CN103152753B - 无线局域网中进行邻近扫描的方法、站以及接入点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在无线局域网中进行邻近扫描的方法、一种站以及一种接入点。所述无线局域网具有站、与所述站关联的第一接入点（AP）、以及第二AP，所述方法包括：从所述站接收定时信息请求；在所述第一AP接收由所述第二AP发送的信标信号的定时信息，其中所述定时信息包括相对于用于传输所述信标信号的已知参考时间的时间差，并且所述时间差是以定时为单位的偏差；以及向所述站报告所述定时信息，从而通过所述站接收所述定时信息完成邻近扫描。

Description

无线局域网中进行邻近扫描的方法、站以及接入点
本申请是申请号为200580023364.0、申请日为2005年6月29日、发明名称为“无线区域网络中邻近扫描”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明大体上是关于无线局域网(WLAN)，本发明尤其是关于一种邻近接入点(AP)的扫描方法。
背景技术
WLAN因为其便利和弹性而变得越来越受欢迎，当此类网络新的应用被开发出来时，他们的普及化便预期会显著增加。一个大有可为的领域便是互联网语音协定(VoIP,VoiceoverInternetProtocol)的使用，且当使用者是移动用户时，在邻接WLAN部署区域中对无缝隙服务连续性支援(亦即：切换(handover))的需求也逐渐增加。
在802.11标准中，站(STA)可使用两种不同的模式以识别AP：主动扫描模式以及被动扫描模式。STA所使用的是主动扫描模式或是被动扫描模式，通常是由其组态设定所决定，实作上两种模式都有在使用。在主动扫描模式中，STA选择一频率频道并传输一探测请求帧(ProbeRequestframe)，接着等待一定的时间以接收探测请求帧形式的回应。当基础服务集合(BSS)在基础架构模式中运作时，该探测请求帧典型地是由该AP发送。在此情况下，若STA在一定时间后并未接收到探测请求帧，则其调整到一个新的频率并重复此程序。
在被动扫描模式中，STA试着通过调整频率且监听一定时间，以找出一特定频率频道上BSS的存在，以便在固定的时间间隔中由该AP捕捉信标帧广播。在此情况下，若STA在一定时间后并未接收到信标帧广播，则其调整到一个新的频率并重复此程序。
当使用被动模式时，STA可知道在哪个频率频道可能会找到候选AP，但其无法确实知道邻近AP何时会发送信标帧。典型地，信标帧于预设固定时间间隔中发送，例如：每100ms，在最差情况下，STA调整到目标频率且必须等待至少100m，直到一信标帧发生为止。当STA仅有一个接收器的情况下，其在旧频率上进行的服务会遭受中断，同时STA会在目标频率上执行被动扫描。
在一WLAN上执行一个有效率的切换必须包含数个需求，例如：用以切换的适当候选AP的识别和测量，STA认证的建立以及在目标AP中的安全内容，重新结合该目标AP，以及传输该数据链接至该目标AP。
WALN传统上并未以提供完全无缝隙移动支援的目的发展，一个现行WLAN系统的问题便是由该STA对适当候选AP的识别和测量是个冗长的程序，且可能持续数百毫秒。除此之外，STA行为并未良好的描述，且测量程序的持续时间可因工厂所选择的不同执行方法而大大的不同。
为了避免被使用者中断重要服务，举例来说，在执行VoIP呼叫期间，切换程序需要快速地执行(服务中断时间典型地不应超过数十至数百毫秒)。除此之外，STA测量和识别邻近候选AP的程序不应以任何显著的方法冲击到正在进行服务的表现。
因此，便有需要改善被动扫描模式的效能，使得被动模式的使用可同时确保服务的连续性和无缝隙切换，尤其是在VoIP方面。
发明内容
本发明包含关于传输间隔的方法、信号发送机制以及定时信息，以及邻近候选AP的调度。该AP发送关于邻近候选AP的定时信息至该STA，接着STA便能使用定时信息以调度其调整至该目标频率，并且在最小时间中执行该目标AP的识别和测量。
邻近候选AP的定时信息可使用广播/多重广播形式的帧(举例来说包含在信标帧中)，或是单一广播形式的媒介接入控制(MAC)帧送至STA。除此之外，包含定时信息的信息元素(IE)可在MAC管理帧中发送，或是背负在MAC控制或数据帧上发送。
一种在一WLAN中邻近扫描(neighborscanning)的方法，该WLAN具有一STA，一第一AP关联至该在STA，以及一第二AP。由产生关于该第二AP所发送的一信标信号的定时信息开始，该定时信息由该第一AP向该STA报告，该STA基于该定时信息调度一时间，以监听由该第二AP传输的信标信号。
一种在一WLAN中邻近扫描的系统，其包含一STA，一第一AP关联至该STA，以及一第二AP。该STA包含一第一定时信息装置、一调度装置，其配置以接收来自该第一定时信息装置的定时信息、以及一接收器，用以接收通信信号且能由该调度装置所控制。该第一AP包含一第二定时信息装置，其发送定时信息至在该STA中的该第一定时信息装置。该第二AP包含一信号传输装置，用以传输一信标信号，其中该定时信息是关于该信标信号。
附图说明
通过下文中一较佳实施例的描述、所给予的范例，并参照对应的图式，本发明可获得更详细地了解，其中：
图1所示为一种用以通信介于STA、与该STA联系的AP以及候选AP的间定时信息的方法流程图；
图2所示为扫描一候选AP的定时图；
图3所示为扫描N个频道的定时图；以及
图4所示为一种用以通信介于STA、与该STA关联的AP以及候选AP的间定时信息的系统图。
具体实施方式
此后，专用术语“站(STA)”包含但并未限制于一无线传输/接收单元、一使用者设备、一移动站、一固定或移动用户单元、一呼叫器或可在一无线环境下操作的任何形式的装置。当本文此后提到专用术语“接入点(AP)”，其包含但并未限制于一基地台、一节点B、一站控制器或是在无线环境下任何形式的界面装置。
本发明包含关于邻近候选AP的传输间隔的定时信息，典型地是为信标帧传输时间，由何处发送至一STA，以改善被动扫描模式的效率。
该AP发送关于该邻近候选AP的定时信息至该STA，该STA接着便能使用该定时信息，以调度其调整至该目标频率并在一最小时间中识别并测量该目标AP。
图1所示为用以通信介于一STA102、与该STA102关联的一AP(AP1)104、以及一候选AP(AP2)106间定时信息的方法100流程图。在非必要的第一步骤中，该STA102向AP1104请求候选AP2106的定时信息(步骤110)。该AP1104接着向AP2106请求定时信息(步骤112)。AP2106向AP1报告其定时信息(步骤114)，此步骤仅在如果该AP1尚未预先获得AP2的定时信息才需要；AP1会有附加装置以获得该定时信息(下文讨论)。AP1向该STA102报告AP2的定时信息(步骤116)。该STA102接着调度时间以调整至AP2的频率以便监听AP2的信标(步骤118)。
邻近AP的定时信息可包含，举例来说：信标间隔(信标帧发生的周期性)、一目标信号帧传输时间、或是无争用及基于争用的时段。关于邻近候选AP的定时信息可以绝对时间参考形式与该STA通信(例如：一种类似“邻近信标帧将于时间xyz发生”的时间戳)，或是对于一已知参考点的相对时间差(例如指示与由AP1将定时信息送至该STA的帧的差距，或是与AP1前次或现行信标帧的差距)。
由于装置在传输信标前等待任何进行中的传输/接收结束的需求，下一个信标帧的传输的定时在超过数毫米的精确度来说是未知的，因此该AP将一预测接收间隔时间(或等价地说，一目标时间加上一不确定保留幅度)发送至该STA。
提供给STA的定时信息总是能由该不确定时段所补充，或是由一特定法则允许该STA会得该定时信息及/或该不确定时段。一般来说，现行的AP将不止通知该STA该候选AP的信标帧将比该现行AP的信标帧早N个时间单位发生，且亦会通知该STA，由于该难以预料的因素，该候选AP的信标帧将在指示时间或是时间间隔的前M个时间单位及后L个时间单位内发生。另一个可能性便是不确定时段不用每次该AP提供定时信息时就描述，而是分开发送(举例来说：通过信标)，或是以一特定固定值发送，两种方式都能省下信号发送带宽。
邻近候选AP的定时信息可使用征求性及/或非征求性广播/多重广播形式帧(举例来说，包含于一信标帧中)，或是征求性及/或非征求性单一广播形式MAC帧(举例来说，在关联响应帧(AssociationResponseframe)、重新关联响应帧(ReassociationResponseframe)、或是探测响应帧中)送至STA。包含定时信息的信息元素(IE)能在(或部分在)MAC管理帧中发送，或是背负在MAC控制或数据帧上发送。通信定时信息至该STA亦可包含使用层间服务原始方式(例如)以在包含发送MAC信号发送帧、测量活动等活动上初始、确认及回报。
邻近候选AP的定时信息可在一特定AP以数种方法产生，包含：该AP使用网络侧发送信号以撷取邻近AP的定时信息、该AP使用其自身的邻近AP测量、该AP使用来自STA测量的报告、或是该AP在网络上使用一般的定时装置。
在网络侧发送信号方面，该AP通过将AP连接在一起的分布式系统，交换关于其信标的传输时间信息。有数种可能的网络侧信号发送执行方式，例如：一AP广播关于其信标传输定时的信息至所有在分布式系统上的AP、或是AP像另一个AP请求信标定时信息，而另一个AP则通过分布式系统响应。或者该AP可询问网络定时数据库，例如较佳地以作为中央控制或区域网络管理实体的一部份的方式来实现，以获得关于其邻近AP的现行定时信息。
当该AP使用其自身的邻近AP测量时，该测量AP监听其他AP的信标，且测量该信标的传输时间，根据该信标传输间隔，该测量AP可推断大约的未来传输时间。当邻近AP使用与该测量AP相同的频率频道时，此方法才有用，要不然此方法将需要该测量AP不时调整至其他频率频道以便其能监听信标，这是个较不吸引人的解决方案。
在该AP使用来自STA测量的报告方面，STA报告对等AP监听到来自邻近AP的信标的次数，其是包含信标传输间隔、邻近AP的识别以及该邻近AP的时间戳。该对等AP可使用此绝对和相关的时间参考组合以获取定时信息，该对等AP储存此信息于存储器中，且推断这些AP的信标大约的未来传输时间。
当一STA进入一BSS时，其能在该关联请求帧、重新关联请求帧或是探测请求帧中设立一个标志。该标志是用以指示该STA想要在对应的关联请求帧、重新关联请求帧或是探测请求帧中接收一个邻近报告元素，该标志能以数种方式执行，举例来说，可为一个简单比特标志或是一个IE，其包含多个值指示STA欲从该AP所撷取的信息形式。该邻近报告元素可包含一定时同步功能(TSF,timingsynchronizationfunction)信息栏位，其包含一TSF偏差值以及一邻近AP的信标间隔值。该TSF偏差值是以定时单位表示(TU)，其举例来说且不失一般性为一微米长度，且是为介于该对等AP和在关于该对等AP的TU中表示的邻近AP间的定时偏差。该信标间隔值可在一较佳实施方式及不失一般性中表示为一目标信标传输时间(TBTT,targetbeacontransmissiontime)，其具有一典型的预设值100ms。
关于邻近候选AP的定时信息可在一AP管理信息库(MIB)中储存、存取或配置。该MIB可为一MAC层MIB或是一PHY层MIB。
图2和图3所示为两种实施方式。在图2中，当该STA知道该邻近候选AP的信标帧大约的抵达时间时，如果知道定时信息的话，STA需要停留在一给予频率以监听一特定AP的扫描期间典型地约为数毫秒，如果不知道定时信息的话可能会降到一完全信标间隔(典型地为100ms)。
在图3中所示为当在不同频道扫描数个AP时，所提出方法的增益。典型地，当使用定时信息时，该STA可根据该信标帧的发生建立一调度，且在一单一或多个信标间隔中测量所有的信标帧。反之，如果不使用定时信息的话，必须请求数个信标间隔。在图3中所示的“不确定性间隔”提到，由于与其他传输区别的需要，关于该信标传输的确切时间。
上述的方法适用于基于IEEE802.11的WLAN，且尤其是以基于802.11r(快速BSS传输)、802.11s(延伸服务集(ESS)网)、802.11k(无线资源测量)以及802.11n(高产能WLAN)的WLAN。这些方法亦适用于其他无线网络形式。
图4所示为用以通信介于一STA402、一与STA402关联的AP(AP1)404及一候选AP(AP2)406间定时信息的系统400。当定时信息由AP2经由分布式网络传至AP1时，可使用本系统400。该STA402包含一定时信息装置410、一调度装置412、一接收器414以及一天线416。AP1404包含一定时信息装置420。该AP2406包含一定时信息装置430、一信标传输装置432以及一天线434。
该系统400如下运作。在非必要的第一步骤中，该STA402通过定时信息装置410向在AP1404上的定时信息装置420发送请求，请求候选AP2406的定时信息。该AP1104接着分别通过定时信息装置420及定时信息装置430接收关于AP2406的定时信息。如同前文参照图1所述，AP1404可以不同方式接收关于该AP2406的定时信息。
在AP2406中，该信标传输装置432经由天线434传输其信标，且通信该定时信息，以传输该信标至该定时信息装置430。该定时信息是由该定时信息装置430送至在AP1404中的定时信息装置420。AP1404由该定时信息装置420发送该AP2406的定时信息至在该STA402中的定时信息装置410。
一旦该STA402接收该AP2406的定时信息，该定时信息是由该定时信息装置410传至该调度装置412，该调度装置412决定该STA402将于何时调整其接收器414以扫描并接收来自AP2406的信标传输。
尽管本发明的特征和元件皆于实施例中以特定组合方式所描述，但实施例中每一特征或元件能独自使用(不需与较佳实施方式的其他特征或元件组合)，或是与/不与本发明的其他特征和元件做不同的组合。

Claims (20)

1.一种在无线局域网中进行邻近扫描的方法，该无线局域网具有站、与所述站关联的第一接入点AP、以及第二AP，该方法包括：
在所述第一AP从所述站接收邻近报告的请求；
在所述第一AP接收由所述第二AP发送的信标信号的定时信息，其中所述定时信息包括相对于用于传输所述信标信号的已知参考时间的时间差，并且所述时间差是以定时为单位的偏差；以及
从所述第一AP向所述站在邻近报告消息中报告所述定时信息，从而通过所述站基于所报告的定时信息完成被动扫描。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考时间是来自所述第二AP的第一信标的目标信标传输时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述定时信息包括通过网络侧信令接收关于所述第二AP的定时信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述报告包括在探测响应帧、关联响应帧、或者重新关联响应帧中发送所述定时信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述报告包括在是管理子类型的媒介接入控制MAC帧中发送所述定时信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述邻近报告请求是以下任一者中的一部分：探测请求、关联请求、以及重新关联请求。
7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在所述第一AP请求来自所述第二AP的定时信息。
8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
在所述第一AP请求来自与所述第一AP关联的站的信标测量，所述信标测量包括定时信息。
9.一种在无线局域网中进行邻近扫描的方法，该无线局域网具有站、与所述站关联的第一接入点AP、以及第二AP，该方法包括：
从所述站向所述第一AP发送邻近报告的请求；
在所述站接收来自所述第一AP的包括定时信息报告的邻近报告，所述定时信息包括由所述第二AP传送的信标信号的定时信息，其中所述定时信息包括相对于用于传输信标信号的已知参考时间的时间差，并且所述时间差是以定时为单位的偏差，从而通过所述站接收所述定时信息完成所述邻近扫描；以及
在所述站调度所述站被动扫描由所述第二AP传送的信标信号的时间，所述调度基于所述定时信息报告。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述参考时间是传送自所述第二AP的第一信标信号的目标信标传输时间。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述接收包括接收包括媒介接入控制MAC帧中的信息元素中的定时信息的邻近报告。
12.一种站，该站包括：
定时信息装置，被配置成：
从所述站向第一接入点AP发送邻近报告的请求；以及
接收来自所述第一AP的包括定时信息的邻近报告，所述定时信息包括由第二AP传送的信标信号的定时信息，其中所述定时信息包括相对于用于传输信标信号的已知参考时间的时间差，并且所述时间差是以定时为单位的偏差；以及
调度装置，与所述定时信息装置通信，所述调度装置被配置成调度所述站监听由所述第二AP传送的信标信号的时间，所述调度基于所述定时信息。
13.根据权利要求12所述的站，其中所述定时信息装置被配置成接收媒介接入控制MAC帧中的信息元素中的定时信息。
14.一种接入点，该接入点包括：
发射机，被配置成传送信号；
接收机，被配置成接收信号；以及
定时信息装置，被配置成：
接收来自与所述接入点关联的站的邻近报告的请求；
接收由第二接入点发送的信标信号的定时信息，其中所述定时信息包括相对于用于传输所述信标信号的已知参考时间的时间差，并且所述时间差是以定时为单位的偏差；以及
向所述站报告包括所述定时信息的邻近报告。
15.根据权利要求14所述的接入点，其中所述邻近报告的请求是以下任一者中的一部分：探测请求、关联请求、以及重新关联请求。
16.根据权利要求14所述的接入点，其中所述定时信息通过网络侧信令从所述第二接入点接收。
17.根据权利要求14所述的接入点，其中包括所述定时信息的邻近报告在下述的任一者中被报告至所述站：信标帧、探测响应帧、关联响应帧、重新关联响应帧、以及媒介接入控制MAC帧中的信息元素。
18.根据权利要求17所述的接入点，其中所述MAC帧是管理子类型。
19.根据权利要求14所述的接入点，其中所述定时信息装置还被配置成请求来自所述第二接入点的定时信息。
20.根据权利要求14所述的接入点，其中所述定时信息装置还被配置成从关联到所述接入点的其它站请求信标测量，所述信标测量包括定时信息。
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