CN105827299A - 用于射频中继的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一项实施例中，一种用于中继帧的方法，包括中继器接收来自第一通信台的第一帧，其中所述第一帧具有含第一指示符的第一头；以及确定是否将根据所述第一指示符中继所述第一帧。所述方法还包括，当确定中继所述第一帧时，所述中继器发送所述第一帧到接入点。

Description

用于射频中继的系统和方法

本发明要求2012年5月4日递交的发明名称为“在无线网络中使用RF中继器的系统和方法”的第61/642,912号美国临时申请案的在先申请优先权，以及2013年4月29日递交的发明名称为“用于射频中继的系统和方法”的第13/872,622号美国专利申请案的在先申请优先权，这些在先申请的内容以引用的方式并入本文本中，如同全文再现一般。

技术领域

本发明涉及用于无线通信的系统和方法，尤其涉及用于射频中继的系统和方法。

背景技术

基于电气和电子工程师学会(IEEE)802.11技术的无线局域网(WLAN)等网络是较普及的网络。IEEE802.11族包括使用相同基础协议的一系列半双工空中调制技术。IEEE802.11中的框架包括物理层(PHY)头和媒体接入控制(MAC)头。

PHY层是最低层。在WLAN中，PHY层与MAC层交互。另外，PHY层还执行数据编码、发送、接收和解码。

MAC层充当PHY层和逻辑链路控制(LLC)层之间的接口。MAC层在多点网络中模拟全双工逻辑通信信道。

LLC层提供使得网络协议能够在多点网络中共存并能通过同一网络介质传输的复用机制。LLC层与MAC层和网络层交互。

发明内容

一种用于中继帧的实施例方法包括中继器接收来自第一通信台的第一帧，其中所述第一帧具有含第一指示符的第一头；以及确定是否将根据所述第一指示符中继所述第一帧。所述方法还包括，当确定中继所述第一帧时，所述中继器发送所述第一帧到接入点。

一种用于在无线网络中通信的实施例方法包括确定通信台是否是功率受限设备以及根据所述通信台是否是功率受限设备来设置帧头中的指示符。所述方法还包括所述通信台发送所述帧到接入点。

一种指定中继器的实施例方法包括接入点接收来自第二多个通信台的第一多个消息，其中所述第一多个消息指示所述第二多个通信台是否支持中继器功能；根据所述第一多个消息确定所述第二多个通信台的子集，其中所述第二多个通信台的所述子集的通信台支持中继器功能。所述方法还包括选择所述第二多个通信台的所述子集的第一通信台指定为中继器以及所述接入点将第一指定中继器请求帧发送到所述第一通信台，所述第一指定中继器请求帧指示所述第一通信台是所述中继器。

实施例中继器包括处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序。所述程序包括以下指令：从通信台接收帧，其中所述帧具有含指示符的头；根据所述指示符确定是否将中继所述帧。所述程序还包括当确定将中继所述帧时向接入点发送所述帧的指令。

上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的实施例的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：

图1示出了用于射频(RF)中继的实施例系统；

图2示出了含有设备类型指示符的信令字段；

图3示出了基于物理层(PHY)的实施例RF中继器；

图4示出了基于PHY和媒体接入控制(MAC)层的实施例RF中继器；

图5示出了中继帧的实施例方法；

图6示出了传输帧的实施例方法；

图7示出了指定RF中继器的实施例方法；

图8示出了指定RF中继器的另一实施例方法；以及

图9示出了通用计算机系统的实施例的方框图。

除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。

具体实施方式

最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。

基于IEEE802.11的WLAN网络可作为传感器和负载转移设备。智能电表信息等传感器信息可用于控制智能电网应用中的中心。传感器可由电池供电并部署于较远位置。因此，传感器电池可能随时间衰减。当传感器电池衰减时，传感器的发送可能变弱。负载转移设备也可由电池供电。然而，由于负载转移设备一般不部署得很远，它们的电池易于充电或更换。中继器或转发器可用于进一步将来自功率受限设备(例如，低功率传感器)的帧发送至其目的地。使用中继器进行中继可增大功率受限设备的可达范围。

图1示出了用于使用射频(RF)中继器对来自功率受限设备的帧进行中继的系统100。系统100包括基本服务集(BSS)102。BSS102包含接入点104，该接入点104耦合至通信台。所述通信台包括传感器105、传感器106和负载转移设备108。传感器105和传感器106可以是智能电表、温度传感器和压力传感器，而负载转移设备108可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑或其他设备。传感器可能尺寸较小并部署得较远。另外，传感器可测量和上传数据，而负载转移设备可接收流式音频或视频、电子邮件、网络，发送和接收语音，下载或进行游戏，使用服务或下载大量数据。可使用更多或更少通信台、传感器和负载转移设备。另外也可有其他类型的通信台。

BSS102还包括中继器110，该中继器110是RF中继器。在一项示例中，中继器110是通信台，例如负载转移设备。在另一示例中，中继器110是专用设备。在一项示例中，中继器110是负载转移设备。图中仅呈现了一个中继器，但可存在更多中继器。中继器110耦合至接入点104和一些传感器106，这些传感器106可以是功率受限设备。另外，中继器110具有足够的功率将帧发送到接入点104。在示例中，中继器功能分开部署。在另一示例中，中继器功能作为功能块包含在通信台中。中继器110增强来自传感器106的信号功率以使得信号能抵达接入点104。传感器105和负载转移设备108具有足够的功率将信号发送到接入点104。中继器110区分哪些是功率受限设备，哪些不是功率受限设备。然后，中继器110对来自功率受限设备的帧进行中继，但不对来自非功率受限设备的帧进行中继。传感器功率可能受限。因为传感器可能尺寸较小并部署得较远，电池会随时间衰减且可能不能充电或更换。随着传感器电池衰减，传感器发送可能不具备抵达接入点104的足够功率。

中继器110区分出来自功率受限设备的需要中继的帧。在一项示例中，使用帧的PHY头在物理层(PHY)区分功率受限设备和非功率受限设备。使用PHY层简化了中继器设计并避免了实施复杂的中继功能。

在WLAN中，PHY数据单元(PDU)将SIGNAL(SIG)字段包括在PHY前导码中。图2示出了SIGNAL字段115，其指示与当前发送相关的控制特征。SIGNAL字段115包括设备类型比特，调制编码方案(MCS)比特，带宽(BW)比特，发送长度比特和保留比特。在一项示例中，SIGNAL字段115中的单个比特，标记为设备类型，指示设备是否功率受限。在另一示例中，该单个比特标记为forward_ind或流量类型比特，或其他指示帧是否来自功率受限设备和是否要求进一步发送的名字。在一项示例中，设备类型比特为“1”指示帧来自功率受限设备且需要中继，而设备类型比特为“0”指示帧来自非功率受限设备且无需进一步发送。在另一示例中，设备类型比特为“0”指示帧来自功率受限设备且需要中继，而设备类型比特为“1”指示帧来自非功率受限设备。设备类型比特可指示源自传感器节点或负载转移设备的流量或发送，其中传感器是功率受限设备而负载转移设备不是功率受限设备。或者，设备类型比特可指示帧是来自功率低的通信台还是来自具有足够功率的通信台。设备类型比特指示帧需要中继器转发或帧无需进一步转发并在接收节点终止。在附加实施例中，一个以上比特用于指示设备类型或通信台是否是功率受限设备。例如，可用多个比特区分两种以上设备类型。

在一项示例中，功率受限设备指示符信号完全由PHY层检测。只使用PHY层快速方便。图3示出了耦合至接入点104的中继器132。中继器132用于只利用PHY层、不利用更高层(例如，MAC层)的方案。中继器132包含两根天线，接收(RX)天线122，其接收来自通信台的信号，和发射(TX)天线130，其将信号中继到接入点104。由于自干扰可能是问题，发射天线130可以是指向接入点104且远离接收天线122的定向天线。接收天线122接收的比特置于接收缓冲区124中。当从接收缓冲区124中读取出比特时，这些比特被放大器126放大，随后置于发射缓冲区128中。最后，来自发射缓冲区128的比特由发射天线130中继到接入点104。

在另一示例中，PHY和MAC层功能都用于中继器。既使用PHY层又使用MAC层可能会导致时延，但也会推动使用单根天线进行接收和发送。主要使用PHY层而最少使用MAC层。图4示出了在PHY层和MAC层具有功能的中继器140。中继器140仅包括一根天线，即收发器146，其执行接收和发送功能。最初，帧或发送由收发器146接收，并置于接收缓冲区148中。除了传统的WLANPHY功能，接收的PDU在PHY层142由设备类型模块150进行检测。当设备类型比特指示帧来自功率受限设备时，放大器152放大比特，通过剥离PHY头来构造MAC数据单元(MDU)，并将比特放置在MAC层144的中继队列154中。一般来说，无需进一步处理。随后将中继队列154中的比特置于PHY层142的发射缓冲区158中。发射缓冲区158中的比特由收发器146中继到接入点104。当设备类型比特指示帧是来自非功率受限通信台时，检测接收到的帧的MAC地址。如果MAC地址匹配中继器140的地址，从接收到的PDU构造出MDU，并将比特置于MAC层144的MAC队列156中以待额外处理。当MAC地址与中继器140的地址不匹配时，丢弃PDU。在一项示例中，中继队列154和MAC队列156是在同一物理缓冲空间实施的不同的逻辑队列。在另一示例中，中继队列154和MAC队列156在不同的物理缓冲空间中实施。

图5示出了中继器110中继帧的方法的流程图160。最初，在步骤162处，从通信台接收帧。

然后，在步骤166处，中继器110决定是否中继该帧。中继器110可决定是否中继该帧。当帧来自功率受限设备时，中继器110可决定在步骤168中继该帧；当帧来自非功率受限设备时，中继器110可决定在步骤170不处理该帧。在一项示例中，当帧来自传感器时，帧来自功率受限设备，而当帧来自负载转移设备时，帧不是来自功率受限设备。在另一示例中，当帧来自功率低的传感器时，帧来自功率受限设备，而当帧来自功率不低的通信台或负载转移设备时，帧不是来自功率受限设备。在附加示例中，关于中继帧的决定基于帧的功率。中继器110检测接收到的帧的功率。当接收到的帧的功率低于阈值时，中继器110决定在步骤168处中继该帧。另一方面，当接收到的帧的功率高于或等于阈值时，中继器110决定在步骤170处丢弃该帧。

当中继器110决定中继该帧时，该帧在步骤168处被中继到接入点104。中继器110确定中继帧的机制。中继器110将需中继的帧存储在其发射缓冲区中。随后，当帧抵达队列最前面时，中继器110将存储的帧发送到接入点104。当中继器110决定不中继该帧时，该帧在步骤170处不进行任何进一步处理。

图6示出了通信台发送帧的方法的流程图180。最初，在步骤182处，通信台确定其是否是功率受限设备。例如，当通信台是传感器时，它是功率受限设备；而当通信台是负载转移设备时，它不是功率受限设备。在另一示例中，当通信台的电池功率低于功率阈值，或者当发送的信号的功率低于信号阈值时，它是功率受限设备。当通信台的电池功率等于或高于功率阈值，或者当发送的信号的功率等于或高于信号阈值时，它不是功率受限设备。

随后，在步骤184处，通信台基于通信台是否是功率受限设备设置帧头中中指示符。头可是PHY层头或MAC层头。在示例中，指示符是设备类型比特，单个比特。在一项示例中，当通信台是功率受限设备时，设备类型比特设置为“1”；当通信台不是功率受限设备时，设备类型比特设置为“0”。在另一示例中，当通信台是功率受限设备时，设备类型比特设置为“0”；当通信台不是功率受限设备时，设备类型比特设置为“1”。或者，可用一个以上比特指示通信台是否是功率受限设备。

最后，在步骤186处发送帧。帧可直接发送到接入点104。或者，中继器110可将帧中继到接入点104。

图7示出了接入点104指定中继器的方法的流程图190。最初，在步骤192处，接入点104接收来自通信台的消息。这些消息可指示通信台是否具有支持中继器功能的能力。这些消息还可包括接入点104将使用以指定一个或多个通信台为中继器的附加信息。可在通信台的关联或再次关联期间执行步骤192。对于作为中继器的能力的指示可通过将能力比特增加到信息元件或信息字段(例如，能力字段)来实现。

然后，在步骤194处，接入点104确定哪些通信台支持中继器功能。例如，这可基于关于通信台支持中继器功能的指示符来进行。

接下来，在步骤196处，接入点104指定一个或对多个通信台为中继器。在一项示例中，只选择一个通信台。在另一示例中，选择多个通信台。可选择带有中继器功能且具有最高功率的设备。或者，选择位于需要中继的传感器附近的设备。

在步骤198处，接入点104将指定中继器请求帧(一个或多个)发送到指定为中继器的通信台(一个或多个)。该帧也可称为中继器_通知帧。下文所示的表1示出了动作管理帧中的中继器指定请求帧的格式的示例。顺序1包含类别，顺序2包括动作，例如中继器指定请求字段。中继器指定请求字段指示通信台是否指定为中继器。另外，顺序3含有指定中继器标识(ID)字段，而顺序4包含其他字段。指定中继器ID字段的示例包括MAC地址或关联标识符(AID)。

I.顺序	II.信息
		III.1	IV.类别
V.2	VI.动作(中继器指定请求)
		VII.3	VIII.指定中继器ID
IX.4	X.其他字段

表1

在步骤200处，接入点104从通信台(一个或多个)接收指定中继器响应帧，接入点104已经在步骤198处将指定中继器请求帧发送到所述通信台。表2示出了指定中继器响应帧的示例。类别是顺序1，而动作(例如，中继器指定响应)是顺序2。中继器指定响应帧指示通信台确认其作为指定中继器的状态。另外，顺序3是指定中继器ID。顺序4是状态。在示例中，状态是单个比特。在一项示例中，当通信台被指定为中继器时，状态字段设置为“1”；当通信台未被指定为中继器时，状态字段设置为“0”。在另一示例中，当通信台被指定为中继器时，状态字段设置为“0”；当通信台未被指定为中继器时，状态字段设置为“1”。顺序5是其他字段。

I.顺序	II.信息
		III.1	IV.类别
V.2	VI.动作(中继器指定响应)
		VII.3	VIII.指定中继器ID
IX.4	X.状态
		XI.5	XII.其他字段

表2

图8示出了通信台被指定为中继器的方法的流程图210。最初，在步骤212处，通信台发送消息到接入点104。该消息可在与接入点104关联或再次关联期间发送。该消息指示通信台是否支持中继器功能。在示例中，传感器不支持中继器功能，而负载转移设备支持中继器功能。在另一示例中，传感器和一些负载转移设备不支持中继器功能，而其他负载转移设备支持中继器功能。设备的中继功能在负载转移设备中可能可用。可根据网络规划能力启用和禁用中继功能。中继器能力指示可通过将能力比特增加到信息元件或信息字段(例如，能力字段)来实现。

然后，在步骤214处，通信台接收来自接入点104的指定中继器请求帧。指定中继器请求帧指示通信台是否被指定为中继器。上表1示出了指定中继器请求帧的示例。指定中继器请求帧包括类别、指定中继器请求帧、指定中继器ID字段和其他字段。

最后，在步骤216处，通信台发送指定中继器响应帧，所述指定中继器响应帧指示通信台确认其作为指定中继器的状态。指定中继器响应帧的示例在上表2中指示。指定中继器响应帧包括类别、中继器指定响应字段、指定中继器ID、状态和其他字段。

图9示出了处理系统270的方框图，可用于实现本文公开的设备和方法。特定设备可以利用所示的所有部件，或仅部件的子集，而集成水平可随设备而异。此外，设备可包含部件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统可包括配备一个或多个输入设备(如麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘等)的处理单元。另外，处理系统270可配备一个或多个输出设备，例如，扬声器、打印机、显示器等。处理单元可以包括中央处理器(CPU)274、存储器276、大容量存储器设备278、视频适配器280以及连接至总线的I/O接口288。

总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线、视频总线等。CPU274可包括任意类型的电子数据处理器。存储器276可包括任何类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器可包括在开机时使用的ROM以及执行程序时使用的程序和数据存储器的DRAM。

大容量存储器设备278可以包括任任意类型的存储器设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并使这些数据、程序和其它信息可通过总线访问。大容量存储器设备278可以包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。

视频适配器280和I/O接口288提供接口以耦合外部输入输出设备至处理单元。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器的显示器和耦合至I/O接口的鼠标/键盘/打印机。其它设备可以耦合到处理单元，并且可以利用额外的或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。

处理单元还包括一个或多个网络接口284，其可包括以太网电缆等有线链路和/或接入节点或不同网络的无线链路。网络接口284允许处理单元通过网络与远程单元通信。例如，网络接口可通过一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元耦合到局域网或广域网用于数据处理并与远程设备(比如，其他处理单元、互联网、远程存储设施等)进行通信。

虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (10)

1.一种在无线网络中通信的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定通信台是否是功率受限设备；

根据所述通信台是否是功率受限设备来设置帧头中的指示符；以及

所述通信台发送所述帧到接入点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头是物理层(PHY)头。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头是媒体接入控制(MAC)头。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指示符是单个比特。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指示符不止一个比特。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述通信台是传感器时，所述通信台是功率受限设备；当所述通信台是负载转移设备时，所述通信台不是功率受限设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指示符包括：

当所述通信台的信号强度低于第一阈值时，将所述指示符设置为第一值；以及

当所述通信台的所述信号强度高于或等于所述第一阈值时，将所述指示符设置为第二值。

8.一种通信台，其特征在于，包括：

处理器；以及

计算机可读存储媒体，所述计算机可读存储媒体存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括可进行如下操作的指令：

确定通信台是否是功率受限设备；

根据所述通信台是否是功率受限设备来设置帧头中的指示符；以及

所述通信台发送所述帧到接入点。

9.根据权利要求8所述的通信台，其特征在于，所述头是物理层(PHY)头或者是媒体接入控制(MAC)头。

10.根据权利要求8所述的通信台，其特征在于，当所述通信台是传感器时，所述通信台是功率受限设备；当所述通信台是负载转移设备时，所述通信台不是功率受限设备。