CN102379108B - 无线uwb设备中的帧级联 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在无线网络中从第一设备向第二设备传输数据帧的方法和系统。该方法包括：由第一设备把多个数据帧（303）级联到聚合帧（100）中；把聚合帧（100）从第一设备传输至第二设备；由第二设备各个地验证多个数据帧（303）中的每个数据帧；以及由第一设备重新传输每个包含差错的数据帧（303），而不重新传输有效的数据帧。

Description

无线UWB设备中的帧级联

本申请要求2009年4月1日提交的美国临时申请No. 61/165,663的优先权。

本发明总体上涉及无线UWB（超宽带）网络中的设备，更具体而言，涉及提供无线UWB设备的级联帧（concatenation frame）新格式的系统和方法以及用以在MAC（介质访问控制）层处级联帧的新方法。

UWB系统的WiMedia规范（例如，版本1.0）支持许多不同传输（信道）速率，包括53.3Mbps、80Mbps、106.7Mbps、160Mbps、200Mbps、320Mbps、400Mbps以及480Mbps。正开发新一代的WiMedia规范、版本1.5以允许直至1Gbps的更多传输速率。预期是将会支持直至2Gbps以及以上的数据速率。

随着数据速率增加，总帧传输时间缩短。然而，因为每个帧的前导的传输时间仍固定，所以帧载荷的传输效率减小。前导允许接收器获取无线信号以及把它自身与发射器同步。为了改进帧载荷的传输效率，使用较大帧载荷大小，如，16千字节，而最大载荷大小在当前规范（WiMedia规范的版本1.2）、中是4千字节。

通过较大帧载荷大小，可以把许多短帧聚合到大帧中。然而，在WiMedia规范版本1.2的当前帧聚合算法中，如果在帧中存在任何差错则完全丢弃聚合帧。因此，即使在没有差错的情况下接收到短帧中的一些，也需要重新传输整个聚合帧。对于无线信道的稀缺带宽不期望这一点。

本发明的某些实施例公开了无线UWB设备的级联帧新格式以及用以在MAC层处级联帧的新方法。公开的格式对于级联中的每个帧只使用多达7个字节来保护帧以及指示传输顺序和其他控制信息。公开的级联方法允许各个地验证每个级联帧以及相应地在每个级联帧中发现差错的情况下单独允许该帧的重新传输，而无须重新传输有效数据帧。以此方式，大大改进传输效率从而提高吞吐量。

在本发明的一个实施例中，提供了用于在无线网络中从第一设备向第二设备传输数据帧的方法。该方法包括：由第一设备把多个数据帧级联到聚合帧中；把聚合帧从第一设备传输至第二设备；由第二设备各个地验证多个数据帧中的每个数据帧；以及由第一设备重新传输每个包含差错的数据帧，而不重新传输有效的数据帧。

在本发明的另一实施例中，提供了用于在无线网络上传输数据帧的系统。该系统包括：第一设备，被配置成把多个数据帧级联到聚合帧中，把聚合帧传输至第二设备，以及重新传输每个包含差错的数据帧，而不重新传输有效的数据帧；以及第二设备，被配置成各个地验证多个数据帧中的每个数据帧。

本发明的另一实施例提供了计算机可读存储介质，其上存储计算机可执行代码，该计算机可执行代码在执行时使第二设备和第一设备中的处理器执行无线通信网络中数据帧传输的过程。该过程包括：把多个数据帧级联到聚合帧中；把聚合帧从第一设备传输至第二设备；各个地验证多个数据帧中的每个数据帧；以及由第一设备重新传输每个包含差错的数据帧，而不重新传输有效的数据帧。

在说明书的结束处的权利要求中清楚地要求保护和特别指出了被视为本发明的主题。本发明的以上和其他特征和优点将会根据结合附图进行的以下详细描述而清楚明白。

图1图示了级联帧的MAC帧体格式。

图2图示了级联头字段格式。

图3图示了小型帧字段格式。

图4图示了小型帧控制字段格式。

图5图示了利用帧级联实施的通信设备。

图6图示了帧级联流程图。

重要的是，注意到本发明公开的实施例只是本文中创新性教导的许多有益用途的实例。通常，本申请的说明书中做出的叙述不必限制各种要求保护的发明中的任何发明。而且，一些叙述会适用于一些发明特征但是不适用于其他的发明特征。通常，如非另作说明，不失一般性地，单数元件可以是复数的，以及反之亦然。在图中，同样的标记在全部若干视图中指代同样的部分。

MAC帧头可以用于把数据帧标识为级联帧。例如，把公开的级联帧的帧类型定义为类型5。如表1中一样编码MAC帧头中提供的帧类型。使用值5向MAC帧头的接收方指示该MAC帧是级联数据帧。

表1－帧类型字段编码

值	帧类型
		5	级联数据帧
6－7	保留

级联数据帧包括定长MAC头和变长载荷。MAC头字段包括：协议版本、安全位、ACK策略、帧类型、帧子类型/传递ID、重试、目的地地址、源地址和序列控制（sequence control）。表2示出了级联帧的MAC头字段设置的实例。

表2－级联帧的MAC头字段值

头字段	值
		协议版本	0
安全	0或1
		ACK策略	No-ACK（无-确认）、B-ACK或B-ACK请求
帧类型	5（级联帧）
		帧子类型/传递ID	传递ID
重试	保留
		目的地地址（DestAddr）	接收方的设备地址（DevAddr）
源地址（SrcAddr）	发射器的设备地址
		序列控制	保留

载荷的长度根据级联多少数据帧而变化。图1图示了根据本发明实施例的MAC帧的载荷。在级联数据帧中，载荷100包含级联头110和多个小型帧111、112、…、11N，其中，N是整数。可以限制可以级联到MAC帧中的小型帧的数量。级联帧的MAC帧体大小服从与任何帧体一样的最大大小。

发射器可以把具有相同传递ID的多个MSDU（MAC业务数据单元）级联到单个MAC帧体中。设备把不多于mConcatenationLimit个小型帧级联到级联数据帧中。如表3中所示，可以通过MAC子层参数mConcatenationLimit限制可以级联到MAC帧中的小型帧的数量。

表3－MAC子层参数

参数	值
		mConcatenationLimit	63

级联头中可以包括关于级联帧的信息。图2图示了级联头字段200。小型帧计数字段201包含级联帧中包括的小型帧的数量。级联头字段200中的长度字段211、212、…、21N指示相应小型帧的八位字节的长度。FCS字段203是级联头中所有其他字段的帧校验序列（FCS）。FCS字段203包含由源节点基于帧中的数据计算的号（number）。当目的地节点接收帧时，重新计算FCS号并把该FCS号与帧中包括的FCS号相比较。

如图3中所示，每个小型帧300包括小型帧控制字段301、序列控制字段302、包括MSDU的小型帧载荷303、以及FCS字段304。此格式对于级联中的每个帧只使用多达7个字节来保护帧以及指示传输顺序和其他控制信息。

图4中图示了小型帧控制字段。可以使用小型帧控制字段400的b0位402来指示重试。

回到图3，把序列控制字段302设置为帧的序列号。FCS字段304是小型帧中所有其他字段的帧校验序列。FCS字段304包含由源节点基于小型帧中的数据计算的号。在本发明的一个实施例中，当目的地节点接收小型帧时，重新计算FCS号并把该FCS号与小型帧中包括的FCS号相比较。如果两个号不同，则假定有差错，丢弃该小型帧以及不得不重新传输该小型帧。

在重新传输和确认方面，发射器和接收器均把每个小型帧作为不同实体对待。在接收级联帧后，接收方在级联帧的MAC头中的ACK策略是类型B-ACK请求的情况下，发送类型B-ACK的控制帧。在B-ACK帧中，接收方可以指示正确接收到哪些小型帧，以使得发射器可以重新传输具有差错的小型帧。对于级联帧的MAC头中其他类型的ACK策略，接收方不通过确认帧来响应。

级联帧的MAC头同等地适用于级联帧体中的每个小型帧。

可以将级联帧作为安全（S）或非安全（N）帧发送，帧体中级联的各个数据帧具有与MAC头中所指示的相同的安全选项。如果把MAC头中的安全位设置为1，则通过使用安全帧格式保护小型帧载荷。否则，小型帧载荷与正常的不安全数据帧中的MAC帧载荷字段一样。表4图示了帧保护的安全模式。

表4－安全关系中的帧保护

子类型的帧类型	帧保护	意义
			级联帧	N、S	可以将级联帧作为安全或非安全帧发送，帧体中级联的各个数据帧具有与MAC头中所指示的相同的安全选项。

图5图示了根据本发明实施例的被配置成实施以上协议的无线通信设备501、502。当设备A 501具有意在用于设备B 502的数据帧时，设备A 501把数据帧级联到聚合帧中并把聚合帧传输至设备B 502。设备B 502各个地验证数据帧中的每个数据帧。设备A 501只重新传输包含差错的数据帧。设备B 502可以例如经由确认帧或者经由任何其他ACK策略向设备A 501通知包含差错的接收的数据帧。

图6示出了本发明实施例的过程流程图。在601处，第一设备把多个数据帧级联到聚合帧中；在602处，第一设备把聚合帧传输至第二设备；在603处，第二设备各个地验证多个数据帧中的每个数据帧；以及在604处，第一设备只重新传输包含差错的数据帧。

本发明可应用于基于UWB的WPAN和基于WiMedia的无线网络。它也可应用于其他无线网络。

以上详细描述阐述了本发明可以采取的许多形式中的几个形式。以上的详细描述意在被理解为本发明可以采取的所选形式的说明，并且不被理解为对本发明的限定的限制。只有权利要求（包括所有等同物）旨在限定本发明的范围。

最优选地，本发明的原理被实施为硬件、固件和软件的任何组合。此外，优选地把软件实施为应用程序，应用程序有形地实施在由部件、或由某些设备和/或设备的组合构成的计算机可读存储介质或者程序存储单元上。应用程序可以上载到包括任何合适架构的机器并由该机器执行。优选地，在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器、以及输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上实施该机器。计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。无论是否明确示出这样的计算机或处理器，本文中描述的各种过程和功能可以是可由CPU执行的微指令代码的一部分或者应用程序的一部分、或者其任何组合。另外，可以向计算机平台连接各种其他外围单元，例如附加的数据存储单元和打印单元。

Claims (6)

1.一种用于在无线网络中从第一设备向第二设备传输数据帧的方法，包括：

由第一设备把多个数据帧（303）级联到聚合帧（100）中，所述聚合帧被构建为介质访问控制，MAC，帧，包括：

MAC头，所述MAC头包括帧类型以指示所述MAC帧是级联帧，以及

载荷（100），所述载荷（100）包括：

级联头（110），所述级联头（110）包括小型帧计数（201）、多个小型帧（211、212、…、21N）的长度、以及级联头（203）中所有其他字段的帧校验序列；和

多个小型帧，每个小型帧包括小型帧控制字段（301），序列控制字段（302），所述多个数据帧（303）的数据帧以及帧校验序列（304）；

把聚合帧（100）从第一设备传输至第二设备；

由第二设备基于该帧校验序列（304）各个地验证多个数据帧（303）中的每个数据帧；

由所述第二设备将所述多个数据帧中每一个包含差错的数据帧通知给第一设备；以及

由第一设备重新传输每个包含差错的数据帧（303），而不重新传输未包含差错的数据帧。

2.如权利要求1所述的方法，其中MAC头进一步包括确认，ACK，策略，该方法进一步包括：

如果MAC头中的ACK策略是B-ACK请求类型，则由第二设备响应于MAC帧向第一设备发送类型B-ACK，批量确认，的控制帧；以及

不发送其他类型ACK策略的任何确认。

3.如权利要求1所述的方法，其中MAC头进一步包括安全选项，指示该聚合帧是作为安全帧还是作为不安全帧发送，该方法进一步包括对于多个小型帧使用与MAC头中所指示的相同的安全选项。

4.一种用于在无线网络上传输数据帧的系统，包括：

第一设备（501），被配置成：

把多个数据帧（303）级联到聚合帧（100）中，所述聚合帧被构建为介质访问控制，MAC，帧，包括：

MAC头，所述MAC头包括帧类型以指示所述MAC帧是级联帧，以及

载荷（100），所述载荷（100）包括：

级联头（110），所述级联头（110）包括小型帧计数（201）、多个小型帧（211、212、…、21N）的长度、以及级联头（203）中所有其他字段的帧校验序列；和

多个小型帧，每个小型帧包括小型帧控制字段（301），序列控制字段（302），小型帧载荷（303）以及帧校验序列（304）；

把聚合帧（100）传输至第二设备（502），以及

重新传输每个包含差错的数据帧（303），而不重新传输不包含差错的数据帧，其中第二设备（502）被配置成基于该帧校验序列（304）各个地验证多个数据帧（303）中的每个数据帧，

将所述多个数据帧中每一个包含差错的数据帧通知给第一设备。

5.如权利要求4所述的系统，其中MAC头进一步包括确认，ACK，策略，第二设备进一步被配置成：

如果MAC头中的ACK策略是B-ACK，批量确认，请求类型，则由第二设备响应于MAC帧向第一设备发送类型B-ACK的控制帧；以及

不发送其他类型ACK策略的任何确认。

6.如权利要求4所述的系统，其中，MAC头进一步包括安全选项，指示该聚合帧是作为安全帧还是作为不安全帧发送，第一和第二设备进一步被配置成对于多个小型帧使用与MAC头中所指示的相同的安全选项。