CN104365155B - 在无线通信系统中发送和接收在省电模式下操作的站的信号的方法及其设备 - Google Patents

在无线通信系统中发送和接收在省电模式下操作的站的信号的方法及其设备 Download PDF

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Abstract

本发明的一个实施例涉及一种用于在无线通信系统中发送在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法，并且用于发送信号的方法包括下述步骤：根据第一时间段发送PS轮询帧和/或触发帧，其中被合并的比例因子被应用于第一时间段，并且被合并的比例因子也被共同地应用于第二时间段，其中STA能够通过保持与接入点(AP)的关联状态省略帧传输。

Description

在无线通信系统中发送和接收在省电模式下操作的站的信号 的方法及其设备
技术领域
下面的描述涉及一种无线通信系统，并且更加具体地，涉及一种在无线局域网(LAN)系统中发送和接收在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法和用于支持该方法的设备。
背景技术
最近，随着信息通信技术的发展，已经开发了各种无线通信技术。其中，基于射频技术，无线局域网(WLAN)使得能够在家庭、企业或者特定服务供应区域中使用诸如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、便携式多媒体播放器(PMP)无线接入到互联网。
为了克服在已经被指出为WLAN的缺点的通信速率的限制，在最近的通信标准中，已经引入用于增加网络速度和可靠性并且延伸无线网络距离的系统。例如，在IEEE802.11n中，在发送器和接收器中使用多个天线的多输入和多输出(MIMO)技术已经被引入，以便于以540Mbps或者更大的最大数据速率支持高吞吐量(HT)，以最小化传输错误，并且优化数据速率。
发明内容
技术问题
在本发明中，在此公开一种在无线通信系统，更加具体地无线局域网(LAN)系统中将较长的睡眠间隔提供给在省电模式下可操作的站(STA)的方法和设备，。
通过本发明解决的技术问题不限于上述技术问题并且对于本领域的技术人员来说显而易见的是可以从下面的描述中理解在此未描述的其它的技术问题。
技术方案
通过提供一种在无线通信系统中发送在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法来实现本发明的目的，该方法包括：根据第一时间段发送PS轮询帧或者触发帧中的至少一个，其中统一的比例因子被应用于第一时间段，并且其中统一的比例因子被共同地应用于第二时间段，在该第二时间段期间STA通过保持关联状态抑制帧传送到接入点(AP)。
在本发明的另一方面中，在此提供一种在无线通信系统中接收在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法，包括：切换到唤醒状态以便于接收信标帧并且接收信标帧，其中统一的比例因子被应用于用于切换到唤醒状态的第一时间段，并且其中统一的比例因子被共同地应用于第二时间段，在该第二时间段期间STA通过保持关联状态抑制帧传输到接入点(AP)。
本发明的上述方面可以具有下述特征。
统一的比例因子可以被共同地应用于无线网络管理(WNM)睡眠间隔的计算。
第一时间段可以是监听间隔并且第二时间段可以是基本服务集(BSS)最大空闲时段。
通过将被包括在监听间隔字段中的值、被包括在BSS最大空闲时段元素中的值以及被包括在WNM睡眠模式元素中的值乘以统一的比例因子可以应用统一的比例因子。
当将统一的比例因子应用于被包括在监听间隔字段中的值、被包括在BSS最大空闲时段元素中的值以及被包括在WNM睡眠模式元素中的值时，STA可以使基本单元扩展因子翻倍。
当将统一的比例因子应用于被包括在监听间隔字段中的值时基本单元扩展因子可以是1000TU/BI，当统一的比例因子被应用于被包括在BSS最大空闲时段元素中的值时基本单元扩展因子可以是1，并且如果统一的比例因子被应用于被包括在WNM睡眠模式元素中的值则基本单元扩展因子可以是1000TU/DI，其中TU是1024μs，BI是信标间隔并且DI是递送业务指示消息(DTIM)间隔。
被包括在监听间隔字段中的值的基本单元可以是BI，被包括在BSS最大空闲时段元素中的值的基本单元可以是1000TU并且被包括在WNM睡眠模式元素中的值的基本单元可以是DI。
可以基于被包括在从AP接收到的探测响应帧中的BSS最大空闲时段确定监听间隔。
探测响应帧可以是对包括与STA的BSS最大空闲时段和统一的比例因子有关的优先权的探测请求帧的响应。
STA可以经由重新关联请求帧将监听间隔发送到AP。
可以基于被包括在从AP接收到的关联响应帧中的BSS最大空闲时段确定监听间隔。
可以基于被包括在从AP接收到的信标帧的BSS最大空闲时段确定监听间隔。
在接收包括BSS最大空闲时段的信标帧之后STA可以确定监听间隔。
有益效果
根据本发明，能够将较长的睡眠间隔有效地提供给在省电模式下可操作的站(STA)。
本发明的效果不限于上述效果并且对于本领域的技术人员来说从下面的描述中在此没有描述的其它效果将会变得显而易见。
附图说明
附图被包括以提供对本发明进一步的理解，附图图示本发明的实施例，并且连同描述一起用来解释本发明原理。在附图中：
图1是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的示例性结构的图；
图2是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性结构的图；
图3是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性结构的图；
图4是示出无线局域网(WLAN)系统的示例性结构的图；
图5是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的数据链路层和物理层的结构的图；
图6是图示本发明可应用到的WLAN系统中的通用链路设定过程的图；
图7是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的MAC帧格式的图；
图8是示出在图7的MAC帧中HT控制字段的HT格式的图；
图9是示出在图7的MAC帧中HT控制字段的VHT格式的图；
图10是示出本发明可应用到的IEEE 802.11n系统的PPDU帧的图；
图11是示出本发明可应用到的IEEE 802.11ac系统的VHT PPDU帧格式的图；
图12是图示本发明可应用到的无线LAN系统中的退避过程的图；
图13是图示隐藏节点和暴露节点的图；
图14是图示请求发送(RTS)和准备发送(CTS)的图；
图15是示出帧间空间(IFS)之间的关系的图；
图16是图示功率管理操作的图；
图17至图19是图示接收业务指示图(TIM)的站(STA)的操作的图；
图20是图示基于组的关联标识符(AID)的图；
图21是图示监听间隔的图；
图22是图示BSS最大空闲时段的图；
图23是图示本发明的一个实施例的图；以及
图24是示出根据本发明的一个实施例的无线设备的配置的框图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的优选实施例，在附图中图示其示例。在下面结合附图所阐述的详细描述意为示例性实施例的描述，并且不意在仅表示其中能够实践在这些实施例中解释的概念的实施例。该详细描述包括提供对本发明理解的目的的细节。然而，对于本领域那些技术人员来说显而易见的是，这些教导可以在没有这些特定的细节的情况下被实现和实践。
在一些实例中，为了避免晦涩本发明的概念，公知的结构和设备被省略并且以框图的形式示出结构和设备的重要功能。在整个附图中将会使用相同的附图标记以指定相同或者相似的部件。
应注意的是，为了便于描述和更好地理解本发明，提出在本发明中公开的特定术语，并且在本发明的技术范围或者精神下这些特定术语的使用可以变成其它格式。
通过关于包括电子电气工程师协会(IEEE)802系统、第三代合作伙伴计划(3GPP)系统、3GPP长期演进(LTE)系统、以及3GPP2系统的无线电接入系统中的至少一个公开的标准文献支持本发明的示例性实施例。特别地，可以通过上述文献来支持没有被描述的步骤或者部分以清楚地揭示本发明的技术理念。通过上述文献中的至少一个可以支持在此使用的所有术语。
下述技术能够被应用于各种无线接入技术，例如，CDMA(码分多址)、FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、OFDMA(正交频分多址)、SC-FDMA(单载波频分多址)等。CDMA可以被具体化为诸如UTRA(通用陆地无线电接入)或CDMA2000的无线(无线电)技术。TDMA可以被具体化为诸如GSM(全球移动通信系统)/GPRS(通用分组无线电业务)/EDGE(增强型数据速率GSM演进)的无线(无线电)技术。OFDMA可以被具体化为诸如电子电气工程师协会(IEEE)802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802-20和E-UTRA(演进UTRA)的无线(无线电)技术。UTRA是UMTS(通用移动通信系统)的一部分。3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进)是E-UMTS(演进的UMTS)的一部分，其使用E-UTRA。3GPPLTE在下行链路中采用OFDMA并且在上行链路中采用SC-FDMA。高级LTE(LTE-A)是3GPP LTE的演进版本。
为了清楚起见，下面的描述集中于3GPP LTE和3GPP LTE-A系统。然而，本发明的技术特征不限于此。
通用系统
图1是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的示例性结构的图。
IEEE 802.11结构可以是由多个组件构成，并且通过组件之间的交互可以提供对于较高层来说透明的、支持站(STA)移动性的无线局域网(WLAN)。在IEEE 802.11LAN中基本服务集(BSS)可以对应于基本组件块。在图1中，两个BSS(BSS 1和BSS2)存在，并且每个BSS包括两个STA(STA1和STA2被包括在BSS1中并且STA3和STA4被包括在BSS2中)作为成员。在图1中，指示BSS的椭圆指示其中被包括在BSS中的STA保持通信的覆盖区域。此区域可以被称为基本服务区域(BSA)。如果STA移出BSA，则STA不能够与BSA中的其它STA直接通信。
在IEEE 802.11LAN中，BSS基本上是独立的BSS(IBSS)。例如，IBSS可以仅具有两个STA。另外，其中其它的组件被省略的图1的最简单的BSS(BSS1或者BSS2)可以对应于IBSS的代表性示例。当STA能够直接执行通信时，这样的配置是可能的。另外，这样的LAN没有事先配置而是如果LAN是必需的则可以被配置。此LAN也可以被称为ad-hoc网络(自组织网络)。
如果STA被接通或者切断，或者如果STA进入或者移出BSS，则BSS中的STA的成员关系可以被动态地改变。STA可以使用同步过程加入BSS以便于变成BSS的成员。为了接入基于BSS的结构的所有服务，STA应与BSS相关联。这样的关联可以被动态地设置并且可以包括分布系统服务(DSS)的使用。
图2是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性结构的图。在图2中，分布系统(DS)、分布系统介质(DSM)以及接入点(AP)被添加到图1的结构。
在LAN中，直接的站到站距离可能受到PHY性能限制。虽然这样的距离限制在一些情况下可能是满意的，但是在位于更长距离处的站之间的通信可能是必需的。为了支持被延伸的覆盖，可以配置DS。
DS意指其中BSS被相互连接的结构。更加具体地，如在图1中所示，BSS没有独立地存在，而BSS可以作为包括多个BSS的网络的扩展的组件存在。
DS是逻辑概念并且可以通过DSM的特性指定。在IEEE 802.11标准中，无线介质(WM)和DSM在逻辑上被区分。逻辑介质被用于不同的用途，并且通过不同的组件使用。在IEEE 802.11标准中，这样的介质不受到相同或者不同的介质的限制。因为多个介质在逻辑上是不同的，所以IEEE 802.11LAN结构(DS结构或者另一网络结构)可以是灵活的。即，IEEE802.11LAN结构可以被不同地实现，并且通过每个实现的物理属性可以独立地指定LAN结构。
DS提供多个BSS的无缝集成，并且提供对于处理到目的地的地址所必需的逻辑服务以便支持移动设备。
AP意指使相关联的STA能够经由WM接入DS并且具有STA功能性的实体。可以经由AP执行在BSS和DS之间的数据传送。例如，在图2中示出的STA2和STA3具有STA功能性并且提供使相关联的STA(STA1和STA4)能够接入DS的功能。另外，因为所有的AP对应于STA，所以所有的AP可以是可寻址的实体。AP使用的用于在WM上通信的地址和AP使用的用于DSM上通信的地址可以是不相等的。
从与AP相关联的STA之一发送到AP的STA地址的数据可以始终通过未被控制的端口来接收并且通过IEEE 802.1X端口接入实体来处理。另外，如果被控制的端口被认证，则传输数据(或者帧)可以被发送到DS。
图3是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的另一示例性结构的图。在图3中，用于提供宽覆盖的扩展的服务集被添加到图2的结构。
具有任意的大小和复杂性的无线网络可以由DS和BSS组成。在IEEE 802.11系统中，这样的网络被称为ESS网络。ESS可以对应于被连接到一个DS的BSS集合。然而，ESS不包括DS。ESS网络在逻辑链路控制(LLC)层处作为IBSS网络出现。被包括在ESS中的STA可以相互通信，并且移动的STA可以对于LLC层透明地(在相同的ESS内)从一个BSS移向另一BSS。
在IEEE 802.11中，图3中的BSS的相对物理位置没有被假定并且可以被定义如下。BSS可以部分地重叠以便于提供连续的覆盖。另外，BSS在物理上可以不被连接，并且在BSS之间的距离在逻辑上没有被限制。另外，BSS在物理上可以位于相同的位置处以便于提供冗余。另外，一个(或者多个)IBSS或者ESS网络可以物理上存在于相同的空间中作为一个(或者多个)ESS网络。这对应于ESS网络类型，诸如其中在ESS网络存在的位置处ad-hoc网络操作的情况、被不同的组织物理地重叠的IEEE 802.11网络被配置的情况或者其中两个或者更多个不同的接入和安全政策在相同的位置处是必需的情况。
图4是示出WLAN系统的示例性结构的图。图4示出包括DS的基础设施BSS的示例。
在图4的示例中，BSS 1和BSS2配置ESS。在WLAN系统中，STA根据IEEE 802.11的MAC/PHY规则操作。STA包括AP STA和非AP STA。非AP STA对应于用户直接处置的设备，诸如膝上型计算机或者移动电话。在图4的示例中，STA1、STA3以及STA4对应于非AP STA，并且STA2和STA5对应于AP STA。
在下面的描述中，非AP STA可以被称为终端、无线发送/接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、移动站(MS)、移动终端或者移动订户站(MSS)。另外，AP可以对应于基站(BS)、节点B、演进的节点B(eNB)、基站收发器系统(BTS)或者毫微微BS。
图5是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的数据链路层和物理层的结构的图。
参考图5，物理层520可以包括物理层收敛过程(PLCP)实体521和物理介质相关(PMD)实体522。PLCP实体521负责连接MAC子层510和数据帧。PMD实体522负责使用正交频分复用(OFDM)方案将数据无线地发送到两个或者更多个STA并且从两个或者更多个STA接收数据。
MAC子层510和物理层520可以分别包括管理实体，其分别被称为MAC子层管理实体(MLME)511和物理层管理实体(PLM)523。这些实体511和521提供层管理服务接口，用于层管理功能的操作。
为了提供精确的MAC操作，站管理实体(SME)530可以被包括在每个STA中。SME 530是独立于每个层的管理实体，其从数个层管理实体收集基于层的状态信息并且设置层的特定参数值。SME 530可以执行这样的功能替代通用系统管理实体并且实现标准管理协议。
这样的实体可以使用各种方法相互作用。图5示出交换GET/SET基元的示例。XX-GET.请求基元被用于请求管理信息基础(MIB)属性值，如果XX-GET.确认基元是处于“成功”状态下则MIB属性值被返回并且，否则，指示错误状态的状态字段被返回。XX-SET.请求基元被用于将被指定的MIB属性值设置为给定值的请求。如果MOB属性值指示特定操作，则特定操作的执行被请求。如果XX-SET.确认基元的状态是“成功”，则这意指被指定的MIB属性值被设置为被请求的值。否则，状态字段指示错误状态。如果此MIB属性值指示特定操作，则此基元可以指示特定操作已经被执行。
如在图5中所示，分别经由MLME_Service接入点(SAP)550和PLME_SAP 560在MLME511和SME 530之间和在PLME 523和SME530之间可以交换各种基元。经由MLME-PLME_SAP570在MLME 511和PLME 523之间可以交换基元。
链路设定过程
图6是图示一般链路设定过程的图。
为了建立关于网络的链接并且执行数据传输和接收，STA发现网络，执行认证，建立关联并且执行用于安全的认证过程。链路设定过程可以被称为会话初始化过程或者会话设定过程。另外，链路设定过程的发现、认证、关联以及安全设定可以被统称为关联过程。
将会参考图6描述示例性的链路设定过程。
在步骤S610中，STA可以执行网络发现操作。网络发现操作可以包括STA的扫描操作。即，STA发现网络以便于接入网络。在参与无线网络之前，STA应识别可兼容的网络，并且识别在特定区域中存在的网络的过程被称为扫描。
扫描方法包括主动扫描方法和被动扫描方法。
在图6中，示出包括主动扫描过程的网络发现操作。在主动扫描中，执行扫描的STA发送探测请求帧同时在信道之间移动并且等待对其的响应，以便于检测哪个AP存在。响应方将探测响应帧作为对探测请求帧的响应发送到发送探测请求帧的STA。响应方可以是在被扫描的信道的BSS中最后发送信标帧的STA。在BSS中，因为AP发送信标帧，所以AP是响应方。在IBSS中，因为IBSS中的STA交替地发送信标帧，所以响应方不固定。例如，在第一信道上发送探测请求帧并且在第一信道上接收探测响应帧的STA存储被包括在接收到的探测响应帧中的与BSS有关的信息，移向下一个信道(例如，第二信道)并且使用相同的方法执行扫描(在第二信道上的探测请求/响应发送/接收)。
尽管在图6中未示出，但是使用被动扫描方法可以执行扫描操作。在被动扫描中，执行扫描的STA等待信标帧同时在信道之间移动。在IEEE 802.11中信标帧是管理帧并且被定期地发送，以便于指示无线网络的存在或者使执行扫描的STA能够发现和加入无线网络。在BSS中，AP负责定期地发送信标帧。在IBSS中，处于IBSS中的STA交替地发送信标帧。执行扫描的STA接收信标帧，存储关于被包括在信标帧中的BSS的信息，并且记录每个信道的信标帧信息同时移向另一信道。已经接收到信标帧的STA可以存储被包括在接收到的信标帧中的与BSS有关的信息，移向下一个信道并且使用相同的方法对下一个信道执行扫描。
主动扫描具有小于被动扫描的延迟和功率消耗。
在STA已经发现网络之后，在步骤S620中可以执行认证过程。这样的认证过程可以被称为第一认证过程以区分步骤S640的安全设定操作。
认证过程包括在STA处将认证请求帧发送到AP并且在AP处响应于其而将认证响应帧发送到STA的过程。用于认证请求/响应的认证帧对应于管理帧。
认证帧可以包括关于认证算法编号、认证交易序列号、状态代码、挑战文本、稳健的安全网络(RSN)、有限循环群等等的信息。信息可以是被包括在认证请求/响应帧中的信息的示例并且可以被其它的信息替代。信息可以进一步包括附加的信息。
STA可以将认证请求帧发送到AP。基于被包括在接收到的认证请求帧中的信息，AP可以确定是否允许STA的认证。AP可以经由认证响应帧给STA提供认证结果。
在STA已经被成功地认证之后，在步骤S630中可以执行关联认证。关联过程包括在STA处将关联请求帧发送到AP并且在AP处响应于其而将关联响应帧发送到STA的过程。
例如，关联响应帧可以包括关于各种性能、信标监听间隔、服务集标识符(SSID)、支持的速率、RSN、移动性域、支持的操作分类、业务指示图(TIM)广播请求、互连服务性能等等的信息。
例如，关联响应帧可以包括关于各种性能、状态代码、关联ID(AID)、支持的速率、增强的分布式信道接入(EDCA)参数集、接收到的信道功率指示符(RCPI)、接收到的信噪指示符(RSNI)、移动性域、超时间隔(关联恢复时间)、重叠的BSS扫描参数、TIM广播响应、QoS映射等等的信息。
此信息仅是被包括在关联请求/响应帧中的示例性信息并且可以被其它信息取代。此信息可以进一步包括附加的信息。
在STA被成功地认证之后，可以在步骤S640中执行安全设定过程。步骤S640的安全设定过程可以被称为通过稳健的安全网络关联(RSNA)请求/响应的认证过程。步骤S620的认证过程可以被称为第一认证过程并且步骤S640的安全设定过程可以被简单地称为认证过程。
步骤S640的安全设定过程可以包括在LAN(EAPOL)帧上通过可扩展的认证协议4路握手的私钥设定过程。另外，根据在IEEE 802.11标准中没有定义的安全方法可以执行安全设定过程。
WLAN的演进
作为为了克服在WLAN中的通信速度的限制而最近建立的技术标准，已经设计IEEE802.11n。IEEE 802.11n旨在增加网络速度和可靠性并且延伸无线网络距离。更加具体地，IEEE 802.11n是基于在发送器和接收器中使用多个天线的多输入和多输出(MIMO)技术，以便于以540Mbps或者更大的最大数据速率支持高吞吐量，以最小化传输错误，并且优化数据速率。
当WLAN已经被广泛使用并且使用其的应用已经多样化时，存在对于以比IEEE802.11n支持的数据速率更高的数据速率支持吞吐量的新的WLAN系统的需求。支持非常高的吞吐量(VHT)的下一代WLAN系统是IEEE 802.11n WLAN系统的下一个版本(例如，IEEE802.11ac)并且是为了在MAC服务接入点(SAP)处支持1Gbps或者更高的数据速率新提议的IEEE 802.11WLAN系统。
下一代WLAN系统支持多用户MIMO(MU-MIMO)传输方案，通过该方案多个STA同时接入信道以便于有效地使用无线电信道。根据MU-MIMO传输方案，AP可以将分组同时发送到一个或者多个配对MIMO的STA。另外，在白空间中的WLAN系统操作的支持正在被论述。例如，在诸如由于模拟TV的数字化而处于空闲状态的频带(例如，54至698MHz)的TV白空间(WS)中的WLAN系统的引入作为IEEE802.11af标准正在被论述。然而，这仅是示例性的并且授权用户可以有责任地使用白空间。授权用户意指被允许使用授权的带的用户，并且可以被称为授权设备、主要用户或者责任用户。
例如，在WS中操作的AP和/或STA应将保护功能提供给授权用户。例如，如果诸如麦克风的授权用户已经使用作为按照规则划分的频带的特定的WS信道，使得WS带具有特定的带宽，则AP和/或STA不能使用与WS信道相对应的频道，以便于保护授权用户。另外，如果授权用户使用被用于当前帧的传输和/或接收的频带，则AP和/或STA必需停止该频带的使用。
因此，AP和/或STA应执行确定在WS带中的特定频道是否可用，即，授权用户是否使用频带的过程。确定授权用户是否使用特定的频带被称为频谱感测。作为频谱感测机制，能量检测方法、签名检测方法等等可以被使用。如果接收到的信号强度等于或者大于预定值，或者如果DTV前导被检测到，则可以确定授权用户使用频带。
另外，作为下一代通信技术，机器对机器(M2M)通信技术正在被论述。甚至在IEEE802.11WLAN系统中，支持M2M通信的技术标准已经被发展成IEEE 802.11ah。M2M通信意指包括一个或者多个机器的通信方案并且可以被称为机器类型通信(MTC)。在此，机器意指不要求直接操作或者人的干预的实体。例如，包括移动通信模块的装置，诸如仪表或者售货机，可以包括能够在没有用户的操作/干预的情况下自动接入网络以执行通信的用户设备，诸如智能电话。M2M通信包括装置之间的通信(例如，装置对装置(D2D)通信)和在装置和应用服务器之间的通信。在装置和服务器之间的通信的示例包括在售货机和服务器之间的通信、在销售点(POS)装置和服务器之间的通信以及在电表、煤气表或者水表与服务器之间的通信。基于M2M通信的应用可以包括安全、运输、医疗保健等等。如果这样的示例的特性被考虑，则通常，M2M通信在其中存在非常多的设备的环境下以低速率应支持少量数据的传输和接收。
更加具体地，M2M通信应支持大量的STA。在当前定义的WLAN系统中，假定最多2007个STA与一个AP相关联。然而，在M2M通信中，支持其中更多数量的STA(大约6000)与一个AP相关联的情况的方法正在被论述。另外，在M2M通信中，估计存在许多支持/要求低传送速率的应用。为了适当地支持低的传送速率，例如，在WLAN系统中，STA可以基于业务指示图(TIM)元素识别要向其发送的数据的存在，并且减少TIM的位图大小的方法正在被论述。另外，在M2M通信中，估计存在具有非常长的传输/接收间隔的业务。例如，在电/气/水消耗中，非常小量的数据被要求在长的时段(例如，一个月)进行交换。在WLAN系统中，虽然与一个AP相关联的STA的数目增加，但是正在论述有效地支持下述情况的方法，其中，在一个信标时段期间存在要从AP接收的数据帧的STA的数目非常小。
WLAN技术已经快速地演进。除了上述示例之外，用于直接链路设定、介质流式传输性能的改进、快速和/或大规模的初始会话设定的支持、扩展的带宽的支持以及操作频率等等的技术正在被开发。
帧结构
图7是示出本发明可应用到的IEEE 802.11系统的MAC帧格式的图。
参考图7，MAC帧格式包括MAC报头(MHR)、MAC有效载荷和MAC帧尾。MHR包括帧控制字段、持续时间/ID字段、地址1字段、地址2字段、地址3字段、序列控制字段、地址4字段、QoS控制字段以及HT控制字段。帧主体字段被定义为MAC有效载荷，要通过较高层发送的数据位于该处，并且具有可变的大小。帧检验序列(FCS)字段被定义为MAC帧尾并且被用于MAC帧的错误检测。
前面的三个字段(帧控制字段、持续时间/ID字段以及地址1字段)和最后的字段(FCS字段)构造最小帧格式并且被包括在所有的帧中。其它的字段可以被包括在特定类型的帧中。
被包括在上述字段中的信息可以遵循IEEE 802.11系统的定义。另外，上述字段是可以被包括在MAC帧中的字段的示例并且可以被替换成其它的字段或者附加的字段可以进一步被包括。
图8是示出在图7的MAC帧中的HT控制字段的HT格式的图。
参考图8，HT控制字段可以包括VHT子字段、链路自适应子字段、校准位置子字段、校准序列子字段、信道状态信息(CSI)/操纵子字段、空数据分组(NDP)公告子字段、接入种类(AC)限制子字段、反方向许可(RDG)/更多PPDU子字段以及保留的子字段。
链路自适应控制字段可以包括训练请求(TRQ)子字段、调制和编译方案(MCS)请求或者天线选择(ASEL)指示子字段、MCS反馈序列标识符(MFSI)子字段以及MCS反馈和天线选择命令/数据(MFB/ASELC)子字段。
当请求响应方发送探测PPDU时TRQ子字段被设置为1并且当没有请求响应方发送探测PPDU时其被设置为0。如果MAC子字段被设置为14，则ASEL指示被指示并且MFB/ASELC子字段被解释为天线选择命令/数据。否则，MAI子字段指示MCS请求并且MFB/ASELC子字段被解释为MAC反馈。在其中MAI子字段指示MCS请求(MRQ)的情况下，如果没有请求MCS反馈则MAI子字段被设置为0，并且如果请求MCS反馈其被设置为1。探测PPDU意指用于发送可以被用于信道估计的训练符号的PPDU。
上述子字段是可以被包括在HT控制帧中并且可以被替换成其它的字段的字段或者附加的字段可以被进一步包括的示例。
图9是示出图7的MAC帧中的HT控制字段的VHT格式的图。
参考图9，HT控制字段可以包括VHT子字段、MRQ子字段、MSI子字段、MCS反馈序列指示/组ID(MFSI/GID-L)子字段的最低有效位(LSB)、MFB子字段、组ID(GID-H)子字段的最高有效位(MSB)、编译类型子字段、传输类型的MFB响应(FB Tx类型)子字段、未经请求的MFB子字段、AC限制子字段以及RDG/更多PPDU子字段。MFB子字段可以包括VHT空间时间流的数目(N_STS)子字段、MCS子字段、带宽(BW)子字段以及信噪比(SNR)子字段。
表1示出HT控制字段的VHT格式中的子字段描述。
表1
在上面描述的子字段是可以被包括在HT控制帧中的字段并且可以被替换成其它的字段的字段的示例或者附加的字段可以进一步被包括。
MAC子层将MAC协议数据单元(MPDU)作为物理服务数据单元(PSDU)递送给物理层。PLCP实体将物理(PHY)报头和前导附接给接收到的PSDU以生成PLCP协议数据单元(PPDU)。
图10是示出本发明可应用到的IEEE 802.11n系统的PPDU帧的图。
图10(a)示出根据非HT格式、HT混合格式以及HT-未开发字段(HT-greenfield)格式的PPDU帧。
非HT格式指示用于传统系统(IEEE 802.11a/g)STA的帧格式。非HT格式PPDU包括传统格式前导，其包括传统短训练字段(L-SF)、传统长训练字段(L-LTE)以及传统信号(L-SIG)字段。
HT混合格式指示用于IEEE 802.11n STA的帧格式并且许可传统系统STA的通信。HT混合格式PPDU包括传统格式前导，其包括L-STF、L-LTF以及L-SIG字段；和HT格式前导，其包括HT短训练字段(STF)、HT长训练字段(LTF)以及HT信号(HT-SIG)字段。因为L-STF、L-LTF以及L-SIG是用于向后兼容性的传统字段，所以L-STF到L-SIG字段等于非HT字段并且STA可以使用HT-SIG字段确认混合格式的PPDU。
HT-未开发字段格式是通过传统系统不具有兼容性的格式并且指示用于IEEE802.11n STA的帧格式。HT-未开发字段格式PPDU包括未开发字段的前导，其包括HT-未开发字段(GF)-STF、HT-LTF1、HT-SIG字段以及一个或者多个HT-LTF。
数据字段包括服务字段、PSDU、尾部比特、以及填充比特。数据字段的所有比特被加扰。
图10(b)示出被包括在数据字段中的服务字段。服务字段具有16个比特。比特被分配0至15并且从第0比特开始顺序地发送。第0至第六比特被设置为0并且被用于在接收器中同步解扰器。
图11是示出本发明可应用到的IEEE 802.11ac系统的VHT PPDU帧格式的图。
参考图11，在数据字段之前，VHT格式PPDU包括传统格式前导，其包括L-STF、L-LTF以及L-SIG字段；和VHT格式前导，其包括VHT-SIG-A字段、HT-STF以及HT-LTF。因为L-STF、L-LTF以及L-SIG字段是用于向后兼容性的传统字段，所以L-STF至L-SIG字段等于非HT字段的那些并且STA可以使用VHT-SIG字段确认VHT格式PPDU。
L-STF是用于帧检测、自动增益控制(AGC)、分集检测、粗频率/时间同步等等的字段。L-LTF是用于精细频率/时间同步、信道估计等等的字段。L-SIG字段是用于传统控制信息传输的字段。VHT-SIG-A字段是用于VHT STA的公共控制信息传输的VHT字段。VHI-STF是用于MIMO和波束形成的流的AGC的字段。VHT-LTF是用于MIMO和波束形成的流的信道估计的字段。VHT-SIG-B字段是用于发送特定控制信息的字段。
介质接入机制
在根据IEEE 802.11的WLAN系统中，介质接入控制(MAC)的基本接入机制是利用冲突避免(CSMA/CA)机制的载波侦听多路接入。CSMA/CA机制也被称为IEEE 802.11MAC的分布式协调功能(DCF)并且采用“先听后说”接入机制。根据这样的接入机制，AP和/或STA可以在开始传输之前在预定的时间间隔(例如，DCF帧间间隔(DIFS))期间执行用于感测无线电信道或者介质的空闲信道评估(CCA)。如果确定介质是处于空闲状态作为感测的结果，则帧传输经由介质开始。如果确定介质是处于被占用的状态，则在没有开始传输的情况下AP和/或STA可以设置并且等待用于介质接入的延迟时段(例如，随机回退时段)并且然后试图执行帧传输。因为数个STA通过应用随机回退时段在等待不同次数之后试图执行帧传输，所以能够最小化冲突。
另外，IEEE 802.11MAC协议提供混合协调功能(HCF)。HCF是基于DCF和点协调功能(PCF)。PCF指的是用于使用基于轮询的同步接入方法使所有的接收AP和/或STA能够接收数据帧的定期轮询方法。另外，HCF已经增强了分布式信道接入(EDCA)和HCF控制的信道接入(HCCA)。EDCA使用用于通过供应商将数据帧提供给多个用户的竞争接入方法，并且HCCA使用轮询机制来使用无竞争的信道接入方法。另外，HCF包括用于改进WLAN的服务质量(QoS)的介质接入机制并且可以在竞争时段(CF)和无竞争时段(CFP)两者中发送QoS数据。
图12是图示在本发明可应用到的无线局域网(LAN)系统中的退避过程的图。
将会参考图12描述基于随机回退时段的操作。
如果介质从被占用或者忙碌的状态变成空闲状态，则数个STA可以试图进行数据(或者帧)传输。这时，最小化冲突的方法，STA可以选择相应的随机回退计数，等待与随机回退计数相对应的时隙时间并且试图进行传输。随机回退计数具有伪随机整数并且可以被设置为0至CW的值中的一个。在此，CW是竞争窗口参数值。如果传输失败(例如，用于传输帧的ACK没有被接收到)，则CW参数被设置为作为初始值的CWmin但是可以被设置为CWmin的两倍。如果CW参数值变成CWmax，则可以试图进行数据传输同时保持CWmax值直到数据传输成功。如果数据传输成功，则CW参数值被复位为CWmin。CW、CWmin以及CWmax值优选地被设置为2n-1(n＝0,1,2,…)。
如果随机回退过程开始，则在根据设置的回退计数值回退时隙被倒计数时STA连续地监测介质。如果介质是处于被占用的状态，则倒计数停止并且，如果介质是处于空闲的状态，则倒计数被恢复。
在图12的示例中，如果要被发送的分组到达STA3的MAC，则STA3可以确认在DIFS期间介质是处于空闲状态并且立即发送帧。同时，剩余的STA监测介质是处于忙碌状态并且等待。在等待时间期间，在STA1、STA2、以及STA5中可以产生要被发送的数据。如果介质是处于空闲状态则STA可以等待DIFS并且然后根据相应的所选择的随机回退计数值倒计数回退时隙。在图12的示例中，STA2选择最小的回退计数值并且STA1选择最大的回退计数值。即，当STA2完成回退计数并且开始帧传输时STA5的剩余回退时间小于STA1的剩余回退时间。在STA2占用介质时，STA1和STA5停止倒计数并且等待。如果通过STA2的介质的占用结束并且介质再次进入空闲状态，则STA1和STA5等待DIFS并且然后恢复倒计数。即，在与剩余回退时间相对应的剩余回退时隙被倒计数之后，帧传输可以开始。因为STA5的剩余回退时间小于STA1的剩余回退时间，所以STA5开始帧传输。如果STA2占用介质，则在STA4中可以产生要被发送的数据。这时，如果介质进入空闲状态则STA4可以等待DIFS，根据由其选择的随机回退计数值执行倒计数，并且开始帧传输。在图6的示例中，STA5的剩余回退时间偶然地匹配STA4的随机回退时间。在这样的情况下，在STA4和STA5之间可能出现冲突。如果冲突出现，则STA4和STA5两者没有接收ACK并且数据传输失败。在这样的情况下，STA4和STA5可以使CW值翻倍，选择相应的随机回退计数值并且然后执行倒计数。当由于STA4和STA5的传输导致介质忙碌时STA1可以等待，如果介质进入空闲状态则等待DIFS，并且如果已经经过剩余回退时间则开始帧传输。
感测STA的操作
如上所述，CSMA/CA介质不仅包括用于通过AP和/或STA直接感测介质的物理载波感测而且包括虚拟载波感测。虚拟载波感测解决在介质接入中可能出现的问题，诸如隐藏节点问题。对于虚拟载波感测，WLAN的MAC可以使用网络分配向量(NAV)。NAV指的是在介质变成可用之前的时间的值，其通过当前利用介质或具有利用介质的权利的AP和/或STA向另一AP和/或STA指示。因此，NAV值对应于AP和/或STA将使用介质发送帧的时间段，并且在该时间段期间接收NAV值的STA的介质接入被禁止。NAV可以根据帧的MAC报头的“持续时间”字段的值被设置。
用于减少冲突的稳健的冲突检测介质已经被引入，将会参考图13和图14进行描述。虽然传输范围可能不等于实际载波感测范围，但是为了方便起见，假定传输范围可以等于实际载波感测范围。
图13是图示隐藏节点和暴露节点的图。
图13(a)示出隐藏节点，并且在这样的情况下，STA A和STA B执行通信并且STA C具有要被发送的信息。更加具体地，虽然STA A将信息发送到STA B，但是当在将数据发送到STA B之前执行载波感测时，STA C可能确定介质是处于空闲状态下。这是因为STA C可能没有感测到STA A的传输(即，介质忙碌)。在这样的情况下，因为STA B同时接收STA A和STA C的信息，所以冲突出现。这时，STAA可以是STA C的隐藏节点。
图13(b)示出暴露节点，并且在这样的情况下，STA B将数据发送到STA A并且STAC具有要被发送到STA D的信息。在这样的情况下，如果STA C执行载波感测，则可以确定由于STA B的传输导致介质是忙碌的。如果STA C具有要被发送到STA D的信息，则因为感测到介质是忙碌的，所以STA C等待直到介质进入空闲状态。然而，因为STA A实际上在STA C的传输范围外，所以从STA A的观点来看，来自于STA C的传输和来自于STA B的传输没有冲突。因此，STAC没有必要地等待直到STA B的传输停止。这时，STA C可以是STA B的暴露节点。
图14是图示请求发送(RTS)和准备发送(CTS)的图。
在图13的示例中，为了有效地使用冲突避免机制，诸如RTS和CTS的短信令分组可以被使用。可以使两个STA之间的RST/CTS能够被外围的STA旁听，使得外围的STA确认两个STA之间的信息传输。例如，如果传输STA将RTS帧发送到接收STA，则接收STA将CTS帧发送到外围的UE以通知外围的UE接收STA接收数据。
图14(a)示出解决隐藏节点问题的方法。假定STA A和STA C试图将数据发送到STAB。如果STA A将RTS发送到STA B，则STAB将CTS发送到外围的STA A和C。结果，STA C等待直到STA A和STA B的数据传输完成，从而避免冲突。
图14(b)示出解决暴露节点问题的方法。STA C可以旁听在STAA和STA B之间的RTS/CTS传输并且确定即使当STA C将数据发送到另一STA(例如，STA D)时也没有出现冲突。即，STA B将RTS发送到所有外围的UE并且仅将CTS发送到具有要被实际发送的数据的STA A。因为STA C接收RTS但是没有接收STA A的CTS，所以能够确认STA A在STA C的载波感测外。
帧间空间(IFS)
在两个帧之间的时间空间被定义为帧间空间(IFS)。STA经由载波感测确定是否在IFS期间使用信道。DCF MAC层定义四个IFS以确定用于无线介质的占用的优先级。
根据物理层IFS被设置为特定值，而不考虑STA的比特速率。IFS包括短的IFS(SIFS)、PCF IFS(PIFS)、DCF IFS(DIFS)以及扩展的IFS(EIFS)。SIFS被用于RTS/CTS和ACK帧传输并且具有最高的优先级。PIFS被用于PCF帧传输并且DIFS被用于DCF帧传输。当帧传输错误出现时仅使用EIFS并且其不具有固定的间距。
在IFS之间的关系被定义为介质上的时间间隙。通过如在图15中所示的物理层提供其有关属性。
图15是示出在帧间空间(IFS)之间的关系的图。
在所有的介质时序处，PPDU的最后符号的结束时间指示传输结束并且下一个PPDU的前导的第一符号指示传输开始。通过参考PHY-TXEND.确认基元、PHYTXSTART.确认基元、PHY-RXSTART.指示基元以及PHY-RXEND.指示基元可以确定所有的MAC时序。
参考图15，根据物理层可以确定SIFS时间(aSIFSTime)和时隙时间(aSlotTime)。SIFS时间具有固定值并且根据空气传播时间(aAirPropagationTime)中的变化可以动态地改变时隙时间。可以通过下面的等式1和2来定义SIFS时间和时隙时间。
等式1
aSIFSTime＝aRxRFDelay+aRxPLCPDelay+aMACProccssingDelay+aRxTxTurnaroundTime
等式2
aSlotTime＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+aAirPropagationTime+aMACProcessingDelay
通过下面的等式3和4来定义PIFS和SIFS。
等式3
PIFS＝aSIFSTime+aSlotTime
等式4
DIFS＝aSIFSTime+2*aSlotTime
根据在下面等式5中示出的SIFS、DIFS以及ACK传输时间(ACKTxTime)计算EIFS。要求ACK传输时间(ACKTxTime)以微秒在物理层的最低强制速率发送包括前导、PLCP报头以及附加的物理层相关信息的ACK帧。
等式5
EIFS＝aSIFSTime+DIFS+ACKTxTime
在介质和不同的MAC时隙边界TxSIFS、TxPIFS以及TxDIFS上测量在图15中示出的SIFS、PIFS以及DIFS。这样的时隙边界被定义为用于通过MAC层接通发射器以便于在前一个时隙时间的CCA结果的检测之后在介质上调节不同的IFS时序的时间。通过下面的等式6至8分别定义SIFS、PIFS以及DIFS的MAC时隙边界。
等式6
TxSIFS＝SIFS-aRxTxTurnaroundTime
等式7
TxPIFS＝TxSIFS+aSlotTime
等式8
TxDIFS＝TxSIFS+2*aSlotTime
功率管理
如上所述，在WLAN系统中，在STA执行传输和接收之前应执行信道感测。当始终感测信道时，引起STA的连续功率消耗。在接收状态下的功率消耗基本上不同于传输状态下的功率消耗，并且连续地保持接收状态强加对具有有限功率的(即，通过电池操作的)STA的负担。因此，如果接收待机状态被保持使得STA连续地感测信道，则在WLAN吞吐量方面没有任何特别优势的情况下功率被低效率地消耗。为了解决这样的问题，在WLAN系统中，支持STA的功率管理(PM)模式。
STA的PM模式被划分为主动模式和省电(PS)模式。STA基本上在主动模式下操作。在主动模式下操作的STA被保持在唤醒状态下。唤醒状态指的是其中诸如帧传输和接收或者信道扫描的正常操作是可能的状态。在PS模式下操作的STA在睡眠状态或者唤醒状态之间切换时操作。在睡眠状态下操作的STA以最小的功率操作并且没有执行帧传输和接收和信道扫描。
因为随着STA的睡眠状态增加功率消耗被减少，所以STA的操作时段被增加。然而，因为在睡眠状态下帧传输和接收是不可能的，所以STA不可以在睡眠状态下无条件地操作。如果从在睡眠状态下操作的STA发送到AP的帧存在，则STA可以被切换到唤醒状态以发送帧。如果要从AP发送到STA的帧存在，则在睡眠状态下的STA可以不接收帧并且可以不确认要被接收的帧存在。因此，STA需要根据特定时段执行用于切换到唤醒状态的操作，以便于确认要被发送到其的帧的存在(如果要被发送的帧存在，则接收帧)。
图16是图示功率管理操作的图。
参考图16，AP 210在预定的时段处将信标帧发送到BSS内的STA(S211、S212、S213、S214、S215以及S216)。信标帧包括业务指示图(TIM)信息元素。TIM信息元素包括指示为与AP 210相关联的STA的缓冲的业务存在并且AP 210将会发送帧的信息。TIM元素包括被用于指示单播帧的TIM或者被用于指示多播或者广播帧的递送业务指示图(DTIM)。
无论何时信标帧被发送三次，AP 210可以发送DTIM一次。
STA1220和STA2220在PS模式下操作。STA1220和STA2220可以在预定的唤醒间隔处从睡眠状态切换到唤醒状态以接收通过AP210发送的TIM元素。每个STA可以基于其本地时钟计算时间以切换到唤醒状态。在图9的示例中，假定STA的时钟匹配AP的时钟。
例如，预定的唤醒间隔可以被设置为使得在每个信标间隔STA1220被切换到唤醒状态以接收TIM元素。因此，当AP 210首次发送信标帧时STA1220可以被切换到唤醒状态(S211)。STA1220可以接收信标帧并且获取TIM元素。如果获取到的TIM元素指示要被发送到STA1220的帧存在，则STA1220可以将用于请求来自于AP 210的帧传输的省电轮询(PS-轮询)帧发送到AP 210(S221a)。AP 210可以对应于PS轮询帧将帧发送到STA1220(S231)。已经完成帧接收的STA1220被切换到睡眠状态。
当AP 210再次发送信标帧时，因为另一装置接入介质并且从而介质是忙碌的，所以AP 210可以不在精确的信标间隔处发送信标帧并且可以在被延迟的时间处发送信标帧(S212)。在这样的情况下，根据信标间隔STA1220的操作模式被切换到唤醒状态，但是被延迟的信标帧没有被接收。因此，STA1220的操作模式被再次切换到睡眠状态(S222)。
当AP 210第三次发送信标帧时，信标帧可以包括被设置为DTIM的TIM元素。因为介质是忙碌的，所以AP 210在被延迟的时间处发送信标帧(S213)。根据信标间隔STA1220被切换到唤醒状态并且可以经由通过AP 210发送的信标帧获取DTIM。假定通过STA1220获取的DTIM指示要被发送到STA1220的帧不存在并且用于另一STA的帧存在。在这样的情况下，STA1220可以确认由其发送的帧不存在并且可以被再次切换到睡眠状态。AP 210发送信标帧并且然后将帧发送到STA(S232)。
AP 210第四次发送信标帧(S214)。因为STA1220不能够两次经由TIM元素的接收获取指示为其缓冲的业务存在的信息，所以用于接收TIM元素的唤醒间隔可以被控制。可替选地，如果用于控制STA1220的唤醒间隔的信令信息被包括在通过AP 210发送的信标帧中，则可以控制STA1220的唤醒间隔。在本示例中，STA1220可以将用于每个信标间隔接收TIM元素的操作状态的切换变成每三个信标间隔操作状态的切换。因此，因为当AP 210发送第四信标帧时STA1220被保持在睡眠状态下(S214)并且发送第五信标帧(S215)，所以不能够获取TIM元素。
当AP 210第六次发送信标帧(S216)时，STA1220可以被切换到唤醒状态以获取被包括在信标帧中的TIM元素(S224)。因为TIM元素是指示广播帧存在的DTIM，所以STA1220可以不将PS轮询帧发送到AP 210而是可以接收通过AP 210发送的广播帧(S234)。在STA2230中设置的唤醒间隔可以被设置为大于STA1220的唤醒间隔。因此，当AP 210第五次发送信标帧(S215)时，STA2230可以被切换到唤醒状态以接收TIM元素(S241)。STA2230可以经由TIM元素确认要被发送到其的帧存在并且将PS轮询帧发送到AP 210(S241a)以便于请求帧传输。AP 210可以对应于PS轮询帧将帧发送到STA2230(S233)。
对于在图16中示出的PM管理，TIM元素包括指示要被发送到STA的帧是否存在的TIM和指示广播/多播帧是否存在的DTIM。可以通过设置TIM元素的字段实现DTIM。
图17至图19是图示接收业务指示图(TIM)的站(STA)的操作的图。
参考图17，STA可以从睡眠状态切换到唤醒状态以便于从AP接收包括TIM的信标帧并且解释接收到的TIM元素以确认要被发送到其的缓冲的业务存在。为了发送PS轮询帧，STA可以与其它的STA关于介质接入竞争，并且然后发送PS轮询帧以便于请求来自于AP的数据帧传输。已经接收通过STA发送的PS轮询帧的AP可以将帧发送到STA。STA可以接收数据帧并且将ACK帧发送到AP。其后，STA可以被再次切换到睡眠状态。
如在图17中所示，AP可以从STA接收PS轮询帧并且然后在预定的时间(例如，短的帧间分隔(SIFS))之后根据用于发送数据帧的立即响应方法操作。如果在接收PS轮询帧之后在SIFS期间AP没有准备要被发送到STA的数据帧，则AP可以根据推迟响应方法操作，这将会参考图18进行描述。
在图18的示例中，对于从STA从睡眠状态切换到唤醒状态、从AP接收TIM、竞争并且将PS轮询帧发送到AP的操作与图10的相同。如果即使当AP接收PS轮询帧时在SIFS期间没有准备数据帧，则数据帧没有被发送而是ACK帧可以被发送到STA。如果在发送ACK帧之后准备数据帧，则AP可以竞争并且将数据帧发送到STA。STA可以将指示数据帧已经被成功接收的ACK帧发送到AP并且可以被切换到睡眠状态。
图19示出其中AP发送DTIM的示例。STA可以从睡眠状态切换到唤醒状态以便于从AP接收包括DTIM元素的信标帧。经由接收到的DTIM，STA可以确认将会发送多播/广播帧。在发送包括DTIM的信标帧之后，AP可以在没有PS轮询帧传输和接收的情况下立即发送数据(即，多播/广播帧)。在接收包括DTIM的信标帧之后，STA可以在唤醒状态下接收数据并且可以在完成数据接收之后再次切换到睡眠状态。
TIM结构
在基于参考图16至图19描述的TIM(或者DTIM)协议的PM模式管理方法中，STA可以经由被包括在TIM元素中的STA可以确认要被发送到其的数据帧是否存在。在与AP关联之后STA标识可以与被指配给STA的关联标识符(AID)有关。
AID被用作用于一个BSS内的每个STA的唯一的标识符。例如，在当前WLAN系统中，AID可以是1至2007的值中的一个。在当前定义的WLAN系统中，在通过AP和/或STA发送的帧中14个比特被指配给AID。虽然直至16383可以作为AID值被指配，但是可以保留2008至16383。
根据现有的定义的TIM元素没有被适当地应用于其中大量(例如，超过2007个)的STA与一个AP相关联的M2M应用。如果在没有变化的情况下现有的TIM结构扩展，则考虑到具有低传送速率的应用，TIM位图的大小太大而不能以现有的帧格式支持和适合于M2M通信。另外，在M2M通信中，预计其中在一个信标时段期间存在接收数据帧的STA的数目非常小。因此，在M2M通信中，因为TIM位图的大小被增加但是大多数比特具有0的值，所以存在对于有效地压缩位图的技术的需求。
作为现有的位图压缩技术，提供省略在位图的前面部分连续出现的0并且定义偏移(或者开始点)的方法。然而，如果其中存在缓冲的帧的STA的数目小但是在STA的AID值之间的差大，则压缩效率差。例如，如果仅要被发送到分别具有10和2000的AID值的仅两个STA的帧被缓冲，则压缩的位图的长度是1990但是除了两端之外的所有比特具有0的值。如果可以与一个AP相关联的STA的数目小，则位图压缩低效不是问题，但是，如果STA的数目增加，则位图压缩低效劣化了整个系统性能。
作为解决此问题的方法，AID可以被划分为数个组以更加有效地执行数据传输。特定的组ID(GID)被指配给每个组。将会参考图20描述基于组指配的AID。
图20(a)示出基于组指配的AID的示例。在图13(a)的示例中，AID位图的前部分的数个比特可以被用于指示GID。例如，通过AID位图的前两个比特可以表达四个GID。如果AID位图的总长度是N个比特，则前两个比特(B1和B2)指示AID的GID。
图20(a)示出基于组指配的AID的另一示例。在图20(b)的示例中，可以根据AID的位置指配GID。这时，通过偏移和长度值可以表达使用相同GID的AID。例如，如果通过偏移A和长度B表达GID1，则这意指在位图上的A至A+B-1的AID具有GID 1。例如，在图13(b)的示例中，假定1至N4的所有的AID被划分为四个组。在这样的情况下，属于GID 1的AID是1至N1并且可以通过偏移1和长度N1表达。可以通过偏移N1+1和长度N2-N1+1来表达属于GID 2的AID，可以通过偏移N2+1和长度N3-N2+1表达属于GID 3的AID，并且可以通过偏移N3+1和长度N4-N3+1表达属于GID 4的AID。
如果基于组指配的AID被引入，则在根据GID改变的时间间隔处允许信道接入，以解决针对大量的STA缺乏TIM元素并且有效地执行数据传输和接收。例如，在特定的时间间隔期间可以仅许可与特定组相对应的(一个或多个)STA的信道接入，并且可以限制剩余的(一个或多个)STA的信道接入。仅特定(一个或多个)STA的接入被许可所处的预定时间间隔也可以被称为限制接入窗口(RAW)。
将会参考图20(c)描述根据GID的信道接入。图20(c)示出如果AID被划分为三个组根据信标间隔的信道接入机制。在第一信标间隔(或者第一RAW)处，属于GID 1的STA的信道接入被许可但是属于其它的GID的STA的信道接入没有被许可。对于这样的实现，第一信标包括用于与GID 1相对应的AID的TIM元素。第二信标帧包括用于与GID 2相对应的AID的TIM元素并且从而在第二信标间隔(或者第二RAW)期间仅许可与属于GID 2的AID相对应的STA的信道接入。第三信标帧包括用于与GID 3相对应的AID的TIM元素并且从而在第三信标间隔(或者第三RAM)期间仅许可与属于GID 3的AID相对应的STA的信道接入。第四信标帧包括用于与GID 1相对应的AID的TIM元素并且从而在第四信标间隔(或者第四RAW)期间仅许可与属于GID 1的AID相对应的STA的信道接入。甚至在第五和后续的信标间隔(或者第五和后续RAM)中可以仅许可与通过被包括在信标帧中的TIM指示的特定组相对应的STA的信道接入。
虽然在图20(c)中根据信标间隔允许的GID的顺序是循环或者周期的，但是本发明不限于此。即，通过在TIM元素中仅包括属于特定(一个或多个)GID的(一个或多个)AID，在特定时间间隔(例如，特定RAW)期间可以仅许可与特定(一个或多个)AID相对应的(一个或多个)STA的信道接入并且可以不许可剩余的(一个或多个)STA的信道接入。
上述基于组的AID指配方法也可以被称为TIM的等级结构。即，整个AID空间可以被划分为多个块并且仅可以许可与具有非零值的特定块相对应的(一个或多个)STA(即，特定组的STA)的信道接入。具有大的大小的TIM被划分为小块/组使得STA容易地保持TIM信息并且根据STA的分类、QoS或者用途容易地管理块/组。虽然在图20的示例中示出2级的层，但是具有两或者更多级的分级结构的TIM可以被构造。例如，整个AID空间可以被划分为多个寻呼组，每个寻呼组可以被划分为多个块，并且每个块可以被划分为多个子块。在这样的情况下，作为图20(a)的示例的扩展，AID位图的前N1比特指示寻呼ID(即，PID)，下N2比特指示块ID，下N3比特指示子块ID，并且剩余的比特指示子块中的STA比特位置。
功率管理的字段/元素
与上述功率管理有关的字段/元素包括监听间隔字段、BSS最大空闲时段元素，将会参考图21至图22进行描述。
图21是图示监听间隔的图。
监听间隔字段向AP指示处于省电模式下的STA多久唤醒以便于监听信标帧。在非TIM STA的情况下，监听间隔向AP指示STA发送PS轮询帧或者触发帧的时段。根据监听间隔已经发送PS轮询帧或者触发帧的STA可以从非TIM AP接收ACK或者DATA。更加具体地，当AP从非TIM STA接收PS轮询帧时，如果STA已经缓冲数据，则ACK或者DATA被发送到STA。如果STA还没有缓冲数据，则包括指示被缓冲的数据不存在的信息的ACK可以被发送。监听间隔字段的值是MLME-ASSOCIATE请求或者MLME-REASSOCIATE请求的监听间隔参数。监听间隔字段的基本单元是信标间隔并且其长度是2个八位字节。
图22是图示BSS最大空闲时段的图。
BSS最大空闲时段元素包括在STA保持与AP的关联状态时用于抑制帧传输的时间间隔/时段。参考图22，元素ID字段指示BSS最大空闲时段值并且长度字段的值是3。最大空闲时段字段指示在STA保持与AP的关联状态时用于抑制帧传输的时间间隔/时段。空闲选项字段指示与BSS空闲性能相关联的空闲选项。
BSS最大空闲时段可应用于以非常长的工作周期和低功率操作的传感器型设备。因为传感器型设备的电池寿命最多可能是数年，所以BSS最大空闲时段应是数年。根据上述BSS最大空闲时段元素，最大空闲时段具有2个八位字节和16个比特并且其基本单元是1000TU(1024ms)并且从而其最大值是18.64Hr。因为对于上述传感器设备该值是非常短的值，所以支持大于该值的值的最大空闲时段是必要的。
BSS最大空闲时段的基本单元可以从1000TU增加到10000TU等等。在这样的情况下，AP和STA需要事先对于基本单元的增加进行协商并且基本单元的增加需要与通过STA设置的监听间隔一致。如果在BSS最大空闲时段被增加时监听间隔没有被考虑，则尽管根据被增加的BSS最大空闲时段STA不需要发送和接收帧，STA唤醒以便于在比BSS最大空闲时段短的监听间隔处接收信标帧并且从而省电没有被实现。
另外，因为经由相关联响应帧发送BSS最大空闲时段并且经由关联响应帧发送监听间隔，当STA实际地设置监听间隔值时，BSS最大空闲时段不能够被使用。因此，难以使BSS最大空闲时段中的增加与监听间隔中的间隔一致。
因此，在本发明的实施例中，现在将会描述用于增加用于在非常长的时间期间以低功率操作的STA的BSS最大空闲时段和监听间隔同时解决上述问题的方法。
比例因子被应用于BSS最大空闲时段(被包括在BSS最大空闲时段元素的最大空闲时段字段中的值)以增加BSS最大空闲时段并且被共同地应用于监听间隔(被包括在监听间隔字段中的值)和WNM睡眠间隔(被包括在WNM睡眠模式元素中的值)。对于STA操作，非TIMSTA根据监听间隔发送PS轮询帧或者触发帧。在此，被共同地应用于BSS最大空闲时段和/或WNM睡眠间隔的比例因子可以被应用于监听间隔。
即，为了支持较长的睡眠间隔，统一的比例因子被应用于BSS最大空闲时段、监听间隔和WNM睡眠间隔。在此，将统一的比例因子应用于监听间隔意指，被包括在监听间隔字段中的值被乘以统一的比例因子以计算监听间隔。例如，如果信标间隔是100ms，被包括在监听间隔字段中的值是000…001(16个比特，在应用统一的比例因子之前的监听间隔是100ms)并且统一的比例因子是10，监听间隔变成1000ms。另外，如果信标间隔是100ms，则被包括在监听间隔字段中的值是111…111(16个比特，在应用统一的比例因子之前的监听间隔是1.82Hr)，并且统一的比例因子是10，则在应用统一的比例因子之后的监听间隔变成18.2hr。另外，如果信标间隔是1s并且被包括在监听间隔字段中的值是000…001(16个比特，在应用统一的比例因子之前的监听间隔是1000ms)，则在应用统一的比例因子10之后的监听间隔变成10s。另外，如果信标间隔是1s并且被包括在监听间隔字段中的值是111…111(16个比特，在应用统一的比例因子之前的监听间隔是18.2hr)，则在应用统一的比例因子10之后的监听间隔变成182hr(7.58天)。
另外，将统一的比例因子应用于BSS最大空闲时段和WNM睡眠间隔意指，被包括在BSS空闲时段元素中的值被乘以统一的比例因子以计算BSS最大空闲时段并且被包括在WNM睡眠模式元素中的值被乘以统一的比例因子以计算BSS最大空闲时段。
上述统一的比例因子是特定值(在下文中，被称为k)，其可适用于BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔并且与如下面所描述的基本单元扩展因子(在下文中，被称为extended_k)一起可适用。在此，extended_k意指分别被应用于BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔的实际的k值。换言之，STA/AP可以不同地解释比例因子k以映射不同的extended_k。
在BSS最大空闲时段中可以解释/使用/映射Extended_k＝k，其基本单元是1000TU，可以在监听间隔中解释/使用/映射extended_k＝(k/BI)*1000TU，其基本单元是信标间隔BI并且可以在WNM睡眠间隔中解释/使用/映射extended_k＝(k/DI)*1000TU，其基本单元是DTIM间隔(DI)。
现在将会描述其详细示例。在下面的示例中，假定统一的比例因子是10。
首先，如果统一的比例因子被应用于BSS最大空闲时段，则1000TU*10＝10000TU并且从而可最大地支持的BSS最大空闲时段值变成10000TU*(65535/3600)＝186.4hrs＝7.76天。
接下来，如果假定BI＝1s统一的比例因子被应用于监听间隔，则1s*(10/1s)*1000TU＝10000TU。因此，可最大地支持的监听间隔变成10000TU*(65525/3600)＝186.4hrs＝7.76天。即使当BI是0.1s时获得相同的结果。在此，1000TU被相乘，就省电而言用于与BSS最大空闲时段的对准。即，1000TU被相乘，因为BSS最大空闲时段的基本单元不是1s而是1.024s(1000TU)。如果精确的对准不是必要的，则1000TU的相乘可以被省略(例如，extended_k＝(k/BI)*1s)。
另外，如果假定DI是10s统一的比例因子被应用于WNM睡眠间隔，则10s*(10/10s)*1000TU＝10000TU。因此，可最大支持的WNM睡眠间隔变成7.76天。即使当DI是1s时获得相同的结果。
通过应用基本单元扩展因子和统一的比例因子，BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔可以被对准。如果统一的比例因子被应用并且统一的比例因子和基本单元扩展因子被应用则下面表2示出被应用于BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔的值。
表2
上述统一的比例因子信息和参数应在STA和AP之间被事先协商，根据在AP和STA之间设置的BSS最大空闲时段值隐式地(或者自动地)设置，并且可以被定义为与要被显式地发送的BSS最大空闲时段值分离的控制字段。另外，因为STA在关联请求帧中设置监听间隔，所以通过下面的三种设置/操作BSS最大空闲时段和监听间隔可以相互一致。
首先，可以使用探测请求/响应过程。STA可以将经由探测请求帧向AP发送其装置类型、首选的BSS最大空闲时段信息和/或上述参数信息并且AP可以经由探测响应帧将BSS最大空闲时段信息和/或上述参数信息发送到STA。基于此信息STA能够检查监听间隔设置和管理方法。
其次，重新关联请求/响应过程可以被使用。没有执行探测请求/响应过程的STA可以基于通过AP发送的请求/响应帧的最大空闲时段字段信息和/或参数信息重新设置监听间隔并且经由重新关联请求帧将监听间隔发送到AP。
第三，在发送承载监听间隔信息的关联请求之前，如果AP经由信标将最大空闲时段字段信息和/或参数信息发送给STA，则STA接收全信标信号，检查通过AP发送的最大空闲时段字段信息，并且设置监听间隔。
虽然上述方法可共同地应用于所有类型的STA，但是根据STA或者STA的装置类型上述方法可不同地应用。因此通过AP和STA的性能协商过程事先根据STA或者STA的装置类型上述方法可不同地应用。即，经由诸如与AP的性能协商请求/响应帧的各种性能协商帧/字段、QoS性能元素、QoS控制字段等等STA可以应用BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔的扩展。
在这样的性能协商过程中，可以使用在表3至表5中示出的性能字段。在下文中，对于在下面的表3至表5的性能字段中省略的其它内容，参考“IEEE Std 802.11-2012,8.4.2.29扩展的性能元素”。
表3
上面的表3示出用于被应用于BSS最大空闲时段、监听间隔以及WNM睡眠间隔的用于统一的比例因子(k；在表3中，睡眠间隔粒度被描述为k的另一种表达)的AP和STA之间的协商过程的性能字段的配置。
表4
上面的表4示出对于最大空闲时段和监听间隔的在用于统一的比例因子的AP和STA之间的协商过程的性能字段的配置。
表5
上面的表5示出假定最大空闲时段已经被设置与监听间隔的扩展有关的用于AP和STA之间的协商过程的性能字段的配置。
图23示出其中如果上述统一的比例因子被应用则经由BSS最大空闲时段元素指示统一的比例因子的示例。图23(a)示出其中通过是BSS最大空闲时段元素的空闲选项字段的子字段的非常长的最大空闲时段要求的字段指示的统一的比例因子的示例。非常长的最大空闲时段要求的字段具有1或者2个比特并且可以指示所示的统一的比例因子1或者10。另外，图23(b)示出其中通过是BSS最大空闲时段元素的空闲选项字段的子字段的比例因子指示的统一的比例因子的情况。在这样的情况中，如所示的，统一的比例因子的值具有1或者2个比特并且可以是1或者10。本发明的实施例不限于图23并且可以经由例如BSS最大空闲时段元素的另一字段(最大空闲时段字段)来指示。
虽然比例因子被用作上面的描述中的用于增加睡眠间隔的方法，但是用于将监听间隔字段的大小增加到3个八位字节的方法可以被使用。
图24是示出根据本发明的一个实施例的无线设备的配置的框图。
AP10可以包括处理器11、存储器12以及收发器13。STA 20可以包括处理器21、存储器22以及收发器23。例如，收发器13和23可以发送/接收射频(RF)信号和根据IEEE 802系统实现物理层。处理器11和21可以分别被连接到收发器13和21以实现根据IEEE 802系统实现物理层和/或MAC层。处理器11和21可以被配置为根据本发明的上述各种实施例实现操作。另外，实现根据本发明的上述实施例的AP和STA的操作的模块可以被存储在存储器12和22中并且可以通过处理器11和21分别执行。存储器12和22可以被安装在处理器11和21的内部或者外部以通过已知的装置分别被连接到处理器11和21。
AP和STA设备的详细配置可以被实现使得在本发明的上述实施例中描述的详情被独立地应用或者两个或者更多个实施例被同时应用。在这样的情况下，为了清楚起见从描述中将会省略重叠的详情。
通过各种手段，例如，硬件、固件、软件、或者其组合能够实现本发明的上述实施例。
在通过硬件实现本发明的情况下，能够通过专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现本发明的实施例。
如果通过固件或软件来实现本发明的操作或功能，则能够以例如模块、过程、函数等的各种格式的形式来实现本发明。可以在存储单元中存储软件代码，使得能够通过处理器来驱动。存储单元可以位于处理器内部或外部，使得它能够经由各种公知部件来与前述处理器进行通信。
已经给出了本发明的示例性实施例的详细描述以使得本领域内的技术人员能够实现和实施本发明。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域内的技术人员能够明白，在不偏离所附权利要求中描述的本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和改变。例如，本领域内的技术人员可以彼此组合地使用在上面的实施例中描述的各种构造。因此，本发明应当不限于在此所述的特定实施例，而是应当符合与在此公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
工业实用性
虽然本发明的上述各种实施例被应用于IEEE 802.11系统，但是本发明的实施例可应用于各种无线电接入系统。

Claims (13)

1.一种在无线通信系统中发送在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法，所述方法包括：
通过将比例因子应用于与所述省电模式有关的第一时间间隔确定第一时间段；和
根据所述第一时间段发送PS轮询帧或者触发帧中的至少一个，
其中，当所述STA从基本服务集(BSS)最大空闲时段元素确定BSS最大空闲时段以及从无线网络管理(WNM)睡眠模式元素确定WNM睡眠间隔时，所述比例因子被共同地应用于与所述省电模式有关的所述BSS最大空闲时段元素和所述WNM睡眠模式元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一时间段是监听间隔。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过将被包括在所述监听间隔字段中的值、被包括在所述BSS最大空闲时段元素中的值以及被包括在所述WNM睡眠模式元素中的值乘以所述比例因子来应用所述比例因子。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，当将所述比例因子应用于被包括在所述监听间隔字段中的值、被包括在所述BSS最大空闲时段元素中的值以及被包括在WNM睡眠模式元素中的值时，所述STA使基本单元扩展因子翻倍。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述比例因子被应用于被包括在所述监听间隔字段中的值时所述基本单元扩展因子是1000TU/BI，当所述比例因子被应用于被包括在所述BSS最大空闲时段元素中的值时所述基本单元扩展因子是1，以及如果所述比例因子被应用于被包括在所述WNM睡眠模式元素中的值则所述基本单元扩展因子是1000TU/DI，其中TU是1024μs，BI是信标间隔，并且DI是递送业务指示消息(DTIM)间隔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，被包括在所述监听间隔字段中的值的基本单元是BI，被包括在所述BSS最大空闲时段元素中的值的基本单元是1000TU，并且被包括在所述WNM睡眠模式元素中的值的基本单元是DI。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，基于被包括在从接入点(AP)接收到的探测响应帧中的所述BSS最大空闲时段确定所述监听间隔。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述探测响应帧是对包括与所述STA的所述BSS最大空闲时段和所述比例因子有关的优选的探测请求帧的响应。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述STA经由重新关联请求帧将所述监听间隔发送到接入点(AP)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于被包括在从所述AP接收到的关联响应帧中的所述BSS最大空闲时段确定所述监听间隔。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，基于被包括在从接入点(AP)接收到的信标帧中的所述BSS最大空闲时段确定所述监听间隔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在接收包括所述BSS最大空闲时段的信标帧之后所述STA确定所述监听间隔。
13.一种在无线通信系统中接收在省电模式下可操作的站(STA)的信号的方法，所述方法包括：
通过将比例因子应用于与所述省电模式有关的第一时间间隔确定第一时间段，
切换到唤醒状态以便于接收信标帧；和
接收所述信标帧，
其中，当所述STA从基本服务集(BSS)最大空闲时段元素确定BSS最大空闲时段和从无线网络管理(WNM)睡眠模式元素确定WNM睡眠间隔时，所述比例因子被共同地应用于与所述省电模式有关的所述BSS的最大空闲时段元素和所述WNM睡眠模式元素。
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