CN104322110B - 在wlan系统中低功耗扫描的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信系统，并且更加具体地，公开用于在WLAN系统中低功率扫描的方法和设备。根据本发明的一个实施例的用于在无线通信系统中站(STA)扫描的方法包括下述步骤：发送空数据分组(NDP)探测请求帧；和从接入点(AP)接收作为对NDP探测请求帧的答复的探测答复帧，其中NDP探测请求帧能够包括压缩的服务集ID(SSID)。

Description

在WLAN系统中低功耗扫描的方法和设备
技术领域
下面的描述涉及一种无线通信系统，并且更加具体地，涉及一种用于在WLAN系统中低功耗扫描的方法和设备。
背景技术
随着信息通信技术的增长，各种无线通信技术正在开发中。在无线通信技术当中，无线局域网(WLAN)技术基于射频技术使用诸如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、便携式多媒体播放器(PMP)等等能够在家或者在办公室或者特定服务供应区域进行无线互联网接入。
为了克服已经被认为是WLAN的弱点的通信速率的限制，最近的技术标准已经引入具有增加的网络速率和可靠性并且扩展的无线网络覆盖的系统。例如，IEEE 802.11n支持540Mbps或者更高的数据速率的高吞吐量(HT)并且引入对于发射机和接收机两者使用多个天线的MIMO(多输入多输出)技术，以便于最小化传输误差并且优化数据速率。
发明内容
技术问题
M2M(机器对机器)通信技术作为下一代通信技术正在讨论当中。在IEEE802.11WLAN系统中，IEEE 802.11ah被发展成用于支持M2M通信的技术标准。在M2M通信中，能够考虑在存在很多装置的环境下偶尔以低速率发送少量数据的场景。
WLAN系统中的通信通过由所有的装置共享的媒质来执行。当装置的数目增加时，如在M2M通信中那样，对于一个装置的信道接入要求很长的时间。这可能劣化系统性能并且妨碍装置的省电。
被设计以解决问题的本发明的目的在于有效地执行扫描同时防止功率的浪费的方法和设备。
通过本发明解决的技术问题不限于上述技术问题并且本领域的技术人员可以从下面的描述中理解其它的技术问题。
技术方案
通过提供一种用于在无线通信系统中通过站(STA)执行扫描的方法能够实现本发明的目的，包括：发送空数据分组(NDP)探测请求帧；和从接入点(AP)接收响应于NDP探测请求帧的探测响应帧，其中NDP探测请求帧包括压缩的服务集ID(SSID)字段。
在本发明的另一方面中，在此提供一种在无线通信系统中执行扫描的站(STA)，包括：收发器；和处理器，其中该处理器被配置成使用收发器发送NDP探测请求帧并且使用收发器从AP接收响应于NDP探测请求帧的探测响应帧，其中NDP探测请求帧包括压缩的SSID字段。
下述可共同地应用于本发明的前述实施例。
STA可以将正常探测请求帧发送到AP，一旦从AP接收探测响应帧，将关联请求帧发送到AP或者监听来自于AP的信标帧。
当AP接收NDP探测请求帧并且被包括在NDP探测请求帧中的压缩的SSID字段的值与基于AP的SSID生成的压缩的SSID的值相同时，可以从AP发送探测响应帧。
压缩的SSID字段在压缩的SSID字段被定义为32比特字段时可以被设置为32比特循环冗余校验(CRC)计算值，并且在压缩的SSID字段被定义为16比特字段时可以被设置为SSID的32比特CRC计算值的16个最低有效比特(LSB)。
NDP探测请求帧可以包括压缩的SSID字段和接入网络选项字段中的一个，其中NDP探测请求帧进一步包括1比特SSID/交互存在字段，其中SSID/交互存在字段指示压缩的SSID字段和接入网络选项字段中的哪一个被包括在NDP探测请求帧中。
当AP接收NDP探测请求帧并且被包括在NDP探测请求帧中的接入网络选项字段的值与AP的接入网络选项相同时，可以从AP发送探测响应帧。
接入网络选项字段可以具有8个比特的大小并且包括4比特接入网络类型字段、1比特互联网字段、1比特接入所需附加步骤(ASRA)字段、1比特紧急服务可达到(ESR)字段以及1比特未授权紧急服务可接入(UESA)字段。
探测响应帧可以是正常探测响应帧或者短探测响应帧。
探测响应帧可以是广播。
一旦接收NDP探测请求帧，AP可以在DIFS(DCF((分布式协调功能)帧间空间)的流逝之后通过退避过程发送探测响应帧。
一旦在第一信道上发送NDP探测请求帧，当在SIFS(短帧间空间)的流逝之后在第一信道上检测到帧时，STA可以识别在第一信道上存在AP，并且当在预定的时间内在第一信道上没有检测到帧时，STA可以移向第二信道并且执行扫描。
当在第一信道上NDP探测请求帧的传输之后在最小信道时间期满之前没有检测到指示忙碌状态的物理层-CCA.指示原始值时，STA可以移向第二信道并且执行扫描。
NDP探测请求帧可以是包括STF(短训练字段)、LTF(长训练字段)以及SIG(信号)字段而没有数据字段的PPDU(PLCP(物理层会聚协议)分组数据单元)帧。
SSID/交互存在字段、压缩的SSID字段以及接入网络选项字段中的一个可以被包括在NDP探测请求帧的SIG字段中。
本发明的上面的说明和下面的详细说明是示例性，并且用于在权利要求中公开的本发明的附加解释。
有益效果
本发明能够提供一种用于通过提出新扫描机制有效地执行扫描同时减少功耗的方法和设备。
本发明的效果不限于上述效果，并且在此没有描述的其它效果从下面的描述中将会对于本领域的技术人员来说变得显而易见。
附图说明
被包括以提供对本发明进一步的理解的附图图示了本发明的实施例，并且连同描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的示例性配置；
图2图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性配置；
图3图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性配置；
图4图示WLAN系统的示例性配置；
图5图示在WLAN系统中的链路设定过程；
图6是图示退避过程的概念图；
图7是图示隐藏节点和暴露节点的概念图；
图8是图示RTS(请求发送)和CTS(允许发送)的概念图；
图9是图示功率管理(PM)操作的概念图；
图10至图12是图示已经接收到业务指示映射(TIM)的STA的详细操作的概念图；
图13图示基于组的AID；
图14图示在IEEE 802.11中使用的常规帧；
图15图示根据本发明的一个实施例的NDP探测过程；
图16图示在其中存在多个AP的环境下的NDP探测过程；
图17图示示例性的MAC管理帧；
图18图示在多信道环境下的NDP探测过程；
图19图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程；
图20图示接入网络选项字段的示例性格式；
图21图示根据本发明的实施例的NDP探测请求帧的SIG字段的格式的示例；
图22图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程；
图23图示在短信标帧中的示例性字段；
图24图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程；
图25图示在其中存在多个AP的环境下的另一示例性的NDP探测过程；
图26图示在多信道环境下的另一示例性的NDP探测过程；
图27图示根据本发明的实施例的扫描方法；以及
图28示出根据本发明的实施例的射频设备的配置的框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更加充分地描述本发明，在附图中示出本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为受到在此阐述的实施例的限制。而是，提供了这些实施例，使得本公开将会是全面和完整，并且将会向本领域的技术人员充分地表达本发明的范围。
在下面描述的实施例是本发明的要素和特征的组合。除非另作说明，否则可以选择性的考虑要素或者特征。每个要素或者特征可以在没有与其它要素或者特征结合的情况下实践。此外，本发明的实施例可以通过组合要素和/或特征的部分来构造。可以重新安排在本发明的实施例中描述的操作顺序。任何一个实施例的一些构造可以被包括在另一个实施例中，并且可以以另一个实施例的相应构造来替换。
被用于本发明的实施例的特定术语被提供以帮助本发明的理解。在本发明的范围和精神内这些特定术语可以以其它的术语来替换。
在一些情况下，为了防止本发明的概念模糊，已知技术的结构和设备将被省略，或者基于每个结构和设备的主要功能将以框图的形式示出。而且，只要可能，贯穿附图和说明书中将使用相同的附图标记以指示相同的或者类似的部件。
本发明的实施例能够由对于无线接入系统、电气与电子工程师协会(IEEE)802、3GPP、3GPP LTE、LTE-A和3GPP2中的至少一个公开的标准文献支持。这些文献可以支持未被描述来阐明本发明的技术特征的步骤或部件。此外，能够通过该标准文献来解释在此阐述的所有术语。
能够在诸如码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分多址(OFDMA)、单载波频分多址(SC-FDMA)等等的各种无线接入系统中使用在此描述的技术。CDMA可以被实现为诸如通用陆地无线电接入(UTRA)或CDMA2000的无线电技术。TDMA可以被实现为诸如全球移动通信系统(GSM)/通用分组无线电业务(GPRS)/增强型数据速率GSM演进(EDGE)的无线电技术。OFDMA可以被实现为诸如IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、演进UTRA(E-UTRA)等等的无线电技术。为了清楚起见，此申请集中于IEEE 802.11系统。然而，本发明的技术特征不限于此。
WLAN系统的配置
图1图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的示例性配置。
IEEE 802.11能够由多个组件组成并且根据组件的交互提供支持对于更高层透明的STA移动性的WLAN。基本服务集(BSS)可以对应于IEEE 802.11LAN中的基本组件块。图1示出2个BSS(BSS1和BSS2)，2个BSS中的每一个包括2个STA(被包括在BSS1中的STA1和STA2和被包括在BSS2中的STA3和STA4)作为成员。在图1中，定义BSS的椭圆形指示其中属于相对应的BSS的STA执行通信的覆盖区域。此区域可以被称为基本服务区域(BSA)。当STA移出BSA时，STA不能够与BSA中的其它STA直接通信。
IEEE 802.11LAN中的最基本的BSS是独立BSS(IBSS)。例如，IBSS能够具有仅包括2个STA的最小配置。IBSS具有最简单的形式并且对应于在图1中示出的BSS(BSS1或者BSS2)，其中除了STA之外的组件被省略。当STA能够相互直接通信时此配置是可能的。这种类型的LAN可以在必要时被配置，而不是被预先地设计和配置，并且可以被称为自组织网络。
当STA被接通或者切断，或者进入或者退出BSS的覆盖时，能够动态地改变BSS中的STA的成员。为了变成BSS的成员，STA能够使用同步处理加入BSS。为了基于BSS接入所有的服务，STA需要与BSS相关联。关联可以被动态地设置并且可以使用分布系统服务(DSS)。
图2图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性配置。除了图1中的配置之外，图2示出分布系统(DS)、分布系统媒质(DSM)和接入点(AP)。
在LAN中，直接的站到站距离可能受PHY性能限制。虽然在一些情况下此距离限制能够是充分的，但是在一些情况下可能需要其间具有长距离的站之间的通信。DS可以被配置成支持扩展的覆盖。
DS指的是其中BSS被相互连接的结构。具体地，BSS可以作为由多个BSS组成的网络的扩展的形式的组件存在，而不是如在图1中示出独立地存在。
DS是逻辑概念并且可以通过DSM的特性指定。IEEE 802.11在逻辑上区分无线媒质(WM)与DSM。逻辑媒质被用于不同的目的并且由不同的组件使用。IEEE 802.11没有将媒质限制为相同的媒质或者不同的媒质。多个媒质在逻辑上相互不同的事实能够解释IEEE802.11LAN(DS结构或者其它网络结构)的灵活性。即，IEEE 802.11LAN能够以各种方式实现并且实现方式的物理特性能够独立地指定相对应的LAN结构。
DS能够通过提供对于处理到目的地的地址所必需的多个BSS和逻辑服务的无缝集成支持移动装置。
AP指的是使相关联的STA能够通过WM接入DS并且具有STA功能性的实体。能够通过AP在BSS和DS之间发送数据。例如，图2中示出的STA2和STA3具有STA功能性并且提供使相关联的STA(STA1和STA4)能够接入DS的功能。此外，所有的AP是可寻址的实体，因为它们基本上对应于STA。用于在WM上的通信的AP使用的地址没有必要等于用于在DSM上的通信的AP使用的地址。
从与AP相关联的STA中的一个发送到AP的STA地址的数据能够总是在未受控的端口处被接收并且通过IEEE 802.1X端口接入实体来处理。此外，当受控端口被认证时，发送的数据(或者帧)能够被递送给DS。
图3图示本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性配置。除了图2的配置，图3还示出用于提供扩展的覆盖的扩展服务集(ESS)。
具有任意的大小和复杂性的无线网络可以由DS和BSS组成。在IEEE 802.11中此类型的网络被称为ESS网络。ESS可以对应于被连接到DS的BSS的集合。然而，ESS没有包括DS。在逻辑链路控制(LLC)层处ESS网络看起来像IBSS网络。属于ESS的STA能够相互通信并且移动STA能够对于LCC透明地从BSS移向(在相同ESS中的)另一BSS。
IEEE 802.11没有定义在图3中的BSS的相对物理位置并且BSS可以定位如下。BSS能够部分地重叠，其是通常被用于提供连续覆盖的结构。BSS可以不在物理上相互连接并且对BSS之间的逻辑距离存在限制。另外，BSS可以在物理上位于相同的位置处以便提供冗余。此外，一个(或者多个)IBSS或者ESS网络可以在物理上位于与一个(或者多个ESS)网络相同的空间中。当自组织网络在ESS网络的位置中操作时这可以对应于ESS网络形式，在物理上重叠的IEEE 802.11网络通过不同的组织或者两个或者更多个不同的接入来配置并且在相同的位置处需要安全政策。
图4图示WLAN系统的示例性配置。图4示出基于包括DS的结构的BSS的示例。
在图4的示例中，BSS1和BSS2构成ESS。在WLAN系统中，STA是根据IEEE 802.11的MAC/PHY规则操作的装置。STA包括AP STA和非AP STA。非AP STA对应于用户直接操纵的装置，诸如膝上型计算机、蜂窝电话等等。在图4的示例中，STA1、STA3以及STA4对应于非APSTA并且STA2和STA5对应于AP STA。
在下面的描述中，非AP STA可以被称为终端、无线发送/接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、移动站(MS)、运动终端、移动订户站(MSS)等等。在其它的无线通信领域中AP对应于基站(BS)、节点B、演进的节点B、基本收发器系统(BTS)、毫微微BS等等。
链路设定过程
图5图示一般链路设定过程。
为了设定到网络的链路并且发送/接收数据，STA需要发现网络，执行认证，建立关联并且经过用于安全的认证过程。链路设定过程可以被称为会话发起过程和会话设定过程。另外，链路设定过程的发现、认证、关联以及安全建立可以被称为关联过程。
现在将会参考图5描述示例性的链路设定过程。
在步骤S510中STA可以发现网络。网络发现可以包括STA的扫描操作。即，STA需要发现能够参与通信的网络以便于接入网络。STA需要在参与无线网络之前识别可兼容的网络。识别在特定的区域中存在的网络的过程被称为扫描。
扫描包括主动扫描和被动扫描。
图5图示包括主动扫描的网络发现操作。执行主动扫描的STA发送探测请求帧，以便于搜索周围的AP同时改变信道，并且等待对探测请求帧的响应。响应器响应于探测请求帧向STA发送探测响应帧。在此，响应器可以是在被扫描的信道的BSS中最终已经发送信标帧的STA。AP对应于BSS中的响应器，因为AP发送信标帧，然而响应器在IBSS中不固定，因为在IBSS中STA交替地发送信标帧。例如，已经在信道#1上发送探测请求帧并且已经在信道#1上接收到探测响应帧的STA，可以存储在接收到的探测响应帧中包括的BSS有关的信息，移动到下一个信道(例如，信道#2)并且以相同的方式执行扫描(即，在信道#2上的探测请求/响应传输和接收)。
可以以被动方式执行扫描操作，这在图5中未被示出。执行被动扫描的STA等待信标帧同时改变信道。信标帧，IEEE 802.11中管理帧之一，指示无线网络的存在并且被定期地发送到执行扫描的STA以使STA能够发现并且参与无线网络中。AP在BSS中定期地发送信标帧，然而IBSS中的STA在IBSS的情况下交替地发送信标帧。一旦接收信标帧，执行扫描的STA存储关于被包括在信标帧中的BSS的信息，并且记录各个信道中的信标帧信息同时移动到另一信道。已经接收到信标帧的STA可以存储在接收到的信标帧中包括的与BSS有关的信息，移动到下一个信道并且通过相同的方法在下一个信道上执行扫描。
将主动扫描与被动扫描进行比较，主动扫描比被动扫描具有更小的延迟和更低的功耗的优点。
一旦发现网络，在步骤S520中可以在STA上执行认证。此认证过程可以被称为第一认证以与步骤S540的安全设定操作区分，稍后将会加以描述。
认证包括STA将认证请求帧发送到AP的过程和AP响应于认证请求帧将认证响应帧发送到STA的过程。被用于认证请求/响应的认证帧对应于管理帧。
认证帧可以包括关于认证算法编号、认证交易序列编号、状态代码、挑战文本、RSN(稳健安全网络)、有限循环群等等的信息。此信息是可以被包括在关联请求/响应帧中的信息的一部分并且可以被其它信息替代或者可以进一步附加的信息。
STA可以将认证请求帧发送到AP。AP可以基于被包括在接收到的认证请求帧中的信息确定准许STA的认证。AP可以通过认证响应帧将认证结果提供给STA。
一旦STA的成功认证，在步骤S530中可以执行关联。关联包括STA将关联请求帧发送到AP的过程和AP响应于关联请求帧将关联响应帧发送到STA的过程。
例如，关联请求帧可以包括与各种性能、信标监听间隔、服务集标识符(SSID)、支持的速率、支持的信道、RSN、移动性域、支持的操作类别、TIM(业务指示映射)广播请求、交互工作的服务性能等等有关的信息。
例如，关联响应帧可以包括与各种性能、状态代码、AID(关联ID)、支持的速率、EDCA(增强型分布式信道接入)参数集、RCPI(接收信道功率指示符)、RSNI(接收信号噪声指示符)、移动性域、超时间隔(关联恢复时间)、重叠的BSS扫描参数、TIM广播响应、QoS映射等等有关的信息。
前述的信息是可以被包括在关联请求/响应帧中的信息的一部分并且附加的信息可以进一步被包括在关联请求/响应帧中。
一旦成功地将STA与网络关联，在步骤S540中可以执行安全设定。步骤S540中的安全设定可以被视为通过RSNA(稳健安全网络关联)请求/响应的认证。步骤S520的认证可以被称为第一认证并且步骤S540的安全设定可以被称为认证。
步骤S540的安全设定可以包括使用EAPOL(局域网扩展认证协议)帧通过四次握手的私钥设定。另外，可以根据在IEEE 802.11标准中未定义的安全方案执行安全设定。
WLAN的演进
为了克服受限的WLAN的通信速度，IEEE 802.11n最近已经被建立为技术标准。IEEE 802.11n已经被发展成增加网络速率和可靠性并且扩展无线网络覆盖。更加具体地，IEEE 802.11n支持高于540Mbps的吞吐量(HT)并且基于使用用于对于发射机和接收机两者使用多个天线的MIMO以便于最小化传输误差并且优化传输速度。
随着WLAN供应的活跃并且使用WLAN的应用被多样化，要求用于支持比由IEEE802.11n支持的数据吞吐量更高的吞吐量的新的WALN系统。支持非常高的吞吐量(VHT)的下一代WLAN系统是遵循IEEE 802.11n的版本(例如，IEEE 802.11ac)并且是为了在MAC服务接入点(SAP)中支持高于1Gbps的数据吞吐量而最近新提议的IEEE 802.11WLAN系统之一。
下一代WLAN系统支持其中多个STA同时接入信道以便于有效地使用无线电信道的MU-MIMO(多用户MIMO)传输。根据MU-MIMO，AP能够将分组同时发送到一个或者多个MIMO配对的STA。
此外，支持在白空间中操作WLAN正在讨论当中。例如，在IEEE802.11af中论述了在根据模拟TV的数字化的、诸如空闲状态的频带(例如，54至698MHz)的TV白空间(TV WS)中引入WLAN系统。然而，这是示例性的并且白空间能够被视为由授权用户能够优先使用的被授权的带。授权用户指的是被允许使用授权带的用户并且可以被称为授权装置、主用户、责任用户等等。
例如，在WS中操作的AP和/或STA需要为授权用户提供保护。例如，当诸如麦克风的授权用户根据规则正在使用与具有特定带宽的频带相对应的特定的WS信道时，AP和/或STA不能够使用与WS信道相对应的频带以便于保护授权用户。另外，当授权用户使用用于发送和/或接收当前帧的频带时，AP和/或STA需要停止使用相对应的频带。
因此，AP和/或STA需要优先地执行检查是否WS带中的特定频带能够被使用，换言之，是否存在使用频带的授权用户的过程。为了检查是否存在用于特定频带的授权用户被称为频谱感测。能量检测、签名检测等等被用作频谱感测机制。当接收到的信号强度超过预定值或者检测到DTV前导时，能够确定授权用户正在使用相对应的频带。
此外，论述作为下一代通信方案的M2M(机器对机器)。在IEEE802.11WLAN系统中，IEEE 802.11ah被发展以便于支持M2M。M2M指的是使用一个或者多个机器的通信方案并且可以被称为MTC(机器型通信)或者机器通信。在此，机器意指不要求人的直接操纵或者人的干预的实体。例如，机器的示例包括诸如被装备有无线通信模块的仪表或者售货机的装置和诸如能够在没有用户操纵/干预的情况下自动接入网络并且执行通信的智能电话的用户设备。M2M通信可以包括装置之间的通信(装置对装置(D2D))和在装置和应用服务器之间的通信。在装置和应用服务器之间的通信的示例可以包括在售货机和服务器之间的通信、在销售点(POS)装置和服务器之间的通信和在电表、煤气表或者水表与服务器之间的通信。另外，基于M2M通信的应用可以包括安全、运输、医疗保健等等。考虑到这些应用的特性，M2M需要支持在其中存在非常多的设备的环境下偶尔以低速率的少量数据的传输和接收。
具体地，M2M通信需要支持大量的STA。尽管假定在当前定义的WLAN系统中最多2007个STA与一个AP相关联，关于M2M，用于支持更多数量的(大约6000个)STA与一个AP相关联的情况的方法正在讨论当中。此外，预计在M2M通信中存在许多支持/要求低传输速度的应用。在WLAN系统中，STA能够基于TIM(业务指示映射)元素识别要被发送的数据的存在。为了支持前述的应用，论述了用于减少TIM的位图大小的方法。另外，预计在M2M通信中存在具有非常长的传输/接收间隔的大量的流量。例如，在长间隔(例如，每个月)能够发送和接收诸如电/气/水消耗的非常少量的数据。此外，因为在M2M通信中根据通过下行链路(即，从AP到非AP ST的链路)提供的命令执行STA的操作并且通过上行链路(即，从非AP STA到AP的链路)报告结果数据，M2M通信在通过其发送重要数据的上行链路上使用改进的通信方案。另外，大多数M2M STA使用电池操作并且从而有必要通过最小化电池消耗来确保长的使用时间。此外，M2M STA需要具有自我恢复功能，因为用户可能难以在特定情形下直接操纵M2MSTA。因此，在WLAN系统中，正在讨论用于有效地支持尽管与AP相关联的STA的数目非常大但是在一个信标时段期间具有接收AP的数据帧的STA的数目非常小的情况并且减少功耗的方法。
如上所述，除了前述示例之外，WLAN技术正在快速地演进并且从而用于直接链路设定、提高媒质流式传输性能、支持快速和/或大规模的初始会话设定、扩展的带宽以及操作频率等等的技术正在开发当中。
以次1GHz操作的WLAN
如上所述，具有M2M通信作为使用情况的IEEE 802.11ah正在论述当中。IEEE802.11ah以次1GHz的操作频率在除了TV白空间带之外的未授权的带中操作，并且可以具有比支持室内覆盖的常规WLAN显著更宽的覆盖(例如，最大1km)。即，当在次1GHz(例如，700至900MHz)操作频率带中使用WLAN时，该WLAN与在2.4GHz或者5GHz的频率下操作的常规WLAN区分开，由于相对应的频带的传播特性对于相同的传输功率AP覆盖近似翻倍或者三倍。在这样的情况下，每个AP能够连接非常多的STA。在IEEE 802.11ah中考虑的使用情况如表1中所示概述。
[表1]
根据表1中示出的使用情况1，各种类型的传感器/仪表能够被连接到802.11ah AP以执行M2M通信。特别地，在智能电网的情况下，最多6000个传感器/仪表能够被连接到一个AP。
根据表1中示出的使用情况2，提供广覆盖的802.11ah AP用作诸如IEEE802.15.4g的其它系统的回程链路。
根据表1中示出的使用情况3，能够支持被扩展的家庭覆盖、校园广覆盖以及在诸如购物中心的室外扩展范围热点中的通信。另外，通过支持蜂窝移动通信的业务卸载，802.11ah AP能够分布蜂窝业务的超载。
通过传统IEEE 802.11ac PHY的1/10降时钟能够实现用于次1GHz的通信的物理层(PHY)。在这样的情况下，在802.11ac中通过20/40/80/160/80+80MHz信道带宽的降时钟能够提供次1GHz带中的2/4/8/16/8+8MHz信道带宽。因此，保护间隔(GI)从0.8μs增加10倍到8μs。下面表2将802.11ac PHY的吞吐量和1/10降时钟的次1GHz PHY进行比较。
[表2]
IEEE 802.11ac PHY 1/10降时钟的次1GHz PHY
信道带宽/吞吐量 信道带宽/吞吐量
20MHz/86.7Mbps 2MHz/8.67Mbps
40MHz/200Mbps 4MHz/20Mbps
80MHz/433.3Mbps 8MHz/43.33Mbps
160MHz/866.7Mbps 16MHz/86.67Mbps
80+80MHz/866.6Mbps 8+8MHz/86.66Mbps
媒质接入机制
在基于IEEE 802.11的WLAN系统中，MAC(媒质接入控制)的基本接入机制是具有冲突避免(CSMA/CA)机制的载波监听多址接入。CSMA/CA机制被称为IEEE 802.11MAC的分布协调功能(DCF)，并且基本上包括“先听后讲”接入机制。根据在上面提及的接入机制，在数据传输之前，AP和/或STA可以在预先确定的时间间隔期间(例如，DCF帧间间隔(DIFS))执行用于感测RF信道或者媒质的空闲信道评估(CCA)。如果确定媒质是处于空闲状态，则通过相对应的媒质的帧传输开始。另一方面，如果确定媒质处于占用状态，则相对应的AP和/或STA不开始其自己的传输，建立用于媒质接入的延迟时间(例如，随机退避时段)，并且等待预定时间之后尝试开始帧传输。通过随机退避时段的应用，预期在等待不同的时间之后，多个STA将尝试开始帧传输，导致将冲突降到最小。
此外，IEEE 802.11MAC协议提供混合协调功能(HCF)。HCF基于DCF和点协调功能(PCF)。PCF指的是基于轮询的同步接入方案，其中以所有接收(Rx)AP和/或STA能够接收数据帧的方式执行定期的轮询。此外，HCF包括增强的分布信道接入(EDCA)和HCF控制的信道接入(HCCA)。当由提供商提供给多个用户的接入方案是基于竞争时实现EDCA。基于轮询机制，通过基于无竞争信道接入方案实现HCCA。此外，HCF包括用于改善WLAN的服务质量(QoS)的媒质接入机制，并且可以在竞争时段(CP)和无竞争时段(CFP)两者中发送QoS数据。
图6是图示退避过程的概念图。
在下文中将会参考图6描述基于随机退避时段的操作。如果占用或者忙碌状态的媒质转换为空闲状态，则STA可以尝试发送数据(或者帧)。作为用于实现最小数目的冲突的方法，每个STA选择随机退避计数，等待对应于选择的退避计数的时隙时间，并且然后尝试开始数据传输。随机退避计数是伪随机整数，并且可以被设置为0至CW值中的一个。在这样的情况下，CW指的是竞争窗口参数值。虽然通过CWmin表示CW参数的初始值，但是在传输失败的情况下(例如，在没有接收到传输帧的ACK的情况下)初始值可以被加倍。如果通过CWmax表示CW参数值，则维持CWmax直至数据传输成功，并且同时能够尝试开始数据传输。如果数据传输成功，则CW参数值被重置为CWmin。优选地，CW、CWmin和CWmax被设置为2n-1(这里n＝0、1、2、…)。
如果随机退避过程开始操作，则STA连续地监测媒质，同时响应于所判定的退避计数值递减计数退避时隙。如果媒质被监测为占用状态，则停止递减计数并且等待预定的时间。如果媒质处于空闲状态，则剩余的递减计数重置。
如在图6的示例中所示，如果发送到STA3的MAC的分组到达STA3，则STA3确认在DIFS期间该媒质处于空闲状态，并且可以直接开始帧传输。同时，剩余的STA监测是否媒质处于忙碌状态，并且等待预定的时间。在预定的时间期间，要发送的数据可能在STA1、STA2和STA5的每一个中出现。如果媒质处于空闲状态，则每个STA等待DIFS时间，并且然后响应于由每个STA选择的随机退避计数值执行退避时隙的递减计数。图6的示例示出，STA2选择最低的退避计数值，并且STA1选择最高的退避计数值。即，在STA2完成退避计数之后，在帧传输开始时间STA5的残留退避时间比STA1的残留退避时间短。当STA2占用媒质时STA1和STA5中的每一个临时地停止递减计数，并且等待预定的时间。如果STA2的占用完成，并且媒质返回到空闲状态，则STA1和STA5中的每一个等待预定的时间DIFS，并且重新开始退避计数。即，只要残留退避时间被递减计数，在残留退避时隙之后，帧传输可以开始操作。因为STA5的残留退避时间比STA1的更短，所以STA5开始帧传输。同时，在STA2占用媒质时，要发送的数据可能出现在STA4中。在这样的情况下，如果媒质处于空闲状态，则STA4等待DIFS时间，响应于由STA4选择的随机退避计数值执行递减计数，然后开始帧传输。图6示例性地示出STA5的残留退避时间偶然与STA4选择的随机退避计数值相同的情况。在这样的情况下，可能在STA4和STA5之间出现不期望的冲突。如果冲突在STA4和STA5之间出现，则STA4和STA5都不接收ACK，导致数据传输失败的发生。在这样的情况下，STA4和STA5中的每一个增加CW值到两倍，并且STA4或者STA5可以选择随机退避计数值，并且然后执行递减计数。同时，当由于STA4和STA5的传输导致媒质处于占用状态时，STA1等待预定的时间。在这样的情况下，如果媒质返回到空闲状态，则STA1等待DIFS时间，并且然后在残留退避时间的流逝之后开始帧传输。
STA感测操作
如上所述，CSMA/CA机制不仅包括AP和/或STA能够直接感测媒质的物理载波感测机制，而且包括虚拟载波感测机制。虚拟载波感测机制能够解决在媒质接入中遇到的一些问题(诸如隐藏节点问题)。对于虚拟载波感测，WLAN系统的MAC能够利用网络分配矢量(NAV)。更加详细地，借助于NAV值，AP和/或STA其中的每一个当前使用媒质或者具有使用媒质权限，可以向另一AP和/或另一STA通知其中媒质是可用的剩余时间。因此，NAV值可以对应于其中媒质将由配置为发送相对应帧的AP和/或STA使用的预留的时间。已经接收到NAV值的STA可以在相对应的预留的时间期间禁止或者推迟媒质接入(或信道接入)。例如，NAV可以根据帧的MAC报头的“持续时间”字段的值来设置。
稳健冲突检测机制已经被提出以降低这样的冲突的概率，并且将会参考图7和8描述其详细描述。尽管实际的载波感测范围不同于传输范围，但是为了描述方便并且更好地理解本发明假定实际感测范围与传输范围相同。
图7是图示隐藏节点和暴露节点的概念图。
图7(a)示例性地示出隐藏节点。在图7(a)中，STA A与STA B通信，并且STA C具有要发送的信息。在图7(a)中，在STA A将信息发送到STA B的条件下，当在数据被发送到STAB之前执行载波感测时，STA C可以确定媒质处于空闲状态中。因为在STA C的位置处不可以检测到STA A的传输(即，占用媒质)，所以确定媒质是处于空闲状态下。在这样的情况下，STA B同时接收STA A的信息和STA C的信息，导致冲突发生。在此，STA A可以被认为是STAC的隐藏节点。
图7(b)示例性地示出暴露节点。在图7(b)中，在STA B将数据发送给STA A的条件下，STA C具有要发送到STA D的信息。如果STA C执行载波感测，则可以确定由于STA B的传输导致媒质被占用。因此，虽然STA C具有要发送到STA D的信息，但是感测到媒质占用的状态，使得STA C必须等待预定的时间(即，待机模式)直到媒质处于空闲状态。然而，因为STAA实际上位于STA C的传输范围之外，所以从STA A的观点来看，来自STA C的传输可以不与来自STA B的传输冲突，使得STA C没有必要进入待机模式直到STA B停止传输。在这里，STAC被称为STA B的暴露节点。
图8是图示RTS(请求发送)和CTS(准备发送)的概念视图。
为了在上面提及的图7的情形下有效地利用冲突避免机制，能够使用短信令分组，诸如RTS(请求发送)和CTS(准备发送)。可以通过外围STA旁听在两个STA之间的RTS/CTS，使得外围STA可以考虑信息是否在两个STA之间通信。例如，如果要被用于数据传输的STA将RTS帧发送到已经接收数据的STA，则已经接收数据的STA将CTS帧发送给外围STA，并且可以通知外围STA该STA将要接收数据。
图8(a)示例性地示出用于解决隐藏节点问题的方法。在图8(a)中，假定STA A和STA C的每一个准备将数据发送给STA B。如果STA A将RTS发送给STA B，则STA B将CTS发送给位于STA B附近的STA A和STA C中的每一个。结果，STA C必须等待预定的时间直到STA A和STA B停止数据传输，使得防止冲突发生。
图8(b)示例性地示出用于解决暴露节点的问题的方法。STA C执行在STA A和STAB之间的RTS/CTS传输的旁听，使得STA C可以确定没有冲突，尽管其将数据发送给另一个STA(例如，STA D)。即，STA B将RTS发送给所有外围STA，并且仅具有要被实际发送的数据的STA A能够发送CTS。STA C仅接收RTS并且不接收STA A的CTS，使得能够识别STA A位于STAC的载波感测范围的外部。
功率管理
如上所述，在STA执行数据传输/接收操作之前WLAN系统不得不执行信道感测。始终感测信道的操作引起STA的持续的功率消耗。在接收(Rx)状态和传输(Tx)状态之间在功率消耗方面没有很大的不同。Rx状态的连续保持可能引起功率受限的STA(即，由电池操作的STA)的大的负载。因此，如果STA保持Rx待机模式以便持续地感测信道，则就WLAN吞吐量而言，功率被无效地耗费，而没有特殊的优势。为了解决在上面提及的问题，WLAN系统支持STA的功率管理(PM)模式。
STA的PM模式被分类成活跃模式和省电(PS)模式。STA基本上在活跃模式下操作。在活跃模式下操作的STA保持唤醒状态。如果STA处于唤醒状态，则STA通常可以执行操作使得其能够执行帧传输/接收、信道扫描等等。另一方面，在PS模式下操作的STA被配置为从瞌睡状态切换到唤醒状态，或者反之亦然。在睡眠模式下操作的STA以最小功率操作，并且不执行帧传输/接收和信道扫描。
功率消耗的量与其中STA处于睡眠状态下的具体时间成比例地减少，使得响应于减少的功率消耗增加STA操作时间。然而，不能够在睡眠状态下发送或者接收帧，使得STA不能够强制地操作长的时间段。如果存在要被发送到AP的帧，则在睡眠状态下操作的STA被切换到唤醒状态，使得其能够在唤醒状态下发送/接收帧。另一方面，如果AP具有发送到STA的帧，则处于睡眠状态的STA不能接收该帧并且不能够识别要接收的帧的存在。因此，STA可能需要根据特定时段切换到唤醒状态，以便于识别要发送到STA的帧的存在或者不存在(或者假定判定存在要被发送到STA的帧，为了接收指示帧的存在的信号)。
图9是图示功率管理(PM)操作的概念图。
参考图9，AP 210在步骤(S211、S212、S213、S214、S215、S216)中以预定时段的间隔将信标帧发送给BSS中存在的STA。信标帧包括TIM信息元素。TIM信息元素包括关于与AP210相关联的STA的缓冲的业务，并且包括指示帧要被发送的特定信息。TIM信息元素包括用于指示单播帧的TIM和用于指示多播或者广播帧的传递业务指示映射(DTIM)。
每当信标帧被发送三次，AP 210可以发送DTIM一次。STA1 220和STA2 230中的每一个在PS模式下操作。每个唤醒间隔STA1 220和STA2 230中的每一个从睡眠状态切换到唤醒状态，使得STA1 220和STA2 230可以被配置为接收通过AP 210发送的TIM信息元素。每个STA可以基于其自身的本地时钟计算切换开始时间，在该切换开始时间每个STA可以开始切换到唤醒状态。在图9中，假定STA的时钟与AP的时钟相同。
例如，可以以每个信标间隔STA1 220能够切换到唤醒状态以接收TIM元素的方式配置预定的唤醒间隔。因此，当AP 210第一次发送信标帧时(S211)，STA1 220可以切换到唤醒状态(S221)。STA1 220接收信标帧，并且获得TIM信息元素。如果获得的TIM元素指示要被发送到STA1 220的帧的存在，则STA1 220可以将请求AP 210发送帧的省电轮询(PS轮询)帧发送到AP 210(S221a)。AP 210可以响应于PS轮询帧将帧发送到STA1 220(S231)。已经接收到帧的STA1 220被重新切换到睡眠状态，并且在睡眠状态下操作。
当AP 210第二次发送信标帧时，获得由另一设备接入媒质的忙碌的媒质状态，AP210可以不以精确的信标间隔发送信标帧，并且可以在被延迟的信标帧发送信标帧(S212)。在这样的情况下，虽然响应于信标间隔STA1 220被切换到唤醒状态，但是其不接收延迟发送的信标帧，使其重新进入睡眠状态(S222)。
当AP 210第三次发送信标帧时，相对应的信标帧可以包括通过DTIM表示的TIM元素。然而，因为给出忙碌的媒质状态，所以AP 210发送信标帧(S213)。STA1 220响应于信标间隔被切换到唤醒状态，并且可以通过由AP 210发送的信标帧获得DTIM。假定通过STA1220获得的DTIM不具有要发送到STA1 220的帧，并且存在用于另一STA的帧。在这样的情况下，STA1 220确认不存在要通过STA1 220接收的帧，并且重新进入睡眠状态，使得STA1 220可以在睡眠状态下操作。在AP 210发送信标帧之后，AP 210将帧发送到相对应的STA(S232)。
AP 210第四次发送信标帧(S214)。然而，对于STA1 220来说不能够通过TIM元素的两次接收获取关于与STA1 220相关联的缓存的业务的存在的信息，使得STA1 220可以调整用于接收TIM元素的唤醒间隔。可替选地，倘若用于STA1 220的唤醒间隔值的协调的信令信息被包含在由AP 210发送的信标帧中，则STA1 220的唤醒间隔值可以被调整。在本示例中，已经被切换到每个信标间隔接收TIM元素的STA1 220可以被切换到每三个信标间隔STA1220能够从睡眠状态唤醒的另一操作状态。因此，当AP 210发送第四信标帧(S214)并且发送第五信标帧(S215)时，STA1 220保持睡眠状态，使得其不能够获得相对应的TIM元素。
当AP 210第六次发送信标帧(S216)时，STA1 220被切换到唤醒状态并且在唤醒状态下操作，使得STA1 220不能够获得被包含在信标帧中的TIM元素(S224)。TIM元素是指示广播帧的存在的DTIM，使得STA1 220没有将PS轮询帧发送给AP 210并且可以接收由AP 210发送的广播帧(S234)。同时，STA2 230的唤醒间隔可以比STA1 220的唤醒间隔更长。因此，STA2 230在AP 210第五次发送信标帧的特定的时间S215进入唤醒状态，使得SAT2 230可以接收TIM元素(S241)。STA2 230通过TIM元素识别要被发送到STA2 230的帧的存在，并且将PS轮询帧发送到AP 210以便请求帧传输(S241a)。AP 210可以响应于PS轮询帧将帧发送到STA2 230(S233)。
为了操作/管理如图9中所示的省电(PS)模式，TIM元素可以包括指示要发送到STA的帧存在或者不存在的TIM，或者指示广播/多播帧的存在或者不存在的DTIM。可以通过TIM元素的字段设置来实施DTIM。
图10至12是图示已经接收到业务指示映射(TIM)的STA的详细操作的概念图。
参考图10，STA从睡眠状态切换到唤醒状态，使得从AP接收包括TIM的信标帧。STA解释接收到的TIM元素使得其能够识别要发送到STA的缓存的业务的存在或者不存在。在STA与其它的STA竞争以接入媒质用于PS轮询帧传输之后，STA可以将用于请求数据帧传输的PS轮询帧发送给AP。已经接收到由STA发送的PS轮询帧的AP可以将帧发送给STA。STA可以接收数据帧，并且然后响应于接收的数据帧将ACK帧发送给AP。其后，STA可以重新进入睡眠状态。
如能够从图10中看到，AP可以根据立即响应方案操作，使得AP从STA接收PS轮询帧，并且在预定的时间[例如，短帧间间隔(SIFS)]的流逝之后发送数据帧。相反地，在SIFS时间期间已经接收到PS轮询帧的AP没有准备要被发送到STA的数据帧，使得AP可以根据延期响应方案操作，并且在下文中将会参考图11给出其详细描述。
图11的STA操作，其中STA从睡眠状态切换到唤醒状态、从AP接收TIM，并且通过竞争将PS轮询帧发送到AP，与图10的操作相同。如果已经接收到PS轮询帧的AP在SIFS时间期间没有准备数据帧，则AP可以将ACK帧发送到STA替代发送数据帧。如果在ACK帧的传输之后准备数据帧，则在竞争完成之后AP可以将数据帧发送到STA。STA可以将包括数据帧的成功接收的ACK帧发送到AP，并且然后可以被转换到睡眠状态。
图12示出其中AP发送DTIM的示例性情况。STA可以从睡眠状态切换到唤醒状态，以便从AP接收包括DTIM元素的信标帧。通过接收到的DTIM，STA可以识别将会发送多播/广播帧。在发送包括DTIM的信标帧之后，AP可以在没有发送/接收PS轮询帧的情况下直接地发送数据(即，多播/广播帧)。当在接收到包括DTIM的信标帧之后STA连续地保持唤醒状态时，STA可以接收数据，并且然后在数据接收完成之后切换回到睡眠状态。
TIM结构
在基于在图9至图12中示出的TIM(或者DTIM)协议的省电(PS)模式的操作和管理方法中，STA可以通过被包含在TIM元素中的STA标识信息确定要向其发送的数据帧的存在或者不存在。STA标识信息可以是与当STA与AP相关联时要分配的关联标识符(AID)相关联的特定信息。
AID被用作一个BSS内的每个STA的唯一的ID。例如，在当前WLAN系统中使用的AID可以被分配给1至2007的值中的一个。在当前WLAN系统的情况下，用于AID的14个比特可以被分配给通过AP和/或STA发送的帧。尽管AID值可以被指配为最大值16383，但是2008至16383的值可以被设置为保留值。
根据传统定义的TIM元素不适合于M2M的应用，通过该M2M应用许多的STA(例如，至少2007个STA)与一个AP相关联。如果在没有改变的情况下扩展常规TIM结构，则TIM位图大小过多地增加，使得不能够使用传统帧格式支持扩展的TIM结构，并且扩展的TIM结构不适合于其中考虑到低传输速率的应用的M2M通信。另外，预期在一个信标时段期间存在非常少量的其每一个均具有Rx数据帧的STA。因此，根据在上面提及的M2M通信的示例性应用，预期TIM位图大小被增加并且大多数比特被设置零(0)，使得需要有效地压缩这样的位图的技术。
在传统位图压缩技术中，从位图的头部省略连续的0值，并且被省略的结果可以被定义为偏移(或者开始点)值。然而，尽管均包括缓冲的帧的STA在数目上小，但是如果在相应的STA的AID值之间存在大的不同，则压缩效率不高。例如，假定要仅被发送到具有10的AID的第一STA和具有2000的AID的第二STA的帧被缓冲，则压缩的位图的长度被设置为1990，除了两个边缘部分之外的剩余部分被指配零(0)。如果与一个AP相关联的STA在数目上小，则位图压缩的低效没有引起严重的问题。然而，如果与一个AP相关联的STA的数目增加，则这样的低效可能劣化整个系统吞吐量。
为了解决在上面提及的问题，AID被划分为多个组使得能够使用AID更加有效地发送数据。指定的组ID(GID)被分配给每个组。在下文中参考图13描述基于这样的组分配的AID。
图13(a)是图示基于组的AID的概念图。在图13(a)中，位于AID位图的前部分的一些比特可以被用于指示组ID(GID)。例如，能够使用AID位图的前两个比特指定四个GID。如果通过N个比特表示AID位图的总长度，则前两个比特(B1和B2)可以表示相对应的AID的GID。
图13(a)是图示基于组的AID的概念图。在图13(b)中，根据AID的位置可以分配GID。在这样的情况下，通过偏移和长度值可以表示具有相同GID的AID。例如，如果通过偏移A和长度B表示GID 1，则这意指位图上的AID(A～A+B-1)分别被设置为GID 1。例如，图13(b)假定AID(1～N4)被划分为四个组。在这样的情况下，通过1～N1表示被包含在GID 1中的AID，并且通过偏移1和长度N1可以表示在此组中包含的AID。通过偏移(N1+1)和长度(N2-N1+1)可以表示在GID 2中包含的AID，并且通过偏移(N2+1)和长度(N3-N2+1)可以表示在GID3中包含的AID，并且通过偏移(N3+1)和长度(N4-N3+1)可以表示在GID 4中包含的AID。
在使用前述的基于组的AID的情况下，根据单独的GID在不同的时间间隔中允许信道接入，能够解决与大量的STA相比较由数量不充足的TIM元素引起的问题，并且同时能够有效地发送/接收数据。例如，在特定的时间间隔期间，仅对于与特定组相对应的STA允许信道接入，并且对于剩余的STA的信道接入可能被限制。其中允许仅对于特定STA的接入的预定时间间隔也可以被称为限制接入窗口(RAW)。
在下文中将会参考图13(c)描述基于GID的信道接入。如果AID被划分为三个组，则在图13(c)中示例性地示出根据信标间隔的信道接入媒质。第一信标间隔(或者第一RAW)是其中允许对于与被包含在GID 1中的AID相对应的STA的信道接入，并且不允许被包含在其它的GID中的STA的信道接入的特定间隔。为了实现在上面提及的结构，在第一信标帧中包含仅被用于与GID 1相对应的AID的TIM元素。在第二信标帧中包含仅被用于与GID 2相对应的AID的TIM元素。因此，在第二信标间隔(或者第二RAW)期间仅允许对于与GID 2中包含的AID相对应的STA的信道接入。在第三信标帧中包含仅用于具有GID 3的AID的TIM元素，使得使用第三信标间隔(或者第三RAM)允许对与在GID 3中包含的AID相对应的STA的信道接入。在第四信标帧中包含仅被用于均具有GID 1的AID的TIM元素，使得使用第四信标间隔(或者第四RAW)允许对于与在GID 1中包含的AID相对应的STA的信道接入。其后，在继第五信标间隔之后的每个信标间隔中(或者在继第五RAM之后的每个RAW中)可以仅允许对于与通过在对应的信标帧中包含的TIM指示的特定组相对应的STA的信道接入。
尽管图13(c)示例性地示出根据信标间隔被允许的GID的顺序是周期的或者循环的，但是本发明的范围或者精神不限于此。即，仅被包含在特定GID中的AID可以被包含在TIM元素中，使得在特定时间间隔(例如，特定RAW)期间允许对与特定AID相对应的STA的信道接入，并且不允许对于剩余STA的信道接入。
前述的基于组的AID分配方案也可以被称为分级结构的TIM。即，总的AID空间被划分为多个块，并且可以允许对于与具有除了“0”之外的剩余值中的任意一个的特定块相对应的STA(即，特定组的STA)的信道接入。因此，大尺寸的TIM被划分为小尺寸的块/组，STA能够容易地保持TIM信息，并且根据STA的分类、QoS或者用途可以容易地管理块/组。尽管图13示例性地示出2级的层，但是可以配置由两个或者更多个级别组成的分级的TIM结构。例如，总的AID空间可以被划分为多个寻呼组，每个寻呼组可以被划分为多个块，并且每个块可以被划分为多个子块。在这样的情况下，根据图13(a)的扩展版本，AID位图的前N1个比特可以表示寻呼ID(即，PID)，并且下N2比特可以表示块ID，下N3比特可以表示子块ID，并且剩余的比特可以表示被包含在子块中的STA比特的位置。
在本发明的示例中，用于将STA(或者被分配给相应的STA的AID)划分成预定的分级组单元并且管理划分的结果的各种方案可以被应用于实施例，然而，基于组的AID分配方案不限于上述示例。
U-APSD机制
根据非调度-自动省电递送(U-APSD)机制，STA能够通知AP被请求的传输持续时间，以便于使用U-APSD服务时段(SP)并且在SP期间AP能够将帧发送到STA。根据U-APSD机制，STA能够使用其SP从AP同时接收多个PSDU。
STA能够通过信标的TIM元素识别从AP发送的数据的存在。然后，通过在所期待的时间将触发帧发送到AP,STA能够请求AP发送数据同时通知AP STA的AP已经开始。AP能够发送ACK作为对触发帧的响应。随后，AP能够通过竞争将RTS发送到STA，从STA接收CTS帧并且然后将数据发送到STA。在此，通过AP发送的数据能够是由一个或者更多个数据帧组成。当AP发送最后的数据帧时，如果AP在相对应的数据帧中将EOSP(服务时段结束)设置为1并且将数据帧发送到STA，则STA能够识别EOSP并且完成SP。因此，STA能够将指示成功数据接收的ACK发送到AP。根据U-APSD机制，STA能够在所期待的时刻开始其SP以便接收数据，并且在一个SP中接收多个数据帧，从而实现有效的数据接收。
PPDU帧格式
图14是用于解释在IEEE 802.11中使用的常规帧格式的图。
参考图14，物理层会聚协议(PLCP)分组数据单元(PPDU)帧格式可以包括短训练字段(STF)、长训练字段(LTF)、信号(SIG)字段、以及数据字段。数据字段可以包括SERVICE字段、PLCP服务数据单元(PSDU)以及PPDU TAIL比特，并且如有必要可以进一步包括填充比特。
最基本的(例如，非HT)PPDU帧格式可以由传统STF(L-STF)字段、传统LTF(L-LTF)字段、SIG字段、以及数据字段组成。另外，根据PPDU帧格式类型(例如，HT混合格式PPDU、HT未开发格式PPDU、VHT PPDU等等)，最基本的PPDU帧格式可以进一步包括在SIG字段和数据字段之间的附加的字段(即，STF、LTF以及SIG字段)。
STF是用于信号检测、自动增益控制(AGC)、分集选择、精确时间同步等等的信号。LTF是用于信道估计、频率误差估计等等的信号。STF和LTF的总和可以被称为PCLP前导。PLCP前导可以被称为用于OFDM物理层的同步和信道估计的信号。
SIG字段可以包括RATE字段、LENGTH字段等等。RATE字段可以包括关于数据调制和编译速率的信息。LENGTH字段可以包括关于数据长度的信息。此外，SIG字段可以包括奇偶字段、SIG TAIL比特等等。
数据字段可以包括服务字段、PLCP服务数据单元(PSDU)、以及PPDU TAIL比特。如有必要，数据字段可以进一步包括填充比特。服务字段中的一些比特可以被用于同步接收器的解扰器。PSDU可以对应于在MAC层中定义的MAC PDU(协议数据单元)，并且可以包括在更高层中产生/使用的数据。PPDU TAIL比特可以允许编码器返回到零(0)状态。填充比特可以被用于根据预定的单位调节数据字段的长度。
MAC PDU可以根据各种帧格式被定义，并且基本的MAC帧是由MAC报头和帧校验序列组成。MAC帧是由MAC PDU组成，使得其能够通过PPDU帧格式的数据部分的PSDU发送/接收。
MAC报头可以包括帧控制字段、持续时间/ID字段、地址字段等等。帧控制字段可以包括对于帧传输/接收必需的控制信息。持续时间/ID字段可以被建立为用于发送相对应的帧等等的特定时间。四个地址字段(地址1、地址2、地址3、地址4)可以指示基本服务集标识符(BSSID)、源地址(SA)、目的地地址(DA)、发射器地址(TA)、接收器地址(RA)等等。根据帧类型仅可以包括四个地址字段当中的一些部分。例如，“地址1”字段可以被设置为与被配置成接收相对应的MAC地址的接收器的接收器地址(RA)相对应的特定值，并且“地址2”字段可以被设置为与被配置成发送相对应的MAC地址的发射器的发射器地址(TA)相对应的特定值。每个地址字段的值可以被设置为由48个比特组成的以太网MAC地址。
在图14中示出的MAC帧格式是一般格式并且地址2、地址3、序列控制、地址4、QoS控制、HT控制和帧主体字段可以仅以特定的帧类型和子类型存在。
空数据分组(NDP)帧格式可以指示不具有数据分组的帧格式。即，NDP帧包括一般PPDU格式的PLCP报头部分(即，STF、LTE、以及SIG字段)，然而其不包括剩余部分(即，数据字段)。NDP帧可以被称为短帧格式。
使用NDP的低功率扫描
如参考图5在上面所描述的，STA能够执行主动扫描或者被动扫描以便于发现网络(或者AP)。
以当STA在特定的信道上广播探测请求帧时，AP在接收探测请求帧之后使用探测响应帧答复探测请求帧的方式执行主动扫描。探测请求帧包括SSID字段。SSID对应于网络(或者AP)的ID或者名称。被包括在帧请求帧中的SSID字段的值可以被设置为指示STA期待发现或者接收响应的网络(或者AP)的值。因此，仅具有与在探测请求帧中包括的SSID相对应的SSID的AP能够使用探测响应帧答复。可以向STA单播探测响应帧。
被动扫描指的是STA通过接收在特定信道上发送的信标帧而不是发送探测请求帧来发现网络(或者AP)的过程。
为了在扫描期间减少STA的功耗，扫描的频率、对于一次扫描过程所要求的时间或者被用于扫描的帧(或者信令开销)的大小可以被减少。
对于扫描所消耗的功率可能取决于网络环境。例如，在AP始终存在或者通过管理员安装AP的环境中，STA不需要发现新的AP或者仅在特定的已知信道上发现特定的AP。因此，在扫描期间能够显著地减少STA的功耗。然而，在不存在AP的环境下，因为STA连续地执行扫描直到AP被发现，所以可能相当大地增加STA的功耗。
因为对于扫描所要求的STA的功耗相当程度地取决于AP的存在与否，如上所述，所以不必要的扫描过程能够被跳过，从而如果STA能够通过简单的过程仅检查是否AP存在则能够显著地减少STA的不必要的功耗。例如，在AP不存在的环境中不执行扫描，因为即使执行扫描不能够发现网络，并且仅在AP存在的环境中执行扫描，从而能够有效扫描。为此，本发明提出新机制，通过该新机制STA仅能够容易地检查是否AP存在。另外，本发明提供用于通过设计检查AP的存在或者不存在的过程来减少STA的功耗使得过程具有最小的开销的机制。
本发明提出使用NDP帧检查AP的存在或者不存在的过程(在下文中被称为NDP探测过程或者NDP探测)。将会给出根据本发明的NDP探测过程的详细实施例的描述。
在NDP探测过程中，STA可以以NDP的形式发送探测请求帧，并且一旦接收NDP探测请求帧，在SIFS的流逝之后AP可以使用探测响应帧(或者NDP探测响应帧)答复。NDP探测响应帧可以被称为短探测响应帧，因为NDP探测响应帧具有比正常的探测响应帧短的长度。
图15图示根据本发明的实施例的NDP探测过程。
在图15的示例中，STA发送NDP探测请求帧，并且一旦接收NDP探测请求帧，在SIFS的流逝之后STA使用NDP探测响应帧答复。
如在图15中所示，NDP探测请求帧可以被配置成包括STF、LTF以及SIG字段的NDP帧。NDP探测响应帧也可以被配置成包括STF、LTF以及SIG字段的NDP帧。
参考图15，NDP探测请求帧的SIG字段的子字段可以包括调制和编译方案(MCS)字段、类型字段、探测ID字段以及循环冗余校验(CRC)字段。NDP探测请求帧的SIG字段的子字段的配置是示例性的并且附加的字段可以被定义或者子字段可以是由一些示例性的字段组成。
MCS字段可以被用于在正常PPDU、NDP探测请求以及NDP探测响应之间进行区分。例如，当帧的MCS值是0至10中的一个时，MCS值指示帧是正常PPDU。当MCS值是11至15中的一个时，MCS值指示帧是NDP探测请求或者NDP探测响应帧。
类型字段可以被用于区分NDP探测请求与NDP探测响应。例如，帧的类型字段的值当值是0时指示帧是NDP探测请求帧，并且当值是1时指示帧是NDP探测响应帧。
探测ID字段可以被用于指定AP的ID。即，探测ID字段具有与正常探测请求帧中的SSID相似的功能。然而，探测ID字段可以包括SSID的一部分或者压缩形式的SSID而不是完整SSID。当探测ID字段具有0的值时，探测ID字段指示通配符SSID，并且已经接收到NDP探测请求帧的所有AP能够答复(即，发送NDP探测请求帧。)。当探测ID字段具有除了0之外的值时，仅具有与在NDP探测请求帧中包括的相同的探测ID值的AP能够答复(即，发送NDP探测响应帧)。将探测ID字段设置为SSID的一部分(或者压缩的SSID)意指当完整SSID仅匹配一个AP时一个或者多个AP可以匹配SSID的一部分。在这样的情况下，与探测ID值匹配的一个或者多个AP能够答复NDP探测请求帧。
如在图15中所示，NDP探测响应帧的SIG字段可以包括MCS字段、类型字段、探测ID字段以及CRC字段。
调制和编译方案(MCS)字段、类型字段、探测ID字段以及循环冗余校验(CRC)字段能够被包括在SIG字段中。探测响应帧的SIG字段的子字段的配置是示例性的并且附加的字段可以被定义或者子字段可以是由前述的示例性的字段中的一些组成。
探测响应帧的SIG字段中的MCS字段、类型字段以及探测ID字段的定义可以与探测请求帧的SIG字段中的MCS字段、类型字段以及探测ID字段相同。例如，在NDP探测请求帧中，MCS字段能够具有在11至15的范围中的值，类型字段能够具有0的值并且探测ID字段能够具有特定的压缩的SSID。在NDP探测响应帧中，MCS字段能够具有11至15的范围中的值，类型字段能够具有1的值并且探测ID字段能够具有与在NDP探测请求帧中包括的探测ID相同的值。
如上所述，STA能够通过NDP探测过程识别AP的存在或者不存在。因此，仅当AP存在时STA能够关联相对应的AP，执行正常的探测请求/响应过程(即，主动扫描)或者从相对应的AP接收信标(即，被动扫描)。当STA通过NDP探测请求/响应过程识别AP的不存在时，STA不执行主动扫描以便减少不必要的功耗。
图16图示在多个AP存在的环境下的NDP探测过程。
多个AP存在的环境可以是多个BSS在相同的信道上操作并且BSS的一些或者全部BSA重叠的重叠BSS(OBSS)环境。
参考图16，当STA发送探测请求帧并且在SIFS的流逝之后AP1和AP2同时发送NDP探测响应帧时，即，当多个AP匹配由STA发送的NDP探测请求帧的探测ID字段值(例如，SSID的一部分或者压缩的SSID)时，AP1和AP2能够使用NDP探测响应帧分别答复NDP探测请求帧。当根据参考图15描述的NDP探测响应帧的定义配置NDP探测响应帧时，由AP1和AP2分别发送的NDP探测响应帧能够相互相同。
STA可以检测由AP1和AP2中的至少一个发送的NDP探测响应帧。即使当STA能够从AP1和AP2接收NDP探测响应帧两者时，从STA的角度来看，此操作对应于相同帧的重复接收。因此，STA接收一个NDP探测响应帧的操作和STA接收多个NDP探测响应帧的操作能够被定义为相同的操作。STA能够通过仅解码NDP探测响应帧的STF和LTE序列或者通过解码STF、LTF以及SIG字段来检测NDP探测响应帧。
当STA发送NDP探测请求帧并且检测至少一个NDP探测响应帧作为对NDP探测请求帧的响应时，STA识别在相对应的信道上存在至少一个AP。在这样的情况下，STA能够通过发送正常探测请求帧替代NDP探测请求帧来执行主动扫描。可以通过预定的退避(BO)过程来发送正常探测请求帧。一旦从STA接收正常探测请求帧，AP(例如，AP2)能够通过退避过程将正常探测响应帧发送到STA。
正常探测请求帧和正常探测响应帧可以以MAC管理帧的方式被配置并且被发送。即，正常探测请求帧和正常探测响应帧可以被配置成包括STF、LTF、SIG字段以及数据字段的PPDU帧以及在PPDU帧的数据字段中包括的PSDU，即，MAC PDU的格式可以以MAC管理帧的形式配置。图17图示示例性的MAC管理帧。MAC管理帧能够以与图14中示出的一般MAC帧格式相比省略了序列控制字段、地址4字段以及QoS控制字段的格式定义。另外，MAC管理帧的帧主体字段的长度被减少0至2320个八位字节。对于各个字段的详情请参考IEEE 802.11。
图18图示多信道环境下的NDP探测过程。
在图18的示例中，假定AP1和AP2在第一信道(例如，CH5)上操作并且STA在第二信道(例如，CH4)上发送NDP探测请求帧。当不存在在CH4上操作的AP时，作为对NDP探测请求帧的响应发送的NDP探测响应帧不存在。
在这样的情况下，需要其中一旦发送NDP探测请求帧STA等待NDP探测响应帧的时间限制(即，NDP探测响应超时)，并且STA可以确定当在超时期间没有检测到NDP探测请求帧时在相对应的信道上不存在AP。例如，超时能够被设置为当AP已经正常发送NDP探测响应帧时接收NDP探测响应帧所耗费的时间(例如，NDP探测响应帧的持续时间)。这是示例性的并且其中STA等待NDP探测响应帧的超时可以被设置为不同的值。
当在CH4上已经发送了NDP探测请求帧的STA直到NDP探测响应超时期满没有接收到NDP探测响应帧时，STA可以确定在CH4上不存在AP并且扫描不是必要的。因此，STA可以移到另一信道(例如，CH5)并且在其上发送NDP探测请求帧。
图18示出AP1和AP2响应于在CH5上从STA发送的NDP探测请求帧发送探测响应帧的情况。在这样的情况下，STA能够通过在CH5上检测至少一个NDP探测响应帧来识别在CH5上存在至少一个AP。然后，AP能够通过发送和接收正常探测请求/响应帧执行扫描并且从而获得关于相对应的网络(或者AP)的详细信息。否则，STA可以通过在相对应的信道上监听信标帧来执行被动扫描。
图19图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程。
在图15、图16以及图18的示例中，STA发送NDP探测请求帧并且AP响应于NDP探测请求帧发送NDP探测响应帧。在图19中示出的附加示例中，STA发送NDP探测请求帧并且AP可以响应于NDP探测请求帧发送正常探测响应帧替代NDP探测响应帧。
参考图19，STA可以发送NDP探测请求帧，并且一旦接收NDP探测请求帧，通过EDCA信道接入机制AP可以使用正常探测响应帧答复NDP探测请求帧。
在图19的示例中，NDP探测请求帧可以包括STF、LTE以及SIG字段。SIG字段的子字段可以包括MCS字段、探测ID字段、时间限制字段、竞争窗口(CW)字段、最小信道时间(MinChannelTime)字段、接入网络选项字段和CRC字段。NDP探测请求帧的SIG字段的子字段的此配置是示例性的并且附加的字段可以被定义或者子字段可以是由一些前述的示例性字段组成。
MCS字段可以被用于区分正常PPDU与NDP探测请求。例如，当某帧的MCS值是0至10中的一个时，MCS值指示该帧是正常PPDU帧。当MCS值是11至15中的一个时，MCS值指示该帧是NDP探测请求帧。
探测ID字段可以被用于指定AP ID。即，探测ID字段具有与正常探测请求帧中的SSID的相似的功能。然而，探测ID字段可以包括SSID的一部分或者压缩形式的SSID而不是完整SSID。当探测ID字段具有0的值时，探测ID字段指示通配符SSID并且已经接收到NDP探测请求帧的所有AP能够答复(即，发送NDP探测响应帧)。当探测ID字段具有除了0之外的值时，仅具有与NDP探测请求帧中包括的相同的探测ID值的AP能够答复(即，发送NDP探测响应帧)。将探测ID字段设置为SSID的一部分(或者压缩的SSID)意指当完整SSID仅匹配于一个AP时一个或者多个AP可以与SSID的一部分匹配。在这样的情况下，与探测ID值匹配的一个或者多个AP能够答复NDP探测请求帧。
探测ID可以具有通过将预定的散列函数应用于完整SSID获得的值。
例如，完整SSID的32比特CRC计算值能够被用作探测ID。
使用32级标准生成多项式能够执行计算字段的32比特CRC计算。此多项式能够被称为G(x)，其中G(x)＝x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1。当xk×(x31+x30+x29+...+x2+x+1)被除以G(x)获得的余数是a(k是计算字段的比特数目)并且计算字段和x32与G(x)的乘积获得的余数是b时，a和b的总和的一的补码能够被定义为计算字段的32比特CRC计算值(对于详情参考IEEE802.11章节8.2.4.8)。例如，通过将所期待的完整SSID应用于计算字段并且执行32比特CRC计算获得的值能够是探测ID(或者压缩的SSID)值。
否则，完整SSID的32比特CRC计算值的16个最低有效比特(LSB)可以被用作探测ID。16个LSB可以被表示为2个最低有效字节或者2个最低有效八位字节。当以这样的方式设置探测ID值时，AP能够将其完整SSID的32比特CRC计算值或者32比特CRC计算值的16个LSB与NDP探测请求帧的探测ID字段值进行比较，并且当两个值相互对应时使用正常探测响应帧答复NDP探测请求帧。
时间限制字段可以被设置为探测响应超时的值。即，时间限制字段可以对应于其中在发送NDP探测请求帧之后STA能够从一个或多个AP接收探测响应帧(或者等待接收探测响应帧)的时间限制(或者超时)。换言之，仅当AP在时间限制内发送正常探测响应帧时STA能够检测相对应的探测响应帧(或者相对应的AP)。当在时间限制内没有检测到探测响应帧时，在时间限制期满之后，STA能够移动到另一信道并且执行NDP探测过程或者扫描。
CW字段可以被设置为指示用于探测响应帧的CW的值。例如，CW字段能够被设置为当一旦接收NDP探测请求帧AP将探测响应帧发送到STA时使用的CW值，并且AP能够根据CW值通过退避过程发送探测响应帧。通过由STA指定AP的CW，STA仅在与CW相对应的时隙中等待来自于AP的响应，并且AP根据CW执行用于探测响应帧传输的退避过程。
最小信道时间字段指的是在每个信道上对于NDP探测所花费的最少时间。例如，如果在第一信道上的NDP探测请求帧的传输之后在最小信道时间期满之前没有检测到指示忙碌状态的物理层-CCA.指示原始值，则STA能够停止在第一信道(例如，信道N)上的NDP探测并且移向第二信道(例如，信道N+1)。
接入网络选项字段指定STA期待发现或者从其接收响应的AP的接入网络特性。因此，仅支持相对应的特性或者服务的网络(或者AP)能够答复NDP探测请求帧。
图20图示网络接入选项字段的示例性格式。
接入网络类型字段指示通过相对应的AP支持的网络是否对应于专用网络、具有访客接入的私有网络、可收费的公共网络、免费公共网络、个人装置网络、仅紧急服务网络、测试或者试验网络或者通配符接入网络类型。
互联网字段指示是否相对应的AP能够进行互联网接入。
接入所需附加步骤(ASRA)字段指示是否网络要求通过相对应的AP接入网络的附加过程。附加过程可以包括网络认证过程。
紧急服务可达到(ESR)字段指示是否相对应的AP能够进行紧急服务接入。
未授权的紧急服务可接入(UESA)字段指示是否相对应的AP能够接入未授权的紧急服务。
图19示出包括探测ID字段和接入网络选项字段以及NDP探测请求帧的SIG字段的格式。考虑到能够被包括在SIG字段中的信息的量被限制，NDP探测请求帧的SIG字段的格式能够被配置，如在图21中所示。
图21图示根据本发明的实施例的NDP探测请求帧的SIG字段的格式的示例。
图21(a)图示NDP探测请求帧的SIG字段包括36个比特的情况并且图21(b)图示SIG字段包括48个比特的情况。
在图21的示例中，SSID/交互存在比特被设置为指示是否NDP探测请求帧的SIG字段包括SSID(即，前述示例中的压缩的SSID或者探测ID)或者接入网络选项字段的值。例如，当SSID/交互存在比特被设置为第一值(例如，1)时接入网络选项字段被包括在SIG字段中，并且当SSID/交互存在比特被设置为第二值(例如，0)时压缩的SSID字段被包括在SIG字段中。
图21(a)示出16比特压缩的SSID被包括的情况，并且图21(b)示出32比特压缩的SSID被压缩的情况。在图21(b)中示出的32比特压缩的SSID可以对应于完整SSID的32比特CRC计算值。在图21(a)中示出的16比特压缩的SSID可以对应于完整SSID的32比特CRC计算值的16个最低有效比特(或者2个最低有效字节)。
图22图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程。
图15、图16以及图18图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送NDP探测响应帧的方法。图19图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送正常探测响应帧的方法。在图22中示出的本发明的附加示例，图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送短信标帧的方法。
在图22的示例中，AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送信标帧(或者短信标帧)。短信标帧指的是仅包括用于AP发现的最少信息的信标帧。
图23图示被包括在短信标帧中的示例性字段。
帧控制(FC)字段可以包括协议版本、类型、子类型、下一个完整信标存在、SSID存在、BSS BW(带宽)以及安全字段。FC字段可以具有2个八位字节的长度。
在FC字段的子字段当中，协议版本字段可以被定义为2比特字段并且基本上可以被设置为0。类型字段和子类型字段可以分别被定义为2比特和4比特字段并且可以一起指示相对应的帧的功能(例如，指示相对应的帧是短信标帧)。下一个完整信标存在字段可以被定义为1比特字段并且被设置为指示是否“到下个完整信标的持续时间”字段(或者关于下一个目标信标传输时间(TBTT)的信息)被包括在短信标帧中的值。SSID存在字段可以被定义为1比特字段并且被设置为指示是否压缩的SSID字段被包括在短信标帧中的值。BSSBW字段可以被定义为3比特字段并且被设置为指示当前操作带宽(例如，1、2、4、8或者16MHz)的值。安全字段可以被定义为1比特字段并且被设置为指示是否相对应的AP是RSNAAP的值。剩余的比特(例如，2个比特)可以被保留。
被包括在短信标帧中的源地址(SA)字段可以是发送短信标帧的AP的MAC地址。SA字段可以具有6个八位字节的长度。
时间戳字段用于同步。已经接收到信标帧的所有STA能够根据时间戳值改变/更新其本地时钟信号。短信标帧的时间戳字段可以包括AP的时间戳的一部分(例如，4个字节(即，4个八位字节))。这是因为即使当总的时间戳的仅一部分被提供时，曾经已经接收到总的时间戳的(被关联的)STA也能够仅使用时间戳的一部分执行同步。
改变序列字段可以包括指示是否改变系统信息的信息。具体地，当网络的重要信息(例如，完整信标信息)被改变时，改变序列计数器增加了1。此字段被定义为具有1个八位字节的长度。
到下一个完整信标的持续时间字段可以被包括在短信标帧中或者不可以被包括在其中。此字段能够指示到STA的、从短信标传输时间到下一个完整信标传输时间的持续时间。因此，已经监听短信标的STA能够在瞌睡(或者睡眠)模式下操作直到下一个完整信标，以便减少功耗。否则，到下一个完整信标的持续时间的字段可以被配置成指示下一个TBTT的信息。此字段的长度可以被定义为3个八位字节。
压缩的SSID字段可以被包括在短信标帧中或者不可以被包括在其中。此字段可以包括网络的SSID的一部分或者SSID的散列(例如，完整SSID的32比特CRC计算值)。能够准许已经获知相对应的网络的STA使用SSID发现相对应的网络。例如，此字段的长度可以被定义为4个八位字节。
除了前述的示例性的字段之外，短信标帧还可以包括附加的或者可选的字段或者信息元素。
前向纠错(FEC)字段可以被用于检查短信帧中的错误并且被配置成FCS字段。此字段的长度可以被设置为4个八位字节。
STA可以确定使用被包括在短信标帧中的SSID(或者压缩的SSID)所确定的网络是可用的。STA可以将关联请求发送到AP的MAC地址，该AP的MAC地址被包括在从所期待的网络发送的短信标帧中。因为与完整信标相比通常更加频繁地发送短信标，因此通过支持短信标STA能够快速地与AP关联。当STA要求用于关联的附加信息时，STA可以将探测请求发送到所期待的AP。
如上所述，短信标帧能够包括用于通知AP的存在的最少信息。
如在图22中所示，一旦接收从STA发送的NDP探测请求帧，AP能够通过EDCA信道接入机制使用短信标帧答复NDP探测请求帧。
NDP探测请求帧的SIG字段的时间限制字段指示短信标帧时间限制。即，时间限制字段可以被设置为与短信标帧传输时间限制有关的值。时间限制字段可以对应于其中STA能够在发送NDP探测请求帧之后从AP接收短信标帧(或者等待接收短信标帧)的时间限制值(或者超时值)。换言之，仅当AP在时间限制内发送正常的短信标帧时，STA能够检测相对应的短信标帧(或者相对应的AP)。当STA不能在时间限制期间检测短信标帧时，在时间限制期满之后STA可以移向另一信道并且执行NDP探测过程或者扫描。
在图22中示出的CW字段可以被设置为指示用于短信标帧的CW的值。例如，CW字段能够被设置为当已经接收到NDP探测请求帧的AP将短信标帧发送到AP时使用的CW值，并且AP能够根据被设置的CW值通过退避过程发送短信标帧。通过由STA指定AP的CW，仅在与CW相对应的时隙期间STA等待AP的短信标帧，并且AP根据CW值执行用于短信标帧的退避过程。
在图22中示出的接入网络选项字段指定STA期待发现的AP的接入网络特性。因此，仅支持相对应的特性或者相对应的服务的网络(或者AP)能够响应于NDP探测请求帧发送短信标帧。因为接入网络选项字段具有与在图20中所示的相同的配置，所以冗余的描述被省略。
在图22中示出的NDP探测请求帧的剩余字段(MCS、探测ID(或压缩的SSID)、最小信道时间以及CRC)与在图19中描述的相对应的字段相同，并且从而其描述被省略。
另外，能够应用在图21中示出的NDP探测请求帧的SIG字段格式，替代在图22中示出的NDP探测请求帧格式的SIG字段。
图24图示根据本发明的另一实施例的NDP探测过程。
图15、图16以及图18图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送NDP探测响应帧的方法。图19图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送正常探测响应帧的方法。图22图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧发送短信标帧的方法。在图24中示出的本发明的附加示例图示AP响应于由STA发送的NDP探测请求帧仅发送STF的方法。
STA可以发送NDP探测请求帧，并且一旦接收NDP探测请求帧，AP可以在SIFS的流逝之后仅使用STF答复。在此，AP能够使用一个或者多个STF答复。
如在图24中所示，NDP探测请求帧可以是由STF、LTF以及SIG字段组成。SIG字段的子字段可以包括MCS字段、探测ID字段以及CRC字段。当MCS字段具有在0至10的范围中的值时MCS字段可以指示相对应的帧是正常PPDU帧。当MCS字段具有在11至15的范围中的值时MCS字段可以指示相对应的帧是NDP探测请求帧。探测ID字段可以被用于指定AP的ID，并且被定义为前述的压缩的SSID(例如，完整SSID的32比特CRC计算值或者其16个LSB)。NDP探测请求帧的SIG字段的子字段的此配置是示例性的并且附加的字段可以被定义或者子字段可以是由一些前述的示例性字段组成。
图25图示在存在多个AP的环境下的NDP探测过程的另一示例。在图25的示例中，当在OBSS环境下由STA执行的NDP探测请求帧传输与图16的示例相似时，在图24中示出的NDP探测过程区别于与在图16中示出的NDP探测过程之处在于AP使用STF替代NDP探测响应帧来答复。
参考图25，假定STA发送NDP探测请求帧并且AP1和AP2在SIFS的流逝之后响应于NDP探测请求帧同时发送STF。即，假定多个AP被匹配到由STA发送的NDP探测请求帧的探测ID字段的值(或者压缩的SSID)。因此，AP1和AP2能够分别使用STF答复NDP探测请求帧。
STA能够检测由AP1和AP2中的至少一个发送的STF。STA可以通过能量检测(例如，CCA(空闲信道评估))检测STF。当STA发送NDP探测请求帧并且响应于NDP探测请求帧检测至少一个STF时，STA识别在相对应的信道上的至少一个AP的存在。在这样的情况下，STA能够通过发送正常探测请求帧替代NDP探测请求帧执行主动扫描。通过预定的退避过程可以发送正常探测请求帧。一旦从STA接收正常探测请求帧，AP(例如，AP2)可以通过退避过程发送正常探测响应帧。正常探测请求帧和正常探测响应帧可以以MAC管理帧的形式配置并且被发送，并且可以具有如在图17中所示的格式。
图26图示在多信道环境下的NDP探测过程的另一示例。虽然在AP1和AP2在相同的信道上操作这方面图26的示例与图18的示例相似，但是图26的示例区别于图18的示例之处在于AP响应于STA的NDP探测请求帧发送SFT替代NDP探测响应帧。
在图26的示例中，假定AP1和AP2在信道5(CH5)上操作并且STA在信道4(CH4)上发送NDP探测请求帧。在此，如果不存在在CH4上操作的AP，则响应于NDP探测请求帧发送的NDP探测响应帧不存在。
在这样的情况下，STA要求其中已经发送NDP探测请求帧的STA等待NDP探测响应帧的时间限制(即，SFT超时)并且当在时间限制期间STA还没有检测到STF时可以确定在相对应的信道上不存在AP。例如，时间限制能够被设置为当AP已经正常发送SFT时接收STF所耗费的时间(STF的持续时间)。这是示例性的并且对于STA等待STF所要求的时间限制可以被设置为不同的值。
当在CH4上已经发送NDP探测请求帧的STA不能够在NDP探测响应超时的期满之前接收STF时，STA可以确定在CH4上不存在AP并且从而不要求扫描。因此，STA可以移向不同的信道(例如，CH5)并且发送NDP探测请求帧。
图26示出AP1和AP2响应于由STA在CH5上发送的NDP探测请求帧发送STF的情况。因此，STA能够通过检测CH5上的至少一个STF识别在相对应的信道上的至少一个AP的存在。随后，STA能够通过发送/接收正常探测请求帧/正常探测响应帧执行扫描并且从而获得更加详细的网络(或者AP)信息。否则，STA可以通过在相对应的信道上试图监听信标帧来执行被动扫描。
因为由本发明的示例提出的NDP探测请求帧不包括关于发送NDP探测请求帧的STA的MAC地址的信息，所以答复NDP探测请求帧的一个或多个AP可以以广播方式发送响应帧(即，NDP探测响应帧、正常探测响应帧、(短)信标帧或者SFT)。
图27是图示根据本发明的实施例的扫描方法的流程图。
在步骤S2710中STA可以将NDP探测请求帧发送到AP。NDP探测请求帧可以包括如上所述的压缩的SSID字段或者接入网络选项字段中的一个，并且可以进一步包括SSID/交互存在字段，SSID/交互存在字段指示压缩的SSID字段或者接入网络选项字段哪一个被包括在其中。
在步骤S2720中，当基于其SSID计算的压缩的SSID对应于被包括在NDP探测请求帧中的压缩的SSID字段的值时，或者当AP的接入网络选项对应于由被包括在NDP探测请求帧中的接入网络选项字段指示的信息时，AP可以使用短探测响应帧或者正常探测响应帧答复NDP探测请求帧。在步骤S2720中，AP可以通过一旦接收NDP探测请求帧在DIFS的流逝之后开始退避过程并且执行竞争来发送(短)探测响应帧。
当STA在未被示出的预定时间(例如，最小信道时间)内没有接收(短)探测响应帧时，STA可以识别在其上发送NDP探测请求帧的信道上不存在AP，并且移向不同的信道执行扫描。一旦接收(短)探测响应帧，STA可以将正常探测请求帧发送到AP，将关联请求帧发送到AP以监听从AP发送的信标。
一旦在步骤S2710从STA接收NDP探测请求帧，在步骤S2720中在SIFS的流逝之后可以发送预定的帧(例如，如在图24、图25以及图26中所示的SFT)替代(短)探测响应帧。在这样的情况下，一旦发送NDP探测请求帧，在SIFS的流逝之后，当没有检测到能量(例如，没有检测到STF)时，STA可以识别不存在AP并且在不同的信道上执行扫描。
参考图27描述的扫描方法可以被实现使得本发明的前述各种实施例被独立的应用或者其两个或者多个可以被同时应用。
图28是示出根据本发明的实施例的无线电设备的配置的框图。
AP 10可以包括处理器11、存储器12以及收发器13。STA 20可以包括处理器21、存储器22以及收发器23。例如，收发器13和23可以发送/接收RF信号并且根据IEEE 802系统实现物理层。处理器11和21可以被连接到收发器13和23并且根据IEEE 802实现物理层和/或MAC层。处理器11和21可以被配置为根据本发明的前述实施例执行操作。用于根据本发明的前述实施例实现AP和STA的操作的模块可以被存储在存储器12和22中并且通过处理器11和21执行。存储器12和22可以被内部地包括在处理器11和21中或者被安装在处理器11和21的外部并且通过已知的装置被连接到处理器11和21。
AP和STA的详细配置可以被实现使得在本发明的前述实施例能够被独立地应用或者两个或者更多个实施例能够被同时应用并且，为了清楚起见省略多余部分的描述。
通过各种手段，例如，硬件、固件、软件、或者其组合能够实现本发明的实施例。
在硬件实现中，可以通过一个或者多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现根据本发明的实施例的方法。
在固件或者软件配置中，可以以模块、过程、函数等的形式来实现本发明的实施例。例如，软件代码可以存储在存储单元中并且通过处理器来执行。存储单元位于处理器内部或外部，并且可以经由各种公知装置将数据发送到处理器并且从处理器接收数据。
本领域内的技术人员将会理解，在不偏离本发明的精神和必要特性的情况下，可以以除了在此给出的方式之外的其他特定方式来执行本发明。因此，在所有方面将上面的示例性实施例解释为描述性的，而不是限制性的。应当通过所附的权利要求和它们的合法等同内容而不是通过上面的描述来确定本发明的范围，并且在所附的权利要求的含义和等同范围内的所有改变意欲被涵盖在其中。
工业实用性
虽然已经在IEEE 802.11的背景下描述了本发明的各种实施例，但是本发明也可适用于许多其它的移动通信系统。

Claims (15)

1.一种在无线通信系统中通过站(STA)执行扫描的方法，所述方法包括：
在第一信道上发送空数据分组NDP探测请求帧；和
如果在第一信道上从接入点AP接收到响应于所述NDP探测请求帧的探测响应帧，则在所述第一信道上发送正常探测请求帧到所述AP，
其中，所述NDP探测请求帧包括压缩的服务集ID(SSID)字段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦从所述AP接收所述探测响应帧，所述STA在所述正常探测请求帧之后进一步将关联请求帧发送到所述AP。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述AP接收所述NDP探测请求帧并且在所述NDP探测请求帧中包括的所述压缩的SSID字段的值与基于所述AP的SSID生成的压缩的SSID的值相同时，从所述AP发送所述探测响应帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述压缩的SSID字段被定义为32比特字段时，所述被压缩的SSID字段被设置为32比特循环冗余校验(CRC)计算值，并且当所述压缩的SSID字段被定义为16比特字段时，所述被压缩的SSID字段被设置为SSID的32比特CRC计算值的16个最低有效比特(LSB)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NDP探测请求帧包括所述压缩的SSID字段和接入网络选项字段中的一个，
其中，所述NDP探测请求帧进一步包括1比特SSID/交互存在字段，
其中，所述SSID/交互存在字段指示所述压缩的SSID字段和所述接入网络选项字段中的哪一个被包括在所述NDP探测请求帧中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述AP接收所述NDP探测请求帧并且在所述NDP探测请求帧中包括的所述接入网络选项字段的值与所述AP的接入网络选项相同时，从所述AP发送所述探测响应帧。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述接入网络选项字段具有8个比特的大小，并且包括4比特接入网络类型字段、1比特互联网字段、1比特接入所需附加步骤(ASRA)字段、1比特紧急服务可达到(ESR)字段以及1比特未授权紧急服务可接入(UESA)字段。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测响应帧是正常探测响应帧或者短探测响应帧。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测响应帧是广播。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦接收所述NDP探测请求帧，在DIFS(DCF((分布式协调功能)帧间空间)的流逝之后，所述AP通过退避过程发送所述探测响应帧。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦在所述第一信道上发送所述NDP探测请求帧，当在SIFS(短帧间空间)的流逝之后在所述第一信道上检测到帧时，所述STA识别在所述第一信道上存在所述AP，并且当在预定的时间内在所述第一信道上没有检测到帧时，所述STA移向第二信道并且执行扫描。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，当在所述第一信道上所述NDP探测请求帧的传输之后在最小信道时间期满之前没有检测到指示忙碌状态的物理层-CCA.指示原始值时，所述STA移向第二信道并且执行扫描。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述NDP探测请求帧是包括STF(短训练字段)、LTF(长训练字段)以及SIG(信号)字段而没有数据字段的PPDU(PLCP(物理层会聚协议)分组数据单元)帧。
14.根据权利要求6所述的方法，其中，所述SSID/交互存在字段、所述压缩的SSID字段以及所述接入网络选项字段中的一个被包括在所述NDP探测请求帧的所述SIG字段中。
15.一种在无线通信系统中执行扫描的站(STA)，包括：
收发器；和
处理器，
其中，所述处理器被配置成使用所述收发器在第一信道上发送NDP探测请求帧，并且如果通过所述收发器在第一信道上从接入点AP接收到响应于所述NDP探测请求帧的探测响应帧，则在所述第一信道上将正常探测请求帧发送到所述AP，
其中，所述NDP探测请求帧包括压缩的SSID字段。
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