CN100508482C - 无线区域网路与电源管理的媒介存取控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种媒介存取控制方法，包含三个过程，分别为优先权处理过程、碰撞解析过程、及轮询过程。优先权处理过程是利用帧交换的方式来保证优先权高的移动站可以比优先权低的移动站先加入轮询名单。碰撞解析过程则利用树状分割演算法来使得通过优先权处理期间的移动站能在有限时间之内加入轮询名单。轮询过程则是让无线接入点执行排程演算法，使得轮询名单里头的移动站能依照向量串列轮询帧的指示依序传输资料。处于省电模态的移动站在检查向量串列轮询帧完毕之后，若发觉无法在轮询期间传送或接收任何帧的话，便可返回休眠状态。本发明可达成多重优先权支援、快速控制权预约、动态频宽分配、允入控制、与电源管理的功能。

Description

无线区域网路与电源管理的媒介存取控制方法

技术领域

本发明是关于一种媒介存取控制(medium access control，简写成MAC)方法，适用于无线区域网路，可提供服务品质保证与省电的功效。具体的来说，本发明的方法同时支援多重优先权、快速控制权预约、动态频宽分配、允入控制、与电源管理等功能。

背景技术

随着可携式电脑的普及与无线调变(modulation)技术的进步，愈来愈多的多媒体应用过程渴望无线区域网路(wireless local area networks)的通讯协定能够支援服务品质保证。无线区域网路的基本服务区(basicservice set)里头通常包含有一个无线接入点(accesspoint，一般翻译为无线接入点或无线桥接器)以及有限个数的移动站(mobile station，简称station，为具无线通讯功能的设备，例如：手机、PDA、笔记型电脑等)。移动站通常是使用电池作为电力来源，由于电池的电力有限，而且一般预估电池的技术很难在短期间有重大突破，因此省电(power saving)的技术也就变得很重要。

目前无线区域网路的国际标准IEEE 802.11定义了二种媒介存取控制机制，分别为分散式协调功能(dstribued coordination function，简写成DCF)和集中式协调功能(point coordination function，简写成PCF)。DCF牙1用载波感测多重撷取与碰撞预防(carrier-sense multipleaccess with collision avoidance，简写成CSMA/CA)的机制在竞争期间(contention period，简写成CP)提供非同步的资料传输。而PCF则是利用轮询(polling)机制在免竞争期间(contention-free period，简写成CFP)提供具有周期性传输需求的服务。PCF规定无线接入点必须担任集中式协调者(point coordinator)的角色，并决定目前正在轮询名单(pollinglist)里头的哪一个移动站拥有资料传输权。

虽然802.11尝试着利用PCF来提供服务品质保证，但是PCF具有下列缺点：(1)任何一个移动站如果想获得免竞争服务就必须在竞争期间送出联结(association)或再联结(reassociation)帧(frame)给无线接入点。因为DCF是采用竞争模式，所以无法保证移动站何时才能加入到轮询名单。(2)由于DCF并不支援优先权(priority)的功能，所以有可能优先权低的移动站会比优先权高的移动站先加入轮询名单。(3)802.11规定，在有无线接入点存在的无线区域网路里头，假如移动站A有资料要送给移动站B，则必须透过无线接入点转送才行(也就是移动站A—>无线接入点—>移动站B)。和移动站的间直接传送资料帧的方法相比，强制透过无线接入点将会增加频宽的消耗量。(4)在免竞争期间，每个被轮询到的移动站可传送任意大小的资料帧而不受任何限制(最大2304bytes；假如使用WEP加密，可达2312bytes)。由于免竞争期间的时间长度是有限的，如此一来，将有可能影响到轮询名单里头其他移动站的资料传输时间。(5)由于PCF并不执行任何允入控制(admission control)，这意味着轮询名单的大小将不受任何约束。假如轮询名单很大，将会有很多移动站在免竞争期间阶段持续醒着等待接收资料或轮询。如果移动站在整个免竞争期间都没有被轮询到的话，就会白白醒来，无端浪费一大堆电源。(6)若移动站欲离开轮询名单，则必须在竞争期间发出再联结帧来告知无线接入点。假如移动站无法在竞争期间送出再联结帧，那么一旦被无线接入点轮询时，就必须回应Null帧，这些Null帧都会导致频宽的浪费。

最近802.11e标准制订委员会提出混合式协调功能(hybridcoordination function，简写成HCF)草案，主要定在竞争期间添加支援服务品质保证的新功能。HCF里头包含二个媒介存取机制，分别为增强分散式频道存取机制(enhanced distributed channel access，简写成EDCA)和混合控制式频道存取机制(HCF controlled channel access，简写成HCCA)。传统的802.11制订了三种帧间隙时间(inter-frame space，简写成IFS)，分别为SIFS(short IFS)、PIFS(PCF IFS)、DIFS(DCF IFS)，其中SIFS<PIFS<DIFS。为了要支援多重优先权，EDCA制订了一种新的帧间隙时间，称为AIFS(arbitration IFS)。但是AIFS比传统802.11的DIFS还大，这意味著现存的DCF移动站有可能比EDCA的移动站先抢到媒介传输权。此外，EDCA草案还规定：优先权高的移动站的CWmin比优先权低的移动站的CWmin还小，并且优先权高的移动站的CWmax也比优先权低的移动站的CWmax还小；其中CW表示竞争视窗，CWmin表示最小竞争视窗，CWmax表示最大竞争视窗。很不幸的，EDCA的方法可能遭逢优先权逆转(priority reversal)的问题。也就是说：在802.11e里头，优先权低的移动站有可能比优先权高的移动站抢先获得资料传输权。这个优先权逆转的问题相当严重，有可能导致无线区域网路的使用者不愿意花钱购买优先权较高的服务。因此，如何改善现行无线区域网路的国际标准802.11和802.11e，并保有相容性，是为本案的主要目的。

发明内容

本发明主要目的是在提供一种适用于无线区域网路的媒介存取控制方法，其兼具服务品质保证与省电的功效，并具有多重优先权、快速控制权预约、动态频宽分配、允入控制、与电源管理的功能。

本发明一种媒介存取控制方法，其特征在于，该方法适用于无线区域网的基本服务区，所述基本服务区包含有一个无线接入点及多个移动站，其中移动站处在待命模态或省电模态，移动站的资料帧或资料流依其特性而有不同的优先权，该方法是适用于免竞争期间，且包含下列过程：

注册过程，是由该无线接入点由较高的优先权开始到较低的优先权，将个数大于或等于零个的“欲注册移动站”加入到该无线接入点的轮询名单，其中该注册过程所执行的期间称之为注册期间，该注册过程还包含一优先权处理过程及一碰撞解析过程；在注册期间，若无线接入点发觉免竞争期间所剩余的时间不足，亦即若继续执行注册过程，将无法保障已经在轮询名单之内的成员的基本传输时间，则开始执行轮询过程；在执行优先权处理过程的过程中，若无线接入点已经询问过最低优先权的欲注册移动站，则开始执行轮询过程；在执行优先权处理过程的过程中，若无线接入点发觉有碰撞事件产生，则开始执行碰撞解析过程，其中碰撞解析过程是以帧交换的方式将个数大于或等于零个的欲注册移动站加入到轮询名单；以及

轮询过程，是由该基本服务区里头所有被轮询的移动站依照无线接入点所公告的传输次序及传输时间依序进行资料传输；

其中，轮询过程所执行的期间称之为轮询期间。

其中该优先权处理过程的步骤包括：

(a)从较高优先权到较低优先权的顺序，由无线接入点对该基本服务区广播优先权询问帧，该优先权询问帧至少包含一优先权数值或者优先权数值的可能范围；以及

(b)若欲注册移动站想要传输的资料帧或资料流的优先权等于优先权询问帧所记载的优先权数值或者落在优先权询问帧所记载的优先权数值的可能范围之内，则该欲注册移动站回传一优先权回应帧至该无线接入点，该优先权回应帧至少包含该欲注册移动站的识别码，其中识别码是移动站的MAC地址或者联结识别码或者其他供识别的编码。

其中该无线接入点根据欲注册移动站回复优先权回应帧的结果执行下列其中一步骤：

(c)若没有移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为IDLE事件，则无线接入点降低优先权数值或者降低优先权数值的可能范围，接着步骤(a)；

(d)若只有一个欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为SINGLE事件，则无线接入点将该移动站加入到轮询名单，接着无线接入点降低优先权数值或者降低优先权数值的可能范围，并接着执行步骤(a)；

(e)若有二个或二个以上的欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为COLLISION事件，则无线接入点开始执行碰撞解析过程。

其中该碰撞解析过程是以树状分割演算法找出在优先权处理过程中造成COLLISION事件的欲注册移动站，该碰撞解析过程的步骤包括：

注册询问步骤，是由无线接入点对该基本服务区广播注册询问帧，该注册询问帧至少包含识别码的可能值范围；以及

注册回应步骤，是要求基本服务区里头的欲注册移动站至少要其识别码落在注册询问帧所公告的识别码的可能值范围之内才回传一注册回应帧至该无线接入点，该注册回应帧至少包含该欲注册移动站的识别码；

当中，若有二个或二个以上的欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为COLLISION事件。

其中在注册期间，欲注册移动站跟无线接入点提出在轮询期间所需的保障传输时间，用符号gTXOP来表示，以及一旦顺利加入轮询名单之后在当次轮询期间所渴望的传输时间，用符号dTXOP来表示；如果欲注册移动站顺利加入轮询名单，那么往后每次被轮询的时候都在传送资料的同时顺带提出在下一次轮询期间所需的dTXOP。

其中在注册期间，该无线接入点每隔一些时间公告免竞争期间的剩余时间，若欲注册移动站的传输时间需求大于剩余时间，就必须调整传输时间需求或者放弃参与注册过程，等待下一次的免竞争期间。

其中该轮询过程包括：

被轮询移动站传输时间与次序安排步骤，是由无线接入点安排每一个被轮询移动站在轮询期间的传输次序与传输时间，并将安排结果记载在向量串列轮询帧；以及

轮询帧广播步骤，是由无线接入点对该基本服务区广播向量串列轮询帧，其中该向量串列轮询帧至少包含有被轮询移动站的识别码、所述被轮询移动站的目的地是移动站或者无线接入点识别码，以及被轮询移动站的使用的传输时间；以及

资料传输步骤，是由每一个被轮询的移动站依照该向量串列轮询帧的指示依序进行资料传输。

其中该基本服务区里头的省电移动站在免竞争期间的一开始醒来，并保持在清醒状态等待接收无线接入点所发出的向量串列轮询帧；若所述省电移动站在检验向量串列轮询帧之后发觉自己无法在轮询期间传送或接收任何帧的话，便返回休眠状态，以达成省电效果。

其中该资料传输步骤还包括错误判定步骤，是当该无线接入点感测到一被轮询的移动站未进行资料传输时，便重新发出一向量串列轮询帧；多个未进行资料传输的移动站便依照该向量串列轮询帧的指示进行资料传输。

其中被轮询移动站传输时间与次序安排步骤是由无线接入点至少根据被轮询移动站所提出的dTXOP和gTXOP来分配被轮询移动站在轮询期间的传输时间；

当中，gTXOP是指欲注册移动站跟无线接入点提出在轮询期间所需的保障传输时间，dTXOP是指一旦顺利加入轮询名单之后在每次轮询期间所可望的传输时间。

其中被轮询移动站传输时间与次序安排步骤是由无线接入点在向量串列轮询帧里头安排被轮询移动站的传输次序，该次序是根据被轮询移动站或者被轮询的省电移动站在轮询期间所需传送和接收资料的总时间长短，由短至长依序排列。

其中在该资料传输步骤中，若被轮询的移动站欲离开轮询名单，在传输资料之时顺带告知无线接入点。

其中在该错误判定步骤中，当被轮询的移动站在轮询期间未进行资料传输的事件发生多次，超过一设定值时，则无线接入点将该未进行资料传输的被轮询移动站从该轮询名单中删除。

本发明适用于无线区域网路的基本服务区(basic service set)。一个基本服务区里头包含有一个无线接入点(access point)及多个的移动站(mobile station，简称station，为具无线通讯功能的设备，例如：手机、PDA、笔记型电脑等)。每个移动站可以处在待命模态(active mode)或省电模态(power saving mode)。处在省电模态的移动站称的为省电移动站。省电移动站可由进入休眠状态(doze state)来节省电源的消耗。每一个移动站只能和一个无线接入点做联结(association)或和另一个无线接入点做再联结(reassociation)，成为基本服务区里头的一个成员。一旦联结或再联结成功，无线接入点会给该移动站一个联结识别码(associationID，简写成AID)。AID是一个整数，用来区别基本服务区里头不同的移动站成员。

本发明的媒介存取机制定架构在802.11的分散式协调功能(distributed coordination function，简写成DCF)之上，并确保能够和DCF共存在同一个基本服务区里头。在基本服务区里头，无线接入点负责免竞争期间及竞争期间的交替。整个免竞争期间和竞争期间合起来称为超级帧(super frame)。

本发明是适用于免竞争期间。在免竞争期间一开始的时刻(又称为target beacon transmission time，简称TBTT)，省电移动站可以醒来等待接收向量串列轮询(vector-list poll，简写成V-POLL)帧；在此同时，无线接入点也必须持续监控整个网路，一旦媒介闲置时间达PIFS，便发出信标(beacon)帧来掌控整个媒介的控制权。信标帧里头会记载着免竞争期间的最大值(CFPMaxDuration)。

每个移动站在免竞争期间，除非被无线接入点轮询到，否则不能传送任何帧。

本发明将免竞争期间分为三个部分，分别为优先权处理期间(prioritization period)，碰撞解析期间(collision resolutionperiod)，和轮询期间(polling period)。前面的两个期间(优先权处理期间和碰撞解析期间)合起来又称为注册期间(registration period)。

本发明在优先权处理期间会执行优先权处理过程(prioritizationprocedure)，在碰撞解析期间会执行碰撞解析过程(collision resolutionprocedure)，在轮询期间会执行轮询过程(polling procedure)。优先权处理过程和碰撞解析过程合起来又称为注册过程(registrationprocedure)。

本发明在优先权处理期间，无线接入点会执行一连串的帧交换(handshake)来确保优先权高的移动站能比优先权低的移动站先加入轮询名单。

本发明在碰撞解析期间，无线接入点会执行一连串的帧交换来使得通过优先权处理期间的移动站能够在有限时间之内加入轮询名单。

本发明在轮询期间的一开始，无线接入点会发出一个向量串列轮询帧(V-POLL frame)，用来让轮询名单之内的移动站能按向量串列轮询帧的指示依序传送资料。一旦收到向量串列轮询帧，省电移动站立刻检查一下，如果发觉自己的AID不在向量串列轮询帧里头，便可返回休眠状态，以达到省电的效果。在轮询期间结束之后，无线接入点会发出免竞争期间结束(CF-End)帧来结束免竞争期间。

由于免竞争期间的时间长度是有限的(最大不得超过CFPMaxDuration)，如果注册过程执行地太久，将有可能影响到轮询名单里头成员的基本传输时间保障。因此本发明将允入控制(admissioncontrol)和注册过程结合，使得无线接入点可以在适当时机结束注册过程。

资料帧或资料流(flow)通常依其特性会有不同的优先权，例如：语音(voice)资料流通常比影片(video)资料流有更高的优先权。在本发明里头，我们将优先权等级(priority level)分为H+1个，从0到H，数字愈大，表示优先权愈高。如果一个移动站还没有加入轮询名单，而且有优先权等级为h>0的资料帧或资料流需要传送，才可以参与注册过程，我们称这样的移动站为“欲注册移动站(active station)”。在无线接入点发出信标帧之后，等待SIPS，便发出优先权询问(priority enquiry，简写为PE)帧来调查一下有没有优先权等级为H的欲注册移动站想加入轮询名单。若有欲注册移动站想加入轮询名单，且优先权等级为H，那么就必须在SIFS之后回复优先权回应(priority response，简写为RR)帧。根据欲注册移动站传送优先权回应帧的情况，无线接入点可以得到下列其中一项结果：(1)IDLE：这表示无线接入点没有收到任何优先权回应帧。(2)SINGLE：这表示无线接入点成功地收到一个优先权回应帧。这个优先权回应帧至少要包含传送者的AID及其目的地的MAC地址。这个传送者的AID会被加入到轮询名单里头。(3)COLLISION：如果PE/PR帧交换的结果既不是IDLE也不是SINGLE，那无线接入点就将此结果视为COLLISION。

假如PE/PR帧交换的结果为IDLE，那么无线接入点在等待一个PIFS媒介空闲时间之后，便继续调查是否有优先权等级为H-1的欲注册移动站想加入轮询名单。假如PE/PR帧交换的结果为SINGLE，那么无线接入点在等待一个SIFS媒介闲置时间之后，便继续调查是否有优先权等级为H-1的移动站想加入轮询名单。像这样的优先权调查步骤会一直执行下去，直到下列其中一种事件发生：(1)PE/PR帧交换的结果为COLLISION。(2)无线接入点已经询问过最低优先权的欲注册移动站。(3)允入测试的结果不成立(亦即免竞争期间所剩余的时间不足时；也就是说，若继续执行注册过程，将无法保障已经在轮询名单内的成员的基本传输时间)。如果是第(2)种或是第(3)种情况，无线接入点会开始执行轮询过程。如果定第(1)种情况，那么无线接入点将无法得知究竟是哪些欲注册移动站传送优先权回应帧进而导致COLLISION事件的发生。于是无线接入点就会发出注册询问(registration enquiry，简写为RE)帧来宣告进入碰撞解析期间，并开始执行碰撞解析过程。

一旦优先权处理期间最后是以COLLISION的情况结束，并且发生在优先权等级为h的情况，那么无线接入点就会执行碰撞解析过程来找出造成COLLISION的欲注册移动站。本发明所采用的碰撞解析方法称为“树状分割演算法”。以图6为例，假设基本服务区里头共有16个移动站，它们的AID分别为0-15。碰撞解析期间的一开始，无线接入点发出注册询问帧来要求优先权等级为h而且AID落在Address Pattern为{***1}范围的欲注册移动站回复注册回应(registration response，简写为RR)帧，其中{***1}为一个二进位集合，包含{0001，0011，0101，0111，1001，1011，1101，1111}，其中“*”可以是0或1。如果此时刚好只有AID为13(13的二进位表示法为1101)的移动站发出注册回应帧的话，那么移动站13便会被加到轮询名单里头。无线接入点接着发出注册询问帧来询问Address Pattern为{***0}范围的欲注册移动站。如果此时有二个或二个以上的欲注册移动站回复注册回应帧，变会发生COLLISION事件。无线接入点会把Address Pattern的范围减半，改为{**00}。参照图6，此时无线接入点会侦测到IDLE的事件。但是无线接入点可以不须要接着探测{**10}，因为一定会发生碰撞的。按图6所显示的树状分割演算法示意图持续探测下去，无线接入点便可在有限时间之内找出当初造成COLLISION的欲注册移动站。从图6我们可知：在时间点T731、T732、T733，移动站13、10、6分别顺利地加入轮询名单里头。

在本发明里头，一旦碰撞解析过程结束，无线接入点就会发出向量串列轮询帧来宣告进入轮询期间。向量串列轮询帧里头至少包含一个串列的向量，每个向量对应到轮询名单里头的一个资料流，其内容至少包含：(1)被轮询移动站的AID、(2)这个被轮询移动站的目的地(receiver’sAID)、以及(3)被轮询的移动站所可以使用的传输时间(transmissionopportunity，简写为TXOP)。

在本发明里头，如果一省电移动站在检验向量串列轮询帧之后，发觉自己的AID不在向量串列轮询帧里头的话，便可返回睡眠状态。另一方面，所有被轮询的移动站在轮询期间都必须仔细聆听网路的情况，并按照向量串列轮询帧所指示的次序来依序传送资料。

为了节省电源，无线接入点必须设法安排轮询期间被轮询的移动站的传输次序(order)，以便让移动站花在清醒状态(active state)的时间能够愈少愈好。在本发明里头，如果某个移动站所需的传输和接收总时间愈小，无线接入点便应尽可能的先轮询那个移动站。

本发明支援多媒体资料的传输。多媒体的资料流通常可分为两类：定速资料流(constant bit rate，简写成CBR)和变速资料流(variable bitrate，简写成VBR)。传输变速资料流的移动站在每个免竞争期间所渴望的传输时间(demanded TXOP，用符号dTXOP来表示)可能会不一样。为了确保能够获得传输时间的保障，移动站必须在注册过程中跟无线接入点提出要求保障的传输时间(guaranteed TXOP，用符号gTXOP来表示)。

在本发明里头，移动站向无线接入点提出自己所需的dTXOP和gTXOP的方法如下：移动站必须在注册期间提出自己所需的gTXOP以及一旦顺利加入轮询名单之后在当次轮询期间所需的dTXOP。如果移动站顺利加入轮询名单，那么往后每次被轮询的时候都必须在传送资料的同时顺带提出(piggYback)在下一个轮询期间所需的dTXOP。

在本发明里头，一旦移动站顺利加入轮询名单，无线接入点会根据所有进入轮询名单的移动站所宣告的dTXOP和gTXOP来分配每一个被轮询移动站在轮询期间的传输时间(TXOP)。在本发明里头，无线接入点会在发出向量串列轮询帧的前先计算免竞争期间所剩余的频道时间(channeltime)，并保证每个轮询名单里头的成员(例如AID为Ai的移动站)可以至少获得基本传输时间min{dTXOP-Ai，gTXOP-Ai}，其中dTXOP Ai表示AID为Ai的移动站所需的dTXOP，gTXOP-Ai表示移动站Ai所宣告的gTXOP，并且min{dTXOP-Ai，gTXOP-Ai}表示dTXOP Ai和gTXOP-Ai的最小值。若还有剩余的频道时间，无线接入点才会将这些多余的频道时间分配给有超额需求的轮询名单成员(也是就是dTXOP大于gTXOP的轮询名单成员)。

由于免竞争期间的时间长度是有限的(最大不得超过CFPMaxDuration)，为了保障轮询名单成员在轮询期间的基本传输时间(min{dTXOP-Ai，gTXOP-Ai})，注册过程不可执行太久。无线接入点必须掌控整个注册过程，不可以为了要让新的欲注册移动站加入，而导致轮询名单成员的基本传输时间保障受损。传统的允入控制(admission control)是由移动站发出帧来跟无线接入点提出传输时间需求，如果无线接入点发觉剩余的频宽资源不够，便会回应拒绝帧。我们认为：最终会导致失败的帧交换根本走在浪费宝贵的无线频宽。本发明采用先进的作法，将允入控制和注册过程结合；也就是说，无线接入点会在优先权询问帧或注册询问帧里头公告目前免竞争期间的剩余时间(以符号RACT来表示)，如果欲注册移动站想加入轮询名单，就必须自己做允入测试。当欲注册移动站的基本传输时间需求小于或等于RACT时才可以发出优先权回应帧或注册回应帧。如果欲注册移动站的基本传输时间需求大于RACT，就必须调整所需的基本传输时间需求或者放弃参与注册过程，等待下一次的免竞争期间。

综合上述所说，我们可得知：和已知的方法(无线区域网路的国际标准802.11与802.11e)相比，本发明具有下列优点：

(1)本发明采用帧交换的技术来支援多重优先权，并保证优先权高的移动站可以比优先权低的移动站先加入轮询名单。这是国际标准802.11与802.11e所做不到的。

(2)本发明采用树状分割演算法来达成即时传输控制权预约的功效，可保证通过优先权处理期间的欲注册移动站可以在有限时间之内加入轮询名单。这是国际标准802.11与802.11e所做不到的。

(3)在本发明里头，无线接入点会根据移动站所宣告的dTXOP和gTXOP来分配轮询期间移动站的传输时间(TXOP)，使得在轮询名单里头每个成员的频宽需求可以尽可能地被满足。

(4)因为免竞争期间的时间长度是有限的，因此在本’发明里头，我们将允入控制和注册过程结合，使得无线接入点可以节约无线频宽的使用，又可允入最多的新成员，还保障轮询名单里头成员的基本传输时间需求。

(5)本发明利用下列三种方式达成省电的效果：(a)和竞争式的MAC协定(例如：802.11的DCF或802.11e的EDCA)相比，本发明利用轮询和预约的机制来减少碰撞与重传的机会，由此减少不必要的电源消耗。(b)在本发明里头，一旦省电移动站检验向量串列轮询帧之后发觉自己在轮询期间无法传送或接收任何帧，便可进入睡眠状态，以达到省电的效果。(c)最后，本发明使用排程技术，使得在轮询期间必须醒着的省电移动站可以尽快完成传送或接收，返回睡眠状态。

(6)由于本发明和竞争期间的任何媒介存取机制独立，因此本发明可以同时和国际标准IEEE 802.11的DCF以及802.11e的HCF相容。

由于本发明的方法新颖，能支援无线行动装置的多媒体传输，可保障通讯的服务品质，并达成省电的功效，故依法申请发明专利。

附图说明

为了使审查员能进一步了解本发明的结构、特征、和其目的，以下结合较佳具体实施例，并配合附图，做详细的说明如下，其中：

图1是本发明一较佳实施例的无线区域网路架构图。

图2是本发明一较佳实施例的超级帧结构与省电移动站在清醒状态与休眠状态之间切换的时刻图。

图3是本发明一较佳实施例的过程图。

图4是本发明一较佳实施例的优先权处理过程执行范例图。

图5是本发明一较佳实施例的优先权处理过程流程图。

图6是本发明一较佳实施例的树状分割演算法示意图。

图7是本发明一较佳实施例的碰撞解析过程执行范例图。

图8是本发明一较佳实施例的轮询过程流程图。

图9是本发明一较佳实施例的轮询过程执行范例图。

图10是本发明一较佳实施例的控制帧格式图。

具体实施方式

图1是本发明一较佳实施例的无线区域网路架构图，其中无线区域网路100包含多个基本服务区106、107。一个基本服务区106里头包含一无线接入点102和个数有限的移动站101(mobile station，简称station，为具无线通讯功能的设备，例如：手机103、PDA105、笔记型电脑104等)。每个移动站可以处在待命模态(active mode)或省电模态(power savingmode)。处在省电模态的移动站称之为省电移动站。省电移动站可由进入休眠状态(doze state)来节省电源的消耗。每一个移动站只能和一个无线接入点做联结(association)或和另一个无线接入点做再联结(reassociation)，成为基本服务区里头的一个成员。一旦联结或再联结成功，无线接入点会给该移动站一个联结识别码(association ID，简写成AID)。AID是一个整数，用来区别基本服务区里头不同的移动站成员。另一方面，资料帧或资料流(flow)通常依其特性会有不同的优先权，例如：手机103所传送的语音(voice)资料流通常比笔记型电脑104所传送的影片(vide。)资料流有更高的优先权。

本发明的媒介存取控制方法足架构在802.11的DCF之上，用以提供具优先权和参数化的服务品质保证，并确保能够和DCF共存在同一个基本服务区里头。请参照图2，在一个基本服务区里头，无线接入点负责免竞争期间209和竞争期间的交替。整个免竞争期间和竞争期间合起来称为一个超级帧(superframe)。图2是本发明一较佳实施例的超级帧结构与省电移动站在清醒状态与休眠状态的间切换的时刻图。本发明的媒介存取控制方法是用于免竞争期间。

请再参照图2，在免竞争期间一开始的时刻201(TBTT)，省电移动站可以醒来，并保持在清醒状态211(active state)等待接收向量串列轮询帧206；在此同时，无线接入点也必须持续监控整个网路，一旦媒介闲置时间达PIPS，便发出信标帧202来掌控整个媒介的控制权。信标帧里头会记载着免竞争期间的最大值210(CFPMaxDuration)。每个移动站在免竞争期间，除非被无线接入点轮询到，否则不能传送任何帧。本发明将整个免竞争期间分为三个部分，分别为优先权处理期间203，碰撞解析期间204，和轮询期间207。前面的两个期间(优先权处理期间203和碰撞解析期间204)合起来又称为注册期间205。

请参照图2和图3，本发明在优先权处理期间会执行优先权处理过程P301，在碰撞解析期间会执行碰撞解析过程P302，在轮询期间会执行轮询过程P303。优先权处理过程和碰撞解析过程合起来又称为注册过程。在优先权处理期间203，无线接入点会执行一连串的帧交换来确保优先权高的移动站能比优先权低的移动站先加入轮询名单。在碰撞解析期间204，无线接入点会执行一连串的帧交换来使得通过优先权处理期间的移动站能够在有限时间之内加入轮询名单。在轮询期间的一开始，无线接入点会发出一个向量串列轮询帧206，用来让轮询名单之内的移动站能按向量串列轮询帧的指示依序发送资料。一旦收到向量串列轮询帧206，省电移动站立刻检查一下，如果发觉自己的AID不在向量串列轮询帧206里头的话，便可返回休眠状态212，以达到省电的效果。在轮询期间结束后，无线接入点会发出免竞争期间结束(CF-End)帧208来结束免竞争期间。

请参照图4和图5，图4是本发明一较佳实施例的优先权处理过程执行范例图，图5是本发明一较佳实施例的优先权处理过程流程图。在本发明里头，我们将优先权等级(priority level)分为H+1个，从0到H。数字愈大，表示优先权愈高。图4假设H＝3，且假设整个基本服务区里头只有16个移动站，它们的AID分别为0-15。假设移动站4、6、10、13为欲注册移动站，而移动站4想传送优先权为2的资料流，移动站6、10、13想传送优先权为1的资料流。在无线接入点发出信标帧后，等待SIFS，便(S503)发出优先权询问帧401来调查一下有没有优先权等级为3的欲注册移动站想加入轮询名单。如果没有移动站回应任何帧，等待PIFS410之后，(S507)无线接入点接着调查是否有优先权等级为2的欲注册移动站。(S504)假设只有station4发出优先权回应帧403，(参照图10)这个优先权回应帧里头至少包含传送者的AID X00及其目的地的MAC address X01。一旦无线接入点收到这个优先权回应帧403，(S506)那么移动站4的AID便会被加入轮询名单里头。(S507)接着无线接入点会继续调查优先权等级为1的情况。(S504)如果此时欲注册移动站6、10、13同时回应优先权回应帧405、406、407，那么无线接入点将会侦测到COLLISION事件。(P302)于是无线接入点变会发出注册询问帧408来宣告进入碰撞解析期间。

在碰撞解析期间，无线接入点将会执行碰撞解析过程。请参照图6和图7，图6是本发明一较佳实施例的树状分割演算法示意图，图7是本发明一较佳实施例的碰撞解析过程执行范例图。从图4，我们可发现优先权期间最后是以“COLLISION事件”的情况收场，并且发生在优先权等级为1的情况，那么无线接入点就会执行碰撞解析过程P302来找出造成COLLISION事件的欲注册移动站(即移动站6、10、13)。本发明的碰撞解析过程乃是使用树状分割演算法，(S610)一开始无线接入点先发出注册询问帧701来要求优先权等级为1而且AID落在Address Pattern＝{***1}范围的欲注册移动站回复注册回应帧，该{***1}为一个二进位集合，包含{0001，0011，0101，0111，1001，1011，1101，1111}，其中“*”可以是0或1。(E601)如果此时刚好只有移动站13(13的二进位为1101)回应注册回应帧702的话，那么移动站13便会被加到轮询名单里头，(参照图10)这个注册回应帧里头包含传送者的AID X00及其目的地的MAC addressX01。(S611)无线接入点接着询问范围为{***0}的欲注册移动站。(E602)如果发生COLLISION事件，(S612)无线接入点会把Address Pattern的范围减半，改为{**00}。(E603)此时无线接入点会侦测到IDLE的事件。(S613)但是无线接入点不须要接着探测{**10}，因为一定会发生碰撞的。无线接入点在等待PIPS 707之后，(S614、S615)按图6所显示的树状图方法继续探测下去，最后便可找出当初造成COLLISION的欲注册移动站。从图7我们可知，在时间点T731、T732、T733，移动站13、10、6分别顺利地加入轮询名单里头。

多媒体的资料流通常可分为定速资料流(constant bitrate)和变速资料流(variable bit rate)。传输变速资料流的移动站在每个轮询期间所渴望的传输时间(demanded TXOP，用符号dTXOP来表示)可能会不一样。为了确保移动站在加入轮询名单之后能够获得传输时间的保障，移动站必须在注册过程中跟无线接入点提出在轮询期间的保障传输时间(guaranteed TXOP，用符号gTXOP来表示)。

请参照图10，在本发明里头，欲注册移动站可利用优先权回应帧及注册回应帧提出自己所需的gTXOPX03以及一旦顺利加入轮询名单之后在当次轮询期间所需的dTXOP X02。如果移动站顺利加入轮询名单，那么往后每次被轮询的时候都可以在传送资料帧里头X07顺带提出(piggyback)在下一个免竞争期间所需的dTXOP。

一旦碰撞解析期间结束，无线接入点将会执行轮询过程P303。请参照图8和图9，图8是本发明一较佳实施例的轮询过程流程图，图9是本发明一较佳实施例的轮询过程执行范例图。假设移动站4、13、10、6在注册期间分别宣告(dTXOP-4＝200us，gTXOP-4＝200us)、(dTXOP-13＝1100，gTXOP-13＝700)、(dTXOP-10＝600，gTXOP-10＝400)、(dTXOP-6＝600，gTXOP-6＝900)，其中dTXOP Ai表示AID为Ai的移动站所需的dTXOP，gTXOP-Ai表示移动站Ai所宣告的gTXOP，us表示10的负6次方秒。在轮询过程的一开始，无线接入点会执行被轮询移动站传输时间与次序安排步骤(S801)。在这个步骤里头，无线接入点首先根据所有被轮询移动站所提出的dTXOP及gTXOP来分配每一个被轮询移动站的传输时间。无线接入点会在发出向量串列轮询帧911之前，先计算轮询期间所剩余的频道时间(参考图9(a)的部分，此时剩余的时间为2280us)，扣除V-POLL帧(假设需时30us)和SIFS(假设需时10us)，此时无线接入点共可掌握2200us。无线接入点需保证轮询名单里头的每一个成员(例如AID为Ai的移动站)都可获得基本传输时间min{dTXOP-Ai，gTXOP-Ai}。若还有剩余时间(在这个例子中，还有剩余300us)，无线接入点可依据“按超额需求比例均分的方式”来分配传输时间(TXOP)给每一个有超额需求的被轮询移动站。因此，移动站10可获得

$400+(2200-200-700-400-600)\&times;\frac{(600-400)}{(600-400)+(1100-700)}=500\mathrm{us}$

的传输时间，移动站13可获得

$700+300\&times;\frac{400}{400+200}=900\mathrm{us}$

的传输时间。

为了节省电源，无线接入点必须设法安排轮询期间被轮询的移动站的传输次序(order)，以便让移动站花在清醒状态(active state)的时间能够愈少愈好。因此，在被轮询移动站传输时间与次序安排步骤(S801)里头，无线接入点会根据被轮询移动站在轮询期间所需传送和接收资料的总时间长短，由短至长的次序安排被轮询移动站的传输次序。从图9我们可知移动站4、13、10、6在轮询期间的传输时间分别为200us、900us、500us、600us。因此无线接入点安排被轮询移动站的传输次序912依序为：移动站4—>移动站10—>移动站6—>移动站13。

请参照图8和图9，一旦被轮询移动站传输时间与次序安排步骤(S801)执行完毕，无线接入点接着执行轮询帧广播步骤(S802)。无线接入点透过向量串列轮询帧911公告被轮询移动站传输时间与次序安排步骤(S801)的执行结果912。请参照图10，该向量串列轮询帧里头至少包含一个串列的向量，每个向量X09对应到轮询名单里头的一个资料流，其内容至少包含：(1)被轮询移动站的AID X04、(2)这个被轮询移动站的目的地(receiver’s AID)X05、以及(3)被轮询的移动站所可以使用的传输时间(TXOP)X06。所有被轮询的移动站在轮询期间都必须仔细聆听网路的情况，(S803)并按照向量串列轮询帧所指示的次序来依序传送资料。因此，参照图9，移动站4在时间点T901可以返回休眠状态，移动站10在时间点T902可以返回休眠状态，移动站9在时间点T903可以返回休眠状态。至于其他移动站(移动站0、1、3、5、7、11、12、14、15)在检验向量串列轮询帧911之后，发觉自己的AID不在向量串列轮询帧里头的话，便可于时间点T900返回休眠状态。若被轮询的移动站欲离开轮询名单，(S803)可在轮询期间传输资料帧时，采用顺带告知(piggyback)的方法，于帧控制栏位X08里头设定more data的值为0，无线接入点便会将此移动站从轮询名单里头删除。

参照图8和图9，资料传输步骤中还包括错误判定步骤(S803)，当无线接入点感测到被轮询的移动站10未进行资料传输时，便重新发出一向量串列轮询帧92卜无线接入点可在此向量串列轮询帧921里头重新计算并公告未进行资料传输的移动站的传输时间与次序922。移动站6和13便照该向量串列轮询帧9216勺指示922进行资料传输923，924。若被轮询的移动站在轮询期间未进行资料传输的事件连续发生多次，比如超过3次，则无线接入点可将该未进行资料传输的被轮询移动站从轮询名单中删除。

最后，由于免竞争期间的时间长度定有限的(最大不得超过CFPMaxDuration)，(S501)如果注册过程执行地太久的话，有可能会影响到轮询名单里头成员的基本传输时间保障。因此本发明将允入控制和注册过程结合，使得无线接入点可以在适当时机结束注册过程。请参照图3、图4、图5和图7，(P301、P302)无线接入点可利用优先权询问帧401、402、404及注册询问帧701、703、706、708、710定期公告免竞争期间的剩余时间(以符号RACT表示)，若欲注册移动站Aj的的传输时间需求大于RACT，就必须调整dTXOP-Aj或gTXOP-Aj，亦或者放弃参与注册过程，等待下一次的免竞争期间。

本发明虽以一较佳实施例揭露如上，然而上述的实施例是仅为方便说明而举例，任何熟惜相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。例如，在优先权询问帧里头询问某个优先权数值的可能范围而非只询问某个特定优先权数值。因此本发明的保护范围当以申请专利范围所述为准。

Claims (13)

1.一种媒介存取控制方法，其特征在于，该方法适用于无线区域网的基本服务区，所述基本服务区包含有一个无线接入点及多个移动站，其中移动站处在待命模态或省电模态，移动站的资料帧或资料流依其特性而有不同的优先权，该方法是适用于免竞争期间，且包含下列过程：

注册过程，是由该无线接入点由较高的优先权开始到较低的优先权，将个数大于或等于零个的“欲注册移动站”加入到该无线接入点的轮询名单，其中该注册过程所执行的期间称之为注册期间，该注册过程还包含一优先权处理过程及一碰撞解析过程：在注册期间，若无线接入点发觉免竞争期间所剩余的时间不足，亦即若继续执行注册过程，将无法保障已经在轮询名单之内的成员的基本传输时间，则开始执行轮询过程；在执行优先权处理过程的过程中，若无线接入点已经询问过最低优先权的欲注册移动站，则开始执行轮询过程；在执行优先权处理过程的过程中，若无线接入点发觉有碰撞事件产生，则开始执行碰撞解析过程，其中碰撞解析过程是以帧交换的方式将个数大于或等于零个的欲注册移动站加入到轮询名单；以及

轮询过程，是由该基本服务区里头所有被轮询的移动站依照无线接入点所公告的传输次序及传输时间依序进行资料传输；

其中，轮询过程所执行的期间称之为轮询期间。

2.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该优先权处理过程的步骤包括：

(a)从较高优先权到较低优先权的顺序，由无线接入点对该基本服务区广播优先权询问帧，该优先权询问帧至少包含一优先权数值或者优先权数值的可能范围；以及

(b)若欲注册移动站想要传输的资料帧或资料流的优先权等于优先权询问帧所记载的优先权数值或者落在优先权询问帧所记载的优先权数值的可能范围之内，则该欲注册移动站回传一优先权回应帧至该无线接入点，该优先权回应帧至少包含该欲注册移动站的识别码，其中识别码是移动站的MAC地址或者联结识别码或者其他供识别的编码。

3.如权利要求2所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该无线接入点根据欲注册移动站回复优先权回应帧的结果执行下列其中一步骤：

(c)若没有移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为IDLE事件，则无线接入点降低优先权数值或者降低优先权数值的可能范围，接着步骤(a)；

(d)若只有一个欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为SINGLE事件，则无线接入点将该移动站加入到轮询名单，接着无线接入点降低优先权数值或者降低优先权数值的可能范围，并接着执行步骤(a)；

(e)若有二个或二个以上的欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为COLLISION事件，则无线接入点开始执行碰撞解析过程。

4.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该碰撞解析过程是以树状分割演算法找出在优先权处理过程中造成COLLISION事件的欲注册移动站，该碰撞解析过程的步骤包括：

注册询问步骤，是由无线接入点对该基本服务区广播注册询问帧，该注册询问帧至少包含识别码的可能值范围；以及

注册回应步骤，是要求基本服务区里头的欲注册移动站至少要其识别码落在注册询问帧所公告的识别码的可能值范围之内才回传一注册回应帧至该无线接入点，该注册回应帧至少包含该欲注册移动站的识别码；

当中，若有二个或二个以上的欲注册移动站发出优先权回应帧，无线接入点将此一情况视为COLLISION事件。

5.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中在注册期间，欲注册移动站跟无线接入点提出在轮询期间所需的保障传输时间，用符号gTXOP来表示，以及一旦顺利加入轮询名单之后在当次轮询期间所可望的传输时间，用符号dTXOP来表示；如果欲注册移动站顺利加入轮询名单，那么往后每次被轮询的时候都在传送资料的同时顺带提出在下一次轮询期间所需的dTXOP。

6.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中在注册期间，该无线接入点每隔一些时间公告免竞争期间的剩余时间，若欲注册移动站的传输时间需求大于剩余时间，就必须调整传输时间需求或者放弃参与注册过程，等待下一次的免竞争期间。

7.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该轮询过程包括：

被轮询移动站传输时间与次序安排步骤，是由无线接入点安排每一个被轮询移动站在轮询期间的传输次序与传输时间，并将安排结果记载在向量串列轮询帧；以及

轮询帧广播步骤，是由无线接入点对该基本服务区广播向量串列轮询帧，其中该向量串列轮询帧至少包含有被轮询移动站的识别码、所述被轮询移动站的目的地是移动站或者无线接入点的识别码，以及被轮询移动站的使用的传输时间；以及

资料传输步骤，是由每一个被轮询的移动站依照该向量串列轮询帧的指示依序进行资料传输。

8.如权利要求1所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该基本服务区里头的省电移动站在免竞争期间的一开始醒来，并保持在清醒状态等待接收无线接入点所发出的向量串列轮询帧；若所述省电移动站在检验向量串列轮询帧之后发觉自己无法在轮询期间传送或接收任何帧的话，便返回休眠状态，以达成省电效果。

9.如权利要求7所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中该资料传输步骤还包括错误判定步骤，是当该无线接入点感测到一被轮询的移动站未进行资料传输时，便重新发出一向量串列轮询帧；多个未进行资料传输的移动站便依照该向量串列轮询帧的指示进行资料传输。

10.如权利要求7所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中被轮询移动站传输时间与次序安排步骤是由无线接入点至少根据被轮询移动站所提出的dTXOP和gTXOP来分配被轮询移动站在轮询期间的传输时间；

当中，gTXOP是指欲注册移动站跟无线接入点提出在轮询期间所需的保障传输时间，dTXOP是指一旦顺利加入轮询名单之后在每次轮询期间所可望的传输时间。

11.如权利要求7所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中被轮询移动站传输时间与次序安排步骤是由无线接入点在向量串列轮询帧里头安排被轮询移动站的传输次序，该次序是根据被轮询移动站或者被轮询的省电移动站在轮询期间所需传送和接收资料的总时间长短，由短至长依序排列。

12.如权利要求7所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中在该资料传输步骤中，若被轮询的移动站欲离开轮询名单，在传输资料之时顺带告知无线接入点。

13.如权利要求9所述的媒介存取控制方法，其特征在于，其中在该错误判定步骤中，当被轮询的移动站在轮询期间未进行资料传输的事件发生多次，超过一设定值时，则无线接入点将该未进行资料传输的被轮询移动站从该轮询名单中删除。

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