CN100401702C

CN100401702C - 在ieee 802.11e wlan中的qos接入点与qos站之间保持同步

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Publication number: CN100401702C
Application number: CNB2004800042969A
Authority: CN
Inventors: J·德尔普拉多帕冯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: CN1751477A

Abstract

在这里公开了一种用于在参数化服务质量(QoS)类型的IEEE 802.11e无线局域网(WLAN)中的多个提供服务质量的接入点(QAP)与非AP类型的提供服务质量的站(QSTA)之间保持服务周期同步的方法和系统。如果由于非AP QSTA过快进入休眠模式而使QAP没有接收到对于服务周期中的最后一个下行链路帧的应答(ACK)帧，那么对于参数化QoS在下行链路上有可能出现QAP与非AP QSTA之间同步丢失的问题。

Description

在IEEE 802.11E WLAN中的QOS接入点与QOS站之间保持同步

本发明涉及通信系统。更为特别的是，本发明涉及的是一种用于在非AP类型并提供QoS的站(QSTA)使用调度元素信息进入休眠模式时，在提供服务质量(提供QoS：QoS-capable)的IEEE 802.11e的接入点(QAP)与所述非AP QSTA之间保持同步的系统和方法。

参考图1，一般来说，IEEE 802.11无线局域网(WLAN)标准包含了开放式系统互连OSI网络参考模型的介质访问控制(MAC)子层100，其中该模型在此引入作为参考。在MAC层，IEEE 802.11e 110为IEEE 802.11WLAN提供服务质量(QoS)支持。图2对示范性QoS基本服务集(QBSS)WLAN 200进行了描述，其中在所述服务集中，QoS是由IEEE 802.11e MAC保持的，然而，IEEE 802.11 WLAN最初被设计成用于尽力而为的服务，并且已经为用于802.11 MAC的QoS增强方案提出了大量建议。在图2中，QoS接入点(QAP)220实现了IEEE 802.11e标准的QoS功能的接入点功能。如图2所述，QoS基本服务集(QBSS)是基本服务集200，它为那些经由IEEE 802.11e标准指定的无线介质(WM)所进行的通信提供QoS功能，由此支持LAN应用。QoS站(QSTA)210是一个IEEE 802.11的站(STA)，其实现QoS功能和混合协调功能(HCF)，并包含了与无线介质(WM)相连并且符合IEEE 802.11的物理(PHY)接口。

目前提出或草拟的关于802.11e无线局域网(WLAN)的QoS增强方案可以用多种方式表征，其中包括参数化的QoS。通常，QoS是一种由WLAN部件提供指定的数据传递保证等级的能力。参数化的QoS是一个严格的QoS需求，它是用诸如数据速率之类的固定数值表示的。在对等的QSTA之间传送数据帧的MAC数据业务中，这些值应该得到满足。

通常，混合协调器(HC)为非AP QSTA创建服务调度。所述服务调度是在“ADDTS响应QoS操作”消息包含的调度元素中传递到非AP QSTA的。通过在“调度QoS操作”帧中发送调度元素，HC可以在任何时间更新服务调度。经过更新的调度则会在HC接收到关于调度QoS操作帧的应答帧的时候生效。

非AP QSTA不能直接拒绝服务调度，但是，它可以通过修改或删除它的现有业务量规范(TSPEC)来影响业务调度。

在2002年11月发布的IEEE 802.11e标准草案IEEE801.11 WG DraftSupplement to Standard For Telecommunications and InformationExchange Between Systems-LAN/MAN Specific Requirements-Part 11：Wireless Medium Access Control(MAC) and physical layer(PHY)specifications：Medium Access Control(MAC)Enhancements forQuality of Service(QoS)，IEEE 802.11E/Draft4.0中对用于参数化的QoS的调度元素和协议进行了描述，该标准在此全部引入作为参考。所述调度元素从QAP传送到非AP QSTA，以便传递与指定给非AP QSTA的QoS调度有关的信息。所述信息包括服务周期之间的时间、服务周期的持续时间等等。非AP QSTA可以使用该信息来节约电力，并且在没有调度服务周期的时候进入休眠模式。

然而，当某个帧在服务周期中丢失时，IEEE 802.11e中定义的当前机制会变得不稳定。更具体的说，如果QAP没有接收到关于服务周期中最后一个下行链路帧的应答(ACK)帧，那么QAP与非AP QSTA之间的同步将会丢失。

由此需要一种在非AP QSTA使用调度元素信息进入休眠模式的时候还能在IEEE 802.11e QAP与非AP QSTA之间保持同步的方案。

本发明涉及一种能使非AP QSTA与QAP保持同步并且确定非AP QSTA何时进入休眠模式的方法。

依照本发明的一个方面，在一个服务周期中，如果最后一个下行链路数据帧不是单个数据帧，那么非AP QSTA将会用ACK帧来做出响应，并且会在随后的一个分布式协调功能帧间间隔(DIPS)周期中保持唤醒模式，并且如果在这个周期中没有接收到来自QAP的帧，那么所述非APQSTA可以进入休眠。

依照本发明的另一个方面，如果最后一个下行链路数据帧是服务周期中的第一个单帧，则为QAP和非AP QSTA提供方案，以便判定服务周期是否开始，并且由此两者能够保持同步。

通过结合附图来参考下文中的详细描述，可以更全面地了解本发明的方法和设备，其中：

图1描述的是本发明实施例所适用的802.11 MAC层；

图2描述的是本发明实施例所适用的通信系统；

图3描述的是处于依照本发明实施例的特定QoS基本服务集(QBSS)内部的提供QoS的接入点(QAP)以及每一个非AP类型的提供QoS的站(QSTA)的相关部分的简化框图；

图4是图解QAP和非AP QSTA的操作步骤的流程图；

图5是描述用于在最后一个下行链路数据帧不是服务周期期间的单个帧的时候保持同步的操作步骤的流程图；和

图6是描述用于在最后一个下行链路数据帧是服务周期期间的第一个并且是单个帧的时候保持同步的操作步骤的流程图。

在下文的描述中，为了全面了解本发明，其中提供了与本发明实施例相关的某些特定细节，例如QAP和QSTA架构、802.11e QoS过程，但是这些细节仅仅作为实例，并没有对本发明进行限制。对本领域普通技术人员来说，其他组件都是显而易见的，因此，为了简明起见，在这里省略了这些组件，以免因为不必要的细节而导致发明描述不清楚。

图1描述的是本发明实施例所适用的802.11e规范中的MAC层。

图2描述的是本发明实施例所适用的典型网络。依照本发明原理，在这里提供了一种用于在QAP与非AP QSTA之间保持服务周期同步的协议。应该指出的是，出于例示目的，图2的网络是一个小型网络。此外还应该指出，在基本的802.11规范中，其中只在AP与STA之间提供业务量，换言之，在不与AP相连的情况下，STA是不能互发业务量的。而802.11e则为QSTA增加了在基础架构模式中直接互发业务量的能力，由此显著增大了带宽，对家庭网络来说则更是如此。

参见图1，在802.11e标准草案中规定，基本架构网络中的功率管理是由介质访问控制(MAC)子层实施的。在IEEE 802.11e的草案中，用于参数化的QoS的调度元素从QAP传送到非AP QSTA，由此传递那些与指定给非AP QSTA的QoS调度相关联的信息。非AP QSTA可以使用该信息来节约电力，并且在没有调度服务周期的时候进入休眠模式。

在IEEE 802.11e草案中规定，服务周期是以混合协调器(HC)成功地传送数据或是QoS(+)CF-轮询传送为开始的。在最后一个服务周期之后，下一个服务周期不会在最小服务间隔(在调度元素中定义)之前开始。在此期间，非AP QSTA可以进入休眠模式，从而节约电力。

本发明的系统和方法消除了下行链路服务周期中可能出现的问题。作为某个服务周期中的最后一个下行链路数据帧(不包括捎带轮询)的响应，由非AP QSTA发送的ACK帧有可能会丢失(服务周期中的最后一个帧是通过清除“更多数据”标记来表示的)。在这种情况下，由于发送了与服务周期中的最后一个帧相对应的ACK帧，因此非AP QSTA将会认为服务周期已经结束，并且由此有可能进入休眠模式。然而，由于没有正确传送最后一个数据帧，因此QAP将会认为服务周期仍在继续，并且由此有可能仍旧进行重试。这种情形可能一直持续到非AP QSTA再度唤醒为止。

在只有单个下行链路数据传输(没有捎带轮询)时，所述情况甚至更糟。例如，QAP开始单个下行链路数据传输服务周期。如果非AP QSTA正确接收数据帧并向QAP传送ACK，那么非AP QSTA认为服务周期已经开始，并且由于它是单个下行链路帧，因此它也会认为服务周期已经结束。这样一来，在发送了ACK帧之后，非AP QSTA将会进入休眠模式。然而也可能发生这样一种情况，其中ACK丢失，由此QAP认为服务周期尚未开始。在这种情况下，由于非AP QSTA处于休眠模式中，QAP将会重传没有成功的数据帧。在从QAP接收了原始下行链路帧之后，非AP QSTA将唤醒“最小服务间隔”周期。然而，此时在QAP与非AP QSTA之间，最后一个服务周期的开端将会存在差别，因此，QAP与非AP QSTA之间的同步将会丢失。

本发明的系统和方法提供了两个实施例来解决这个问题。此外，应该指出的是，刚刚描述的问题只出现在下行链路传输中。

图3是可以包含在图2所示的WLAN的QAP以及各个QSTA中的架构的简化框图。QAP与各个QSTAi都可以包括存储器300、CPU 310、MAC子层功率管理模块320以及发射机/接收机330。虽然本描述参考了通用术语来描述专用计算机系统，但是所述描述和概念同样适用于其他处理系统，其中包括具有不同于图3所示架构的系统。发射机/接收机通常与天线(未显示)耦合，以便发射和接收数据。CPU 310由存储器300所包含的操作系统来进行控制，它接受和传递要由发送机/接收机330发送和传递来自/去往信源/信宿340的信息，此外，还使用了本发明实施例所适用的MAC同步管理模块320以便在QAP与非AP QSTA之间保持服务周期开端的同步。

现在，以下将对依照本发明而在QAP与非AP QSTA之间保持同步的操作步骤原理进行说明。

参考图4，在第一优选实施例中描述了非AP QSTA上的处理。在这里有可能存在两种情况：第一，最后一个下行链路数据帧不是服务周期期间的单个帧(步骤450)；第二，最后一个下行链路数据帧也是服务周期期间的单个帧(在图6中继续执行的步骤440)。在步骤400，非AP QSTA接收下行链路数据帧并在步骤410传送ACK。在步骤420，如果非AP QSTA确定接收到的数据帧是不是最后一个下行链路数据帧，这由正被清除的“更多数据”字段表示的，如果不是的话，则非AP QSTA在步骤480中继续进行常规处理。如果非AP QSTA在步骤420确定已经清除了“更多数据”位，那么非AP QSTA将会在步骤430中确定最后一个下行链路数据帧是不是也是服务周期期间的单个帧，如果是的话，则在步骤440执行第二实施例。如果非AP QSTA在步骤430确定最后一个下行链路数据帧不是服务周期期间的单个帧，那么在步骤450，非AP QSTA将会在结束传输ACK之后等待一个DIFS时段。如果非AP QSTA在DIFS时段期间未曾开始接收来自QAP的帧，那么在步骤470，它可以在随后的最小服务间隔周期中进入休眠模式。

在第二优选实施例中，对最后一个下行链路数据帧也是服务周期期间的第一个并且是单个帧的时候在QAP上执行的处理进行了描述。现在参考图5，当在步骤500发送了下行链路数据帧之后，在步骤510，QAP将会等待SIFS，并且在步骤520，QAP将会检查在很短的帧间间距(SIFS)之后的时隙中是否出现了PHY-CCA.指示(忙)(PHY-CCA.indication(busy))，如果没有的话，则在步骤550继续进行常规的QAP处理。在步骤520，如果QAP确定在很短的帧间间距(SIFS)之后的时隙中出现了PHY-CCA.指示(忙)，那么QAP将会在步骤530中检查在PHY-CCA.指示(忙)之后跟随的是PHY-CCA.指示(空闲)之前的PHY-RXEND.指示还是PHY-RXSTART.指示，然后，在步骤540，QAP认为非AP QSTA正确接收了下行链路帧(这是因为它已经开始在SIFS间隔内接收帧，并且认为它是来自非AP QSTA的ACK帧)。因此，QAP认为服务周期是以下行链路帧为开始的。否则，在步骤550，QAP认为数据帧丢失并且非AP QSTA并未以ACK帧做出响应，由此服务周期不会开始。

现在参考图4，如正被清除的“更多数据”字段所示，当在步骤400接收了下行链路数据帧之后，非AP QSTA会在步骤410以ACK帧做出响应。然后，在步骤430，非AP QSTA检查下行链路帧是不是服务周期中的单个帧，如果是的话，参考图6，其在步骤600中将会在结束ACK传输之后的一个DIFS时段中保持唤醒。如在步骤610中检查的那样，如果非AP QSTA在完成ACK传输之后的DIFS周期中没有接收到来自QAP的帧，那么非AP QSTA将会认为这个QAP：

(a)正确接收到了ACK，或者

(b)所述QAP决定不进行重传。

无论出现哪一种情况，QAP(图5中的步骤540)和非AP QSTA(图6的步骤630)都会认为服务周期是以传送下行链路数据帧为开始的，因此在ACK传输之后的DIFS周期后，非AP QSTA可以在步骤630进入休眠。这样一来，在QAP与非AP QSTA之间将会保持同步。

由此，在这里对QAP和非AP QSTA的同步保持方案的优选实施例进行了描述，对本领域普通技术人员来说，很明显，在这里实现了某些优点。但是，上文仅仅应被视为是本发明的描述性实施例。在不脱离附加权利要求所表述的本发明基本原理和范围的情况下，本领域技术人员很容易想到用于提供与所述实施例相类似的功能的替换方案。

Claims

1.一种用于在无线局域网中的基本服务集的接入点与站之间保持服务周期同步的方法，其中包括以下步骤：

由接入点执行：

(a)向站传送最后一个下行链路数据帧，以及

(b)确定服务周期是否以最后一个下行链路数据帧的传送为开始；以及

由站执行：

(c)对接收到来自接入点的最后一个下行链路数据帧做出应答，以及

(d)确定服务周期是否以最后一个下行链路数据帧的接收为开始，

其中，确定步骤(d)还包括以下步骤：

(d.1)在执行应答步骤(c)之后等待长为分布式协调功能帧间间隔的时间量；

(d.2)在等待了长为分布式协调功能帧间间隔的时间量之后，如果站没有开始接收来自接入点的帧，则进入休眠模式。

2.权利要求1的方法，其中，进入休眠模式的步骤(d.2)还包括以下步骤：

(d.2.1)在随后的最小服务间隔周期中保持休眠模式。

3.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

当最后一个下行链路数据帧是服务周期期间的第一个并且是单个的数据帧的时候，确定步骤(b)还包括以下步骤：

(b.1)在传送了最后一个下行链路数据帧之后，等待长为短帧间间隔的时间量；

(b.2)确定站是否成功接收了下行链路帧，以及

(b.3)如果确定站成功接收到所传送的最后一个下行链路帧，则认为服务周期开始；以及

(b.4)如果没有确定站成功接收到所传送的最后一个下行链路帧，也就是所述帧丢失，则认为服务周期未开始。

4.权利要求3的方法，其中，进入休眠模式的步骤(d.2)还包括以下步骤：

(d.2.1)在随后的最小服务间隔周期中保持休眠模式。

5.权利要求3的方法，其中，确定步骤(b.2)还包括以下步骤：

(b.2.1)如果PHY-CCA.指示(忙)是在短帧间间隔之后的一个时隙中出现的，并且在其后跟随的是PHY-CCA.指示(空闲)之前的PHY_RXEND.指示或PHY-RXSTART.指示，则确定站成功接收了下行链路帧。

6.权利要求5的方法，其中，进入休眠模式的步骤(d.2)还包括以下步骤：

(d.2.1)在随后的最小服务间隔周期中保持休眠模式。

7.权利要求3的方法，其中：

传送最后一个下行链路数据帧的步骤(a)还包括以下步骤：

(a.1)清除“更多数据”字段；以及

对接收到最后一个下行链路数据帧做出应答的步骤(c)还包括以下步骤：

(c.1)确定清除了“更多数据”字段。

8.权利要求7的方法，其中，确定步骤(b.2)还包括以下步骤：

9.权利要求8的方法，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

10.权利要求6的方法，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

11.权利要求1的方法，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

12.一种系统，该系统具有站和接入点的同步管理子系统，用于在无线局域网中的基本服务集的接入点与站之间保持服务周期同步，包括：

(a)接入点同步管理模块，用于确定服务周期是否以最后一个下行链路数据帧的传送为开始；以及

(b)站同步管理模块，用于确定服务周期是否以站传送了对来自接入点的最后一个下行链路数据帧的接收应答为开始，

其中，站子系统还包括：

(b.1)与站同步管理模块相耦合的CPU，用于在发送了应答之后等待一个长为分布式协调功能帧间间隔的周期，如果站没有在长为分布式协调功能帧间间隔的时间量中开始接收到来自接入点的帧，则使站在预定时间量中处于休眠模式。

13.权利要求12的系统，其中，所述预定时间量是分布式协调功能帧间间隔周期之后的最小服务间隔周期。

14.权利要求12的系统，其中，接入点子系统还包括：

(a.1)与所述接入点同步管理模块相耦合的CPU，当最后一个下行链路数据帧是服务周期期间发送的第一个并且是单个数据帧的时候，所述CPU将会在传送了最后一个下行链路数据帧之后等待长为短帧间间隔的时间量；以及

(b.2)接入点的CPU确定站是否成功接收了下行链路帧，并且假设下列情况之一：

i.如果站成功接收了所传送的最后一个下行链路帧，则服务周期开始，以及

ii.如果站没有成功接收到所传送的最后一个下行链路帧，即所述帧丢失，则服务周期未开始。

15.权利要求14的系统，其中，所述预定时间量是分布式协调功能帧间间隔周期之后的最小服务间隔周期。

16.权利要求14的系统，其中，接入点的CPU是如下确定站是否成功接收到下行链路帧的：

是否PHY-CCA.指示(忙)是在短帧间间隔之后的一个时隙中出现的，并且在其后跟随的是PHY-CCA.指示(空闲)之前的PHY_RXEND.指示或PHY-RXSTART.指示。

17.权利要求12的系统，其中：

接入点同步管理模块清除最后一个下行链路数据帧中的“更多数据”字段；以及

站同步管理模块在“更多数据”字段被清除的时候确定最后一个下行链路数据帧已经被发送。

18.权利要求12的系统，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

19.一种用于在无线局域网中的基本服务集的接入点与站之间保持服务周期同步的方法，其中包括以下步骤：

(a)站对接收到来自接入点的最后一个下行链路数据帧做出应答，以及

(b)站确定服务周期是否以最后一个下行链路数据帧的接收为开始，

其中，确定步骤(b)还包括：

(b.1)在执行应答步骤(a)之后等待长为分布式协调功能帧间间隔的时间量，

(b.2)在等待了长为分布式协调功能帧间间隔的时间量之后，如果站没有开始接收来自接入点的帧，则进入休眠模式。

20.权利要求19的方法，其中，进入休眠模式的步骤(b.2)还包括以下步骤：

(b.2.1)在随后的最小服务间隔周期中保持休眠模式。

21.权利要求20的方法，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

22.权利要求19的方法，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。

23.一种系统，该系统具有站和接入点同步管理子系统，用于在无线局域网中的基本服务集的接入点与站之间保持服务周期同步，其中包括：

(a)站同步管理模块，用于确定服务周期是否以站传送了对来自接入点的最后一个下行链路数据帧的接收应答为开始，

其中，站子系统还包括：

(a.1)与站同步管理模块相耦合的CPU，用于在发送了应答之后等待一个分布式协调功能帧间间隔周期，如果站没有在长为分布式协调功能帧间间隔的时间量中开始接收到来自接入点的帧，则使站在预定时间量中处于休眠模式。

24.权利要求23的系统，其中，所述预定时间量是分布式协调功能帧间间隔周期之后的最小服务间隔周期。

25.权利要求23的系统，其中：

26.权利要求23的系统，其中，无线局域网是一个IEEE 802.11e的参数化服务质量基本服务集无线局域网，接入点是提供服务质量的接入点，而站则是非接入点类型的提供服务质量的站。