CN105264998A

CN105264998A - 无精确定时的组轮询机制

Info

Publication number: CN105264998A
Application number: CN201480032310.XA
Authority: CN
Inventors: 穆罕默德·马尔卡维; 阿什拉夫·纳赛拉特; 巴斯曼·达赫莱
Original assignee: Motorola Solutions Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: GB2512688B; PL2982208T3; US9131509B2; WO2014162139A1; EP2982208A1; CN105264998B; EP2982208B1; US20140301374A1; GB201320595D0; GB2512688A

Abstract

在无线通信网络中，通过使用相同的轮询帧(908)轮询几个站减少轮询开销。为了能够在相同的帧中轮询一个以上的站，接入点能够利用站相对于接入点的位置。每个站相对于接入点的位置会造成站与接入点之间无线通信的不同传播延迟。基于该传播延迟，可以将两个或多个站分组在一起(906)用于随后到接入点的传输。

Description

无精确定时的组轮询机制

技术领域

本发明总体涉及通信系统。本发明更具体地涉及在通信系统无精确定时的组轮询的机制。

背景技术

无线宽带网络用于数据通信已变得非常流行。建立这种网络可以相对廉价并且快捷。这种网络可以通过控制网络中的通信的接入点在网络客户端设备中提供本地通信。相反，或此外，这种网络可以提供到包括互联网的远程网络的通信接入。

电气与电子工程师协会(IEEE)已颁布了工业随后采用的几个数据通信标准。这种标准家族的一个实例通常指IEEE802.11。IEEE802.11包括几个协议，这几个协议包括IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g以及IEEE802.11n。802.11网络和设备通常是指WiFi设备。802.11协议定义了可在网络中通信(包括消息和定时)的设备与操作。根据协议，接入点或基站控制数据通信，数据通信包括在接入点与接入点周围的服务区中的相应的站或客户端设备之间的通信的定时。客户端设备根据相同的协议操作以与接入点通信。通过协议定义消息。

为了改善这些网络的功用，制造商已扩大了通信的范围，因此扩大了服务区的规模。最初，WiFi通信受限于发射机与接收机之间的瞄准线(lineofsight)或几十米范围。最近，开发了具有5km到15km服务区半径或节点规模的网络。

以这种方式增大网络的规模已取得了商业成功。这种成功已为用于通信的系统和方法中的附加特征创造了机会并且也创造了提高性能和效率的机会。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在接入点与多个站无线数据通信的方法，该方法包括：

从多个站的每一个接收关于相应的站的相应的传播延迟的信息；

根据从每个相应的站到接入点的无线传输的传播延迟将多个站分组，使得组中的站之间的相应的传播延迟的差值足够大，以避免在完全接收来自组中另一站的数据传输之前接收来自组中的站的数据传输；

将单个轮询帧传输到多个站；以及

在相应的时间从多个站的相应的站接收相应的数据传输。

根据本发明的第二方面，提供一种接入点，包括：

网络接口，可操作地用于与服务区中的多个站进行无线通信；

调度器，可操作为控制网络接口的无线通信，该调度器可操作为：

确定定义多个站的每个相应的站的相应的传播延迟的信息；

使用相应的传播延迟，将相应的站分成站的两组或多组使得单个轮询帧能够被发送到站的相应的组的所有站，以使相应的组的相应的站通过传输相应的传输对单个轮询帧做出响应，以使在独立时间在网络接口接收相应的传输；以及

使网络接口传输各个相应的组的站的单个轮询帧。

根据本发明的第三方面，提供一种接入点，包括：

媒体接入控制层，可操作为格式化用于传输至多个站的两个或多个选择的站的组轮询帧；

接收定义接入点与相应的站之间的无线通信的传播延迟的信息；

选择两个或多个站用于组轮询帧的接收，使得两个或多个站之间的相应的传播延迟的差值足够大以使在开始接收来自两个或多个站的另一站的数据传输之前，在接入点完全接收来自两个或多个站之一的数据传输；以及

由网络接口启动该组轮询帧的传输。

从仅仅通过实例方式提供的本发明的优选实施方式的以下描述中，本发明的进一步特征和优势变得显而易见。

附图说明

图1是通信系统的框图；

图2是表示接入点和表示客户端设备的框图；

图3是示出了图1的通信系统的操作的时序图；

图4是示出了图1的通信系统的操作的时序图；

图5是示出了传统通信系统的操作的时序图；

图6是示出了图1的通信系统的操作的时序图；

图7是示出了图1的通信系统的操作的时序图；

图8示出了所公开的系统和方法提供的吞吐量增益；

图9是示出了图1的通信系统的操作的流程图；以及

图10是示出了通信系统中的接入点与客户端设备之间的通信的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式涉及同步的WiFi网络，诸如，根据电气与电子工程师协会(IEEE)802.11n标准的网络。网络包括多个接入点(AP)。每个AP向AP的邻近区域中的站(STA)提供无线通信业务。在新网络中，与传统的802.11n相比，小区覆盖直径可为5英里。

在上行链路周期中，AP用消息一次轮询一个站。轮询的STA通过发送消息来响应。轮询操作可消耗大量的网络资源。

为了减小轮询开销，本公开提出使用相同的轮询帧轮询几个STA。为了能够在相同的帧中轮询一个以上的站，AP能够利用站相对于AP的位置。每个站相对于AP的位置会造成在站与AP之间进行无线通信的不同传播延迟。基于传播延迟，两个或多个站可以分组在一起用于随后传输到AP。

根据本文中公开的实施方式，即使当无线客户端与无线服务区中的接入点的距离不等时，通信系统提供用于确保可靠通信的装置和方法。当距离变化并且大于几十米时，从远程客户端设备到接入点的传播延迟是明显的。当接入点意识到传播延迟时，控制网络中的通信的时间的接入点能够利用传播延迟提高系统中的效率。

接入点可以利用传播延迟信息通过单个轮询帧可以用于轮询组的所有站的方式对站或客户端设备进行分组。要求轮询帧在网络中的每个站的每个上行链路上。接入点将站分组在一起，对于该站，来自站的传播延迟的差值允许在开始接收来自另一站的信号之前在接入点完全接收来自一个站的信号。轮询帧的总数目可以减少并且致力于轮询的时间量可以减少，从而提高了网络中的效率。

现参考附图，图1是通信系统100的框图。通信系统100旨在示例性的，目的仅是示出本文中所描述的概念。

在该示例性实施方式中，通信系统包括第一接入点102、第二接入点104、第三接入点106以及第四接入点108。各个相应的接入点向相应的接入点周围的服务区提供无线通信。在示出的实施方式中，各个相应的接入点102、104、106、108根据电气与电子工程师协会(IEEE)标准802.11n操作，通常是指WiFi。在其他实施方式中，一个或多个接入点102、104、106、108根据另一无线标准(诸如，WiMAX)或者另一802.11标准系列操作。在本文中所描述的设备和技术可以扩展到除了IEEE802.11n以外的标准和协议。

在图1的实例中，各个相应的接入点作为接入点周围的小区或服务区内的无线设备的基站操作。在这个实施例中，接入点108向接入点附近的一个或多个站提供无线通信服务。每个站(STA)均使用无线通信协议(诸如，IEEE802.11n)与接入点通信。无线通信协议定义了包括接入点的无线设备与无线设备之间的信息的传输与接收的频率分配、定时、帧结构以及其他特性。

在图1的实例中，接入点108与三个无线设备无线通信，包括第一站112、第二站114、第三站116以及第四站118。在该实例中，第一站112被命名为STA6、第二站114被命名为STA7、第三站116被命名为STA2并且第四站118被命名为STA5。第一站112、第二站114、第三站116以及第四站118可被当成接入点108的客户端并且可称作无线客户端设备。虽然图1示出了与接入点108通信的四个站，但这仅旨在为示例性的。许多站可以与接入点108通信。

第一站112、第二站114、第三站116以及第四站118的每一个可以包括与任何其他合适的装置或设备结合的无线通信电路。可以包括无线电路并且形成站或无线客户端设备的示例性设备包括移动电话、智能手机、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、平板电脑、个人计算机和任何其他数据处理设备。无线电路在数据处理设备与接入点108之间提供数据通信。无线电路可以是模块或组件或一组组件并且可以是站的永久部分或者可从站移除或可从站拆卸。

反过来，接入点108可以在第一站112、第二站114、第三站116以及第四站118中的相应的站之间或者相应的站与另一网络110之间提供数据通信。网络110可以是任何网络或网络的组合并且可以直接或间接包括互联网或与互联网通信的网络。在图1的实例中，接入点102、104、106、108的每一个与网络110通信。然而，接入点102、104、106、108的每一个可独立操作且不与相邻网络交互并且没有单个接入点的总体控制或管理。在该实例中，第二接入点104与STA120(体现为PDA)数据通信，并且第三接入点106与STA122(体现为移动电话)数据通信。

如图1中的站112、114、116、118的布置所建议的，每个站112、114、116、118距接入点108的距离可不同。可以测量相关距离作为接入点108与相应的站之间的直线距离。或者，当无线电能量在站与接入点之间行进时，可以通过相邻结构反射的一个或多个射线的长度测量距离。每个站是距接入点的距离并且如果站移动(诸如，移动电话或膝上型电脑)距离可以随着时间而改变。

站与接入点之间的距离会导致站与接入点之间的通信的传播延迟。可以测量传播延迟作为由站和接入点中的一个传输射频(RF)能量的时间与站和接入点中另一个接收并感测射频能量的时间之间的差值。如果距离是几十米的级别，那么无线电路之间的通信时序的传播延迟可能不明显。另一方面，如以下将更详细地描述的，例如，如果距离大于1km，那么传播延迟可能会影响网络中的通信时序。

图2是表示接入点202和表示客户端设备204的框图。接入点202可以表示图1的接入点102、104、106、108之一。类似地，客户端设备204可以表示图1中的站112、114、116、118之一。然而，示出的实施方式仅旨在是示例性的。

接入点202包括主处理器206、网络接口208、全球定位系统(GPS)电路210、定时电路212、调度器214以及天线216。在其他实施方式中，接入点202可以包括相对于在图2中示出的那些更多或更少或可替换元件。

主处理器206控制接入点202的操作。主处理器可以包括用于实现控制功能的一个或多个电路、模块、接口或代码。例如，主处理器206可以包括微处理器和存储器。存储器可以存储用于控制微处理器的数据和指令以及接入点202的其他组件。进而微处理器可响应于所存储数据和指令操作以控制接入点的操作。

网络接口208控制接入点202与其他设备(包括客户端设备204)之间的数据通信。网络接口208使用天线216控制无线通信。在这方面，网络接口208可以实施一个或多个无线电路以借助于天线216发送与接收无线通信。网络接口208根据计算机网络的开放式系统互连(OSI)模型和发射机与接收机电路(TX/RX)220实现物理层(PHY)218。此外，网络接口208根据OSI模型实现媒体接入控制层(MAC)222。

在一个实施方式中，网络接口208实现IEEE802.11n协议，包括802.11nPHY和MAC层。网络接口208还可以或反而执行无线和有线线路通信两者的其他数据通信协议。例如，网络接口208可以控制到其他有线线路网络元件(诸如，图1的网络110)的通信。在这方面，网络接口可以执行与其他网络元件通信的协议(诸如，以太网或网络协议(IP))。

网络接口208可以包括用于实现网络控制和通信的数据处理电路，诸如，一个或多个处理器、电路、接口、模块以及存储器。此外，网络接口208可以包括用于与天线216数据通信的模拟电路，诸如，放大器、振荡器和滤波器。

天线216可以是任何合适的设备或用于发送和接收信号的设备的组合。在一个实例中，天线216是用于数据通信的多输入、多输出(MIMO)天线阵。在一个特定实施方式中，天线216被配置为以诸如2.4GHz、3.7GHz以及5GHz的频率根据IEEE802.11协议通信。另外，天线216可以包括用于其他信号的通信(诸如，GSM信号)的多个结构。

GPS电路210接收GPS信号或其他位置确定信号，诸如，GLONASS信号。响应于所接收的位置确定信号，GPS电路210确定接入点202的地理位置。另外，响应于所接收的位置确定信号，GPS电路210高精度地确定当前时间。GPS电路210可以将关于接入点的地理位置以及关于当前时间的数据通信至接入点202的其他组件，诸如，定时电路212。

定时电路212控制接入点202的时间。定时电路212可以从GPS电路210接收当前时间数据和其他定时信息。反过来，定时电路212将定时信息传送至接入点202的其他组件。定时信息可以包括定义当前时间、时钟信号、警报信号以及其他信息的数据。接入点202可以包括合适的器件用于在其组件之间进行数据通信，组件为诸如，通过其可以通信信息(诸如，定时信息)的数据和控制总线。

调度器214操作为控制从接入点202传输的时间。调度器执行诸如帧分类、决定什么帧可以聚合以及定时帧传输之类的功能。在以下更详细地描述的一个示例性实施方式中，调度器214评估接入点202服务的相应的站的传播延迟。使用传播延迟，调度器214确定两个或多个传播延迟之间的差值是否足够大以使在开始接收来自随后的站的信号之前在接入点202完全接收来自一个站的信号。如果满足该条件，调度器214可以总结出可以在相同的轮询帧中同时轮询这些站而无需通过接入点202和站的任何时序协调。

调度器214可以包括用于执行必要的功能的电路、处理器、接口、存储器或代码的任何合适的组合。在图2的实例中，调度器214是接入点202的分离组件。然而，在一些实施方式中，可以通过其他组件，诸如，网络接口208或主处理器206实现调度器214。

客户端设备204包括主处理器224、网络接口226、天线228以及定时电路236。在其他实施方式中，客户端设备204可以包括提供其他功能的其他组件。例如，在客户端设备204是移动电话的实施方式中，客户端设备204包括呼叫处理器电路、用户接口并可能包括其他组件，诸如，摄像机和加速计。在客户端设备204是便携式计算机的实施方式中，客户端设备204可以包括键盘、显示器以及硬盘驱动器或其他大容量存储器。在一些实施方式中，客户端设备204可以是在主机设备内的模块，诸如，便携式计算机或移动电话。

主处理器224控制客户端设备204的操作。主处理器224可以包括用于实现控制功能的一个或多个电路、模块、接口或代码。例如，主处理器224可以包括微处理器和存储器。存储器可以存储用于控制微处理器的数据和指令。进而微处理器可响应于所存储数据和指令操作以控制客户端设备204的操作。

网络接口226控制客户端设备204与包括接入点202的其他设备之间的数据通信。网络接口226使用天线228控制无线通信。在这方面，网络接口226可以执行一个或多个无线电路以借助于天线228发送与接收无线通信。在所示出的实施方式中，网络接口226实现物理层(PHY)230以及发射机和接收机电路(TX/RX)232。此外，网络接口226根据OSI模型实现媒体接入控制层(MAC)234。网络接口226形成与远程接入点或其他无线设备进行无线通信的无线电路。

在一个实施方式中，网络接口226实现包括802.11nPHY层230和MAC层234的IEEE802.11n协议。在这方面，客户端设备204构成802.11站或STA的一部分。网络接口226还可以或反而执行无线和有线线路通信两者的其他数据通信协议。例如，网络接口226可以控制到客户端设备204的其他组件的通信。

网络接口226可以包括用于实现网络控制和通信的数据处理电路，诸如，一个或多个处理器、电路、接口、模块以及存储器。此外，网络接口226可以包括用于与天线228通信的模拟电路，诸如，放大器、振荡器和滤波器。

天线228可以是任何合适的设备或用于发送和接收信号的设备的组合。在一个实例中，天线228是用于数据通信的多输入、多输出(MIMO)天线阵。在一个特定实施方式中，天线228被配置为以诸如2.4GHz、3.7GHz以及5GHz的频率根据IEEE802.11协议通信。另外，天线228可以包括用于其他信号的通信(诸如，GSM信号)的多个结构。

定时电路236维持客户端设备204的时序和同步信息。在一个实例中，客户端设备从接入点202周期性地接收时序和同步信息。该信息可能会以通过接入点202传输的信标信号的形式出现。在IEEE802.11标准中详细说明定时同步功能(TSF)以确保网络中的无线设备中的定时同步。定时同步功能(TSF)保持同步的相同网络的所有站的计时器。包括客户端设备204的所有站维持本地TSF定时器。在一个实例中，TSF基于具有1微秒增量的1-MHz时钟。

由站通过信标帧周期性地交换定时信息实现定时同步。如果时间晚于站自己的TSF定时器，则每个站采用所接收时间。

在操作中，接入点202和客户端设备204选择性地无线数据通信。接入点202作为基站操作并且在邻近于接入点202的服务区为客户端设备或站(诸如，客户端设备204)提供数据通信。根据诸如IEEE802.11的协议进行数据通信。接入点202作为服务区中的客户端设备(诸如，客户端设备204)的主机或服务器操作并且为服务区中的站建立通信网络。

客户端设备204试图进入由接入点202确定的网络。当在服务区中为客户端设备204充电时或第一次从接入点202获取信号时出现网络插入。网络插入涉及通过客户端设备204从接入点202获取定时信息。定时信息可由通过接入点202通信的一个或多个信标信号或信标来传送。一个信标或多个信标具有通过控制诸如802.11的网络协议定义的格式和时间。信标可以包括接入点202的识别信息以及定时和同步信息。接入点202与客户端设备204之间的可靠通信需要在接入点202与客户端设备204之间进行定时同步。客户端设备204可以仅在如由网络协议定义的允许时间期间通信。这就要求确保客户端设备204不会在与接入点202相同的时间或与其他客户端装置相同的时间传输。同时在相同的频率或信道上传输的网络中的一个或多个无线由于在期望的接收机的抵触会阻止可靠通信。

图3是示出了图1的通信系统100的操作的时序图。图3示出了在使用网络协议(诸如，802.11)的通信系统中的无线通信的时分双工(TDD)帧的序列300。具体地，帧的序列300在扩展范围中有应用，网络(诸如，802.11n网络)具有直径大于几十米的服务区。

帧的序列300包括第一帧302、第二帧304以及第三帧306。在图3中，时间是横轴。第一帧302包括在时间上继上行链路310之后的下行链路308。类似地，第二帧304包括在时间上继上行链路314之后的下行链路312并且第三帧306包括在时间上继上行链路318之后的下行链路316。随后的下行链路320表示以下帧。当接入点(诸如，接入点108(图1))向服务中的站或客户端设备传输时，每个相应的下行链路帧308、312、316、320定义时长为接入点。当服务区中的站或客户端设备向接入点传输时，各个相应的上行链路帧310、314、318定义时长。由网络协议定义下行链路或上行链路各自的组合和时间。

为了按比例增大尺寸，通过图1的接入点108形成的通信网络(诸如，网络)必须使其定时与相同技术或在相同频率范围中操作的其他技术的其他网络同步。为了使相邻接入点(诸如，接入点102、104、106、108)同步，网络必须以时分双工模式操作，其中，所有相邻接入点在固定持续时间同时传输，然后在固定持续时间切换到接收模式。这根据图3的TDD帧的序列300完成。在下行链路帧308、312、316、320的期间，所有接入点102、104、106、108同步传输。在上行链路帧期间，所有接入点102、104、106、108同步接收。

图4是示出了图1的通信系统的操作的时序图400。在图4中，示出了随着时间延伸到图的右侧，在水平线以上通过接入点的帧传输以及水平线以下通过站的帧传输。

在图4中，更详细地示出了图3的下行链路周期308和上行链路310并称作下行链路周期308和上行链路周期310。下行链路周期308包括清除发送(CTS)广播帧402、第一媒体接入控制层(MAC)协议数据单元(MPDU)帧404、第二MPDU帧406以及第三MPDU408。如在图4的实例中示出的，由接入点传输第一A-MPDU帧404用以由被命名为STA1的第一站接收。类似地，由接入点传输第二A-MPDU帧406用以由被命名为STA2的第二站接收。并且更进一步地，由接入点在下行链路周期308期间传输第三A-MPDU帧404用以由被命名为STA3的第三站接受。接入点可以传输与网络中的站一样多的A-MPDU帧。

MPDU是在通信系统中的MAC实体之间交换的消息或协议数据单元。在实例中，传输接入点的MAC(诸如，接入点202的MAC222)与图2中的客户端设备或站204的MAC234通信。在示出的实例中，MPDU帧404、406、408是聚合的MPDU。MPDU可以这种方式聚合以减少网络上的开销并且提高用户级数据速率。然而，A-MPDU聚合要求使用块确认或BlockAck或BA。使用块确认，而非传输每个MPDU的单独确认或Ack帧，可使用单个BA帧同时确认多个MPDU。因此，通过传输BA帧410，被命名为STA1的站确认接收A-MPDU帧404。类似地，通过传输BA帧412，被命名为STA2的站确认接收A-MPDU帧406。此外，通过传输BA帧414，被命名为STA3的站确认接收A-MPDU帧408。在接收各个相应的BA帧410、412、414之后，接入点进行以服务下一站。调度器(诸如，图2中的调度器214)负责选择下行链路周期308中的站。

在上行链路周期310中，接入点使用下行链路消息一次轮询一个站。轮询的站通过发送具有站数据的A-MPDU或MPDU消息，或者通过发送表示没有要发送的数据的空帧来响应。因而在图4中，上行链路周期包括通过接入点传输的用以由第一站STA1接收的轮询帧420，通过接入点传输的用以由第一站STA1接收的轮询帧422，以及由接入点传输的用以由第一站STA1接收的轮询帧424。第一站，STA1，用A-MPDU帧430对轮询帧420做出响应。接入点通过传输块确认(BA)帧440确认接收A-MPDU帧430。第二站，STA2，用A-MPDU帧432对轮询帧422做出响应。接入点通过传输BA帧442确认接收A-MPDU帧432。第三站，STA2，用A-MPDU帧434对轮询帧424来响应。接入点通过传输BA帧444确认接收A-MPDU帧434。

在上行链路周期310中，站的轮询时间产生巨大开销。必须使用最可靠的信道速率发送轮询帧420、422、424，信道速率默认是慢速率，诸如，每符号52位。16字节轮询帧要求约10μsec+40μsec(前导码)＝50μsec以轮询各个相应的站。用8μsec增强该数值以允许短帧间间隔(SIFS)。因而，轮询站的开销接近58μsec。此外，轮询站的开销随着轮询的站的数目线性增长。例如，如果接入点是去在相同的循环中轮询30站，其仅轮询站就将花费接近1.75msec。如果指定到上行链路周期310的时间是2.5msec，其等于50％的5msec帧，然后用于在上行链路周期310中轮询的开销可以是高达轮询30站的70％。

为了减少轮询开销，根据一些实施方式的接入点可操作为使用相同的轮询帧同时轮询几个站。结合图5和图6更详细地对此进行描述。

图5是示出了传统通信系统的操作的时序图。具体地，图5示出了传统轮询帧500的结构。例如，轮询帧500可依据通信协议，诸如，802.11n。轮询帧500包括几个字段，如在图5中示出的。轮询帧500包括帧控制字段502、持续时间字段504、站(STA)媒体接入控制(MAC)地址字段506以及帧检验序列(FCS)508。

帧控制字段502识别轮询帧500的形式和功能。通信协议(诸如，802.11n)定义了帧控制字段502的合理值。在帧控制字段502中选择并且填入适当的值用以由接收机进行接收和解码。传统帧控制字段502进一步再划分为识别帧类型的子字段，协议版本和其他信息对接收机有用。如在图5中示出的，帧控制字段的长度是2个八位字节。

持续时间字段504包括对接收帧500的站有用的持续时间。在一个实例中，持续时间信息包括定义指定到接收站用以进行上行链路传递数据的时间量的数据。此外或相反，可以包括其他持续时间数据。如图5中示出的，持续时间字段的长度为2个八位字节。

站MAC地址字段506可以包括接收轮询帧500的站的地址。站MAC地址字段506还可包括传输轮询帧500以及也传输其他信息的接入点的地址。如在图5中示出的，传统站MAC地址长度是6个八位字节。

帧检验序列508被用于确认轮询帧500的完整性。当通过接入点传输轮询帧500时将FCS字段508附加到轮询帧500。当站接收时，站计算所接收的帧的帧检验序列并且将所计算值与FCS字段508中传输的值进行比较。如果匹配，可靠地接收轮询帧500。如图5中示出的，传统轮询帧500中的FCS字段508的长度是4个八位字节。

图6是示出了图1的通信系统的操作的时序图。更具体地，图6示出了在无定时机制的情况下改善的组轮询的组轮询帧600。轮询帧可以用于通过轮询具有单个轮询帧(诸如，组轮询帧600)的几个站改善网络的开销和效率。

组轮询帧600包括帧控制字段602、帧检验序列(FCS)604、以及持续时间，并且用组轮询帧600轮询每个站的地址对。帧控制字段602可与图5中示出的传统轮询帧500的帧控制字段502相同或类似。类似地，FCS字段604的结构和操作可能与图5中示出的传统FCS字段508相同。

示例性轮询帧600中的持续时间和地址对包括第一持续时间和地址对606以及第二持续时间和地址对608。当传输轮询帧600用以轮询两个站时所示出的实例是合适的。在其他实例中，组轮询帧600将包括更多的持续时间和地址对，轮询每个站的一个。

每个持续时间和地址对606、608包括持续时间字段和地址字段。因此，第一持续时间和地址对606包括持续时间字段610和地址字段612。这些字段放在一起表示被命名为STAi的站应当根据在持续时间字段610中指定的持续时间传输，该站具有由地址字段612定义的MAC地址。类似地，被命名为STA_i的站应当根据在持续时间字段614中指定的持续时间传输，该站具有由地址字段616定义的MAC地址。

为了能够在相同的组轮询帧600中轮询一个以上的站，接入点的调度器可利用站相对于接入点的位置。站相对于接入点的位置会影响从每个站到接入点的无线通信的传播延迟。位于靠近接入点的站将具有比距接入点更远的站更小的传播延迟。当用组轮询帧600轮询站时传播延迟可足够不同以使接入点可依靠差值。

具体地，如果在两个或多个站与接入点之间的传播延迟的差值足够大以使在开始接收来自第二站的信号之前在接入点完全接收来自一个站的信号，然后在接入点与站之间没有任何时序协调的情况下在相同组轮询帧600中同时轮询这些站。以下将结合图9更详细地对此进行示出。

接入点控制网络的定时。虽然可以使用任何其他精确的时间资源，但接入点具有以GPS电路的形式的精确的时间资源。可以任何合适的方法获得每个相应的站的传播延迟信息。以下将结合图10示出确定每个相应的站的传播延迟并且报告站的传播延迟的一个方法。

以下是针对包括接入点和两个站的网络通过接入点组轮询站的过程的形式定义。该定义可容易地扩展至任何合适数目的站。假设被命名为STAi的站位于距接入点的距离D_i，其被命名为AP，并且到STA_i的传播时间是Tp_i。被命名为STA_j的站位于距AP的距离D_j并且到STA_j的传播时间是Tp_j。假设指定给STA_i的上行链路时间被命名为U_i并且指定给STA_j的上行链路时间被命名为U_j。如果应用以下条件，可使用相同的轮询600轮询STA_i和STA_j：

如果((2Tp_j-2Tp_i>U_i+开销)并且(Tp_i<Tp_j))，

那么可在相同的站中轮询那么STA_i和STA_j。

图7是示出了图1的通信系统的操作的时序图700。具体地，图7提供了在802.11n网络或其他网络中应用组轮询或者使用图6的组轮询帧600的以上条件的非正式证明的基础。图7示出了接入点AP与第一站STA₁和第二站STA₂之间的通信。如上所述，示出的操作可容易地扩展至与接入点通信的任何数目的站。对将站分组成轮询帧组唯一的限制是从相应的站到接入点的相应的传播延迟。

最初，接入点AP传输组轮询帧702。传输组轮询帧702的持续时间可被被命名为Tpoll。组轮询帧702可具有图6的包括第一站STA₁和站STA₂的持续时间和地址对的组轮询帧600的结构。在替换图6中示出的轮询帧时可以使用其他轮询帧结构。

在传播延迟时间Tp₁之后，第一站STA1接收接入点AP传输的组轮询帧702。在接收时，所接收的轮询帧可被被命名为组轮询帧702-1。接收站，第一站STA₁通过传输合适的响应做出回应。在这种情况下，第一站STA₁传输被命名为A-MPDUSTA1704的响应帧。响应帧704的持续时间被命名为U1并且通过在组轮询帧702中具有第一站STA₁的MAC地址的站的持续时间字段来设置。根据通信协议，可以预定义响应消息的传输时间。例如，在802.11系统中，短帧间间隔或SIFS定义数据帧702-1与其确认之间的时间，A-MPDUSTA1704。

在另一传播延迟时间Tp₁之后，接入点AP接收在接收时被被命名为A-MPDUSTA1706的响应帧。在响应和在确认中，接入点AP传输块确认(BA)帧708。在另一传播延迟时间Tp₁之后，在第一站STA1接收在接收时被命名为BA帧710的块确认帧。在示出的实例中，在接收A-MPDUSTA1706之后接入点AP在SIFS持续时间传输BA帧708。BA帧708的传播延迟时间被命名为TBA₁。

同时，在传播延迟时间Tp₂之后，第二站STA2接收组轮询帧，该组轮询帧在接收时被被命名为组轮询帧702-2。根据协议，第二站STA2等待SIFS时间然后传输标注为A-MPDUSTA2712的响应消息。响应帧712的持续时间标注为U2并且通过在组轮询帧702中具有第二站STA2的MAC地址的站的持续时间字段来设置。在另一传播延迟时间Tp₂之后，接入点AP接收在接收时被标注为A-MPDUSTA2714的响应消息。作为响应，在另一SIFS时间，接入点传输BA帧718。BA帧718的传播延迟时间被被命名为TBA2。在另一传播延迟时间Tp₂之后，在第二站STA2接收被标注为BA帧720的响应消息。

因此，如在图7的实例中示出的，在接收通过第一站STA1传输的响应消息A-MPDUSTA1706之后必须在接入点AP接收第二站STA2传输的响应帧A-MPDUSTA2714并且将块确认帧708从接入点AP传输到第一站STA1。

通过TS1给出服务第一站STA1的总计时间，其中，TS1给出为：

T_S1＝Tp1+Tpoll+SIFS+Tp1+U1+SIFS+TBA1

以及通过STA2传输的数据帧到达AP(T_S2)的总计时间，给出为：

T_S2＝Tp2+Tpoll+SIFS+Tp2

通过站传输的数据不会引起第一站STA1传输数据的干扰的必要条件是

T_S2≥T_S1→

Tp₂+Tpoll+SIFS+Tp₂≥Tp₁+Tpoll+SIFS+Tp₁+U₁+SIFS+TBA₁→

条件1：2Tp2–2Tp1≥U₁+(SIFS+TBA₁)

如果该条件成立，那么可使用相同的组轮询帧轮询第一站STA1和第二站STA2，因而节约一个轮询帧。通常，如果条件1成立，那么接入点AP的调度器可使用相同的轮询帧轮询任意两个STA。

条件1现在泛化成包括多个站，被命名为相同组轮询帧中的(STA1,STA2,…STAi,…STAn)，其中n是网络中站的数目。

当且仅当

(2Tp_j-2Tp_i)≥U_i+(SIFS+TBA_i),fori＝1..n,j＝I..n,i≠jandTp_i<Tp_j

调度器可以使用相同组轮询帧轮询(n)站

可将流程描述如下：

首先，建造组Gi＝{STAk}，其中i＝1,…n以及k＝1…n，因此条件1成立。流程的目标是最小化组的数目，并且最大化每个组内站的数目。查找所有组的流程的复杂度(没有任何优化)是O(n2)。

在具有N个站的网络中，其中，使用一个轮询帧单独轮询每个站，轮询N个站的开销是N*H。使用在本文中所描述的组轮询机制，开销简化为G*H，其中，G是具有同时轮询的多个站的组的数目。

结合图5描述的传统分类的单个轮询机制的吞吐量，给出为

TH_sngl＝(T*U*N)/(U+H)*N,

其中，U是有用的时间传输数据并且H是轮询站相关联的开销，以及T是用于测量吞吐量的单位时间(例如，1000msec)。在结合图6和图7描述的分类的组轮询机制中，吞吐量给出为

TH_grp＝(T*U*N)/(UN+GH)，

其中，GH是用于轮询G组中的N个站的总开销。由于组轮询吞吐量增益给出为

(TH_grp–THsngl)/THgrp＝[1-(NU+GH)/(NU+NH)]。

假设数G＝N/k，其中，k是在每个组中轮询的站的平均数。然后，吞吐量增益公式将变成1-[(KU+H)/(KU+KH)]。图8示出了k的不同值和5个不同开销值相对于有用的上行链路时间的吞吐量增益。

图9是示出了用于操作图1的通信系统的方法的流程图。具体地，可以通过802.11网络中的接入点执行所示出的方法。在框900中开始方法。在框902中，在来自网络的站的数据将被通信至接入点的期间，接入点开始处理上行链路周期。

在框904中，接入点确定相应的站的相应的传播延迟。这可以任何方便的方式完成，诸如，通过读取表示来自存储器的传播延迟的所存储的数据。可以通过接入点确定或者可以从另一源接收表示传播延迟的数据。图10示出了相应的站确定并且自我报告它们到接入点的相应的传播延迟的一个实例。

在框906中，接入点使用所确定的传播延迟对站进行分组。可以根据任何标志或过程或使用任何标准完成分组。在一个示例性过程中，如果两个或多个站与接入点之间的传播延迟的差值足够大，以使在开始接收来自第二站的信号之前在接入点完全接收来自一个站的信号，那么接入点对站进行分组。如果两个或多个站满足分组准则，那么在没有通过接入点和站进行任何时序协调的情况下可在相同的组轮询帧中同时轮询这些站。在单个组轮询帧中分组轮询站减少必须发送的轮询帧的数目并且从而减少了网络中的轮询开销和通信量。

在框908中，在识别组的站之后，接入点将组轮询帧传输到组的站。在框910中，接入点从站接收A-MPDU或其他轮询响应消息。在框912中，接入点确定组中是否存在要传来的更多的站。如果是这样的话，控制返回到框910以等待接收随后的A-MPDU。

如果组中没有更多的站，控制进行至框914。在框914中，接入点确定是否存在更多要处理的组。如果是这样的话，识别下一组并且控制进行至框906。在框906中，通过根据它们的传播延迟在组中对站进行分组开始处理组中的站。在框914中，没有更多要为上行链路处理的组，在框916中，上行链路处理结束。

在继处理上行链路之后，接入点可以开始准备下面的下行链路。在一些实例中，控制可以进行至框918，其中，接入点确定网络中来自任何站的传播延迟是否存在变化。如果站相对于接入点移动，那么可能出现传播延迟方面的变化。例如，如果站是移动设备(诸如，移动电话或便携式计算机)，这可能发生。如果移动是显著的，则传播延迟可以基本上增大或基本上减小。如果传播延迟存在变化，可能需要更新站的组。

因此，在框920中，如果传播延迟存在变化，则确定新传播延迟。这可以任何合适的方式完成，例如，通过由站对传播延迟的自我报告做出响应。在框922中，接入点等候下一上行链路。控制返回至框902以开始处理随后的上行链路。

图10是示出了通信系统中的接入点与客户端设备之间的通信的流程图。图10示出了在图10右侧的站与图10左侧的接入点之间通信的消息。可在系统(诸如，图1的系统)中使用图10中示出的过程以确定从站到接入点的相应的传播延迟。

两个新消息可被用于在站与接入点之间进行通信。第一消息，TimingCalcReq，是通过站传输到接入点的请求消息以请求确定传播延迟所必须的消息。第二消息，TimingCalcRes，是响应于从站接收的定时计算请求消息通过接入点传输到站的响应消息。可以通过任何合适的系统条件触发图10的流程。

在步骤1002中，站格式化TimingCalcReq消息。在一个实施方式中，该消息是MAC帧。进一步地在该实施方式中，站在竟争窗口中传输消息。如果没有传输的其他站，当具有要传输的信息的站也可以这样做时，竟争窗口是在上行线路子帧上的时长。如果传输另一站，在重试传输之前，站等待时间间隔。因此，在步骤1002中，站试图根据竟争窗口流程传输TimingCalcReq消息。

根据一个实施方式，站时间使用消息的传输时间标记TimingCalcReq消息。当传输离开站的无线时，可以获得该时间作为站的时间同步功能(TSF)时间。通过请求消息的站传输的该时间可以被标注为TSTX。可以任何合适的方式实现该时间标记。在一个实施方式中，在TimingCalcReq消息的数据字段中包括时间标记。站的初始传输处于竟争窗口中，该竟争窗口是通过接入点用大于使用低调制和编码方案传输TimingCalcReq帧所需的时间的预定义持续时间周期性地提供的。

接入点接收来自传输站的请求消息。在接收时，接入点时间使用其TSF时间标记TimingCalcReq消息。由定时计算请求消息的接入点接收的时间可被标注为T_ARX。

在步骤1006中，接入点处理定时计算请求消息。处理可以包括解码消息、为用于处理的消息排队以及为用于传输到站的响应排队。在一些情况中，所处理时间可能是显著的并且是非零的。

在步骤1004中，接入点传输定时计算响应消息。可在TimingCalcRes帧中传输该消息。在传输定时计算响应消息时，接入点使用其TSF时间标记响应。接入点传输响应消息时的时间可被标注为T_ATX。当接入点从站接收TimingCalcReq消息并且传输标注为T_STX的TimingCalcReq消息的时间时，接入点在TimingCalcRes帧中包括时间T_ARX。因此，通过接入点传输的响应信息包括定义三个时间的数据：由站传输消息的时间，TSTX；在请求消息的接入点处的接收时间，标注为T_ARX；以及传输响应消息的时间，标注为T_ATX。例如，可以任何合适的方式，在任何合适的数据字段中在TimingCalcReq中编码和传输定义这些时间值的数据。

此外，在步骤1004中，在最初传输请求消息的站接收响应消息。当由站接收TimingCalcRes消息时，站记录接收消息的时间。该时间可以标注为T_SRX。因此，当在站接收TimingCalcRes消息时，站具有可用于计算定时值的以下定时：(T_STX)、(T_SRX)、(T_ATX)以及(T_ARX)。

在站的定时计算流程的总周转时间(T_TAT)给出为

T_TAT＝T_SRX-T_STX

T_TAT反过来等于将TimingCalcReq帧从站传输至接入点所需的时间和将TimingCalcRes帧从接入点传输到站的时间，加上在接入点的处理和排队时间。由(T_ATX-T_ARX)给出处理和排队时间。因此，以下结果：

T_SRX-T_STX＝2*T_PROP+T_ATX-T_ARX

因此，传播延迟(T_PROP)给出为

T_PROP＝1/2(T_SRX-T_STX-T_ATX+T_ARX)

因而，由站确定站的传播延迟T_PROP。然后站可以将其传播延迟报告给接入点以在诸如在图7和图9中示出的组轮询操作中使用。可以任何其他合适的方式确定传播延迟。

在另一实施方式中，接入点的调度器可以使用组轮询帧，其中，在相同的帧中指定几个站并且每个站计算其必须开始传输的精确时间。该方法使用基于时间确定的方法，并且取决于接入点调度器精确指定上行链路周期的开始的能力。必须计算每个帧的上行链路周期的开始，并且该时间从一个帧到另一个帧变化。所提出的方法依靠固定数据，即，站到接入点的距离，其在长时间持续时间保持静态。然而，其他方案没有利用减小包括每个周转时间的需要，每个周转时间用于每个站传输和接收。

当站从接入点广泛分散时所提出的想法尤其可用因此站与接入点的传播延迟之间存在显著差异。在相对小的小区尺寸网络中，其中，传播延迟的变化也小，基于距离变化的组轮询不会有效。

由于轮询和总体上行链路时间，另一相对无效涉及开销之间的比率。如果比率相对低(例如，小于10％)，那么通过消除一些轮询帧实现的增益小于10％。当站上传大的文件(诸如，视频文件)时，尤其是这样，其中，与大的文件的数据传递时间相比，轮询开销相对小。

然而，当站相对空闲并且他们的绝大多数上行链路时间是传递确认数据包，相对轮询开销将会非常高。在这种情况下，组轮询将明显提高上行链路性能。

在无线通信网络中，为了减少轮询开销，提出使用相同的轮询帧来轮询几个站。为了能够在相同的帧中轮询一个以上的站，接入点能够利用站相对于接入点的位置。每个站相对于接入点的位置会造成站与接入点之间无线通信的不同传播延迟。基于传播延迟，两个或多个站可以分组在一起用于随后传输到接入点。

在本发明的实施方式中，在接入点与两个或多个站无线数据通信的方法包括：将单个轮询帧传输至多个站；以及在相应的时间从多个站的相应的站接收相应的数据传输。方法可以包括根据从每个相应的站到接入点的无线传输的传播延迟为两个或多个站进行分组；并且将单个轮询帧传输至分组的站。方法还可以包括将两个或多个站分成两组或多组因此两个或多个相应的站之间的相应的传播延迟的差值足够大，以使在开始接收来自另一相应的站的相应的数据传输之前在接入点完全接收来自一个相应的站的相应的数据传输。方法还可以包括从相应的站接收关于相应的站的每一个的相应的传播延迟的信息。

在本发明的实施方式中，接入点包括：网络接口，可操作为与服务区中的多个站进行无线通信；媒体接入控制层，可操作为格式化用于传输至多个站的两个或多个选择站的一组轮询帧；调度器，可操作为控制网络接口的无线通信，该调度器可操作为：接收定义接入点与相应的站之间的无线通信的传播延迟的信息，选择两个或多个站用于接收一组轮询帧，并且通过网络接口启动该组轮询帧的传输。

因此上述详细说明旨在被认为是示例性的而非限制性的，而且应理解为是包括所有等同物的以下权利要求旨在限定本发明的精神和范围。

Claims

1.一种包括在接入点与多个站无线数据通信的方法，所述方法包括：

从所述多个站的每一个接收关于相应的站的相应的传播延迟的信息；

根据从每个相应的站到所述接入点的无线传输的传播延迟将所述多个站分组，使得组中的站之间的相应的传播延迟的差值足够大，以避免在完全接收来自所述组中另一站的数据传输之前开始接收来自所述组中的站的数据传输；

将单个轮询帧传输到多个站；以及

在相应的时间从所述多个站的相应的站接收相应的数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，传输单个轮询帧包括：

在所述单个轮询帧中传输所述多个站的每个站的相应的指定的持续时间字段和相应的地址字段。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

确定从所述多个站的相应的站传输的传播延迟；

选择第一站和第二站，使得所述第一站与所述第二站之间的相应的传播延迟的差值足够大以使在开始接收来自所述第二站的数据传输之前，在所述接入点完全接收来自所述第一站的数据传输；

基于所述相应的传播延迟，指定所述第一站的传输持续时间值；

格式化轮询帧，所述轮询帧包括填充有所述第一站的第一传输持续时间值的第一持续时间字段、填充有所述第一站的媒体接入控制MAC地址的第一地址字段、填充有所述第二站的第二传输持续时间值的第二持续时间字段以及填充有所述第二站的所述MAC地址的第二地址字段；以及

传输由所述第一站和所述第二站两者接收的所述轮询帧。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，从相应的站接收相应的数据传输包括：

根据所述第一传输持续时间值从所述第一站接收MAC协议数据单元MPDU传输；以及

根据所述第二传输持续时间值从所述第二站接收MPDU传输。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

从所述两个或多个站的相应的站接收关于从相应的站的每一个的无线传输的相应的传播延迟的信息；

使用所述相应的传播延迟将所述两个或多个站分成两个或多个组；以及

将相应的单个轮询帧传输至所述两个或多个组的每个相应的组的站。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

在所述接入点接收由站传输的定时请求消息；

确定在所述接入点接收所述定时请求消息的请求消息接收时间；

从由所述站传输的所述定时请求消息中提取请求消息传输时间数据；

使用所述请求消息传输时间数据格式化响应消息，请求消息接收时间数据对应于所确定的请求消息接收时间并且响应消息传输时间数据对应于所述响应消息的传输时间；以及

传输由所述站接收的所述响应消息；以及

随后从所述站接收关于来自使用在所述响应消息中格式化的信息确定的所述站的无线传输的所述传播延迟的信息。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，还包括：

从一个或多个站接收关于所述一个或多个站的改变的传播延迟的信息；

使用关于所述改变的传播延迟的信息，将所述两个或多个站重新分组；以及

将随后的轮询帧传输至相应的新组的站。

8.一种接入点，包括：

网络接口，可操作用于与服务区中的多个站进行无线通信；

调度器，可操作为控制所述网络接口的无线通信，所述调度器可操作为：

确定定义所述多个站的每个相应的站的相应的传播延迟的信息；

使用所述相应的传播延迟，将所述相应的站分成两组或多组站使得单个轮询帧能够被发送到站的相应的组的所有站，以使所述相应的组的所述相应的站通过传输相应的传输对所述单个轮询帧做出响应，从而使在独立时间在所述网络接口接收到所述相应的传输；以及

使所述网络接口传输每个相应的组的站的所述单个轮询帧。

9.根据权利要求8所述的接入点，还包括：

存储器，与所述调度器数据通信以存储定义所述多个站的每个相应的站的所述相应的传播延迟的数据。

10.根据权利要求9所述的接入点，其中，所述网络接口可操作为从报告相应的传播延迟的所述相应的站接收传输并且将定义所述相应的传播延迟的数据存储在所述存储器中。

11.根据权利要求10所述的接入点，其中，所述网络接口可操作为与站通信定时消息定时信息，以使所述站能够确定所述站的所述相应的传播延迟。

12.根据权利要求11所述的接入点，其中，所述网络接口可操作为：

接收由所述站传输的定时请求消息；

传输由所述站接收的所述响应消息并且随后计算所述站的所述相应的传播延迟。

13.一种接入点，包括：

网络接口，可操作用于与服务区中的多个站进行无线通信；

媒体接入控制层，可操作为格式化用于传输至所述多个站的两个或多个选择的站的组轮询帧；

接收定义所述接入点与相应的站之间的无线通信的传播延迟的信息；

选择所述两个或多个站用于所述组轮询帧的接收，使得所述两个或多个站之间的相应的传播延迟的差值足够大以使在开始接收来自所述两个或多个站的另一站的数据传输之前，在所述接入点完全接收来自所述两个或多个站中的一个站的数据传输；以及

由所述网络接口启动所述组轮询帧的传输。

14.根据权利要求13所述的接入点，其中，所述网络接口可操作为从所述相应的站接收包括定义所述相应的站的相应的传播延迟的数据的无线传输。

15.根据权利要求14所述的接入点，其中，所述调度器响应于定义传播延迟的信息以将所述相应的站指定至两个或多个组，使得两个或多个相应的站之间的相应的传播延迟的差值足够大，以使在开始接收来自另一个相应的站的相应的数据传输之前，在所述接入点完全接收来自一个相应的站的相应的数据传输。

16.根据权利要求15所述的接入点，其中，所述网络接口可操作为从所述相应的站接收包括定义一个或多个相应的站的更新的相应的传播延迟的数据的无线传输，并且其中，所述调度器响应于所述更新的相应的传播延迟以将所述相应的站重新指定至两个或多个更新的组以反映在所述服务区的变化。