CN103826236A - 控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，以2.4Ghz\5Ghz全向控制子网为基础，在其之上承载若干60Ghz定向业务子网，前述控制子网包括：一个接入点和若干用户，接入点和用户均具备智能天线，智能天线为具有波束成型能力的天线阵列，并且天线阵列能够形成特定的天线波束，特定的天线波束为能够实现定向发送和接收的天线波束。本发明的有益之处在于：本发明将控制信息与业务相分离，在实现60Ghz毫米波高速业务数据定向传输、大幅度提高网络业务容量的同时，2.4Ghz\5Ghz频段的全向控制信息保证了整个网络的基本运作，避免了在高频段传输带来的不必要的能量消耗，最终实现了能效和频谱资源的联合优化。

Description

控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构
技术领域
本发明涉及一种无线局域网架构，具体涉及一种控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，属于无线网络技术领域。
背景技术
无线通信技术前进的步伐总在追逐着应用需求增长的脚步。当可提供上百兆净速率的IEEE802.11n产品在各种手持终端上得到广泛应用，已成为终端设备的标准配置组件之时，无线高清视频传输、海量下载和无线千兆以太网等应用对数据传输速率的要求已经高达1-3Gbps。与此同时，无线频谱资源的短缺又严重制约着终端速率进一步提高。为此，欧、美、日、中等众多国家近年来相继在60Ghz附近划分出5-7Ghz的免许可连续频谱用作一般用途。凭借上Ghz的带宽优势，60Ghz毫米波通信成为目前实现吉皮特级超高速无线传输的首选方案，并因此受到IEEE802.11WLAN和IEEE802.15.3WPAN工作组的共同关注。当前，60Ghz的标准制定也在加速进行中。
但是，由于毫米波信号空间传播特性，60Ghz毫米波通信与传统的无线接入技术相比有很大的不同。主要表现在：传输衰减大，典型传输距离不超过10m；易被阻隔，毫米波信号因波长太短，绕射与穿透能力都很差，很容易受障碍物遮挡；传输方向性强，在60Ghz频段电磁波传播更多地表现为一种似光性传播，一般只能采用高增益定向天线。
由于以上特性，60GHz毫米波目前仅限于短距离点对点高速通信，一系列关键问题正处于理论探讨与实验研究阶段。其中在组网结构问题上，传统的无线局域网中接入点具有双重身份，既要负责无线信号的收发，也要负责网络的管理与控制（包括同步、接入控制、用户唤醒等）。控制信息与业务分别以控制帧与业务帧的形式，共用同一个物理信道进行传输，也就是说，控制子网与业务子网是紧密耦合在一起的，而且二者的覆盖范围是完全重合的。控制信息需周期性频繁交互，但每次传输的信息量却较小，数据速率较低。由于用户可随时接入或退出网络，因此，控制子网需支持360°全向覆盖。业务传输具有突发性，信息量可能较大，数据速率高。为了支持60GHz无线传输，需采用波束赋形技术，因此业务子网需支持定向覆盖。如果仍以传统方式，实现网络的基础覆盖，代价昂贵且几乎不可能实现。因此，不能简单地将其从目前的无线局域网或无线个域网照搬60GHz毫米波，急需寻求一种高能效的组网架构，既能够实现60Ghz高速业务定向传输，又能够尽量降低不必要的能量消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，该无线局域网架构可实现控制子网与业务子网在覆盖上的分离，使网络既能够方便的实现控制协调等基本功能，又能对高速率业务提供有效承载，从而实现能效与资源的联合优化，为未来高速无线网络的发展提供技术支持。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，以2.4Ghz\5Ghz全向控制子网为基础，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子网之上承载若干60Ghz定向业务子网，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网与60Ghz定向业务子网分离，并且两者具有不同的覆盖范围、无线接入技术、基于协议和容量；其中，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网包括：一个接入点和若干用户，前述接入点和用户均具备智能天线，前述智能天线为具有波束成型能力的天线阵列，并且前述天线阵列能够形成特定的天线波束，前述特定的天线波束为能够实现定向发送和接收的天线波束。
前述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网基于IEEE802.11n协议，控制信息在2.4Ghz\5Ghz频段传输，接入点通过全向天线发送控制帧实现控制子网的全向覆盖。
前述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，前述60Ghz定向业务子网基于IEEE802.11ad协议，业务在60Ghz频段传输，接入点和用户通过定向天线发送业务帧实现业务的定向覆盖。
前述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网的控制帧传输具有长期性全局性，用于负责网络的管理与控制，帧的长度为14-500bytes，传输速率为1-100Mbps。
前述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，前述60Ghz定向业务子网的业务帧传输具有突发性局部性，用于承载高速率高质量业务，帧的长度为1000-7959bytes，传输速率为693-6757Mbps。
本发明的有益之处在于：本发明从整体角度构建了一种双层的异构毫米波无线局域网架构，将控制信息与业务相分离，在实现60Ghz毫米波高速业务数据定向传输、大幅度提高网络业务容量的同时，2.4Ghz\5Ghz频段的全向控制信息保证了整个网络的基本运作，避免了在高频段传输带来的不必要的能量消耗，最终实现了能效和频谱资源的联合优化。
附图说明
图1是本发明的无线局域网架构中控制子网的全向覆盖架构示意图；
图2是在控制子网之上承载的业务子网的定向覆盖架构示意图；
图3是本发明的无线局域网架构的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1、图2和图3，本发明的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其是以2.4Ghz\5Ghz全向控制子网为基础，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子网之上承载若干60Ghz定向业务子网，其中，2.4Ghz\5Ghz全向控制子网包括：一个接入点和若干用户（图1和图2所示为1个接入点和3个用户，即用户1、用户2、用户3），接入点和用户均具备智能天线，该智能天线为具有波束成型能力的天线阵列，并且该天线阵列能够形成特定的天线波束，该特定的天线波束为能够实现定向发送和接收的天线波束。
本发明的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，所谓分层，是指2.4Ghz\5Ghz全向控制子网与60Ghz定向业务子网分离，并且两者的覆盖范围不同，有别于传统的控制帧和业务帧在同一信道上传输的传统无线局域网，本发明的无线局域网架构其控制帧和业务帧在不同频率的物理信道上传输，即控制信息在2.4Ghz\5Ghz频段传输，业务在60Ghz频段传输；所谓异构，是指2.4Ghz\5Ghz全向控制子网和60Ghz定向业务子网的功能、覆盖能力、无线接入技术、基于协议、容量的不同。
作为一种优选的方案，2.4Ghz\5Ghz全向控制子网基于IEEE802.11n协议，控制信息在2.4Ghz\5Ghz频段传输，接入点通过全向天线发送控制帧实现控制子网的全向覆盖。
更为优选的是，60Ghz定向业务子网基于IEEE802.11ad协议，业务在60Ghz频段传输，接入点和用户通过定向天线发送业务帧实现业务的定向覆盖。
在本发明中，2.4Ghz\5Ghz全向控制子网的控制帧其长度优选为14-500bytes，传输速率优选为1-100Mbps，该控制帧传输具有长期性全局性，用于负责网络的管理与控制，主要包括：接入控制、同步、获取信道信息、节能等。2.4Ghz\5Ghz全向控制子网的工作步骤如下：
1、接入点和用户在2.4Ghz\5Ghz频段通过全向天线交互控制信息（用户接入信息），探寻覆盖范围内用户，完成用户的接入。
2、接入点和用户在2.4Ghz\5Ghz频段通过全向天线周期性交互控制信息（同步信息），保证网内接入点和各用户的同步。
3、接入点和用户在2.4Ghz\5Ghz频段通过全向天线交互控制信息（信道探测信息），接入点根据用户反馈获得或更新各用户的信道状态信息，用来支持业务子网中天线的定向波束赋形。
4、接入点和用户在2.4Ghz\5Ghz频段通过全向天线交互控制信息（休眠/唤醒信息），控制无业务传输的用户处于休眠模式，达到节能的目的。
在本发明中，60Ghz定向业务子网的业务帧其长度优选为1000-7959bytes，传输速率优选为693-6757Mbps，该业务帧传输具有突发性局部性，用于承载高速率高质量业务，如高清视频等。60Ghz定向业务子网的工作步骤如下：
1、当接入点有业务需要传输给用户1，接入点的智能天线将控制子网中获取的用户1的信道状态信息进行处理，形成对准用户1的自适应定向波束。
2、控制子网中用户1收到接入点发送的控制信息（业务请求信息），将控制子网中获取的接入点的信道状态信息进行处理，形成对准接入点的自适应定向波束。
3、接入点和用户1在60Ghz频段通过所述定向波束交互高速业务。
由此可见，本发明的无线局域网架构将控制信息与业务相分离，在实现60Ghz毫米波高速业务数据定向传输、大幅度提高网络业务容量的同时，2.4Ghz\5Ghz频段的全向控制信息保证了整个网络的基本运作，避免了在高频段传输带来的不必要的能量消耗，最终实现了能效和频谱资源的联合优化。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，以2.4Ghz\5Ghz全向控制子网为基础，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子网之上承载若干60Ghz定向业务子网，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网与60Ghz定向业务子网分离，并且两者具有不同的覆盖范围、无线接入技术、基于协议和容量；其中，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网包括：一个接入点和若干用户，所述接入点和用户均具备智能天线，所述智能天线为具有波束成型能力的天线阵列，并且所述天线阵列能够形成特定的天线波束，所述特定的天线波束为能够实现定向发送和接收的天线波束。
2.根据权利要求1所述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网基于IEEE802.11n协议，控制信息在2.4Ghz\5Ghz频段传输，接入点通过全向天线发送控制帧实现控制子网的全向覆盖。
3.根据权利要求2所述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，所述60Ghz定向业务子网基于IEEE802.11ad协议，业务在60Ghz频段传输，接入点和用户通过定向天线发送业务帧实现业务的定向覆盖。
4.根据权利要求1、2或3所述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子网的控制帧传输具有长期性全局性，用于负责网络的管理与控制，帧的长度为14-500bytes，传输速率为1-100Mbps。
5.根据权利要求1、2或3所述的控制信息与业务分离的分层异构毫米波无线局域网架构，其特征在于，所述60Ghz定向业务子网的业务帧传输具有突发性局部性，用于承载高速率高质量业务，帧的长度为1000-7959bytes，传输速率为693-6757Mbps。
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