CN100477617C - 无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种在包括多输入多输出(MIMO)站的无线基础结构网络中使用的无线通信方法。该无线通信方法包括：产生包含关于在其间多输入多输出(MIMO)站互相竞争信道的MIMO竞争周期的信息的管理帧；并发送该管理帧。该无线通信方法能够防止从SISO站和MIMO站发送的帧的冲突。

Description

无线通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体的讲，涉及一种在单输入单输出(SISO)站和多输入多输出(MIMO)站共存于其中的无线基础结构网络中使用的无线通信方法，该无线通信方法能够通过指定传统的无竞争周期(CFP)的一部分作为仅MIMO站互相竞争信道的周期来防止由SISO站和MIMO站发送的帧的冲突(collision)。
背景技术
无线LAN允许在相互的预定距离内的站无需与有线LAN类似的地面线缆相互无线地发送和接收数据。这样，在无线LAN内，因为站相互无线地通信，所以它们自由地从一处移动到另一处。
通常，IEEE 802.11网络围绕作为一组相互通信的站的基本服务集(BSS)被建立的。有两种特殊的BSS：独立BSS和基础结构BSS。
基础结构BSS中的接入点(AP)发送信标帧。基本服务区域被定义为在其中基础结构BSS的成员之间互相发送信标帧的区域。
另一方面，在作为其中站相互直接通信的IEEE 802.11自组织(ad-hoc)网络的独立BSS中不使用AP。
同时，根据IEEE 802.11标准，为了让站接入一种数据传输媒体，使用了分布式协调功能(DCF)和点协调功能(PCF)。
图1是示出使用点协调功能(PCF)方法的站之间的数据传输的图解。PCF方法通常和分布式协调功能(DCF)方法共同使用。换言之，当PCF段结束时，DCF段开始。无竞争周期(CFP)由PCF段和DCF段重复组成。参照图1，D1和D2是从点协调器发送的帧，并且UI和U2是从被该点协调器轮询的站发送的帧。
当点协调器发送一个信标帧时，基于PCF规则的CFP开始。位于接入点(AP)中的该点协调器以轮流询问的方式轮询站以确定站是否有数据要发送。被点协调器轮询到的每个站向该点协调器发送数据和确认(ACK)消息。然后，该点协调器向目的站发送从被该点协调器轮询到的站接收到的数据和ACK消息，并轮询该目的站。被点协调器轮询到的目的站向该点协调器发送ACK消息。如果目的站有数据要发送，那么它将数据和ACK消息一起发送给该点协调器。以这样的方式，在CFP期间将数据在站之间发送。
图2是示出基于DCF的退避(back-off)过程的图解。PCF方法提供无竞争服务，而DCF方法提供基于竞争的服务。DCF方法采用循环退避窗口机制，以防止从站发送的帧互相冲突。在DCF方法中，基于分布式帧间间隔(DIFS)的长度确定当前是否正在使用预定的媒体。
参照图2，在基于DCF的竞争周期(CP)期间，在DIFS周期之后，给每个站分配一个具有预定大小的竞争窗口CWindow。将具有通过退避算法被选中的几乎相同的概率的随机时隙(退避时间)分别分配给在独立的基本服务集(IBSS)内互相竞争信道的站。
具体地讲，当来自当前使用信道的站A的帧的发送完成时，在DIFS周期后，站B、C、和D在第一竞争窗口周期内互相竞争信道。在第一竞争窗口周期内，已经选择了最小量退避时间的站C使用该退避算法获得信道，并当其退避定时器达到0时发送帧。
在另一个DIFS周期后，在第二竞争窗口周期内，站B、D和站E互相竞争信道，并且站D使用退避算法成功地获得信道并发送帧。在第三竞争窗口周期内，站B和E互相竞争信道，站E使用退避算法成功地获得信道并发送帧。因此，只剩下站B来获得信道。在第四竞争窗口周期内，站B使用退避算法获得信道并发送帧。
根据数字器件的增长和发展，数字技术需要以100M比特/秒或更高的数据率运行的高速无线局域网(LAN)系统。为了满足这种需要，引入了多输入多输出(MIMO)技术作为用于加速下一代无线LAN系统最有希望的技术之一的候选。
MIMO技术分类为：空间复用技术，其通过使用多个发送和接收天线同时发送不同类型的数据使更高速的数据能够传输，而无需增加整个系统的带宽；和空间分集技术，其通过使用多个发送天线发送一种类型的数据使传输分集。
传统的IEEE 802.11a单输入单输出(SISO)站不识别从多输入多输出(MIMO)站发出的帧。因此，在传统的IEEE 802.11a SISO站和MIMO站共存于其中的基本服务集(BSS)中，传统的IEEE 802.11a SISO站可能竞争当前被MIMO站占用的信道，并且试图发送帧，这些帧非常有可能和从MIMO站发送的帧冲突。
发明内容
本发明提供一种无线通信方法，该方法使两种不同类型的站，即单输入单输出(SISO)站和多输入多输出(MIMO)站，在一个无线基础结构网络中共存，并通过给MIMO站分配在其间仅有MIMO站互相竞争信道的预定量的时间，在该时间内，来防止从SISO站发送的帧和从MIMO站发送的帧的冲突。
根据本发明的一方面，提供一种无线通信方法，其包括：产生包含关于在其间多输入多输出(MIMO)站互相竞争信道的MIMO竞争周期的信息的管理帧；和发送该管理帧。
根据本发明的另一方面，提供一种无线通信方法，其包括：允许点协调器给MIMO站设置竞争周期；允许点协调器产生并向其基本服务集内的站发送包含关于竞争周期的信息的管理帧；和允许已从点协调器接收到管理帧的站通过参照包含在管理帧中的关于竞争周期的信息来通信。
附图说明
通过参照附图对本发明示例性的实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出使用PCF方法的站之间的数据传输的图解；
图2是示出基于DCF的退避过程的图解；
图3是示出IEEE802.11的管理帧的结构的图解；
图4是示出图3的帧体的结构的图解；
图5是示出图4的元素标识(ID)字段中记录的各种类型的元素标识的表格；
图6是示出图5中的MIMO循环前缀(CP)参数组的结构的图解；
图7是示出CFP重复间隔的图解；和
图8是示出根据本发明示例性的实施例的无线通信方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来更充分地描述根据本发明示例性的实施例的无线通信方法。
图3是示出基于IEEE 802.11标准的管理帧100的图解。管理帧100可以是信标帧、连接请求帧、解除连接帧、连接响应帧、探测请求帧、和探测响应帧。
管理帧100包括：媒体访问控制(MAC)首标(header)110、帧体120、和帧检验序列(FCS)字段130。MAC首标(header)110包括：帧控制字段、时宽字段、目的地址字段(DA)、源地址字段(SA)、基本服务集标识(ID)字段、和序列控制字段。
如图4所示，管理帧100的帧体120由一个或多个信息元素(IE)200填充。每个IE 200包括：元素ID字段210，在其中记录IE 200的类型；信息字段230，在其中记录将要通过IE 200实际发送的数据；和长度字段220，在其中记录信息字段230的大小。
图5是示出记录在图4的元素ID字段210中的元素ID的类型的表格。参照图5，通过参照记录在信息元素200的元素ID字段210中的元素ID，可以确定信息元素200中所包括的是什么信息。与传统的元素ID字段不同，元素ID字段210包括一个具有元素ID为41的MIMO CP参数组310。MIMO CP参数组310可以由除41之外的数字标识。随后将参照图6详细描述MIMO CP参数组310。
图6是示出图5的MIMO CP参数组310的结构的表格。参照图6，MIMOCP参数组310包括元素ID字段410、长度字段420、和MIMO CP时宽字段430。
MIMO CP参数组310的元素ID记录在元素ID字段410中。例如，如图5所示，如果MIMO CP参数组310的元素ID是41，那么可以将41记录在元素ID字段410中。MIMO CP时宽字段430的大小记录在字段420中。MIMO CP时宽字段430包含关于在其间MIMO站互相竞争信道的MIMO竞争周期的信息。例如，可以将MIMO竞争周期的时宽记录在MIMO CP时宽字段430中。因此，当从点协调器接收MIMO CP参数组310时，MIMO站解释记录在MIMO CP时宽字段430中的信息，并根据该解释确定它们何时可以占用信道。可以给MIMO CP参数组310加一个保留的字段(未示出)，在这种情况下，可以将关于MIMO CP参数组310的附加信息记录在预留字段中。
MIMO CP参数组310最好但并非必须包括在作为一种管理帧的信标帧中。
图7是示出根据本发明示例性的实施例的CFP重复间隔的图解。
参照图7，该CFP重复间隔包括：CFP 510、MIMO竞争周期520、和竞争周期530。
将传统的CFP的一部分指定为MIMO的竞争周期520。在CFP 510期间，站以传统的方式按预定的次序发送帧。换言之，被点协调器首先轮询到的站在其余站之前发送帧，并且其余的站一直等待直到它们被点协调器轮询到。
在MIMO竞争周期520期间，MIMO站使用以上参照图2描述的退避算法互相竞争信道。MIMO站接收包含以上参照图6所描述的MIMO CP参数组的管理帧，并通过解释该MIMO CP参数组来获得关于竞争周期520的信息。
然而，基于IEEE 802.11a标准的传统站，即SISO站，它们自己不能解释MIMO CP参数组。因此，SISO站在包括CFP 510和MIMO竞争周期520的最大CFP 540内，始终以PCF方式保持通信。
如果最大CFP 540结束以响应由点协调器发送的CFP结束帧，那么竞争周期530开始。在竞争周期530期间，SISO站互相竞争信道以发送SISO数据。MIMO站可以和SISO站一起参加信道的竞争。
图8是根据本发明示例性的实施例的无线通信方法的流程图。
参照图7和图8，在操作S110中，点协调器产生包括关于MIMO竞争周期520的信息的管理帧，并向其无线网络内的站发送该管理帧。在操作S110中产生的管理帧可以包括信息元素，如包含关于最大CFP 540的信息的CFP参数组和以上参照图6所描述的MIMO CP参数组。在操作S110中产生的管理帧最好但并非必须是符合IEEE 802.11标准的信标帧(图7的512)。
在操作S120中，每个站从点协调器接收在操作S110中产生的管理帧，并等待被点协调器轮询。在这些站中，MIMO站解释包含在从点协调器接收到的管理帧中的MIMO CP参数组，并仅使用CFP 510设置它们的网络分配矢量(NAV)值。然而，由于SISO站自己不能解释MIMO CP参数组，所以它们在设置它们的NAV值上花费的时间多于MIMO站。换言之，SISO站使用整个最大CFP 540设置它们的NAV值。这些站在设置它们的NAV值的同时，使用以上参照图1所描述的PCF方法以预定的次序获得信道。
在操作S130中，CFP 510结束，MIMO竞争周期520开始。具体地讲，当在CFP 510期间来自被点协调器最近轮询到的站的数据的传输完成时，MIMO站互相竞争信道。例如，当CFP 510之后的分布式帧间间隔(DIFS)周期结束时，给每个MIMO站设置具有预定大小的竞争窗口。将具有通过退避算法所选中的相同概率的随机时隙(即退避时间)分别分配给参加信道竞争的MIMO站。
具有最小退避时间的MIMO站先于其余MIMO站获得信道并使用该信道发送帧。同样地，其余的MIMO站以通过退避算法而确定的次序获得信道。可以使用以上参照如图2所描述的DCF方法来确定MIMO站获得信道的次序。
然而，由于SISO站自己不能解释包含在从点协调器发送的管理帧中的MIMO CP参数组，所以，即使在MIMO竞争周期期间，它们也只能当被点协调器轮询到时，才获得信道。
MIMO竞争周期520和最大的CFP 540一起结束。例如，当点协调器发送一个符合IEEE 802.11标准的CFP结束帧时，包括竞争周期520的最大CFP540结束，并且在操作S140中，竞争周期530开始。在竞争周期530期间，SISO站竞争信道。可以使用以上参照图2所描述的退避算法执行这种基于竞争的信道获得方法。在竞争周期530期间，MIMO站和SISO站共同参加信道的竞争。
尽管本发明是参照附图，结合其优选的实施例来充分描述的，但是本领域的技术人员应该注意，各种改变和修改是很明显的。那些改变和修改应该被理解为包括在所附权利要求限定的本发明的范围内，除非它们偏离了所附权利要求限定的本发明的范围。因此，所描述的实施例在所有方面应仅被认为是对该发明范围的说明而不是限制。
如上所述，根据本发明的实施例，可以防止在无线基础结构网络中从MIMO站发送的帧和基于IEEE 802.11a标准的站发送的帧的冲突。

Claims (24)

1、一种无线通信方法，包括：
点协调器产生包含关于在其间仅多输入多输出MIMO站互相竞争信道的MIMO竞争周期的信息的管理帧；和
发送该管理帧。
2、根据权利要求1的无线通信方法，其中，MIMO站使用一种退避算法来互相竞争信道。
3、根据权利要求1的无线通信方法，其中，管理帧是信标帧。
4、根据权利要求3的无线通信方法，其中，信标帧符合IEEE 802.11标准。
5、根据权利要求1的无线通信方法，其中，关于MIMO竞争周期的信息包括：元素ID字段，其指定关于MIMO竞争周期的信息的元素ID；MIMO竞争周期字段，其指定MIMO竞争周期的时宽；和长度字段，其指定MIMO竞争周期字段的大小。
6、根据权利要求5的无线通信方法，其中，管理帧还包括关于在其间单输入单输出SISO站无需互相竞争就能够获得信道的最大无竞争周期CFP的信息，并且其中，MIMO竞争周期包括在该最大CFP内。
7、根据权利要求6的无线通信方法，其中，MIMO竞争周期和最大CFP一起结束。
8、根据权利要求7的无线通信方法，还包括：
产生结束最大CFP的CFP结束帧；和
将该CFP结束帧发送到MIMO站。
9、一种无线通信方法，包括：
MIMO站接收包含关于在其间仅MIMO站互相竞争信道的MIMO竞争周期的信息的管理帧；和
允许MIMO站在该管理帧内指定的MIMO竞争周期期间互相竞争信道。
10、根据权利要求9的无线通信方法，其中，MIMO站使用一种退避算法互相竞争信道。
11、根据权利要求9的无线通信方法，其中，管理帧是信标帧。
12、根据权利要求11的无线通信方法，其中，信标帧符合IEEE 802.11标准。
13、根据权利要求9的无线通信方法，其中，关于MIMO竞争周期的信息包括：元素ID字段，其指定关于MIMO竞争周期的信息的元素ID；MIMO竞争周期字段，其指定MIMO竞争周期的时宽；和长度字段，其指定MIMO竞争周期字段的大小。
14、权利要求13的无线通信方法，其中，管理帧还包括关于在其间单输入单输出SISO站无需互相竞争就能够获得信道的最大无竞争周期CFP的信息，并且其中，MIMO竞争周期包括在该最大CFP内。
15、根据权利要求14的无线通信方法，其中，MIMO竞争周期和最大CFP一起结束。
16、根据权利要求15的无线通信方法，还包括：当MIMO竞争周期结束时，SISO站通过竞争来获得信道以发送SISO数据。
17、一种无线通信方法，包括：
允许点协调器给MIMO站设置一个MIMO竞争周期；
允许该点协调器产生并向其基本服务集内的站发送包含关于MIMO竞争周期的信息的管理帧；和
允许已从点协调器接收到管理帧的站通过参照包含在该管理帧中的关于MIMO竞争周期的信息来通信。
18、根据权利要求17的无线通信方法，其中，管理帧是信标帧。
19、根据权利要求18的无线通信方法，其中，MIMO站在设置的MIMO竞争周期内互相竞争来获得信道。
20、根据权利要求17的无线通信方法，其中，关于MIMO竞争周期的信息包括：元素ID字段，其指定关于MIMO竞争周期的信息的元素ID；MIMO竞争周期字段，其指定MIMO竞争周期的时宽；和长度字段，其指定MIMO竞争周期字段的大小。
21、根据权利要求20的无线通信方法，其中，MIMO竞争周期被设置为包括于在其间单输入单输出SISO站无需互相竞争就能够获得信道的最大无竞争周期CFP中。
22、根据权利要求21的无线通信方法，其中，MIMO竞争周期和最大CFP一起结束。
23、根据权利要求21的无线通信方法，其中，当点协调器发送CFP结束帧时，MIMO竞争周期和最大CFP结束。
24、权利要求23的无线通信方法还包括：通过允许已接收到CFP结束帧的SISO站和已接收到CFP结束帧的MIMO站互相竞争信道来发送SISO数据。
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