包括从中间层向上层发送反馈信号，表示上层大小标准。
16.如权利要求8中所述的用于在超宽带宽无线设备内动态控制聚集的方法，其中数据分组是下述之一：MPEG信元、ATM信元或IP数据报。
17.一种用于动态聚集数据分组的设备，包括：
上层，被配置为接收多个数据分组，和将多个数据分组聚集到上层协议数据单元，所述上层协议数据单元包括多个数据分组和上层首部；
中间层，被配置为接收上层协议数据单元，和根据该上层协议数据单元和对应于该中间层的中间标识信息形成中间协议数据单元，所述中间协议数据单元包括上层协议数据单元和中间首部；
物理层，被配置为接收中间协议数据单元，根据中间协议数据单元形成数据帧，并在数据流内发送数据帧，所述数据帧包括中间协议数据单元和帧首部；和
聚集控制电路，被配置为根据用于该数据帧的期望帧大小标准选择用于该中间协议数据单元的上层大小标准，和将反馈信号提供给上层，指明上层大小标准；
其中该上层根据反馈信号将多个数据分组中的至少两个数据分组聚集到上层协议数据单元。
18.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，其中上层大小标准要求实际的上层协议数据单元大小在最小上层协议数据单元大小和最大上层协议数据单元大小之间。
19.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，其中期望帧大小标准要求实际的帧大小在最小帧大小和最大帧大小之间。
20.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，其中中间层是媒体访问控制层。
21.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，其中聚集控制电路根据下述之一确定期望帧大小标准：数据流的误比特率、数据流的软错误率、数据流的帧错误率、服务质量标准和来自远程设备的反馈数据。
22.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，在集成电路内实现。
23.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，在超宽带宽收发信机内实现。
24.如权利要求17所述的用于动态聚集数据分组的设备，其中数据分组是下述之一：MPEG信元、ATM信元或IP数据报。
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