CN101517971A

CN101517971A - 具有争用和无争用周期的无线网

Info

Publication number: CN101517971A
Application number: CNA2007800340393A
Authority: CN
Inventors: T·J·J·登特尼尔; G·R·希尔茨; G·S·马克斯; B·瓦尔克; X·王
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: US8451782B2; WO2008032267A3; EP1901485A1; WO2008032267A2; JP5106535B2; US20100014472A1; CN101517971B; JP2010504019A; EP2067309A2

Abstract

无线网(1)包括网格设备和非网格设备。媒体接入控制体系结构引入至少点协调功能作为接入方法，其中所述点协调功能以信标(32)启动无争用周期(30)，使得防止由非网格设备进行非轮询的传输。而且，网格设备被使能在该无争用周期(30)期间进行通信。因此，在网格设备之间的通信被优先化，以便达到高的可靠度和使得无线网(1)的利用最佳化。

Description

具有争用和无争用周期的无线网

发明领域

本发明涉及包括媒体接入控制体系结构的无线网、以及用于这样的无线网的方法。更具体地，本发明涉及基于诸如来自IEEE 802标准族的标准——尤其是ANSI/IEEE Std 802.11——那样的标准的无线网。

发明背景

在无线网中，无线媒体在几个设备之间共享。对于便宜的设备，仅仅单个无线电是可用的。而且，在人口密集的区域，可能仅仅单个频道是可用的。无线网格(mesh)网络可以有助于扩展无线网的范围，并提供无缝的覆盖。在单个频道的情形下，无线网格网络的站和实体共享无线媒体的相同信道。然而，无线网格网络载送所有站的聚集的业务量。这可能导致网络的很差的性能或降低的可靠度。

发明概要

本发明的目的是提供一种无线网，以及用于这样的无线网的方法和设备，其具有改进的性能，特别是具有改进的可靠度。

这个目的是通过如在权利要求1中定义的无线网、通过如在权利要求7中定义的方法和通过如在权利要求11中定义的网格设备而解决的。本发明的有利的改进在从属权利要求中被提及。

点协调功能控制在无争用周期(contention-free period)期间的帧转送。无争用周期通常与争用周期交替。由于网格设备被使能在无争用周期期间进行通信的事实，因而达到在网格设备之间的网格网络的优先化。

有利地，启动无争用周期的信标被重复。在该重复的间隔期间不允许非网格设备进行传送，使得在这些周期内，无线媒体仅仅在网格设备之间被共享。其他非网格设备保持静默。

有利地，网格设备被使能在网格无争用周期期间进行通信，所述网格无争用周期是无争用周期的一部分。这具有以下优点：在网格设备之间的通信可被限于无争用周期的一部分。由此，有利地，网格无争用周期的持续时间被按照要在网格设备之间交换的实际数据量进行动态适配。这具有以下优点：可以进一步提高网络的性能。

有利地，网格无争用周期跟随在信标之后。这具有以下优点：如有必要，网格设备可以在接收信标之后立即接入无线媒体。

有利地，该信标包括网格无争用周期通告标志，其向网格设备指示它们是否可以忽略所通告的、即将来临的无争用周期，以及网格设备被使能根据网格无争用周期通告标志的实际设置值进行通信。这具有以下优点：如有必要，网格设备仅被使能轮询传输。基于轮询方案的无争用转送协议然后既应用到网格设备又应用到非网格设备。这在某些情形下可以提高无线网的可靠度和/或合用性。由此，网格无争用周期通告标志也可以根据一个或多个特定的网格设备而被设置，以使能在无争用周期或网格无争用周期期间在特定的一部分网格设备之间通信。

有利地，该网络包括基本服务组和分发系统，每个基本服务组包括作为网格设备的接入点，和不是接入点的站，数据在每个基本服务组和分发系统之间经由属于这个基本服务组的接入点移动，以及不是接入点的站作为非网格设备运行。这具有以下优点：接入点可以构建作为分发系统的网格网络，以及也可以作为站的接入点至少在无争用周期或网格无争用周期期间得到优于非网格设备的优先权。这样的网格网络可以是无线局域网或另一个网格网络，其中接入点在无争用周期期间至少接入一无线信道。

有利地，所述设备包括网络分配向量。非网格设备的网络分配向量可以经由由接入点传送的信标而被设置。然后，与这个接入点相关联的非网格设备在由接入点指示的时间预先设置各自的网络分配向量。信标可以周期性地被通告，这样，漏掉信标的非网格设备也可以设置它们的各自的网络分配向量。因此，非网格设备在由无争用周期或网格无争用周期定义的周期期间不试图接入信道。

而且，有利地，在网格设备之间的帧交换实际上被安排在重复的信标的无争用周期中。由于信标将被重复，相邻的网格设备事先知道其间没有非网格设备将进行传送的特定时段。因此，有利地，它们更喜欢这些时段来用于与它们的网格设备邻居进行不间断的帧交换。

根据下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是明显的，并将得以阐明。

附图简述

从以下参照附图而作出的优选实施例的描述中，本发明将变得容易理解，在图中同样的部件用同样的参考符号标明，以及其中：

图1显示按照本发明实施例的无线网的示意图；

图2图示按照本发明实施例的无线网的站之间的链路；以及

图3显示按照本发明的实施例的无争用周期与争用周期的交替。

实施例详细说明

图1显示按照本发明实施例的无线网1的示意性结构。无线网1可被使用于按照诸如ANSI/IEEE Std 802.11的标准和诸如IEEE 802.11s ESS的进一步改进的网络。无线网1和用于无线网1的方法可应用于，但不限于，无线局域网(WLAN)。无线网1和用于无线网1的方法可以是无线通信系统的一部分或可以构建无线通信系统。由此，无线网1也可以与其他网络相组合，所述其他网络可以是无线网或有线网。

无线网1的可寻址单元是站2、3、4、5。站2到5中的每个站是消息目的地，但通常不是固定站。站2到5可以是移动的或便携的，其中便携式站从一个位置移动到另一个位置，但仅仅在固定的位置时被使用，而移动站实际上是在移动时进行到无线网1的接入。但是，传播效应模糊了便携式站和移动站2到5之间的区别，这样，由于传播效应静止站常常好像是移动站。

无线网1的体系结构包括几个部件，它们相互作用以提供支持达到较高层的站移动性的无线局域网等。无线网1包括含站2、3的基本服务组6，和含站4、5的基本服务组7。基本服务组6、7是互相独立的。基本服务组6、7的每一个都可以不用预先规划、而只是在需要局域网的时候被形成，这样，这种类型的网络可被看作为ad-hoc网络。

在站2、3和基本服务组6之间的关联是动态的。站2、3可以关断或移出到范围以外，其它站可以接通或进到范围内。基本服务组7的特性类似于基本服务组6的特性。

无线网1包括分发系统8。在站2到5与它们各自的基本服务组6、7之间的动态关联是牵涉分发系统8以允许在不同的基本服务组6、7的站2、5之间进行通信的原因。因此，分发系统8连接不同的基本服务组6、7。数据经由接入点10在基本服务组6与分发系统8之间移动。而且，数据经由接入点11在基本服务组7与分发系统8之间移动。由此，有利地，每个接入点10、11是站(这里分别是站3和4)，其除了充当站3、4以外还通过提供分发系统服务而提供到分发系统8的接入。所以，无线网1的每个接入点10、11也是站3、4，但也有不是接入点的站2、5。

分发系统8与多个基本服务组6、7的组合允许创建任意尺寸和复杂度的无线网1。这样的类型的无线网1可被称为扩展的服务组网络1，它的一个例子被显示于图2中。

图2显示按照本发明的实施例的无线网1的部件之间的链路的示意图。在本实施例中，基本服务组6包括站2、2A、2B、2C、3。基本服务组7包括站5、5A。另一个基本服务组12包括站13、13A、13B，其中站13也是与基本服务组12相关联的接入点14。基本服务组15包括站16、16A、16B，其中站16也是接入点17。另外，基本服务组18包括站19、19A、19B、19C、19D，其中站19也是接入点20。接入点10、11、14、17、20通过分发系统8互相通信。

应当指出，基本服务组6、7、12、15、18可以部分重叠，以便达到接连的覆盖。而且，基本服务组6、7、12、15、18可以是在物理上不连贯的。另外，基本服务组6、7、12、15、18中的至少两个可以在物理上被设在同一位置，以提供冗余性。

无线网1提供至少两种服务：站服务和分发系统服务。站服务是如下的服务组，即：其支持在基本服务组内的站之间——例如在基本服务组6的站2、2A、2B、2C、3之间——的媒体接入控制(MAC)服务数据单元(MSDU)的输送。因此，例如，基本服务组6的站2、2A、2B、2C、3可以互相直接通信。

分发系统服务是由分发系统8提供的服务组，其使能媒体接入控制，以便通过无线媒体的单个实例(single instance)在互相不直接通信的站之间输送媒体接入控制服务数据单元。例如，考虑数据消息从基本服务组6的站2发送到基本服务组7的站5。数据消息从站2被发送，并由作为输入接入点10的站3接收。接入点10把该消息转发到分发系统8的分发系统服务。分发系统8的分发系统服务在分发系统8内递送该数据消息，使得它到达站4，站4是与包括站5的基本服务组7相关联的输出接入点11。

为了在分发系统8内递送数据消息，分发系统服务需要有关与站5的基本服务组7相关联的适当的接入点11的信息。因此，使用关联服务，它把基本服务组7的每个站4、5与接入点11相关联，其中站4、5的每个可以与仅仅一个接入点——在本例中也就是接入点11——相关联。

媒体接入控制体系结构被提供用于无线网1。媒体接入控制体系结构引入分布式协调功能和点协调功能。

分布式协调功能是一种基本接入方法，它可以是具有冲突避免的载波侦听多址接入(CSMA/CA)。分布式协调功能在所有的站2到5A，13到13B，16到16B，19到19D中被实施。例如，对于站2，为了传送，它首先侦听媒体，以便确定另一个站2A、2B、2C、3是否正在进行传送。如果媒体未被确定为忙，则传输继续进行。另一方面，如果确定媒体为忙，则站2推迟，直至当前的传输结束为止。在推迟之后，或在试图紧接在成功的传输后再次传送之前，站2可以选择随机的回退(backoff)间隔，并在该媒体空闲时递减回退间隔计数器。

点协调功能使用在基本服务组6、7、12、15、18的接入点10、11、14、17或20处运行的点协调器，以确定站2到5A，13到13B，16到16B，19到19D中的哪个站当前具有传送的权利。所述运行是轮询的运行，让点协调器扮演轮询主控的角色。在多个点协调的基本服务组6、7、12、15、18在相同信道上运行的情形下，点协调功能的运行可以取决于应用而要求附加的协调，以便允许有效的运行。

点协调功能使用由接入优先权机制辅助的虚拟载波侦听机制，以及在信标管理帧内分发信息以通过在站2到5A，13到13B，16到16B，19到19D中设置网络分配向量而得到对媒体的控制。点协调功能提供接入优先权，以使能进行无争用的接入过程。由此，点协调功能控制帧传输，使得对于特定的时段消除争用。

图3图示按照本发明实施例的、用于无线网1的方法。图3显示无争用周期30与争用周期31。由此，在定时t0至定时t4之间的间隔由无争用重复间隔32定义。无争用周期30以信标32开始。信标32后继以网格无争用周期33。网格无争用周期33在定时t1开始并在定时t2结束。以信标32开始的无争用周期30在定时t0开始并在定时t3结束。定时t1和定时t2处在无争用周期30内，这样，网格无争用周期33是无争用周期30的一部分。应当指出，网格无争用周期33的结束也可以等于无争用周期30的结束t3。在这种情形下，t2＝t3。在定时t1与t2之间的持续时间d是网格无争用周期33的持续时间d，它可以是固定的或是可变的。

点协调功能提供在无争用周期30期间的无争用帧转送。所以，点协调器驻留在接入点10、11、14、17、20中。由此，对于每个接入点10、11、14、17、20，变为点协调器是一个选项。应当指出，所有的站2到5A，13到13B，16到16B，19到19D遵从基于分布式协调功能的点协调功能的媒体接入法则，以及不是接入点的站2到2C、5、5A、13A、13B、16A、16B、19A到19D在以信标32开始的无争用周期30的开始处设置它们的网络分配向量。作为接入点10、11、14、17、20的站3、4、13、16、19收听信标32。信标32包括网格无争用周期通告标志34，其向接入点10、11、14、17、20指示它们是否可以忽略所通告的、即将来临的无争用周期30。在它们可以忽略无争用周期30的情形下，接入点10、11、14、17、20被使能在网格无争用周期33期间进行通信。由此，网格无争用周期通告标志34可以根据个体的接入点而被设置，以及例如仅仅对于接入点10而被设置。

应当指出，在信标32中的网格无争用周期通告标志34的实施仅仅是一个选项，以及在接入点10、11、14、17、20之间的通信也可以对每个网格无争用周期33被使能。而且，网格无争用周期33也可以等同于无争用周期30。

信标32被周期性地重复，其中重复率由无争用重复间隔29来定义。因此，接入点10、11、14、17、20事先知道它们可以在重复出现的网格无争用周期33内传送内容。因此，它们将更喜欢这个时段来用于不间断的帧交换。

应当指出，在无争用周期30期间，轮询的传输是可能的。例如，基本服务组6的接入点10可以轮询来自站2到2C的传输。但是，由于在站2到2C中设置相应的网络分配向量，所以在无争用周期30期间阻止站2到2C的非轮询的传输。因此，由于信标32被重复的事实，即使站2到2C漏掉信标32，它们也可以设置它们的网络分配向量。

应当指出，在所描述的实施例中，接入点10、11、14、17、20构建作为分发系统8的网格网络。因此，在这种情形下，接入点10、11、14、17、20被看作为网格设备。因此，其它站2到2C、5、5A、13A、13B、16A、16B、19A到19D被看作为非网格设备。这种体系结构具有以下优点：分发系统8的性能被提高。

取决于应用，其它体系结构也是可能的。例如，在基本服务组6、7、12、15、18内也可以构建网格网络。例如，在基本服务组6中，站2、2A、2B、2C、3的一部分或所有的站2、2A、2B、2C、3可被看作为用来构建网格网络的网格设备。然后，在基本服务组6的站2到3之间的通信被优先化(prioritize)。

在仅仅单个频率是可用的，以致于作为非网格设备的传统站会使无线媒体过载时，无线网1和用于这样的无线网1的方法是特别有用的。传统设备没有引入任何拥塞处理的手段，致使它们的侵略性的信道接入将导致对于无线网1的不足的容量。无线网1使能网格设备的超越非网格设备的优先权，这样，达到高的可靠度和提高的性能。

虽然公开了本发明的示例性实施例，但对于本领域技术人员来说明显的是，可以作出各种改变和修改，它们将获得本发明的某些优点而不背离本发明的精神和范围。这样的对于发明构思的修改打算由所附权利要求覆盖，在所附权利要求中的参考符号不应被解释为限制本发明的范围。而且，在本说明书和所附权利要求中，“包括”的意义不应被理解为排除其它元素或步骤。而且，“一”或“一个”不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以完成在权利要求中列举的几个装置的功能。

Claims

1.包括网格设备和非网格设备的无线网(1)，其中提供引入至少点协调功能作为接入方法的媒体接入控制体系结构，其中所述点协调功能以信标(32)启动无争用周期(30)，使得防止由非网格设备进行非轮询的传输，以及其中所述网格设备被使能在所述无争用周期(30)的至少一部分期间进行通信。

2.按照权利要求1的无线网，其特征在于，所述网格设备被使能在作为所述无争用周期(30)的一部分的网格无争用周期(33)期间进行通信。

3.按照权利要求2的无线网，其特征在于，所述网格无争用周期(33)跟随在所述信标(32)之后。

4.按照权利要求1的无线网，其特征在于，所述信标(32)包括网格无争用周期通告标志(34)，其向所述网格设备指示它们是否能忽略所通告的、即将来临的无争用周期(30)，以及所述网格设备被使能根据所述网格无争用周期通告标志(34)的实际设置值进行通信。

5.按照权利要求1的无线网，其特征在于基本服务组(6，7)和至少一个分发系统(8)，其中每个所述基本服务组(6，7)包括作为网格设备的接入点(10，11)，以及不是接入点的站(2，5)，其中数据在所述基本服务组(6，7)中的每个基本服务组和所述分发系统(8)之间经由属于这个基本服务组(6；7)的所述接入点(10；11)移动，以及不是接入点的所述站(2，5)作为非网格设备运行。

6.按照权利要求5的无线网，其特征在于，所述接入点(10，11)在所述无争用周期(30)期间至少接入一个无线信道。

7.用于无线网(1)的方法，该无线网(1)包括引入至少点协调功能作为接入过程的媒体接入控制体系结构，所述方法包括以下步骤：

-以信标(32)启动无争用周期(30)，以便防止由非网格设备进行非轮询的传输；以及

-使能在所述无争用周期(30)的至少一部分期间进行用于网格设备的通信。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于以下步骤：

用所述信标(32)设置所述非网格设备的网络分配向量。

9.按照权利要求7的方法，其特征在于，网格无争用周期(33)的持续时间(d)按照要在所述网格设备之间交换的实际数据量而被动态地适配。

10.按照权利要求7的方法，其特征在于，在所述网格设备之间的帧交换实际上被安排在以重复的信标(32)开始的无争用周期(30)内。

11.用于无线网(1)的网格设备，该无线网(1)提供引入至少点协调功能作为接入方法的媒体接入控制体系结构，所述网格设备被使能在无争用周期(30)的至少一部分期间进行通信，所述无争用周期(30)由所述点协调功能以信标(32)启动，使得防止由非网格设备进行非轮询的传输。

12.按照权利要求11的网格设备，其特征在于网络分配向量，其中所述网络分配向量对于无争用周期(30)或作为所述无争用周期(30)的至少一部分的网格无争用周期(33)不被设置。

13.按照权利要求11的网格设备，其特征在于网络分配向量，其中当所述信标(32)的网格无争用通告标志(34)被设置时，所述网络分配向量对于无争用周期(30)或作为所述无争用周期(30)的至少一部分的网格无争用周期(33)不被设置。