CN100555927C - 在无线网中有确认超时的帧同步 - Google Patents

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Abstract

无线局域网(WLAN)包括第一设备和第二设备。第一设备发送包括第一传输指示符的第一帧，该第一传输指示符指示服务间隔将要在某个时间开始。第二设备把一个指示接收到第一传输指示符的确认从第二设备发送到第一设备。如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到确认，则第一设备发送包括另一个第一传输指示符的第二帧。第一设备还发送最后的传输指示符，该最后的传输指示符指示服务周期将要在某个时间结束。WLAN和它的使用方法提供在第一与第二设备之间关于服务周期的开始与结束的同步。

Description

在无线网中有确认超时的帧同步
无线连接性在数据和话音通信中的使用不断增加。这些设备包括便携式计算机、无线局域网(WLAN)中的计算机、便携式手机等等。无线通信带宽随着信道调制技术的发展大大地增加，使得WLAN成为对于有线和光纤解决方案的一种可行的替换方案。
IEEE 802.11是涵盖用于WLAN的媒体接入控制(MAC)子层和物理(PHY)层的技术规范的标准。虽然这个标准提供了话音和数据业务的控制方面的重大改进，但是，在支持服务质量(QoS)要求的同时、在以增加的信道速率进行网络接入的需要方面的不断增长已经要求不断地评价标准和对其加以改变。例如，许多努力被置于对WLAN中的实时多媒体业务，特别是带有服务质量(QoS)保证的业务的支持上。
被使用来尝试协调WLAN的工作信道的接入/使用的一种技术是轮询。轮询是一个QoS接入点(QAP)以某些要求，诸如流要求，发送一传输到QoS站(QSTA)的过程。这实际上是从QAP到QSTA的一种许可授予，以授予对所指示的持续时间的信道接入权。QSTA具有排定的用于接入的时间，以及在两个接连的排定的服务周期之间的最小时间被称为最小服务间隔。在排定的服务间隔之间的间歇，QSTA可以进入功率节省模式或进行某种内部处理，或二者都进行。例如，QSTA可以将停机时间用于其它任务，特别是为了保存能量。在不知道最小服务间隔的开端的情形下，QSTA将不得不保持在活动模式，等待由QAP发出的它的下一个命令，以便在一个服务周期后开始接入到信道。这将是资源的一种不经济的使用。
虽然上面概述的用于轮询序列的IEEE 802.11E技术规范的供给确实提高了WLAN的效率，但尽管如此仍有缺点。例如，最小服务间隔和最大服务间隔是从QAP(也称为混合协调器(HC))的第一个成功数据或无竞争(CF)QoS轮询(QoS(+)CF-Po11)传输的开始来被参考定位的。虽然由QAP发送的数据帧或QoS(+)CF-Po11可以被QSTA正确地接收，但所需要的对接收的确认可能没有被QAP正确地接收。这样，QSTA在轮询中规定的时间处设置用于最小服务间隔的基准和设置到其中的规定参数集(基准是从QoS(+)CF-Po11或下行链路传输的开始起)，同时，还没有接收到确认的QAP则基于先前的发送没有被接收到的假设而重传先前的信号。
然而，因为QSTA已设置最小间隔的开始，其可能例如处在功率节省模式中最大服务间隔的末尾，所以它将不接收轮询，那么已经出现协议失败。也就是，在QAP与QSTA之间的服务周期的开始的同步被破坏。另外，如果从QSTA看来服务周期的开头未同步，则在从服务周期的开头起的最大服务持续时间后QSTA可能进入功率节省模式。然而，因为服务周期的开始不被同步，有QAP标记出的服务周期的开始比QSTA的迟，所以最大服务持续时间也结束得更迟。因此，QAP可继续发送数据给QSTA，而这时QSTA是处在功率节省模式，由此而导致协议失败。所以，在技术上有以下需要，即：要求QSTA保持为醒来状态，直至它被明确地告知服务周期结束为止。
除了在最小服务间隔的开始的设置点上可引起的模糊以外，该服务周期的结束也可以是模糊的，且即使服务周期的开始时间被同步，也会导致协议失败。例如，如果在一个服务周期中在一系列QoS(+)CF-Po11中由QAP授予一个以上的传输机会(TXOP)，则QSTA在不知道一个特定的TXOP是最后一个TXOP的情形下，在进入功率节省模式之前将不得不等待，直至最大服务持续时间结束为止。当然，这可导致QSTA的不必要的功率使用。
因此，所需要的是一种在WLAN的QAP与QSTA之间进行轮询和发送数据和/或话音帧的方法，它至少克服诸如以上描述的那些已知技术的缺陷。
按照示例性实施例，一种从无线局域网(WLAN)的第一设备把帧传送到WLAN的第二设备的方法包括把包含第一传输指示符的第一帧从第一设备发送到第二设备。第一传输指示符指示服务间隔将要在某个时间开始。该方法还包括把一个指示接收到第一传输指示符的确认从第二设备发送到第一设备；以及如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到确认，则发送包括另一个第一传输指示符的第二帧。
按照另一个示例性实施例，无线局域网包括第一设备和第二设备。第一设备发送包括第一传输指示符的第一帧，该第一传输指示符指示服务间隔将要在某个时间开始。第二设备把一个指示接收到第一传输指示符的确认从第二设备发送到第一设备。如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到确认，则第一设备发送包括另一个第一传输指示符的第二帧。
当结合附图阅读以下的详细说明时，将最好地理解本发明。应当强调指出，各种不同的特性不一定是按比例画出的。事实上，为了讨论清晰起见，尺度可以任意增加或减小。
图1是按照示例性实施例的无线局域网的框图。
图2是按照示例性实施例的说明性的QoS控制字段帧。
图3a是按照示例性实施例的、在QAP与QSTA之间发送帧的方法。
图3b是按照示例性实施例的、在QSTA与QAP之间发送帧的方法。
在以下的详细描述中，为了说明而不是限制，阐述了公开具体细节的示例性实施例，以便提供对本发明的透彻理解。然而，从本公开内容获益的本领域技术人员将会看到，本发明可以以不同于这里所公开的具体细节的其它实施例来实施。而且，对于熟知的设备、方法和材料的描述可以省略，以免遮蔽本发明的描述。
图1显示按照示例性实施例的WLAN 100。WLAN 100包括至少一个QAP 101，QAP 101通过无线基础结构(未示出)连接到多个QSTA 102。应当指出，在示例性实施例中显示了四个QSTA 102。这样做是为了使示例性实施例的讨论更加清楚。QSTA 102是说明性的便携式设备，诸如是个人计算机、消费电子设备、手机、和在WLAN中有用地连接的其它设备。按照示例性实施例，WLAN 100和它的单元基本上遵循IEEE 802.11标准，和它的各修订版及各版本。WLAN 100也包括本申请的示例性实施例的修正和改进。
在运行时，QAP 101支配在各个QSTA 102之间的通信。为此，QAP协调由QSTA 102进行的话音和数据的传输。按照示例性实施例，QSTA 102仅仅通过QAP 101连接到另一个QSTA。按照另一个示例性实施例，QSTA可以与一个或多个QSTA通信，而不必首先向QAP 101传输。前者被称为上行链路，而后者被称为直接链路。虽然WLAN 100的这些方面对于示例性实施例的一般了解是有密切关系的，但它们的细节通常对于了解示例性实施例是不需要的。这样，这些细节将不被包括在本文内，以免遮蔽对于示例性实施例的描述。
图2和3分别显示按照示例性实施例的说明性QoS控制帧和在QAP与QSTA之间发送帧的示例性方法。QoS控制字段帧200帧按照具有与示例性实施例有密切关系的修正的技术规范IEEE 802.11E草案D4.0条目7.1.3.5进行格式化。应当指出，所参考的技术规范的整个内容具体地在此引入以供参考。
QoS控制字段帧200包括各种不同的单元，诸如业务识别符(TID)201、调度待决单元202、确认(ACK)政策203、和传输机会(TXOP)限制204。在每个帧单元之上的数字记号指示用于该帧200的比特的数目。应当指出，这里提及的最小和最大服务间隔正常地是在所参考的IEEE技术规范的图42.14上、在7.3.2.19调度单元中引用的分开的单元中。
按照示例性实施例的、对QoS控制字段帧200的有价值附加是：在IEEE 802.11E条目7.3.5下保留的其中一个帧中包括第一帧比特(F)205和最后的帧比特(L)206。应当指出，对于第一帧比特205和该帧比特206，术语名称可以变化。例如，这些可被称为第一传输指示符和最后传输指示符。不管所使用的术语如何，第一帧比特205是由QAP发送到QSTA的QoS控制字段帧200的帧单元，指示服务间隔将要开始；而最后帧比特206是由QAP发送到QSTA的帧单元，指示服务间隔将要结束。在特征上，第一帧比特205使得QAP与QSTA在服务间隔的开始同步；以及最后帧比特206使得QAP与QSTA在服务周期的结束同步。
初始地，详细讨论第一帧比特205的功能，接着讨论最后帧比特206的功能。按照图3a的示例性方法，在步骤301，显示从QSTA角度来看的传输序列的开始。在步骤302，QSTA等待服务周期的开始。在这个模式中QSTA可以管理内部队列，或进入功率节省模式。当然，这允许QSTA执行可到期和/或节省功率的功能，因为它在这时将不与QAP通信。如果在询问步骤303，消逝的时间等于或大于最小服务间隔的时间，则在步骤304，QSTA进入接通状态以及接收或者在被轮询的情况下向QAP传输。如果在步骤303，该时间周期小于最小服务间隔，则如图所示，QSTA重复进行步骤302和303。
如果在步骤305，QAP发送第一帧比特，则QSTA设置第一服务周期开始参考点。这指示服务周期将开始的时间。在这个服务周期期间，QAP可为QSTA服务。为此，从第一帧比特的接收起，特定的QSTA记录从QoS控制字段200的接收到服务间隔的开端的持续时间。在参考点已在步骤306被适当地设置后，QSTA可专心于其它内部任务，或按希望进入功率节省模式。服务间隔刚一开始，便可以发生数据和/或话音的发送和接收。在服务周期期间有规定数目的上行链路(从QSTA到QAP)、下行链路(从QAP到QSTA)、和直接链路传输/轮询。这个规程是与所参考的IEEE 802.11标准和/或它的修订版的协议协调地实施的。为了指示服务间隔的结束，由QAP发送该间隔的最后的QoS控制字段帧，以及它包括最后帧比特L 206。
在步骤307，QSTA询问是否接收到最后帧比特206。如果接收到最后帧比特，则在步骤308，QSTA发送一个ACK。在这一点，QSTA设置服务周期结束参考点。另一方面，如果在步骤308没有接收到最后帧比特206，则在步骤312，QSTA询问当前的时间是否超出最大服务持续时间。如果没有的话，则方法在步骤304重复开始。如果最大服务持续时间已过去，则QSTA认识到在本服务间隔中没有由QAP提供的进一步的服务会预定达到，且QSTA可进入功率节省模式，或者管理内部队列以便为下一个服务周期做准备。这是在步骤309实现的。有利地，这允许QSTA具有明确的停止点。这与已知的技术相反，在已知技术中QSTA可能保持在‘接通’状态，从而浪费能量；或者可能因为QSTA正无效地等待另外的传输而使某些必须在特定的时间间隔内被服务的队列终止；或者可能是这二者。最后，在步骤310，QSTA在下一个排定的服务间隔开始之前退出功率节省模式。该过程在步骤301重复进行。
在进行服务间隔的最后SEF(改变)的传输的讨论之前，有用的是要注意到：为了清楚而未描述SEF 200的发送和接收的所有可能的场景。显然，可以发生发送/接收和确认的其它场景，要求在实现QAP与QSTA之间的所要求的同步之前，重复迭代方法300的一个或多个步骤(可能以连续的方式进行)。这样，以下内容是属于本示例性方法的范围内的，即：重复进行任何需要的步骤，直至达到由QSTA和QAP同步地设置服务间隔的开端为止。
图3b显示从QAP来看的在QAP与QSTA之间传输帧的方法。步骤301和302与上面描述的相同。在步骤311，如果当前的时间等于排定的服务周期开始时间，则在步骤313，QAP发送包括第一帧比特组205的QoS控制帧。否则，重复进行步骤302的序列。在步骤314，QAP询问在规定的时间内QAP是否已接收到ACK。如果是的话，则在步骤315，继续按所参考的IEEE技术规范进行传输和接收。如果没有接收到ACK，则重复进行步骤312，以及重传第一帧比特组205。不管在先前的步骤中QSTA是否接收到第一帧比特组205，QSTA都按最新近接收的第一帧比特组来设置服务周期开始参考点。换句话说，为了由QSTA和QAP得到关于服务周期的开始的同步性，需要接收ACK。所以，QAP将重传第一帧比特组，以及QSTA将按所接收的QoS控制字段帧设置服务周期参考点。当然，这个包括示例性方法的步骤313和314的子循环可以重复进行，直至由QAP接收到ACK为止。
正如容易看到的，步骤313和314的过程导致在QAP和QSTA处一致地设置服务周期开始参考。即，如果接收到ACK，QAP和QSTA便都把特定的时间(由QAP在QoS控制字段帧200中命令的)认作为服务间隔的开始。这一认识提供在QAP与QSTA之间的同步以及它直接由第一帧F的传输、接收、确认和确认的接收而产生。换句话说，因为QAP发送一个指示其是在间隔中的第一次传输的第一帧单元比特组205，而QSTA接收一个指示其是第一次传输的第一帧单元比特组205，且QAP接收关于第一帧单元比特组205已被接收的确认，所以可以毫无疑问，该特定传输就是第一次传输，服务间隔的起始(也称为参考点)就基于这个第一次传输。但对于第一帧单元比特组206的这种传输、接收和确认，不管是QSTA或是QAP接收传输失败，都会导致无法达到在QAP与QSTA之间需要的同步。这可导致诸如以上例子所讨论的那样的不可接受的协议失败。
为了指示规定的服务周期的结束，在步骤316，QAP发送包括最后帧单元比特组206的QoS控制字段帧200。在步骤317，QAP询问是否接收到来自QSTA的ACK。如果是的话，则在步骤318，结束服务周期。如果不是的话，则在步骤319，在PIFS内去询问在QSTA与QAP之间的传输媒体是否处在忙状态。如果媒体正忙，则在步骤318，终结服务周期。如果媒体不忙，则在步骤320，QAP询问是否达到包括最后帧单元比特组206的QoS控制字段帧200的传输的设定限制。如果不是的话，则在步骤321，去询问当前的服务持续时间是否超过最大服务持续时间。如果是的话，则在步骤318结束服务周期。如果不是的话，则重复进行从步骤316开始的序列。
在步骤315开始的示例性过程的序列基本上消除了服务间隔的实际终结的模糊性。即，该序列有：由QAP发送指示服务周期要结束的最后比特帧206；由QSTA接收最后比特帧206；由QSTA发送关于接收到最后比特帧的确认；以及QAP对该确认的接收基本上同步了关于QAP和QSTA的服务周期的结束。这种同步提供了上行链路和下行链路益处。上行链路益处包括较早地管理某些时间敏感的队列的能力，这可以由QSTA完成，因为会认识到服务间隔的结束且QSTA不会浪费宝贵的时间去等待另外的传输。而且，这允许有更多的时间进行队列管理，因为服务周期的结束被较早地认识到。再者，实现了下行链路益处，因为QSTA明确地认识到服务间隔已结束，那么可以保存能量，或管理队列，或执行任何其它想要的MAC功能。
尽管这样地描述了示例性实施例，但将很明显，从本公开内容获益的本领域技术人员可以以许多方式改变这些实施例。这样的变例不被看作是背离本发明的精神和范围，且旨在使对本领域技术人员显而易见的这样的修正方案被包括在以下的权利要求和它们的合法等价物的范围内。

Claims (17)

1.一种从无线局域网WLAN(100)的第一设备(101)把帧传送到WLAN的第二设备(102)的方法，该方法包括：
把包括第一传输指示符(205)的第一帧(200)从第一设备发送到第二设备，其中第一传输指示符指示服务间隔将要在某个时间开始；
从第二设备发送一个指示接收到第一传输指示符的确认到第一设备；以及
如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到确认，则发送包括另一个第一传输指示符(205)的第二帧(200)，
其中该方法还包括发送包含最后传输指示符(206)的最后帧(200)，最后传输指示符指示服务周期将要在某个时间结束。
2.如在权利要求1中阐述的方法，其中该方法还包括重复进行第二帧的发送，直至接收到确认为止。
3.如在权利要求1中阐述的方法，其中该方法还包括设置服务间隔。
4.如在权利要求1中阐述的方法，其中该方法还包括在发送第一传输指示符后和在发送最后传输指示符前，在第一设备与第二设备之间发送多个传输。
5.如在权利要求1中阐述的方法，其中一个设备是QoS接入点QAP，而另一个设备是服务质量站QSTA。
6.如在权利要求5中阐述的方法，其中QAP发送第一传输指示符。
7.如在权利要求6中阐述的方法，其中在接收第一传输指示符后，QSTA把对接收的确认ACK发送到QAP。
8.如在权利要求7中阐述的方法，其中在等待规定的时间间隔后，如果QAP没有接收到由QSTA发出的对接收的确认ACK，则QAP重传另一个第一传输指示符。
9.如在权利要求6中阐述的方法，其中第一传输指示符是QoS控制字段帧的帧比特组。
10.如在权利要求8中阐述的方法，其中QAP重复进行等待和重传，直至出现接收到ACK为止。
11.如在权利要求5中阐述的方法，其中QAP发送指示服务周期的结尾的最后传输指示符给QSTA。
12.如在权利要求11中阐述的方法，其中在接收最后传输指示符后，QSTA把对接收到最后传输指示符的确认ACK发送到QAP。
13.如在权利要求12中阐述的方法，其中在等待规定的时间间隔后，如果QAP没有接收到由QSTA发出的对接收到最后传输指示符的确认ACK，则QAP重传最后传输指示符。
14.如在权利要求13中阐述的方法，其中QAP重复进行等待和重传，直至出现接收到最后传输指示符的ACK、或已超过最大数目的重新尝试、或当前的服务持续时间大于最大服务持续时间为止。
15.如在权利要求10中阐述的方法，其中在完成最后传输指示符的ACK的发送后，QSTA进行内部队列管理和/或进入功率节省模式。
16.一种无线局域网WLAN(100)，包括：
第一设备(101)和第二设备(102)，其中第一设备发送包括第一传输指示符(205)的第一帧(200)，该第一传输指示符指示服务间隔将要在某个时间开始；以及第二设备发送一个指示接收到第一传输指示符的确认到第一设备，以及其中如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到该确认，则第一设备发送包括另一个第一传输指示符(205)的第二帧(200)，
其中第一设备发送包括最后传输指示符(206)的最后帧(200)，该最后传输指示符指示服务周期将要在某个时间结束；以及第二设备发送一个指示接收到最后传输指示符的确认到第一设备，以及其中如果在规定的时间周期后第一设备还没有接收到该确认，则第一设备发送包括另一个最后传输指示符的第二帧。
17.如在权利要求16中阐述的WLAN，其中第一设备是服务质量接入点QAP，而第二设备是服务质量站QSTA。
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