CN104954091B - 无线站及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

描述了无线站及其操作方法。在实施方式中，无线站产生比可在帧中的标准时间戳字段内广播的更高分辨率的时间戳。所产生的时间戳分成两个部分：第一部分包括在时间戳字段内，且第二部分包括在同一帧中的供应商特定字段内。帧由无线站传输并由在无线网络中的其它无线站接收。如果接收无线站有能力，则它同时对时间戳字段和供应商特定字段解码并重新创建更高分辨率的时间戳。这个更高分辨率的时间戳然后用于通过重置时钟或通过存储时间戳和相应的时钟值来使接收无线站和传输无线站同步。

Description

无线站及其操作方法
背景
Wi-FiTM标准描述多种不同类型的管理帧。一种类型是用于宣布网络的存在的信标帧。信标帧以有规律的间隔被传输以允许Wi-FiTM站找到并识别网络。信标帧包括由接收无线站(STA)使用来更新本地自由运行时钟的定时同步功能(TSF)时间戳。
存在为什么在Wi-FiTM站之间的时间同步或更具体地在它们的本地时钟之间的同步很重要的很多原因。例如在Wi-FiTM网络用于流式传送媒体(例如音频或视频数据)的场合，时钟用于控制所接收的媒体的重放。如果在播放同一乐曲的一对扬声器中的每个扬声器中的本地时钟(例如在多房间音乐系统中)未被同步(其中每个扩音器是单独的Wi-FiTM站)，则来自每个扩音器的音频将不被同步，且当时钟偏离时(当一个时钟运行得比另一时钟快时)，这将被听者听出来。在这对扬声器作为立体声系统对操作(一个扬声器播放音频信号的左声道，而另一扬声器播放同一音频信号的右声道)的场合，这两个扬声器必须甚至更准确地被同步，否则这将对听者明显并影响他们的收听体验。
下面描述的实施方式不限于解决使Wi-FiTM站同步的已知方法的任何或所有缺点的实现。
发明内容
提供这个概述来以简化形式引入下面在详细描述中进一步描述的一系列概念。这个概述并不打算识别所主张的主题的关键特征或本质特征，它也不打算用作在确定所主张的主题的范围时的帮助。
描述了高精确度定时同步功能。在实施方式中，无线站可产生比在帧中的标准时间戳字段内广播的更高分辨率的时间戳。所产生的时间戳分成两个部分：第一部分包括在时间戳字段内，且第二部分包括在同一帧中的供应商特定字段内。帧由无线站传输并由在无线网络中的其它无线站接收。如果接收无线站有能力，则它同时对时间戳字段和供应商特定字段解码并重新创建更高分辨率的时间戳。这个更高分辨率的时间戳然后用于通过重置时钟或通过存储时间戳和相应的时钟值来使接收无线站和传输无线站同步。
第一方面提供无线站的操作方法，该方法包括：产生高分辨率时间戳；将所产生的时间戳分成两个部分，第一部分包括分辨率低于所产生的时间戳的分辨率的时间戳，且第二部分包括所产生的时间戳的一个或多个其余比特；将第一部分插入帧内的时间戳字段内；将第二部分插入帧内的供应商特定字段内；以及传输包括时间戳字段和供应商特定字段的一个或两个帧。
第二方面提供无线站的操作方法，该方法包括：接收包括时间戳字段和供应商特定字段的一个或两个帧；将时间戳字段解码以提取时间戳的第一部分；将供应商特定字段解码以提取时间戳的第二部分；组合第一和第二部分以产生高分辨率时间戳；以及使用高分辨率时间戳来使无线站与无线网络中的其它无线站同步。
第三方面提供无线站，其包括：以高于1MHz的频率操作的时钟；布置成使用时钟来产生高分辨率时间戳并将所产生的时间戳分成两个部分的时间戳产生模块，第一部分包括在比所产生的时间戳低的分辨率下的时间戳，且第二部分包括所产生的时间戳的一个或多个其余比特；布置成将第一部分插入帧内的时间戳字段内并将第二部分插入帧内的供应商特定字段内的帧生成器模块；以及布置成传输包括时间戳字段和供应商特定字段的一个或两个帧的无线发射机。
第四方面提供无线站，其包括：解码器，所述解码器布置成将所接收的帧的时间戳字段解码以提取时间戳的第一部分，并将所接收的帧的供应商特定字段解码以提取时间戳的第二部分，并组合第一和第二部分以创建高分辨率时间戳；本地振荡器和系统时钟中的至少一个；计数器，所述计数器链接到本地振荡器和系统时钟之一并布置成基于所链接的本地振荡器或系统时钟来递增；以及布置成使用高分辨率时间戳来使无线站与无线网络中的其它无线站同步的逻辑。
第五方面提供计算机可读存储介质，其具有在其上编码的、用于产生配置成执行如本文所述的方法的处理器的计算机可读程序代码。
第六方面提供计算机可读存储介质，其具有在其上编码的、用于产生处理器的计算机可读程序代码，处理器包括：布置成使用时钟来产生高分辨率时间戳并将所产生的时间戳分成两个部分的时间戳产生模块，第一部分包括在比所产生的时间戳低的分辨率下的时间戳，且第二部分包括所产生的时间戳的一个或多个其余比特；以及布置成将第一部分插入帧内的时间戳字段内并将第二部分插入帧内的供应商特定字段内的帧生成器模块。
第七方面提供计算机可读存储介质，其具有在其上编码的、用于产生处理器的计算机可读程序代码，处理器包括：解码器，所述解码器布置成将所接收的帧的时间戳字段解码以提取时间戳的第一部分并将所接收的帧的供应商特定字段解码以提取时间戳的第二部分，并组合第一和第二部分以创建高分辨率时间戳；以及布置成使用高分辨率时间戳来使无线站与无线网络中的其它无线站同步的逻辑。
本文描述的方法可由配置有软件的计算机执行，软件是以存储在有形存储介质上的机器可读形式，例如以包括用于配置计算机以执行所述方法的组成部分的计算机可读程序代码的计算机程序的形式或以包括适合于在程序在计算机上运行时和在计算机程序可体现在计算机可读存储介质上的场合执行本文描述的任何方法的所有步骤的计算机程序代码模块的计算机程序的形式。有形(或非临时)存储介质的例子包括磁盘、拇指驱动器、存储卡等，且不包括传播信号。软件可适合于在并行处理器或串行处理器上执行，使得方法步骤可以按任何适当的顺序或同时执行。
本文描述的硬件部件可由非临时计算机可读存储介质产生，非临时计算机可读存储介质具有在其上编码的计算机可读程序代码。
这承认固件和软件可被单独地使用且是有价值的。目的是包括在“非智能”硬件或标准硬件上运行或控制“非智能”硬件或标准硬件的软件来执行期望的功能。目的也是包括“描述”或定义如为了设计硅芯片或为了配置通用可编程芯片而使用的硬件的配置的软件例如HDL(硬件描述语言)软件以执行期望功能。
优选的特征可在适当时组合，如对技术人员明显的，并可与本发明的任何方面组合。
附图说明
将参考下面的附图通过例子描述本发明的实施方式，其中：
图1是示出无线网络的示意图；
图2示出示例信标帧的格式的示意图；
图3示出产生无线网络内的时间戳的无线站的操作的示例方法的流程图和可实现该方法的示例无线站的示意图；
图4示出所产生的高精确度时间戳；
图5是接收包括时间戳的帧的网络内的无线站的操作的示例方法的流程图；
图6示出图5所示的方法可在其中实现的示例无线站的部分的示意图；
图7示出展示可使用本文所述的方法实现的在同步准确度中的提高的三个图形；
图8示出另外产生的高精确度时间戳；
图9是无线站的操作方法的流程图；
图10是无线站的操作的另一方法的流程图；以及
图11示出可作为无线站来操作的示例性的基于计算的设备的各种部件。
共同的参考数字在全部附图中用于指示类似的特征。
具体实施方式
下面仅通过例子描述本发明的实施方式。这些例子代表申请人当前已知的实施本发明的最佳方式，虽然它们并不是这可被实现的唯一方式。该描述阐述了例子的功能和用于构造和操作例子的步骤的顺序。然而，相同或等效的功能和顺序可由不同的例子实现。
描述了用于使无线网络中的无线站准确地同步的方法和系统。时间戳在广播无线站(例如无线接入点(AP))处产生，该时间戳比可在由无线站广播到无线网络中的其它无线站的帧(例如信标帧)内的标准时间戳中传输的分辨率更高(例如，高3或6个数量级)。传输无线站(例如AP)将所产生的时间戳分成两个部分并将第一部分插入标准时间戳字段内。所产生的时间戳的第一部分包括时间戳的高有效比特，且因此提供在比所产生的时间戳更低的分辨率下的时间戳。第二部分是所产生的时间戳的其余部分(例如从第一部分省略的低有效比特)。这个第二部分插入帧内的供应商特定字段内。
通过以这种方式划分所产生的高分辨率(或高精确度)时间戳用于传输到网络中的其它无线站，系统保持符合规定帧结构的标准(并且特别是符合帧内的时间戳字段的特征)，并且是向后兼容的。不能够解释被插入供应商特定字段中的新时间戳信息的任何无线站可仍然使用标准时间戳字段和标准同步机制使其本地时钟同步并继续操作，同时，能够解释新时间戳信息的任何无线站可使本身与传输无线站同步到更高的准确度水平(例如到纳秒或皮秒准确度而不是微秒准确度)。
可使用本文所述的方法实现的更高的准确度水平可能对例如高质量音频系统(例如对无线立体声扩音器对)和视频系统(例如以帮助抖动要求，其可能需要500ns或小于500ns定时准确度)的很多不同的应用是有益的。除了媒体系统以外，它在需要设备来维持高同步程度的任何其它应用(例如过程控制、制造或科学仪器)中也可能是有益的。
本文使用的术语“Wi-FiTM网络”意指基于电气与电子工程师协会(IEEE)802.11标准的无线局域网。本文使用的术语“Wi-FiTM站”意指具有Wi-FiTM模块的电子设备，该Wi-FiTM模块允许设备使用IEEE 802.11标准来无线地交换数据。本文使用的术语“Wi-FiTM接入点”意指充当如在IEEE 802.11标准中陈述的Wi-FiTM信号的中央发射机和接收机的电子设备。
虽然方法和系统在本文被描述为在Wi-FiTM网络中使用，但是将认识到的是，方法也可被应用在使用某种形式的同步并运行不同于IEEE 802.11的标准的其它无线网络。
图1是示出无线网络100的示意图，无线网络100可以是Wi-FiTM网络。网络100包括接入点(AP)102，其为产生并广播由在网络100内的无线站(STA)104接收并用于使本地时钟114(即，在接收STA 104处的时钟)同步的时间戳的无线设备。在多个例子中，在信标帧内传递时间戳。AP 102可连接(例如经由有线连接)到互联网106或任何其它网络(例如公司网络)。无线网络100可用于将媒体(例如音频或视频流)流式传送到STA 104，且媒体可存储在经由互联网106可访问的数据库108上或存储在网络100内的数据库110、112上。在数据库在网络100内的场合，数据库(数据库110)可连接到AP 102或数据库(数据库112)可连接到在网络100内的STA 104之一。
无线网络100内的接入点102和无线站104可以是基于计算的设备，例如桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、数字广播、智能TV、游戏控制台、媒体播放器等。在一些例子中，无线站104可能能够起AP的作用，且因此AP 102可以是当前充当AP(例如在Wi-FiTM系统中充当AP的主节点)的无线站104。在其它例子中，AP 102可以是充当AP的专用无线联网设备，并可包括额外的联网功能(例如，它也可充当路由器)，但可能不能够有更一般的或非联网功能。在多个例子中，AP 102和/或无线站104可以是无线扬声器。
如在UK专利GB2494949中描述的，每个STA 104包括物理层时钟114，且AP 102也包括物理层时钟116。每个时钟114、116是自由运行时钟，并包括自由运行振荡器(例如本地晶体振荡器(LCO)118)和布置成在每个时钟“钟步”或时钟周期时递增的计数器120，使得计数器值是时钟值(虽然在其它例子中，计数器可基于时钟周期以另一方式递增)。在Wi-FiTM系统中，计数器120以1MHz运行，且因此1MHz LCO 118可被使用。将认识到，可以不使用实际上1MHz的振荡器，而是使用锁相环(PLL)或类似的分频器/倍频器方法。在下面的描述中对LCO的任何提及仅作为例子，且可以可选地使用时钟钟步的其它源。
虽然在每个振荡器中使用的单独晶体之间存在变化，且导致它们都以稍微不同的速率运行，但是本发明旨在每个无线站104中的振荡器118应以与在AP 102中的自由运行振荡器118相同的频率(例如都以1MHz)产生时钟信号(例如时钟钟步)。为了处理这个频率变化和因而产生的漂移，当STA 104接收到信标帧时，时间戳字段由STA内的解码模块(未在图1中示出)提取。时间戳字段包括在接入点102处的计数器120的计数器值。这个计数器值然后被复制到在接收STA 104中的计数器120，并覆盖计数器120的当前值。因此，每当信标帧被接收到时，在接收STA 104处的计数器120被重新同步到在AP 102处的计数器120的值。基于所接收的时间戳的在接收STA 104处的计数器120的这个同步可被描述为时钟的重新同步或重置。因此，由在两个LCO 118之间的钟步速率中的差异(例如作为晶振的实际差异的结果)、时间戳的准确度(一般以微秒为单位)和在信标帧之间的时间(一般以100ms为单位，虽然它的范围可从100ms一直到1023ms)定义在STA 104处的时钟和在AP 102处的时钟之间的最大漂移。
UK专利GB2494949还描述可用于提高在传输无线站和接收无线站之间的同步的两种不同的技术。在第一种技术中，在覆盖接收STA 104中的计数器120的值之前，计算在所接收的计数器值和计数器120的当前值之间的误差。这个误差可随后用于调节计数器120的速率(即，使得在LCO的钟步和计数器的递增之间不一定有固定关系)。例如通过知道自从以前的校正(例如响应于接收到以前的信标帧)以来经过的时间，可确定在AP计数器和STA计数器之间的漂移的量。速率调节单元(其可使用锁相环来实现)可接着用于使STA计数器以更接近AP计数器的速率的速率递增。通过每当新时间戳被接收到时重复这个漂移确定和速率调节单元的调节，误差在短时间段期间趋向于最小值。在UK专利GB2494949中描述的第二种技术中，每当新时间戳被接收到时，STA时钟114存储对应于所接收的计数器值和STA计数器的当前值的一对值。然后，代替对STA计数器进行速率控制(如在第一种技术中的)，所存储的值对可由在STA内的更高软件层使用来监控漂移并补偿STA计数器值。
图2示出示例信标帧200的格式的示意图。在本例中，虽然如上所述，本文所述的方法不限于与Wi-FiTM一起使用，且可与其它无线标准一起使用，但是该信标帧是按照Wi-FiTM标准所定义的。所示信标帧200是IEEE802.11管理帧的例子并确保在Wi-FiTM网络内的所有接入点和站可正确地识别管理帧，它们有在图2的上部所示的标准帧格式，不同的管理帧具有帧体部分204的不同格式，这在图2的下部针对信标帧更详细地示出。
所有管理帧所共有的信标帧200的部分包括MAC(介质接入控制)帧头部分202、帧体部分204和帧控制部分206。MAC帧头部分202包括帧控制字段208、持续时间字段210、目的地地址字段212、源地址字段214、基本服务集标识(BSSID)字段216和序列控制字段218。如本领域的技术人员已知的，单个接入点连同所有相关的站被称为基本服务集(BSS)。接入点充当该BSS内的站的主无线站。每个BSS由BSSID识别。在基础设施BSS中，BSSID是接入点的MAC地址。
根据IEEE 802.11标准，信标帧的帧体部分204包括时间戳字段222、信标间隔字段224、能力信息字段226和SSID字段228。
时间戳字段222包括传输信标帧的设备的定时同步功能(TSF)时间的值。如上面关于图1描述的，在接收到信标帧之后，STA 104将它们的本地时钟114改变到这个时间。
信标间隔字段224包括以时间单位(TU)表示的传输设备的信标帧传输之间的时间间隔。
能力字段226包括关于网络和/或设备的能力的信息。例如，它可包括但不限于操作模式(自组织或基础设施)、对轮询的支持、加密等信息。
SSID信息字段228规定由传输设备使用的SSID或多个SSID。如本领域的技术人员已知的，SSID是唯一地定义Wi-FiTM网络的字母数字字符(字母或数字)序列。试图连接到特定Wi-FiTM网络的所有接入点和站都使用相同的SSID。
信标帧的帧体204可以可选地也包括一个或多个可选字段230、232、234。可选字段可包括但不限于支持速率字段、跳频(FH)参数设置字段、直接序列(DS)参数设置字段、无争用(CF)参数设置字段、IBSS参数设置字段、传输指示映射(TIM)字段和供应商特定字段234。
供应商特定字段234可用于携带未在IEEE 802.11标准中规定的信息并可具有图2所示的格式，其中它包括元素ID子字段236、长度子字段238、组织唯一标识符(OUI)子字段240和供应商特定内容子字段242。元素ID子字段236标识字段的特定类型(例如，它将字段234标识为供应商特定字段)。在IEEE 802.11标准中规定了元素ID。长度子字段238规定字段的长度。OUI子字段240包括唯一地标识供应商的一组字母数字字符。IEEE将OUI分配给供应商。OUI有时被称为供应商ID。供应商特定内容子字段242可包含任何内容且只被最大帧尺寸限制。
IEEE 802.11标准规定可选字段将被放置在帧体240中的顺序。特别是，IEEE802.11标准规定供应商特定字段234将是信标帧的帧体204中的最后一个字段。
如上所述，图2所示的信标帧格式仅作为例子，且本文所述的方法可使用包括时间戳字段222和供应商特定字段234(其中这个供应商特定字段可具有任何格式)的任何信标帧格式。类似地，可在系统中使用本文所述的方法，在所述系统中，时间戳在不是信标帧的帧中被传递，这样的帧包括时间戳字段和供应商特定字段。
在已知的系统中，在信标帧内的时间戳字段222是64比特数(即，数字模数264)，其由AP基于以每毫秒为钟步的1MHz时钟产生。回来参考图1，64比特数对应于在AP 102处的时钟116中的计数器120的值，LCO 118以1MHz操作。时间戳字段222的尺寸(例如，如在Wi-FiTM标准中规定的)限制分辨率，具有该分辨率的时间戳可产生并在无线网络内被共享，且这又影响在无线网络内的时间同步的准确度。
图3和5示出提高在无线网络内的时间同步的准确度的示例方法的流程图。图3包括示出产生在无线网络(例如AP)内的时间戳的无线站的操作方法的流程图31，且图5包括示出接收包括时间戳的帧的网络内的无线站的操作的示例方法的流程图。这些方法可例如在图1所示的网络100中实现，虽然如下面更详细描述的，为了实现方法，无线站包括以比正常频率高的频率(例如，以大于1MHz的频率，并且在多个例子中以比1MHz大很多数量级的频率)操作的时钟。以比正常频率高的频率操作的这些无线站内的时钟可以是图1所示的物理层时钟114或可选地可以是系统时钟，其也可被称为公共事件时钟，且其可以以400MHz或高于400MHz的频率运行。系统时钟可例如被实现为在芯片上系统(SoC)内的软件控制环路。系统时钟可具有其自己的计数器，其可与物理层计数器120分离并以更快的速率递增。
图3还示出图3的方法可在其中被实现的无线站32的部分的示意图，且图6示出图5的方法可在其中被实现的示例无线站的部分的示意图。
高分辨率时间戳由负责在网络内产生并共享时间戳的无线站(例如AP)产生(框302)。例如，不是在AP 102中使用1MHz LCO(如在已知系统中的)，而是使用快得多的速率钟步的振荡器(例如高频率时钟320)，例如它可以每纳秒(例如1GHz LCO)或每皮秒(例如1THzLCO)为钟步。(在框302中)由这个更快的LCO产生的计数器值(和因此产生的时间戳)大于标准时间戳字段的尺寸(t比特)且这在图4中示出。图4示出所产生的包括x比特的时间戳402，其中x大于在无线网络100内的标准时间戳字段中的比特数量(即，x>t)。在这是Wi-FiTM网络的场合，标准时间戳字段包括64比特(t＝64)，且因此x>64。在多个例子中，所产生的计数器值可包括74比特数字(对于纳秒例子)或84比特数字(对于皮秒例子)，例如x＝74或x＝84。在其它例子中，x可具有不同的值。在其它例子中，在信标帧内的时间戳字段222可代表包含多于64比特或少于64比特数字(即，它可具有不等于64的值)，且产生它的时钟的钟步速率可以不同(即，不是1MHz的速率)。然而在所有情况下，时间戳字段222都具有限制分辨率的规定尺寸(例如，如标准所规定的尺寸)，具有该分辨率的时间戳可被传输到无线网络100内的无线站104。
在产生了高分辨率时间戳(在框302中)后，所产生的时间戳分成两个部分(框304)。第一部分404包括与在无线网络内使用的标准时间戳字段相同数量的比特，即t比特。第二部分406包括其余比特，即x-t比特。在多个例子中，第一部分404包括在所产生的高分辨率时间戳中的t个高有效比特，且第二部分406包括在所产生的高分辨率时间戳402中的x-t个低有效比特，使得来自所产生的高分辨率时间戳402的所有比特在这两个部分404、406的一个(和仅仅一个)内。在例子中，t＝64。
第一部分然后插入帧中的标准时间戳字段内(框306)且第二部分然后插入帧中的供应商特定字段内(框308)。帧然后由无线站广播(框310)。在多个例子中，第一和第二部分插入同一帧中的标准时间戳字段和供应商特定字段内。然而在其它例子中，可将这两个部分插入不同的帧内，且可基于序列号、ID标签或其它标识符通过接收无线站使这两个部分关联。
在帧是Wi-FiTM信标帧408(例如，如图2所示和上面描述的)的场合，第一部分插入时间戳字段222内且第二部分插入在供应商特定字段234内的供应商特定内容字段242内。
可在时间戳产生模块322内实现时间戳的产生和拆分(在框302-304中)，且在帧由无线发射机326传输(在框310中)之前，帧生成器模块324可将时间戳的部分插入一个或两个帧的时间戳字段和供应商特定字段内(在框306-308中)。在多个例子中，时间戳产生模块322和帧生成器模块324都可在无线站(例如Wi-FiTM MAC)内的介质接入控制器模块内实现。
如图5所示，接收无线站接收所传输的帧(框502)并解码时间戳字段222(框504)和解码供应商特定字段234(框506)。如果接收无线站可解释在供应商特定字段中的时间戳的第二部分(在框508中的“是”)，则无线站重新创建完整的时间戳410(框510)并接着使用高精确度时间戳来使无线站同步到传输在框502中接收的帧的无线站(框512)。然而，如果接收无线站不能够解释在供应商特定字段中的时间戳的第二部分(在框508中的“否”)，则无线站只使用来自时间戳字段222的信息来使无线站同步到传输在框502中接收的帧的无线站(框514)，且这可例如通过将本地计数器重置到来自时间戳字段的值来实现，本地计数器可基于以标准频率(例如1MHz)运行的LCO的钟步来递增。
如图5所示，存在很多不同的方式，其中可在使无线站同步时使用高分辨率时间戳，且在多个例子中可使用下列技术中的一个或多个：
●重置计数器(框516)；
●计算误差并调节计数器或时钟的速率(框518)；以及
●产生时间戳-计数器值对(框520)。
在高精确度时间戳用于重置计数器(在框516中)的例子中，这可以是基于以与传输站相同的更快速率(或以比标准速率快的任何速率)运行的LCO来递增的计数器或基于系统时钟来递增的计数器。图6中的第一个图示出包括解码器602和计数器603的示例无线站61，解码器602对时间戳字段和供应商特定字段解码并重新创建高精确度时间戳(框506、508、510)，计数器603以LCO/系统时钟604的钟步速率而递增。
通过重置如图5所示的计数器(在框516中)，在STA 104处的时钟和在AP 102处的时钟之间的最大漂移由于提高的时间戳的分辨率而减小，如在图7中的第一图形71所示，甚至在其中包括时间戳的帧(例如信标帧)以时间间隔Δt被传输时也是这样。图7中的第一图形71示出使用标准分辨率时间戳的误差漂移(线704)与使用高分辨率时间戳的误差漂移(线702)的比较，且高分辨率时间戳的最大误差e1小于使用标准时间戳时的e2。
如上所述，在多个例子中，高精确度时间戳可用于调节计数器的速率(在框518中)，且在很多例子中，这可结合如下所述重置计数器(在框516中)来使用；然而，它也可在计数器未重置的场合被使用。图6中的第二个图示出包括解码器602的示例无线站62，解码器602对时间戳字段和供应商特定字段解码并重新创建高精确度时间戳(框506、508、510)。在基于时间戳重置本地计数器603(在框516中)之前，(在误差计算模块606中)计算在高精确度时间戳和在无线站62处的当前计数器值之间的误差。这个误差值被馈送到速率调节单元608(其可使用锁相环来实现)并用于使计数器603以更接近AP计数器的速率的速率而递增。通过每次新时间戳被接收到时重复该操作，误差在短时间段期间趋向于最小值，且通过使用更高分辨率的时间戳，最小值小于当只使用标准时间戳时的最小值，且在系统中的抖动减小了。被调节速率的计数器603可以是基于LCO而递增的计数器或基于系统时钟而递增的计数器。
在计数器603以比在AP处的LCO的速率低的速率递增的例子中，本地计数器603的重置(在框516中)可以只使用标准时间戳(即使其STA具有高精确度TSF能力)或可使用比标准时间戳更多的比特但比高精确度时间戳中更少的比特(例如，一个或多个低有效比特可被丢弃且不在重置本地计数器603时使用)。
不是使用高精确度时间戳来调节计数器的速率，而是可将高精确度时间戳用于调节时钟的速率(在框518中)。在图6中的第三个图示出包括解码器602的示例无线站63，解码器602对时间戳字段和供应商特定字段解码并重新创建高精确度时间戳(框506、508、510)。在基于时间戳重置本地计数器603(在框516中)之前，(在误差计算模块606中)计算在高精确度时间戳和在无线站62处的当前计数器值之间的误差。这个误差值然后用于(由速率调节单元608)调节时钟604的速率(在框518中)。通过每次新时间戳被接收到时重复此种操作，误差在短时间段期间趋向于最小值，且通过使用更高分辨率时间戳，最小值小于当只使用标准时间戳时的最小值，且在系统中的抖动减小了。被调节速率的时钟604可以是LCO或系统时钟。
如在图5和图6中的第四个图中所示的，在一些例子中，高精确度时间戳(在框510和解码器602中产生)可用于产生对应于高精确度时间戳和本地计数器值的值对(框520，例如通过对产生模块610)。这些值对可由在STA内的更高软件层使用来根据所识别的数据点(即，值对)外推以计算在本地计数器的特定值处的时间戳的值。通过以这种方式使用值对(其可被存储，直到它们被需要为止)，如果在通过更高软件层(例如通过在无线站上运行的应用)对值对的处理中有延迟，则该方法没有被不利地影响。与前面的例子相同，被调节速率的计数器603可以是基于LCO而递增的计数器或基于系统时钟而递增的计数器。
通过使用具有比标准1MHz时钟更高频率和更准确的时间戳值的LCO/系统时钟604，使用所存储的值对来计算的时间戳的外推值更准确，如在图7中的第二和第三图形72、73中所示的。
图7中的第二图形72示出在x轴上的时间戳值和在y轴上的系统时钟值。两个所存储的值对(由箭头710、712指示)被显示在图形上。如果当更高软件层准备处理数据时的系统时钟值是4900，则这两个所存储的值对可用于预测由箭头714指示的实际时间戳值(在本例中是245)。通过使用利用本文所述的方法的更高精确度(即，更高精度)时间戳值，外推的时间戳值(例如245)更准确，且这在图7中的第三图形73中示出。这个图形73示出在微秒时间戳被使用的场合，误差可以只能以1μs的步长(线716)来表示；然而，在使用更高精确度时间戳的场合，可更准确地表示误差(如线718所示)。在这个图形73上，x轴显示在两个站中的时钟的百万分率(PPM)误差，其导致在y轴上显示的同步误差(以ns为单位)。
根据图5所示的方法，每个无线站都对供应商特定字段解码(在框506中)，而不考虑它们是否有解释时间戳的第二部分的能力。在其它例子(其为图5所示的例子的变形)中，可以只在无线站具有解释时间戳的第二部分的能力时才对供应商特定字段解码(在框506中)，(即，使得框506在框508中的判断点之后和在框510之前而不是在框508之前)。
在如上所述的方法中，高分辨率时间戳由在网络内的无线站基于在该无线站中的时钟来产生和传输。然而在多个例子中，将时间戳传输到其它无线站的无线站可基于外部时间源来产生时间戳。例如，AP可使用例如NTP的协议基于外部时间服务器来产生时间戳。在基于外部时间源来产生时间戳时也可使用上面描述的方法，且在这样的例子中，基于外部时间源来产生在可在时间戳字段内配合的更高分辨率下的时间戳。
在无线网络(例如图1中的网络100)内使用的时间戳的分辨率可以是固定的，或可以是可变的(例如使得分辨率适应系统/应用的特定需要)。回来参考图4，在所有情况中，x比特都插入时间戳字段内，以便符合标准，且其中所使用的分辨率是固定的，x-t比特总是插入供应商特定字段内。在分辨率改变的场合，插入供应商特定字段内的比特的数量可变。这可涉及改变分辨率(具有该分辨率的时间戳产生(例如改变x的值))或使用固定分辨率用于时间戳的产生(例如x是固定的)并丢弃所产生的时间戳的一个或多个低有效比特。这两个例子都在图8中图解地示出。
在第一个例子中，所产生的时间戳802包括可变数量的x’比特，且这些比特分成两个部分——第一部分804包括t个高有效比特(其中t是固定的)且第二部分806包括其余x’-t比特。相反，在第二个例子中，所产生的时间戳812总是包括相同数量的x”比特，但是其中完整的分辨率是不需要的，一个或多个低有效比特被丢弃(y比特，其中y≥0)。其余x”-y比特分成两个部分——第一部分814包括t个高有效比特(其中t是固定的)且第二部分816包括其余x”-y-t比特。如上所述，第一部分804、814插入帧的时间戳字段内，且第二部分806、816插入同一帧的供应商特定字段内。这两个例子都实现相同的结果，即，x’-t＝x”-y-t。
因为时间戳的创建将花费CPU时间，将所产生的时间戳的分辨率调整到系统/应用的要求(如在图8中的第一个例子中的)可能比在传输之前丢弃比特(如在图8中的第二个例子中的)更有效。
在所使用的分辨率改变的场合，这可由于任何原因而进行，且在多个例子中，它可基于由接收无线站提供到广播时间戳的无线站的反馈而改变。在例子中，每个无线站可确定在所接收的时间戳和在新时间戳被接收到时的本地时钟值之间的差异(这在图5中被示为e1且在多个例子中可在误差计算单元606或对产生模块610中或基于对产生模块610所产生的一对来确定)，并将此传递到广播无线站(例如，在探测请求帧等其它管理帧内)。广播无线站(例如AP)可随后如图9所示操作。响应于从无线站接收到误差值(框902)，所接收的值与目标值比较(框904)。这个目标可以例如是所有无线站的平均值或任一无线站的最大值。在多个例子中，目标可被定义为范围。如果目标误差被超过(在框904中的“是”)，则所使用的分辨率增加(框906)，且如果目标误差未被超过(在框904中的“否”)，则所使用的分辨率减小(框908)。在多个例子中，分辨率可在上限(例如其中y＝0)和下限之间改变(在框906和908中)，且在多个例子中，下限可以是标准分辨率(例如，使得x’＝t)。
如图10所示，除了或代替改变所传输的时间戳的分辨率，还可通过改变时间戳被广播时的频率来控制误差。如上面关于图2所述的，所使用的间隔可由广播无线站(例如AP)作为信标帧的部分(例如在信标间隔字段224中的)传递到在无线网络中的其它无线站。响应于从无线站接收到误差值(框902)，所接收的值与目标值比较(框904)。如上所述，这个目标可以用很多方式来定义且可以是值的范围。如果目标误差被超过(在框904中的“是”)，则包括时间戳的帧的传输的频率增加(框1006)，且因此在帧之间的间隔减小。如果目标误差未被超过(在框904中的“否”)，则包括时间戳的帧的传输的频率减小(框1008)，且因此在帧之间的间隔增加。这使广播无线站(例如AP)能够调节包括时间戳的帧(例如信标帧)的速率以满足误差目标，同时不通过不必要地频繁地发送信标帧而浪费带宽。
在无线站将误差值传递到广播无线站的场合，这个误差可以用任何方式被发送。在它包括在探测请求帧中的场合，误差值可包括在供应商特定字段内。如上所述，所有Wi-FiTM管理帧具有相同的结构，如在图2的上部所示，但在帧体204内具有不同格式。探测请求帧的帧体以与图2所示的信标帧类似的方式包括供应商特定字段。
图11示出可被实现为任何形式的计算和/或电子设备并可作为无线站来操作的示例性的基于计算的设备1100的各个部件。无线站可充当AP并产生时间戳，或可接收时间戳并使用它们来使本地时钟同步。
基于计算的设备1100包括一个或多个处理器1102，其可以是微处理器、控制器或用于处理计算机可执行指令以控制设备的操作的任何其它适当类型的处理器，以便作为无线站来操作。在例如芯片上系统架构被使用的一些例子中，处理器1102可包括一个或多个固定功能块(也被称为加速器)，其在硬件(而不是软件或固件)中实现操作方法的一部分，例如在传输无线站中的时间戳的拆分或在接收无线站中的高精确度时间戳的重新创建。包括操作系统1104的平台软件或任何其它适当的平台软件可设置在基于计算的设备处以使应用软件1106能够在设备上被执行。这个应用软件可例如包括调节所传输的时间戳的分辨率和/或所使用的帧速率(如上面关于图9和10描述的)的模块、划分时间戳的模块(例如时间戳产生模块322)和将部分插入帧内用于传输的模块(例如帧生成器模块324)、对所接收的时间戳解码的模块(例如解码器602)、跟踪时钟1112中的误差(例如误差计算单元606)和/或产生时间戳-时钟值对的模块(例如对产生模块610)等。可选地，可在基于计算的设备1100内的硬件中实现这些模块中的一些或全部。
可使用由基于计算的设备1100可访问的任何计算机可读介质来提供计算机可执行指令。计算机可读介质可包括例如计算机存储介质(例如存储器1108)和通信介质。例如存储器1108的计算机存储介质(即，非临时机器可读介质)，其包括以任何方法或技术实现的、用于存储信息例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其它光学储存器、盒式磁带、磁带、磁盘储存器或其它磁性存储设备或可用于存储由计算设备访问的信息的任何其它非传输介质。相反，通信介质可体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或在经调制数据信号中的其它数据(例如载波或其它传输机制)。如在本文规定的，计算机存储介质不包括通信介质。虽然计算机存储介质(即，非临时机器可读介质，例如存储器1108)被示为在基于计算的设备1100内，但是将认识到，储存器可以是分布式的或远程设置，并经由网络或其它通信链路(例如使用通信接口1110)被访问。在基于计算的设备1100是接收无线站的场合，存储器1108可用于存储时间戳-时钟值对，其随后可由应用软件1106使用来外推并计算对应于特定的时钟值的新时间戳值，其中时钟值可以是物理层时钟1112或系统时钟1113的值。
通信接口1110布置成传输包括时间戳的帧，其中基于计算的设备1100作为AP来操作，并接收包括时间戳的帧，其中基于计算的设备1100不作为AP来操作。
基于计算的设备1100可包括一个或多个时钟，例如物理层时钟1112和/或系统时钟1113。这些时钟中的每个可包括计数器，且因为基于计算的设备是经由通信接口1110接收包括时间戳的帧的无线站，这些计数器中的任一个或两个基于所接收的高精确度时间戳可被重置和/或调节速率(如上面关于图5描述的)。
基于计算的设备1100还可包括布置成向显示设备(其可与基于计算的设备分离或成一整体)输出显示信息并接收和处理来自一个或多个设备例如用户输入设备(例如鼠标或键盘)等的输入的输入/输出控制器1114。
本文使用的术语“处理器”和“计算机”指具有处理能力的任何设备或其部分，使得它可执行指令。例如，术语“处理器”可包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU或VPU)、物理处理单元(PPU)、数字信号处理器(DSP)、通用处理器(例如通用GPU)、微处理器、设计成使在CPU外部的任务加速的任何处理单元。本领域的技术人员将认识到，这样的处理能力合并到很多不同的设备中，且因此术语“计算机”包括机顶盒、媒体播放器、数字广播、PC、服务器、移动电话、个人数字助理和很多其它设备。
本领域的技术人员将认识到，用来存储程序指令的存储设备可分布在整个网络中。例如，远程计算机可存储被描述为软件的过程的例子。本地或终端计算机可访问远程计算机并下载软件的一部分或全部以运行程序。可选地，本地计算机可按需要下载软件的片段或执行在本地终端处的一些软件指令和在远程计算机(或计算机网络)处的一些软件指令。本领域的技术人员还将认识到，通过利用本领域的技术人员已知的常规技术，软件指令的全部或一部分可由专用电路例如DSP、可编程逻辑阵列等执行。
存储在实现所公开的方面时使用的机器可执行数据的存储器可以是非临时介质。非临时介质可以是易失性或非易失性的。易失性非临时介质的例子包括基于半导体的存储器，例如SRAM或DRAM。可用于实现非临时存储器的技术的例子包括光学和磁性存储器技术、闪存、相变存储器、电阻式RAM。
对“逻辑”的特定提及指执行一个或多个功能的结构。逻辑的例子包括布置成执行那些功能的电路。例如，这样的电路可包括晶体管和/或在制造过程中可用的其它硬件元件。这样的晶体管和/或其它元件可用于形成实现和/或包含存储器(例如寄存器、触发器或锁存器)、逻辑运算器(例如布尔运算)、数学运算器(例如加法器、乘法器或移位器)和互连等的电路或结构。这样的元件可作为定制电路或标准单元库、宏或在其它抽象级别处被提供。这样的元件可在特定的布置中被互连。逻辑可包括作为固定功能的电路，且电路可被编程以执行一种或多种功能；可从固件或软件更新或控制机制提供这样的编程。被识别为执行一种功能的逻辑也可包括实现组成功能或子过程的逻辑。在例子中，硬件逻辑具有实现固定功能操作、或多个操作、状态机或过程的电路。
在本文给出的任何范围或设备值可扩展或改变，而不失去所寻求的效果，这对技术人员将是明显的。
将理解，上面描述的益处和优点可涉及一个实施方式或可涉及几个实施方式。实施方式不限于解决任何或所有所陈述的问题的那些实施方式或具有任何或所有所陈述的益处和优点的那些实施方式。
对“一个”物品的任何提及指那些物品中的一个或多个。术语“包括”在本文用于意指包括所识别的方法框或元件，但这样的框或元件并不包括排他列表，且装置可包含额外的框或元件，以及方法可包括额外的操作或元件。此外，框、元件和操作本身不是隐含封闭的。
可在适当的场合以任何适当的顺序或同时执行本文描述的方法的步骤。在附图中的框之间的箭头显示方法步骤的一个示例顺序，但并不打算排除其它顺序或并行的多个步骤的执行。此外，可从任何方法删除单独的框，而不偏离本文描述的主题的精神和范围。上面描述的任何例子的方面可与所描述的任何其它例子的方面组合以形成另外的例子，而不失去所寻求的效果。在附图的元件被示为由箭头连接的场合，将认识到，这些箭头显示在元件之间的通信(包括数据和控制消息)的仅仅一个示例流程。在元件之间的流程可以在任一方向上或在两个方向上。
将认识到，优选实施方式的上述描述仅作为例子给出，并且本领域的技术人员可做出各种修改。虽然上面利用某种程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施方式描述了多个实施方式，但是本领域的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更，而不偏离本发明的精神或范围。

Claims (21)

1.一种无线站的操作方法，所述方法包括：
产生高分辨率时间戳(302)；
将所产生的时间戳分成两个部分(304)，第一部分包括比所产生的时间戳分辨率低的时间戳，且第二部分包括所产生的时间戳的一个或多个其余比特；
将所述第一部分插入帧内的时间戳字段内(306)；
将所述第二部分插入帧内的供应商特定字段内(308)；以及
传输包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的一个或两个帧(310)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二部分插入在与所述第一部分被插入的所述时间戳字段相同的帧内的供应商特定字段内，且其中传输包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的所述一个或两个帧包括传输同时包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的帧。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述无线站是接入点。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述帧是信标帧。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一部分包括来自所产生的时间戳的多个高有效比特。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二部分包括所产生的时间戳的所有其余比特。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
从其它无线站接收一个或多个误差值(902)，每个误差值指示在所接收的时间戳和当所述时间戳被接收到时在所述其它无线站处的时钟值之间的差异；以及
比较所接收的误差值与误差目标(904)；
增加所产生的时间戳的分辨率(906)。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
从其它无线站接收一个或多个误差值(902)，每个误差值指示在所接收的时间戳和当所述时间戳被接收到时在所述其它无线站处的时钟值之间的差异；以及
比较所接收的误差值与误差目标(904)；
增加在所述第二部分中的比特的数量(906)。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
从其它无线站接收一个或多个误差值(902)，每个误差值指示在所接收的时间戳和当所述时间戳被接收到时在所述其它无线站处的时钟值之间的差异；以及
比较所接收的误差值与误差目标(904)；
增加包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的帧的传输的频率(1006)。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述无线站是无线扬声器。
11.一种无线站的操作方法，所述方法包括：
接收包括时间戳字段和供应商特定字段的一个或两个帧(502)；
将所述时间戳字段解码以提取时间戳的第一部分(504)；
将所述供应商特定字段解码以提取所述时间戳的第二部分(506)；
组合所述第一部分和所述第二部分以产生高分辨率时间戳(510)；以及
使用所述高分辨率时间戳来使所述无线站与无线网络中的其它无线站同步(512)。
12.如权利要求11所述的方法，其中使用所述高分辨率时间戳来使所述无线站与无线网络中的其它无线站同步包括：
将所述无线站内的计数器重置到所述高分辨率时间戳的值(516)。
13.如权利要求12所述的方法，其中使用所述高分辨率时间戳来使所述无线站与无线网络中的其它无线站同步还包括：
在重置所述计数器之前，计算在所述高分辨率时间戳和计数器值的当前值之间的误差值，且使用所述误差值来：
调节所述计数器基于从本地振荡器或时钟接收的信号而递增时的速率(518)；或
调节所述本地振荡器或时钟的速率。
14.如权利要求11所述的方法，其中使用所述高分辨率时间戳来使所述无线站与无线网络中的其它无线站同步包括：
产生包括所述高分辨率时间戳和在所述无线站内的计数器的当前值的数据对(520)。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述计数器基于在所述无线站内的系统时钟或基于在所述无线站内的本地振荡器而递增。
16.如权利要求11-15中的任一项所述的方法，其中所述无线站是无线扬声器。
17.如权利要求11所述的方法，还包括：
存储对应于在接收到帧时的时钟值与所述高分辨率时间戳的值之间的差异的误差值；以及
将所述误差值传输到传输包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的帧的无线站。
18.如权利要求17所述的方法，其中将所述误差值传输到传输包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的帧的无线站包括：
将所述误差值插入帧的供应商特定字段内；以及
将带有所述误差值的所述帧传输到所述无线站。
19.如权利要求18所述的方法，其中所传输的帧是探测请求帧。
20.一种无线站(32)，包括：
时钟(320)，其以高于1MHz的频率操作；
时间戳产生模块(322)，其布置成使用所述时钟来产生高分辨率时间戳并将所产生的时间戳分成两个部分，第一部分包括比所产生的时间戳分辨率低的时间戳，且第二部分包括所产生的时间戳的一个或多个其余比特；
帧生成器模块(324)，其布置成将所述第一部分插入帧内的时间戳字段内并将所述第二部分插入帧内的供应商特定字段内；以及
无线发射机(326)，其布置成传输包括所述时间戳字段和所述供应商特定字段的一个或两个帧。
21.一种无线站，包括：
解码器(602)，其布置成将所接收的帧的时间戳字段解码以提取时间戳的第一部分，将所接收的帧的供应商特定字段解码以提取所述时间戳的第二部分，并组合所述第一部分和所述第二部分以创建高分辨率时间戳；
本地振荡器和系统时钟中的至少一个(604)；
计数器(603)，其链接到所述本地振荡器和所述系统时钟之一并布置成基于所链接的本地振荡器或系统时钟来递增；以及
布置成使用所述高分辨率时间戳来使所述无线站与无线网络中的其它无线站同步的逻辑。
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