CN105917597A - 无线lan系统中发送和接收支持短mac报头的帧的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信系统，并且，更加具体地，涉及在无线LAN系统中发送和接收支持短MAC报头的帧的方法和装置。根据本发明的一个实施例的在无线通信系统中通过站(STA)接收帧的方法可以包括下述步骤：接收包括序列控制(SC)字段的帧；使用SC字段的值和存储在STA中的部分分组编号(PN)值确定分组编号(PN)；以及使用PN执行用于帧的解密。当在块肯定应答(ACK)重新排序之后执行用于帧的解密，如果接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号能够执行该操作以将存储在STA中的部分PN值增加1。

Description

无线LAN系统中发送和 接收支持短MAC报头的帧的方法和装置

技术领域

本发明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(WLAN)系统中发送和接收支持短媒体接入控制(MAC)报头的帧的方法和装置。

背景技术

随着信息通信技术的快速发展，已经开发了各种无线通信技术系统。无线通信技术之中的WLAN技术基于射频(RF)技术允许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)等在家或者在企业或者在特定的服务供应区域处进行无线互联网接入。

为了消除WLAN的缺点之一，受限的通信速度，最近的技术标准已经提出能够增加网络的速度和可靠性同时扩展无线网络的覆盖区域的演进系统。例如，IEEE 802.11n使数据处理速度能够支持最高540Mbps的高吞吐量(HT)。另外，多输入和多输出(MIMO)技术最近已经被应用于发射器和接收器使得最小化传输误差以及优化数据传输速率。

发明内容

技术问题

机器对机器(MTM)通信作为下一代通信技术正在讨论当中。支持M2M通信的技术标准也被发展成IEEE 802.11WLAN中的电子和电气工程协会(IEEE)802.11ah。对于M2M通信，其中在具有大量的装置的环境下时常以低速率发送和接收非常少量的数据的场景。

被设计以解决传统的问题的本发明的目的是为了提供一种在短媒体接入控制(MAC)控制的情况下管理序列号(SN)的方法，以便于节省站(STA)的功率并且防止STA的故障。而且，本发明的另一目的是为了提供一种在短MAC报头的情况下配置加密的数据单元的方法。

要理解的是，从下面的描述对于本发明属于的本领域的普通技术人员来说显然的是，通过本发明实现的技术目的不限于前述的技术目的和在此没有提及的其它技术目的。

技术方案

在本发明的一个方面中，一种在无线通信系统中在站(STA)处接收帧的方法，包括：接收包括序列控制(SC)字段的帧；使用SC字段的值和存储在STA中的部分分组编号(PN)值确定分组编号(PN)；以及使用PN执行用于帧的解密。如果在块肯定应答(ACK)重新排序之后执行用于帧的解密，则执行操作，当接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号时该操作将存储在STA中的部分PN值增加1。

在本发明的另一方面中，一种在无线通信系统中接收帧的STA，包括收发器和处理器。该处理器被配置成接收包括SC字段的帧，以使用SC字段的值和存储在STA中的部分分组编号(PN)值确定PN，并且使用PN执行用于帧的解密。如果在块肯定应答(ACK)重新排序之后之后执行用于帧的解密，则执行操作，当接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号时该操作将被存储在STA中的部分PN值增加1。

在本发明的上述方面中，下述是适用的。

如果块ACK不被用于MPDU并且接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号，则存储在STA中的部分PN值可以被增加1。

块ACK重新排序可以包括以序列号的升序对包括帧的多个帧进行排序。

PN可以是48个比特长并且通过级联PN0、PN1、PN2、PN3、PN4以及PN5被确定，每一个是8个比特长。

SC字段可以被设置为通过级联PN0和PN1获得的值。

可以通过级联PN2、PN3、PN4以及PN5获得部分PN值。

当序列号被翻转时，接收到的帧的SC字段的序列号可以小于先前的序列号。

帧可以是MAC协议数据单元(MPDU)。

要理解的是，本发明的前述的一般描述和下述详细描述是示例性和解释性的并且旨在提供对要求保护本发明的进一步解释。

有益效果

根据本发明，能够提供在短媒体接入控制(MAC)报头的情况下管理序列号(SN)的方法和装置。而且，能够提供在短MAC报头的情况下配置加密的数据单元的方法和装置。

本领域的技术人员将会理解，能够利用本发明实现的效果不限于已在上文具体描述的效果，并且从结合附图进行的下面的具体描述将更清楚地理解本发明的其他优点。

附图说明

附图被包括以提供对本发明进一步的理解并且被合并和组成本申请的一部分，附图图示本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1示例性地示出根据本发明的一个实施例的电气和电子工程协会(IEEE)802.11系统。

图2示例性地示出根据本发明的另一实施例的IEEE 802.11系统。

图3示例性地示出根据本发明的又一实施例的IEEE 802.11系统。

图4是图示无线局域网(WLAN)系统的概念图。

图5是图示在WLAN系统中使用的链路建立过程的流程图。

图6是图示退避过程的概念图。

图7是图示隐藏节点和暴露节点的概念图。

图8是图示RTS(请求发送)和CTS(允许发送)的概念图。

图9是图示功率管理操作的概念图。

图10至图12是图示已经接收到业务指示映射(TIM)的站(STA)的详细操作的概念图。

图13是图示基于组的关联标识符(AID)的概念图。

图14是图示在IEEE 802.11中使用的帧结构的概念图。

图15是图示长范围物理层会聚协议(PLCP)帧格式的示例的概念图。

图16是图示用于构建1MHz带宽的PLCP帧格式的重复方法的概念图。

图17是图示根据实施例的扩展性能元素的示例的概念图。

图18是图示具有密码块链消息认证码协议的计数器模式(CCMP)封装的框图。

图19是图示根据实施例的短MAC报头的帧控制字段的概念图。

图20是图示根据实施例的附加认证数据(AAD)的示例的概念图。

图21是图示根据实施例的随机数(Nonce)的概念图。

图22是图示根据实施例的示例性的加密的MAC协议数据单元(MPDU)的概念图。

图23是图示在MAC数据面架构中的MAC服务数据单元(MSDU)接收流的图。

图24是图示根据实施例的方法的流程图。

图25是图示根据本发明的实施例的无线装置的框图。

具体实施方式

现在将详细地介绍本发明的优选实施例，其示例在附图中图示。该详细说明将在下面参考附图给出，其旨在解释本发明的示例性实施例，而不是示出根据本发明仅能够实现的实施例。以下的详细说明包括特定的细节以便对本发明提供深入理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见，本发明可以无需这些特定的细节来实践。

根据预定的格式通过组合本发明的构成组件和特性提出下面的实施例。在不存在附加的备注的情况下，单独的构成组件或者特性应被视为可选的因素。根据需要，不需要将单独的构成组件或者特性与其它的组件或者特性相组合。另外，可以组合一些构成组件和/或特性以实现本发明的实施例。可以改变要在本发明的实施例中公开的操作的顺序。任何实施例的一些组件或者特性也可以被包括在其它的实施例中，或者必要时可以被其它的实施例的组件或者特性替代。

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内这些特定术语的使用可以变成其它格式。

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代相同或者相似的部件。

本发明的示例性实施例由对于包括电气与电子工程师协会(IEEE)802系统、第三代合作计划(3GPP)系统、3GPP长期演进(LTE)系统、高级LTE(LTE-A)系统和3GPP2系统的无线接入系统中的至少一个公开的标准文献支持。特别地，在本发明的实施例中没有描述以清楚展现本发明的技术理念的步骤或者部分可以由以上的文献支持。在此处使用的所有术语可以由上面提及的文献的至少一个支持。

本发明的以下实施例能够适用于各种无线接入技术，例如，码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分多址(OFDMA)、单个载波频分多址(SC-FDMA)等等。CDMA可以通过无线(或者无线电)技术，诸如，通用陆上无线电接入(UTRA)或者CDMA2000来实现。TDMA可以通过无线(或者无线电)技术实现，诸如全球数字移动电话系统(GSM)/通用分组无线电服务(GPRS)/EDGE(用于GSM演进的增强数据速率)来实现。OFDMA可以通过无线(或者无线电)技术，诸如电气与电子工程师协会(IEEE)802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802-20和演进的UTRA(E-UTRA)来实现。为了清楚，以下的描述主要地集中于IEEE 802.11系统。然而，本发明的技术特征不受限于此。

WLAN系统结构

图1是示例性地示出根据本发明的一个实施例的IEEE 802.11系统。

IEEE 802.11系统的结构可以包括多个组件。可以通过组件的相互操作来提供对于更高层支持透明的STA移动性的WLAN。基本服务集(BSS)可以对应于在IEEE 802.11LAN中的基本组成块。在图1中，示出了两个BSS(BSS1和BSS2)，并且在BSS的每一个中包括两个STA(即，STA1和STA2被包括在BSS1中，并且STA3和STA4被包括在BSS2中)。在图1中指示BSS的椭圆形可以被理解为相对应BSS中包括的STA在其中保持通信的覆盖范围。这个区域可以称为基本服务区域(BSA)。如果STA移动到BSA以外，则STA无法直接与在相对应的BSA内的其它STA通信。

在IEEE 802.11LAN中，最基本型的BSS是独立BSS(IBSS)。例如，IBSS可以具有仅由两个STA组成的最简形式。图1的BSS(BSS1或者BSS2)，是最简形式并且其中省略了其它组件，可以对应于IBSS的典型示例。当STA能够互相直接通信时，上述的配置是可允许的。这种类型的LAN没有被预先调度，并且当LAN是必要时可以被配置。这可以称为ad-hoc网络。

当STA接通或者关闭或者STA进入或者离开BSS区域时，在BSS中STA的成员可以动态地变化。STA可以使用同步过程加入BSS。为了接入BSS基础结构的所有服务，STA应当与BSS相关联。这样的关联可以动态地配置，并且可以包括分布系统服务(DSS)的使用。

图2是示出本发明可适用于的IEEE 802.11系统的另一个示例性结构的图。在图2中，组件，诸如分布系统(DS)、分布系统媒体(DSM)和接入点(AP)，被添加到图1的结构。

在LAN中直接STA到STA距离可能受PHY性能的限制。有时候，这样的距离限制可能对于通信是足够的。但是，在其它情况下，经长距离的STA之间的通信可能是必要的。DS可以被配置以支持扩展的覆盖范围。

DS指的是BSS被相互连接的结构。具体地，BSS可以被配置为由多个BSS组成的网络的扩展形式的组件，替代如图1所示的独立的配置。

DS是一个逻辑概念，并且可以由DSM的特性指定。关于此，无线媒体(WM)和DSM在IEEE 802.11中在逻辑上被区分。相应的逻辑媒体被用于不同的目的，并且由不同的组件使用。在IEEE 802.11的定义中，这样的媒体不局限于相同的或者不同的媒体。由于多个媒体逻辑上是不同的，所以可以解释IEEE 802.11LAN架构(DS架构或者其它的网络架构)的灵活性。即，IEEE 802.11LAN架构能够被不同地实现，并且可以由每种实现的物理特性独立地指定。

DS可以通过提供多个BSS的无缝集成并且提供处理到目的地的寻址所必需的逻辑服务来支持移动设备。

AP指的是使得相关联的STA能够通过WM接入DS并且具有STA功能的实体。数据可以通过AP在BSS和DS之间移动。例如，在图2中示出的STA2和STA3具有STA功能，并且提供使相关联的STA(STA1和STA4)接入DS的功能。另外，由于所有AP基本上对应于STA，所以所有AP是可寻址的实体。由AP使用的用于在WM上通信的地址不需要始终与由AP使用的用于在DSM上通信的地址相同。

从与AP相关联的STA的一个发送到AP的STA地址的数据可以始终由不受控制的端口接收，并且可以由IEEE 802.1X端口接入实体处理。如果受控制的端口被认证，则传输数据(或者帧)可以被发送到DS。

图3是示出本发明可适用于的IEEE 802.11系统的又一个示例性结构的示意图。除了图2的结构之外，图3概念地示出用于提供宽的覆盖范围的扩展的服务集(ESS)。

具有任意大小和复杂度的无线网络可以由DS和BSS组成。在IEEE 802.11系统中，这种类型的网络称为ESS网络。ESS可以对应于连接到一个DS的BSS集合。但是，ESS不包括DS。ESS网络特征在于ESS网络在逻辑链路控制(LLC)层中作为IBSS网络出现。包括在ESS中的STA可以互相通信，并且移动STA在LLC中从一个BSS到另一个BSS(在相同的ESS内)是透明可移动的。

在IEEE 802.11中，不假定在图3中的BSS的相对物理位置，并且以下的形式都是可允许的。BSS可以部分地重叠，并且这种形式通常用于提供连续的覆盖范围。BSS可以不物理地连接，并且BSS之间的逻辑距离没有限制。BSS可以位于相同的物理位置，并且这种形式可被用于提供冗余。一个或多个IBSS或者ESS网络可以物理地位于与一个或多个ESS网络相同的空间之中。这可以对应于ad-hoc网络在其中存在ESS网络的位置中操作的情形下，在不同组织的IEEE 802.11网络物理上重叠的情形下、或者在两个或更多个不同的接入和安全策略在相同的位置中是必要的情形下的ESS网络形式。

图4是示出WLAN系统的示例性结构的图。在图4中，示出包括DS的基础结构BSS的示例。

在图4的示例中，BSS1和BSS2构成ESS。在WLAN系统中，STA是根据IEEE 802.11的MAC/PHY规则操作的设备。STA包括APSTA和非AP STA。非AP STA对应于由用户直接操纵的设备，诸如膝上计算机或者移动电话。在图4中，STA1、STA3和STA4对应于非AP STA，并且STA2和STA5对应于AP STA。

在以下描述中，非AP STA可以称作终端、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)。在其它的无线通信领域中，AP是对应于基站(BS)、节点B、演进的节点B(e-NB)、基站收发器系统(BTS)，或者毫微微BS的概念。

层架构

可以从层架构的角度来描述WLAN系统中STA的操作。处理器可以在装置配置方面实现层架构。STA可以具有多个层。例如，802.11标准在数据链路层(DLL)上主要处理MAC子层和PHY层。PHY层可以包括物理层会聚协议(PLCP)实体、物理媒体相关(PMD)实体等等。MAC子层和PHY层中的每一个在概念上包括被称为MAC子层管理实体(MLME)和物理层管理实体(PLME)的管理实体。这些实体提供层管理服务接口，通过其层管理功能被执行。

为了提供正确的MAC操作，在每个AP/STA内存在站管理实体(SME)。SME是可以被视为存在于单独的管理面中或者被视为远离一侧的层独立实体。虽然在此没有详细地描述SME的特定的功能，但是SME可以负责从各种层管理实体(LME)收集关于层独立的状态并且将层特定的参数设置为相似的值。SME可以执行这些功能并且实现代表一般系统管理实体的标准管理协议。

上述的实体以各种方式相互作用。例如，实体可以通过在它们之间交换GET/SET原语相互作用。原语指的是与特定用途有关的元素或者参数的集合。XX-GET.request原语被用于请求预先确定的MIB属性值(基于管理信息的属性信息)。XX-GET.confirm原语被用于当状态字段指示“成功”时返回适当的MIB属性信息值并且当状态字段不指示“成功”时返回状态字段中的错误指示。XX-SET.request原语被用于请求将指示的MIB属性设置为预先确定的值。当MIB属性指示特定的操作时，MIB属性请求要被执行的特定的操作。XX-SET.confirm原语被用于确认当状态字段指示“成功”时被指示的MIB属性已经被设置为被请求的值并且当状态字段不指示“成功”时返回状态字段中的错误条件。当MIB属性指示特定的操作时，其确认操作已经被执行。

而且，MLME和SME可以通过MLME服务接入点(MLME_SAP)交换各种MLME_GET/SET原语。此外，通过PLME_SAP可以在PLME和SME之间交换各种PLME_GET/SET原语，并且通过MLME-PLME_SAP在MLME和PLME之间交换各种PLME_GET/SET原语。

链路建立过程

图5是解释根据本发明的示例性实施例的一般的链路建立过程的流程图。

为了允许STA在网络上建立链路建立以及通过网络发送/接收数据，STA必须通过网络发现、认证和关联的过程执行这样的链路建立，并且必须建立关联并且执行安全认证。链路建立过程也可以称为会话启动过程或者会话建立过程。此外，关联步骤是用于链路建立过程的发现、认证、关联和安全设定步骤的通用术语。

参考图5描述示例性链路建立过程。

在步骤S510中，STA可以执行网络发现动作。网络发现动作可以包括STA扫描动作。即，STA必须搜索可用的网络以便接入网络。STA必须在参与无线网络之前识别兼容的网络。在此处，对于识别在特定区域中包含的网络的过程称为扫描过程。

扫描方案被划分为主动扫描和被动扫描。

图5图示包括主动扫描过程的网络发现动作的流程图。在主动扫描的情况下，配置为执行扫描的STA发送探测请求帧，并且等待对探测请求帧的响应，使得STA能够在信道之间移动并且同时能够确定在外围区域之中存在哪个接入点(AP)。响应者将用作对探测请求帧的响应的探测响应帧发送给已经发送探测请求帧的STA。在这样的情况下，响应者可以是在扫描的信道的BSS中最后已经发送信标帧的STA。在BSS中，由于AP发送信标帧，所以AP作为响应者进行操作。在IBSS中，因为IBSS的STA顺序地发送信标帧，所以响应者不是恒定的。例如，已经在信道#1发送探测请求帧并且已经在信道#1接收到探测响应帧的STA，存储包含在接收的探测响应帧中的BSS相关信息，并且移动到下一个信道(例如，信道#2)，使得STA可以使用相同的方法执行扫描(即，在信道#2处的探测请求/响应的传输/接收)。

虽然在图5中未示出，但是也可以使用被动扫描执行扫描动作。配置为以被动扫描模式执行扫描的STA等待信标帧，同时从一个信道移动到另一个信道。该信标帧，是在IEEE 802.11中管理帧的一种，指示无线网络的存在，使得执行扫描的STA能够搜索无线网络，并且以STA能够参与无线网络的方式被周期地发送。在BSS中，AP被配置为周期地发送信标帧。在IBSS中，IBSS的STA被配置为顺序地发送信标帧。如果用于扫描的每个STA接收信标帧，则STA存储被包含在信标帧中BSS信息，并且移动到另一个信道，并且在每个信道上记录信标帧信息。已经接收信标帧的STA存储包含在接收的信标帧中的BSS相关的信息，移动到下一个信道，并且从而使用相同的方法执行扫描。

在主动扫描和被动扫描之间比较，就延迟和功率消耗而言，主动扫描比被动扫描更加有利。

在STA发现网络之后，STA可以在步骤S520中执行认证过程。此认证过程可以称为第一认证过程，以此这样的方式该认证过程能够与步骤S540的安全设定过程清楚地区分。

认证过程可以包括通过STA发送认证请求帧给AP，并且通过AP响应于认证请求帧而发送认证响应帧给STA。用于认证请求/响应的认证帧可以对应于管理帧。

认证帧可以包括认证算法编号、认证交易序列号、状态码、挑战文本、鲁棒安全网络(RSN)、有限循环群等等的信息。在认证帧中包含的在上面提及的信息可以对应于能够被包含在认证请求/响应帧中信息的一些部分，可以替换为其它信息，或者可以包括附加信息。

STA可以发送认证请求帧给AP。AP可以基于在接收到的认证请求帧中包含的信息决定是否认证相对应的STA。AP可以通过认证响应帧提供认证结果给STA。

在STA已经被成功认证之后，可以在步骤S630中执行关联过程。关联过程可以涉及通过STA发送关联请求帧给AP，并且响应于关联请求帧通过AP发送关联响应帧给STA。

例如，关联请求帧可以包括与各种能力、信标监听间隔、服务集标识符(SSID)、支持速率、支持信道、RSN、移动域、支持的操作类别、TIM(业务指示映射)广播请求、互操作服务能力等等相关联的信息。

例如，关联响应帧可以包括与各种能力、状态码、关联ID(AID)、支持速率、增强的分布信道接入(EDCA)参数集、接收的信道功率指标(RCPI)、接收的信号对噪声指示(RSNI)、移动域、超时间隔(关联回复时间)、重叠BSS扫描参数、TIM广播响应、服务质量(QoS)映射等等相关联的信息。

上面提到的信息，可以对应于能够被包含在关联请求/响应帧中的信息的某些部分，可以以其它信息替换，或者可以包括附加信息。

在STA已经被成功地与网络关联之后，可以在步骤S540中执行安全设置过程。步骤S540的安全设置过程可以称为基于稳健安全网络关联(RSNA)请求/响应的认证过程。步骤S520的认证过程可以称为第一认证过程，并且步骤S540的安全设置过程可以简称为认证过程。

例如，步骤S540的安全设置过程可以包括基于LAN帧上的可扩展认证协议(EAPOL)通过4路握手的私钥设置过程。此外，该安全设置过程也可以根据未在IEEE 802.11标准中定义的其它安全方案实现。

WLAN演进

为了避免在WLAN通信速度方面的限制，IEEE 802.11n近来已经作为通信标准被建立。IEEE 802.11n目的在于提高网络速度和可靠性以及扩展无线网络的覆盖区域。更加详细地，IEEE 802.11n支持最多540Mbps的高吞吐量(HT)，并且基于多个天线被安装到发射器和接收器中的每一个中的MIMO技术。

随着WLAN技术的广泛使用和WLAN应用的多样化，需要开发能够支持比由IEEE 802.11n支持的数据处理速率更高的高吞吐量(HT)的新WLAN系统。用于支持甚高吞吐量(VHT)的下一代WLAN系统是IEEE 802.11n WLAN系统的下一个版本(例如，IEEE 802.11ac)，并且是近来提出的在媒体接入控制服务接入点(MAC SAP)处支持1Gbps以上的数据处理速度的IEEE 802.11WLAN系统中的一个。

为了有效地利用射频(RF)信道，下一代WLAN系统支持其中多个STA能够同时接入信道的多用户多输入多输出(MU-MIMO)传输。根据MU-MIMO传输方案，AP可以同时发送分组给至少一个MIMO配对的STA。

此外，近来已经讨论了用于在白空间中支持WLAN系统操作的技术。例如，已经在IEEE 802.11af标准下讨论用于在诸如由于向数字TV的转变而留下的空闲频带(例如，54～698MHz频带)的白空间(TV WS)中引入WLAN系统的技术。然而，仅为了说明性目的公开在上面提及的信息，并且白空间可以是能够主要仅由授权用户使用的授权频带。授权用户可以是具有权限使用授权频带的用户，并且也可以称为授权设备、主用户、责任用户等等。

例如，在白空间(WS)中操作的AP和/或STA必须提供用于保护授权用户的功能。例如，假定在诸如麦克风的授权用户以占用WS带的特定带宽的方式已经使用按规定划分的频带的特定的WS信道，AP和/或STA不能够使用与相应的WS信道相对应的频带以便保护授权用户。此外，在授权用户使用被用于当前帧的发送和/或接收的频带的条件下，AP和/或STA必须停止使用相应的频带。

因此，AP和/或STA必须确定是否使用WS带的特定频带。换言之，AP和/或STA必须确定频带中责任用户或者授权用户的存在或者不存在。用于在特定频带中确定责任用户的存在或者不存在的方案被称为频谱感测方案。能量检测方案、签名检测方案等等可以被用作频谱感测机制。如果接收信号的强度超过预定值，或者当检测到DTV前导时，AP和/或STA可以确定责任用户正在使用该频带。

机器对机器(M2M)通信技术已经作为下一代通信技术被讨论。在IEEE 802.11WLAN系统中用于支持M2M通信的技术标准已经被发展成IEEE 802.11ah。M2M通信指的是包括一个或多个机器的通信方案，或者也可以称为机器型通信(MTC)或者M2M通信。在这样的情况下，机器可以是不要求用户的直接操纵和干涉的实体。例如，不仅包括RF模块的测量计或者售货机，而且能够无需用户干涉/处理通过自动接入网络执行通信的用户设备(UE)(诸如智能电话)，可以是这样的机器的示例。M2M通信可以包括设备对设备(D2D)通信，和在设备与应用服务器之间的通信等等。作为在设备与应用服务器之间的通信的示例，存在售货机和应用服务器之间的通信、销售点(POS)设备和应用服务器之间的通信以及电表、煤气表或者水表与应用服务器之间通信。基于M2M通信的应用可以包括安全、运输、医疗等等。在考虑到上面提到的应用示例的情况下，M2M通信必须支持在包括大量设备的环境下有时候以低速度发送/接收少量数据的方法。

更加详细地，M2M通信必须支持大量的STA。虽然当前的WLAN系统假设一个AP与最多2007个STA相关联，但是在M2M通信中最近已经论述了用于支持其中更多的STA(例如，大约6000个STA)与一个AP相关联的其它情形的各种方法。此外，所期待的是，用于支持/请求低传输速率的许多应用存在于M2M通信中。为了平滑地支持许多STA，WLAN系统可以基于业务指示映射(TIM)识别要向STA发送的数据的存在与否，并且最近已经讨论了减小TIM的位图大小的各种方法。此外，所期待的是，具有非常长的发送/接收间隔的很多业务数据存在于M2M通信中。例如，在M2M通信中，非常少量的数据(例如，电/气/水计量)需要以长的间隔(例如，每月)发送。另外，STA在M2M通信中根据经由下行链路(例如，从AP到非AP STA的链路)接收到的命令操作，使得通过上行链路(即，从非AP STA到AP的链路)报告数据。M2M通信主要关注用于主要数据的传输的上行链路上改进的通信方案。因此，尽管在WLAN系统中与一个AP相关联的STA的数目增加，但是许多的开发者和公司正在对能够有效地支持下述情况的WLAN系统进行深入研究，在该情况下，存在非常少量的STA，其每一个具有在一个信标时段期间要从AP接收的数据帧。

如上所述，WLAN技术正在迅速地发展，并且不仅在上面提到的示例性技术，而且诸如直接链路建立，介质流吞吐量的改进，高速和/或大规模的初始会话建立的支持，和扩展带宽和工作频率的支持的其它技术正在深入地发展中。

媒体接入机制

在基于IEEE 802.11的WLAN系统中，媒体接入控制(MAC)的基本接入机制是具有冲突避免(CSMA/CA)机制的载波监听多址接入。CSMA/CA机制，也称为IEEE 802.11MAC的分布协调功能(DCF)，并且基本上包括“先听后讲”接入机制。根据在上面提及的接入机制，在数据传输之前，AP和/或STA可以在预先确定的时间间隔期间(例如，DCF帧间间隔(DIFS))执行用于感测RF信道或者媒体的空闲信道评估(CCA)。如果确定媒体是处于空闲状态，则通过相对应的媒体的帧传输开始。另一方面，如果确定媒体处于占用状态，则相对应的AP和/或STA没有开始其自己的传输，建立用于媒体接入的延迟时间(例如，随机退避时段)，并且等待预定时间之后尝试开始帧传输。通过随机退避时段的应用，所期待的是，在等待不同的时间之后，多个STA将尝试开始帧传输，导致将冲突降到最小。

此外，IEEE 802.11MAC协议提供混合协调功能(HCF)。HCF基于DCF和点协调功能(PCF)。PCF指的是基于轮询的同步接入方案，其中以所有接收(Rx)AP和/或STA能够接收数据帧的方式执行定期的轮询。此外，HCF包括增强的分布信道接入(EDCA)和HCF控制的信道接入(HCCA)。当由提供商提供给多个用户的接入方案是基于竞争时，实现EDCA。基于轮询机制，通过基于无竞争信道接入方案实现HCCA。此外，HCF包括用于改善WLAN的服务质量(QoS)的媒体接入机制，并且可以在竞争时段(CP)和无竞争时段(CFP)两者中发送QoS数据。

图6是图示退避过程的概念图。

在下文中将会参考图6描述基于随机退避时段的操作。如果占用或者忙碌状态的媒体转换为空闲状态，则STA可以尝试发送数据(或者帧)。作为用于实现最小数目的冲突的方法，每个STA选择随机退避计数，等待对应于选择的退避计数的时隙时间，并且然后尝试开始数据传输。随机退避计数具有分组数目(PN)的值，并且可以被设置为0至CW值中的一个。在这样的情况下，CW指的是竞争窗口参数值。虽然由CWmin表示CW参数的初始值，但是在传输失败的情况下(例如，在没有接收到传输帧的ACK的情况下)初始值可以被加倍。如果由CWmax表示CW参数值，则维持CWmax直至数据传输成功，并且同时能够尝试开始数据传输。如果数据传输成功，则CW参数值被重置为CWmin。优选地，CW、CWmin和CWmax被设置为2ⁿ-1(这里n＝0、1、2、…)。

如果随机退避过程开始操作，则STA连续地监测媒体，同时响应于决定的退避计数值递减计数退避时隙。如果媒体被监测为占用状态，则停止递减计数并且等待预定的时间。如果媒体处于空闲状态，则剩余的递减计数重置。

如在图6的示例中所示，如果发送到STA3的MAC的分组到达STA3，则STA3确认在DIFS期间该媒体处于空闲状态，并且可以直接开始帧传输。同时，剩余的STA监测是否媒体处于忙碌状态，并且等待预定的时间。在预定的时间期间，要发送的数据可能在STA1、STA2和STA5的每一个中出现。如果媒体处于空闲状态，则每个STA等待DIFS时间，并且然后响应于由每个STA选择的随机退避计数值执行退避时隙的递减计数。图6的示例示出，STA2选择最低的退避计数值，并且STA1选择最高的退避计数值。即，在STA2完成退避计数之后，在帧传输开始时间STA5的残留退避时间比STA1的残留退避时间短。当STA2占用媒体时STA1和STA5中的每一个临时地停止递减计数，并且等待预定的时间。如果STA2的占用完成，并且媒体返回到空闲状态，则STA1和STA5中的每一个等待预定的时间DIFS，并且重新开始退避计数。即，在残留退避时隙之后，只要残留退避时间被递减计数，则帧传输可以开始操作。因为STA5的残留退避时间比STA1的更短，所以STA5开始帧传输。同时，在STA2占用媒体时，要发送的数据可能出现在STA4中。在这样的情况下，当媒体处于空闲状态时，STA4等待DIFS时间，响应于由STA4选择的随机退避计数值执行递减计数，然后开始帧传输。图6示例性地示出STA5的残留退避时间偶然与STA4选择的随机退避计数值相同的情况。在这样的情况下，可能在STA4和STA5之间出现不可期待的冲突。如果冲突在STA4和STA5之间出现，则STA4和STA5中的每一个不接收ACK，导致数据传输失败的发生。在这样的情况下，STA4和STA5中的每一个增加CW值到两倍，并且STA4或者STA5可以选择随机退避计数值，并且然后执行递减计数。同时，当由于STA4和STA5的传输导致媒体处于占用状态时，STA1等待预定的时间。在这样的情况下，如果媒体处于空闲状态，则STA1等待DIFS时间，并且然后在残留退避时间的流逝之后开始帧传输。

STA感测操作

如上所述，CSMA/CA机制不仅包括AP和/或STA能够直接地感测媒体的物理载波感测媒体，而且包括虚拟载波感测机制。虚拟载波感测机制能够解决在媒体接入中遇到的一些问题(诸如隐藏节点问题)。对于虚拟载波感测，WLAN系统的MAC能够利用网络分配矢量(NAV)。更加详细地，借助于NAV值，其中的每一个当前使用媒体或者具有使用媒体权限的AP和/或STA，可以向另一AP和/或另一STA通知媒体可用的剩余时间。因此，NAV值可以对应于其中媒体将由被配置以发送相对应帧的AP和/或STA使用的预留的时段。已经接收到NAV值的STA可以在相对应的预留时段期间禁止媒体接入(或信道接入)。例如，NAV可以根据帧的MAC报头的“持续时间”字段的值来设置。

鲁棒冲突检测机制已经被提出以降低这样的冲突的概率，并且将会参考图7和8描述其详细描述。尽管实际的载波感测范围不同于传输范围，但是为了描述方便并且更好地理解本发明，假定实际感测范围与传输范围相同。

图7是图示隐藏节点和暴露节点的概念图。

图7(a)示例性地示出隐藏节点。在图7(a)中，STA A与STAB通信，并且STA C具有要发送的信息。在图7(a)中，在STA A将信息发送到STA B的条件下，当在数据被发送到STA B之前执行载波感测时，STA C可以确定媒体处于空闲状态。因为在STA C的位置处不可以检测到STA A(即，占用媒体)的传输，所以确定媒体是处于空闲状态下。在这样的情况下，STA B同时接收STA A的信息和STAC的信息，导致冲突的发生。在此，STA A可以被认为是STA C的隐藏节点。

图7(b)示例性地示出暴露节点。在图7(b)中，在STA B将数据发送给STA A的条件下，STA C具有要发送到STA D的信息。如果STA C执行载波感测，可以确定由于STA B的传输导致媒体被占用。因此，虽然STA C具有要发送到STA D的信息，但是感测到媒体占用的状态，使得STA C必须等待预定的时间(即，待机模式)直到媒体处于空闲状态。然而，因为STA A实际上位于STA C的传输范围之外，所以从STA A的角度来看，来自STA C的传输可能不与来自STA B的传输冲突，使得STA C没有必要进入待机模式直到STA B停止传输。在这里，STA C被称为STA B的暴露节点。

图8是图示RTS(请求发送)和CTS(允许发送)的概念视图。

为了在上面提及的图7的情形下有效地利用冲突避免机制，能够使用短信令分组，诸如RTS和CTS。可以通过外围STA偷听在两个STA之间的RTS/CTS，使得外围STA可以考虑信息是否被在两个STA之间通信。例如，如果要被用于数据发送的STA将RTS帧发送到已经接收数据的STA，则已经接收数据的STA将CTS帧发送给外围STA，并且可以通知外围STA该STA将要接收数据。

图8(a)示例性地示出用于解决隐藏节点问题的方法。在图8(a)中，假定STA A和STA C的每一个准备将数据发送给STA B。如果STA A将RTS发送给STA B，则STA B将CTS发送给位于STA B附近的STA A和STA C中的每一个。结果，STA C必须等待预定的时间直到STA A和STA B停止数据传输，使得防止冲突发生。

图8(b)示例性地示出用于解决暴露节点的问题的方法。STA C执行在STA A和STA B之间的RTS/CTS传输的偷听，使得尽管STA C将数据发送给另一个STA(例如，STA D)，但STA C可以确定没有冲突。即，STA B将RTS发送给所有外围STA，并且仅具有要被实际发送的数据的STA A能够发送CTS。STA C仅接收RTS并且不接收STA A的CTS，使得能够识别STA A位于STA C的载波感测范围的外部。

功率管理

如上所述，在STA执行数据发送/接收操作之前WLAN系统不得不执行信道感测。始终感测信道的操作导致STA的持续的功率消耗。接收(Rx)状态和发送(Tx)状态之间在功率消耗方面没有很大的不同。Rx状态的连续保持可能造成功率受限的STA(即，由电池操作的STA)的大的负载。因此，如果STA保持Rx待机模式使得持续地感测信道，则就WLAN吞吐量而言，功率被无效地耗费，而没有特殊的优势。为了解决在上面提及的问题，WLAN系统支持STA的功率管理(PM)模式。

STA的PM模式被分类成激活模式和省电(PS)模式。基本上在激活模式下操作STA。在激活模式下操作的STA保持唤醒状态。如果STA处于唤醒状态，则STA通常可以操作使得其能够执行帧发送/接收、信道扫描等等。另一方面，在PS模式下操作的STA被配置为从休眠状态切换到唤醒状态，或者反之亦然。以最小功率操作在睡眠状态下操作的STA，并且STA不执行帧传输/接收和信道扫描。

功率消耗的量与其中STA处于睡眠状态下的具体时间成比例地减少，使得响应于减少的功率消耗增加STA操作时间。然而，不能够在睡眠状态下发送或者接收帧，使得STA不能够强制地操作长的时间段。如果存在要被发送到AP的帧，则在睡眠状态下操作的STA被切换到唤醒状态，使得其在唤醒状态下能够发送/接收帧。另一方面，如果AP具有要发送到STA的帧，则处于睡眠状态的STA不能接收该帧并且不能够识别要被接收的帧的存在。因此，根据特定周期STA可能需要切换到唤醒状态，以便于识别要发送到STA的帧的存在或者不存在(或者为了接收指示帧的存在的信号，假定判定要被发送到STA的帧存在)。

图9是图示PM操作的概念图。

参考图9，AP 210在步骤(S211、S212、S213、S214、S215、S216)中以预定时段的间隔将信标帧发送给BSS中存在的STA。信标帧包括TIM信息元素。TIM信息元素包括关于与AP 210相关联的STA的被缓冲的业务，并且包括指示帧要被发送的特定信息。TIM信息元素包括用于指示单播帧的TIM和用于指示多播或者广播帧的传递业务指示映射(DTIM)。

每当信标帧被发送三次，AP 210可以发送DTIM一次。在PS模式下操作STA1 220和STA2 222中的每一个。每个唤醒间隔STA1 220和STA2 222中的每一个从睡眠状态切换到唤醒状态，使得STA1 220和STA2 222可以被配置为接收通过AP 210发送的TIM信息元素。每个STA可以基于其自身的本地时钟计算切换开始时间，在该切换开始时间每个STA可以开始切换到唤醒状态。在图9中，假定STA的时钟与AP的时钟相同。

例如，可以以每个信标间隔STA1 220能够切换到唤醒状态以接收TIM元素的方式配置预定的唤醒间隔。因此，当在步骤S211中AP 210首先发送信标帧时STA1 220可以切换到唤醒状态。STA1 220接收信标帧，并且获得TIM信息元素。如果获得的TIM元素指示要被发送到STA1 220的帧的存在，则在步骤S221a中STA1 220可以将请求AP 210发送帧的省电轮询(PS轮询)帧发送到AP 210。在步骤S231中AP 210可以响应于PS轮询帧将帧发送到STA1 220。已经接收到帧的STA1 220被重新切换到睡眠状态，并且在睡眠状态下操作。

当AP 210第二次发送信标帧时，获得由另一设备接入媒体的忙碌媒体状态，在步骤S212AP 210可以不以精确的信标间隔发送信标帧，并且可以在延迟的时间发送信标帧。在这样的情况下，虽然响应于信标间隔STA1 220被切换到唤醒状态，但是其不接收延迟发送的信标帧，使得在步骤S222中其重新进入睡眠状态。

当AP 210第三次发送信标帧时，相应的信标帧可以包括通过DTIM表示的TIM元素。然而，因为给出忙碌的媒体状态，所以在步骤S213中AP 210在延迟的时间发送信标帧。STA1 220响应于信标间隔被切换到唤醒状态，并且可以通过由AP 210发送的信标帧获得DTIM。假定由STA1 220获得的DTIM不具有要发送到STA1 220的帧，但是存在用于另一STA的帧。在这样的情况下，STA1 220确认不存在要在STA1 220中接收的帧，并且重新进入睡眠状态，使得STA1 220可以在睡眠状态下操作。在AP 210发送信标帧之后，在步骤S232中AP 210将帧发送到相应的STA。

在步骤S214中AP 210第四次发送信标帧。然而，对于STA1 220来说不能够通过TIM元素的两次接收获取关于与STA1 220相关联的缓存的业务的存在的信息，使得STA1 220可以调整用于接收TIM元素的唤醒间隔。可替选地，倘若用于STA1 220的唤醒间隔值的协调的信令信息被包含在由AP 210发送的信标帧中，则STA1 220的唤醒间隔值可以被调整。在本示例中，已经被切换以每个信标间隔接收TIM元素的STA1 220可以被切换到每三个信标间隔STA1 220能够从睡眠状态唤醒一次的另一操作状态。因此，当AP 210在步骤S214中发送第四信标帧并且在步骤S215中发送第五信标帧时，STA1 220保持睡眠状态，使得其不能够获得相应的TIM元素。

当在步骤S216中AP 210第六次发送信标帧时，STA1 220被切换到唤醒状态并且在唤醒状态下操作，使得在步骤S224中STA1 220不能够获得包含在信标帧中的TIM元素。TIM元素是指示广播帧的存在的DTIM，使得在步骤S234中STA1 220不将PS轮询帧发送给AP 210并且可以接收由AP 210发送的广播帧。同时，STA2 230的唤醒间隔可以比STA1 220的唤醒间隔更长。因此，STA2 230在AP 210第五次发送信标帧的特定的时间S215进入唤醒状态，使得在步骤S241中SAT2230可以接收TIM元素。STA2 230通过TIM元素识别要被发送到STA2230的帧的存在，并且在步骤S241a中将PS轮询帧发送到AP 210以便请求帧发送。在步骤S233中AP 210可以响应于PS轮询帧将帧发送到STA2 230。

为了操作/管理如图9中所示的PS模式，TIM元素可以包括指示要发送到STA的帧存在或者不存在的TIM，或者指示广播/多播帧的存在或者不存在的DTIM。可以通过TIM元素的字段设置来实现DTIM。

图10至12是图示已经接收到业务指示映射(TIM)的STA的详细操作的概念图。

参考图10，STA从睡眠状态切换到唤醒状态，使得从AP接收包括TIM的信标帧。STA解释接收到的TIM元素使得其能够识别要发送到STA的缓存的业务的存在或者不存在。在STA与其它的STA竞争以接入用于PS轮询帧传输的媒体之后，STA可以将用于请求数据帧传输的PS轮询帧发送给AP。已经接收到由STA发送的PS轮询帧的AP可以将帧发送给STA。STA可以接收数据帧，并且然后响应于接收的数据帧将ACK帧发送给AP。其后，STA可以重新进入睡眠状态。

如能够从图10中看到，AP可以根据立即响应方案操作，使得AP从STA接收PS轮询帧，并且在预定的时间[例如，短帧间间隔(SIFS)]的流逝之后发送数据帧。相比之下，在SIFS时间期间已经接收到PS轮询帧的AP不准备要被发送到STA的数据帧，使得AP可以根据延迟响应方案操作，并且在下文中将会参考图11描述其详细描述。

图11的STA操作，其中STA从睡眠状态切换到唤醒状态、从AP接收TIM，并且通过竞争将PS轮询帧发送到AP，与图10中的那些操作相同。如果已经接收到PS轮询帧的AP在SIFS时间期间不准备数据帧，则AP可以将ACK帧发送到STA替代发送数据帧。如果在ACK帧的传输之后准备数据帧，在这样的竞争完成之后AP可以将数据帧发送到STA。STA可以将指示数据帧的成功接收的ACK帧发送到AP，并且然后可以被转换到睡眠状态。

图12示出其中AP发送DTIM的示例性情况。STA可以从睡眠状态切换到唤醒状态，使得从AP接收包括DTIM元素的信标帧。通过接收到的DTIM，STA可以识别将会通过接收的DTIM发送多播/广播帧。在发送包括DTIM的信标帧之后，AP可以在不发送/接收PS轮询帧的情况下直接地发送数据(即，多播/广播帧)。当在接收到包括DTIM的信标帧之后STA连续地保持唤醒状态时，STA可以接收数据，并且然后在数据接收完成之后切换回到睡眠状态。

TIM结构

在基于在图9至图12中示出的TIM(或者DTIM)协议的PS模式的操作和管理方法中，STA可以通过被包含在TIM元素中的STA识别信息确定要为STA发送的数据帧的存在或者不存在。STA识别信息可以是与当STA与AP相关联时要分配的关联标识符(AID)相关联的特定信息。

AID被用作一个BSS内的每个STA的唯一的ID。例如，在当前WLAN系统中使用的AID可以被分配给1至2007中的一个。在当前WLAN系统的情况下，用于AID的14个比特可以被分配给通过AP和/或STA发送的帧。尽管AID值可以被指配为最大值16383，但是2008～16383的值可以被设置为保留值。

根据传统定义的TIM元素不适合于M2M应用的应用，通过该M2M应用许多的STA(例如，至少2007个STA)与一个AP相关联。如果在没有任何变化的情况下扩展常规TIM结构，则TIM位图大小过多地增加，使得不能够使用传统帧格式支持扩展的TIM结构，并且扩展的TIM结构不适合于其中考虑到低传输速率的应用的M2M通信。另外，预期在一个信标时段期间存在非常少量的均具有Rx数据帧的STA。因此，根据在上面提及的M2M通信的示例性应用，预期TIM位图大小被增加并且大多数比特被设置零(0)，使得需要有效地压缩这样的位图的技术。

在传统位图压缩技术中，从位图的头部省略连续的0的值(其中的每一个被设置为零)，并且被省略的结果可以被定义为偏移(或者开始点)值。然而，尽管均包括被缓冲的帧的STA在数目上小，但是如果在相应的STA的AID值之间存在大的不同，则压缩效率不高。例如，假定要仅被发送到具有10的AID的第一STA和具有2000的AID的第二STA的帧被缓冲，则压缩的位图的长度被设置为1990，除了两个边缘部分之外的剩余部分被指配零(0)。如果与一个AP相关联的STA在数目上小，则位图压缩的无效率不会引起严重的问题。然而，如果与一个AP相关联的STA的数目增加，则这样的无效率可能劣化整个系统吞吐量。

为了解决在上面提及的问题，AID被划分为多个组使得能够使用AID更加有效地发送数据。指定的组ID(GID)被分配给每个组。在下文中参考图13描述基于这样的分组分配的AID。

图13(a)是图示基于组的AID的概念图。在图13(a)中，位于AID位图的前部分的一些比特可以被用于指示组ID(GID)。例如，能够使用AID位图的前两个比特指定四个GID。如果通过N个比特表示AID位图的总长度，则前两个比特(B1和B2)可以表示相对应的AID的GID。

图13(b)是图示基于组的AID的概念图。在图13(b)中，根据AID的位置可以分配GID。在这样的情况下，通过偏移和长度值可以表示具有相同GID的AID。例如，如果通过偏移A和长度B表示GID 1，则这意指位图上的AID(A～A+B-1)分别被设置为GID 1。例如，图13(b)假定AID(1～N4)被划分为四个组。在这样的情况下，通过1～N1表示被包含在GID 1中的AID，并且通过偏移1和长度N1可以表示在此组中包含的AID。通过偏移(N1+1)和长度(N2-N1+1)可以表示在GID 2中包含的AID，并且通过偏移(N2+1)和长度(N3-N2+1)可以表示在GID 3中包含的AID，并且通过偏移(N3+1)和长度(N4-N3+1)可以表示在GID 4中包含的AID。

在使用前述的基于组的AID的情况下，根据单独的GID在不同的时间间隔中允许信道接入，能够解决由与大量的STA相比较的数量不充足的TIM元素引起的问题并且同时能够有效地发送/接收数据。例如，在特定的时间间隔期间，仅对于与特定组相对应的STA允许信道接入，并且对于剩余的STA的信道接入可能被限制。其中允许仅对于特定的STA的接入的预定时间间隔也可以被称为限制接入窗口(RAW)。

在下文中将会参考图13(c)描述基于GID的信道接入。如果AID被划分为三个组，则在图13(c)中示例性地示出根据信标间隔的信道接入机制。第一信标间隔(或者第一RAW)是其中允许对于与被包含在GID 1中的AID相对应的STA的信道接入并且不允许被包含在其它的GID中的STA的信道接入的特定间隔。对于在上面提及的结构的实现，在第一信标帧中包含仅被用于与GID 1相对应的AID的TIM元素，并且在第二信标帧中包含仅被用于与GID 2相对应的AID的TIM元素。因此，在第二信标间隔(或者第二RAW)期间仅允许对于与GID 2中包含的AID相对应的STA的信道接入。在第三信标帧中包含仅用于具有GID 3的AID的TIM元素，使得使用第三信标间隔(或者第三RAM)允许对与在GID 3中包含的AID相对应的STA的信道接入。在第四信标帧中包含仅被用于均具有GID 1的AID的TIM元素，使得使用第四信标间隔(或者第四RAW)允许对于与在GID 1中包含的AID相对应的STA的信道接入。其后，在继第五信标间隔之后的每个信标间隔中(或者在继第五RAM之后的每个RAW中)可以仅允许对于与由在对应的信标帧中包含的TIM指示的特定组相对应的STA的信道接入。

尽管图13(c)示例性地示出根据信标间隔被允许的GID的顺序是周期的或者循环的，但是本发明的范围或者精神不限于此。即，仅被包含在特定GID中的AID可以被包含在TIM元素中，使得在特定时间间隔(例如，特定RAW)期间允许对与特定AID相对应的STA的信道接入，并且不允许对于剩余的STA的信道接入。

前述的基于组的AID分配方案也可以被称为分级结构的TIM。即，总的AID空间被划分为多个块，并且可以允许对于与具有除了“0”之外的剩余值中的任意一个的特定块相对应的STA(即，特定组的STA)的信道接入。因此，如果大尺寸的TIM被划分为小尺寸的块/组，则STA能够容易地保持TIM信息，并且根据STA的分类、QoS或者用途可以容易地管理块/组。尽管图13示例性地示出2级的层，但是可以配置由两个或者更多个级别组成的分级的TIM结构。例如，总的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，根据图13(a)的扩展版本，AID位图的前N1个比特可以表示寻呼ID(即，PID)，并且接下来的N2个比特可以表示块ID，接下来的N3个比特可以表示子块ID，并且剩余的比特可以表示被包含在子块中的STA比特的位置。

在本发明的示例中，用于将STA(或者被分配给相应的STA的AID)划分成预定的分级组单元并且管理划分的结果的各种方案可以被应用于实施例，然而，基于组的AID分配方案不限于上述示例。

帧结构

图14是解释在IEEE 802.11系统中使用的示例性帧格式的图。

物理层会聚协议(PLCP)分组数据单元(PPDU)帧格式可以包括短训练字段(STF)、长训练字段(LTF)、信号(SIG)字段、以及数据字段。最基本的(例如，非HT)PPDU帧格式可以由传统STF(S-STF)字段、传统LTF(L-LTF)字段、SIG字段、以及数据字段组成。另外，根据PPDU帧格式类型(例如，HT混合格式PPDU、HT未开发格式PPDU、VHT PPDU等等)，最基本的PPDU帧格式可以进一步包括在SIG字段和数据字段之间的附加的字段(即，STF、LTF以及SIG字段)。

STF是用于信号检测、自动增益控制(AGC)、分集选择、精确的时间同步等等的信号。LTF是用于信道估计、频率误差估计等等的信号。STF和LTF的总和可以被称为PCLP前导。PLCP前导可以被称为用于OFDM物理层的同步和信道估计的信号。

SIG字段可以包括RATE字段、LENGTH字段等等。RATE字段可以包括关于数据调制和编码速率的信息。LENGTH字段可以包括关于数据长度的信息。此外，SIG字段可以包括奇偶校验字段、SIG TAIL比特等等。

数据字段可以包括服务字段、PLCP服务数据单元(PSDU)、以及PPDU TAIL比特。如有必要，数据字段可以进一步包括填充比特。服务字段中的一些比特可以被用于同步接收器的解扰器。PSDU可以对应于在MAC层处定义的MAC PDU，并且包括在较高层中产生/使用的数据。PPDU TAIL比特可以被用于将编码器返回到零(0)状态。填充比特可以被用于根据预定的单元调节数据字段的长度。

根据各种MAC帧格式定义MAC PDU，并且基本的MAC帧可以包括MAC报头、帧主体、以及帧校验序列。MAC帧是由MAC PDU组成，使得其能够通过PPDU帧格式的数据部分的PSDU被发送/接收。

MAC报头可以包括帧控制字段、持续时间/ID字段、地址字段等等。帧控制字段可以包括用于帧发送/接收所必需的控制信息。持续时间/ID字段可以被建立为用于发送相对应的帧等等的特定时间。对于MAC报头的序列控制、QoS控制和HT控制子字段的详细描述，可以参考IEEE 802.11-2012标准文献。

MAC报头的帧控制字段可以包括协议版本、类型、子类型、至DS(To DS)、来自DS(From DS)、更多分段、重试、功率管理、更多数据、保护帧、以及顺序子字段。帧控制字段的单独子字段的详细描述可以参考IEEE 802.11-2012标准文献。

下面的[表1]示出被包括在传统的IEEE 11ac标准中定义的帧控制字段中的“至DS”子字段和“来自DS”子字段。

[表1]

MAC报头的四个地址字段(地址1、地址2、地址3、地址4)可以被用于指示基本服务集标识符(BSSID)、源地址(SA)、目的地地址(DA)、发射器地址(TA)、接收器地址(RA)等等。根据帧类型仅四个地址字段当中的一些部分可以被包括。通过MAC报头的地址字段(地址1-地址4)的相对位置可以指定地址字段的使用，不论相对应的字段的地址类型如何。例如，基于接收到的帧的地址1字段的内容可以始终确认接收器地址(RA)。始终可以从相对应的RTS帧的地址2字段获得CTS帧的接收器地址(RA)。始终可以从指示ACK目标的目标帧的地址2字段获得ACK帧的接收器地址(RA)。下面的[表2]示出根据被包括在MAC报头的帧控制字段中的“至DS子字段”和“来自DS子字段”的值的MAC报头的地址字段(地址1～地址4)的内容。

[表2]

在[表2]中，RA是接收器地址，TA是发射器地址，DA是目的地地址，并且SA是源地址。另外，MSDU是用作MAC服务接入点(SAP)之间通信的信息单元的MAC服务数据单元(SDU)。A-MSDU(聚合-MSDU)是被配置成通过一个MAC PDU发送多个MAC SDU的帧的格式。各个地址字段(地址1、地址2、地址3、或者地址4)的值可以被设置为由48个比特组成的以太网MAC地址。

另一方面，空数据分组(NDP)帧格式可以指示不具有数据分组的帧格式。即，NDP帧包括通用的PPDU格式的PLCP报头部分(即，STF、LTF、以及SIG字段)，然而其不包括剩余部分(即，数据字段)。NDP帧可以被称为短帧格式。

复制检测

MAC级肯定应答(ACK)和重传被定义，使得能够接收一个帧一次或者多次。在这样的情况下，被复制的帧应该被过滤掉。为了过滤掉复制帧，MAC报头的序列控制字段可以被使用。对于在数据帧和管理帧中使用的序列控制字段是由序列号和分段号组成。与相同的MSDU部分相对应的MPDU具有相同的序列号，并且不同的MSDU具有不同的序列号。

STA可以根据每个新的MSDU一个接一个增加的计数器(例如，从零开始的模4096计数器)分配帧的序列号。用于帧传输的STA被配置成存储(或者缓冲)用于各个接收器地址(RA)的最后序列号。

用于帧接收的STA可以缓冲最新接收帧的发射器地址(TA)、序列号、以及分段号的集合。可以基于接收到的帧的地址2字段判定TA。如果帧控制字段的重试字段被设置为1并且从相同的TA接收具有相同的序列号(或者具有相同的分段号)的帧，则接收STA确定复制的帧，并且拒绝复制的帧。

MAC报头压缩方法

本发明的实施例提出一种用于低功率通信的MAC报头的压缩方法。例如，通过实施例提出的MAC报头压缩方法可以使用1MHz/2MHz/4MHz/8MHz/16MHz信道带宽，并且可以被应用于在子1GHz(S1G)的频带中操作的WLAN系统。

参考图14，MAC报头可以被必要地包括在用于数据传输的帧中。如果在大小上减小MAC报头(即，如果MAC报头的开销被减少)，则STA的MAC帧的产生、发送、接收等等可以被更加简化，导致STA的功率消耗的减少。

另外，在子1GHz(S1G)下操作的WLAN系统(例如，IEEE 802.11ah系统)特征在于，其在低频带下操作并且帧到达的覆盖延伸到户外环境下的1km。WLAN系统被配置成主要定义具有低传输速率和低功率的传感器或者仪表型STA。

另外，省电机制对于传感器型的STA来说是重要的。为了省电，对于传感器型STA最小化不必要的唤醒情形的次数是必需的，并且传感器型STA在唤醒持续时间期间需要有效地发送传输/接收数据。

因此，对于在S1G带下操作的WLAN系统，存在构造用于支持长距离传输和低功率消耗的帧的需求。为了实现支持长距离传输的帧，帧的字段可以在时间轴上重复至少两次或者在频率轴上重复至少两次。然而，响应于字段重复编码增加MAC报头中的大小，使得用于STA的帧处理的省电可能不可避免地增加。

为了解决上述问题，本发明提出MAC报头压缩方法。为此，在下文中将会详细地描述在S1G带下操作的WLAN系统中构造帧的方法。

在传播特性方面，对于在S1G带下操作的通信具有比传统的室内WLAN系统更大的覆盖，在传统的IEEE 802.11ac系统中定义的PHY可以被降频到1/10。在这样的情况下，由802.1lac系统支持的20/40/80/160/80+80MHz信道带宽中的每一个被降频到1/10，使得2/4/8/16/8+8MHz信道带宽可以被提供给S1G带。因此，在802.11ac系统中保护间隔(GI)可以从0.8μs增加到8μs。

传统的设备不存在于S1G带中，使得应为S1G带有效地设计PHY前导优化而无需考虑后向兼容性。依照用于解决上述要求的最简单的方法，传统的HT未开发PLCP帧格式(在IEEE 802.11n中定义)被降频到1/10以便定义S1G PHY前导，并且在上面提及的结构可以被示例性地应用于2MHz或者更高的带宽。

为了支持长距离的通信，在2MHz或更宽的带中使用的S1G PHY结构的帧格式的STF/LTF/SIG/DATA字段在时间轴或者频率轴上被重复两次或者更多次，使得长距离的PLCP帧能够被构造。

图15是图示长范围的PLCP帧格式的示例的概念图。

虽然以与在IEEE 802.11n中定义的未开发格式相似的方式图15的PLCP帧格式由STF、LTF1、SIG、LTF2-LTFN、以及数据字段组成，但是与未开发字段相比较前导部分的传输时间可以通过重复增加两倍或者更多倍。在图15中示出的PLCP帧格式可以被应用于1MHz带宽，并且可以被称为“1MHz PPDU格式”。

在图15中示出的1MHz PPDU的STF字段具有与2MHz或者更高的带宽的PPDU的SIF(具有两个符号的长度)相同的周期性，两次重复(rep2)方法被应用于时域，使得1MHz PPDU的STF字段具有4个符号(例如，160μs)的长度并且3dB功率升高被应用。

在图15中示出的1MHz PPDU的LTF1字段与2MHz或者更高的带宽的PPDU的另一个的LTF1字段(具有2个符号的长度)在频域上正交，并且在时间轴上被重复两次，使得1MHz PPDU的LTF1字段具有4个符号的长度。

在图15中示出的1MHz PPDU的S1G字段可以被重复编码。用于调制和编码方案(MCS)的正交相移键控(QPSK)、二进制PSK(BPSK)等等可以被应用于2MHz或者更高的带宽的PPDU的S1G字段，并且S1G字段具有2个符号的长度。相比之下，最低的MCS(即，BPSK)和重复(rep2)编码被应用于1MHz PPDU的S1G字段，1MHz PPDU的S1G字段具有1/2的速率，并且被定义为具有6个符号的长度。

在图15中示出的1MHz PPDU的从LTF2字段到LTFN字段的字段可以被应用于MIMO，并且每个LTE字段可以具有一个符号的长度。

rep2方法可以或者不可以被应用于在图15中示出的1MHz PPDU的数据字段。

图16是图示构造1MHz带宽的PLCP帧格式的重复(rep2)方法的概念图。

在图16中示出的加扰器可以加扰数据以减少“0”或者“1”长时间重复的概率。前向纠错(FEC)可以编码用于纠错的数据。为此，加扰器可以包括二进制卷积编码器或者低密度奇偶校验(LDPC)编码器。

依照“2x逐块重复”，假定基于块重复每个OFDM符号中的x个编码的信息比特以输出2x个信息比特。在此，假定由1/2表示编码速率，每个OFDM符号的x/2个信息比特被编码使得能够产生x个编码的信息比特。在重复完成之后，假定最低的MCS(例如，MCS0)被应用于一个空间流(SS)，每个符号可以包括N_CBPS个编码的比特。

其后，交织器可以执行交织(或者位置交换)以防止连续的噪声比特以长的连续的方式重复。BPSK映射器可以将编码的数据比特映射到BPSK星座点，或者可以将编码的数据比特映射到复符号。在空间映射中，时间-空间流可以被映射到传输链。通过离散傅里叶逆变换(IDFT)，复符号可以被转换成时域块。在GI和窗口中，符号的一些部分被附接(或者前置)到相对应的符号的前部分使得实现保护间隔(GI)，各个符号的边缘可以被软化，并且用于增加频谱衰减的加窗可以被执行。在模拟和射频(RF)中可以产生传输符号。

当如上所述构造1MHz PPDU帧时，一个PPDU的持续时间被极其延长，使得传输效率可能降低并且STA功率消耗可能增加。为了解决上述问题，必要时减少PPDU前导的长度的方法和压缩MAC报头的方法可以被使用。本发明提出能够在WLAN系统中有效地发送数据的详细的MAC报头压缩方法。

本发明假定AP用作路由器。在下面的[表3]中示出当计算机网络协议设计和通信被划分成多个层时获得的开放式系统互连(OSI)7层。

[表3]

应用层
	表示层
会话层
	传送层
网络层
	数据链路层
物理层

通常，如果AP不作为路由器操作，则AP可以作为物理层和数据链路层(即，MAC层和逻辑链路控制(LLC)层)操作。另外，以AP接收帧并且将相对应的帧发送给正确的目的地的方式需要四个地址(即，源地址(SA)、目的地地址(DA)、发射器地址(TA)、以及接收器地址(RA))。为此，对于在WLAN系统中使用的MAC帧的报头可以使用如在图14中所示的四个地址字段。根据被包含在MAC报头中的帧控制字段中的“至DS子字段”和“来自DS子字段”的值可以确定四个地址字段的内容。通常，其中“至DS”字段和“来自DS”字段中的每一个被设置为1的情况在当前WLAN系统中不存在，使得地址4字段不被使用。因此，假定AP没有作为路由器操作，以AP能够接收帧并且将相对应的帧发送给正确的目的地的方式需要三个地址字段。

另一方面，假定AP作为路由器操作，AP可以执行物理层、数据链路层(即，MAC层、LLC层等等)、网络层、传送层(例如，传输控制协议/互联网协议(TCP/TP)层)等等的各种功能。AP可以仅使用MAC层中除了SA和DA之外的TA和RA执行数据传输。换言之，假定AP作为路由器操作，尽管指示TA和RA(例如，AP地址和STA地址)的仅两个地址字段被包含在帧的MAC报头中，也使得正确的帧传输能够被执行。

如上所述，AP必须作为路由器操作以执行MAC报头压缩使得两个地址字段(TA和RA)作为地址信息被包含在MAC报头中。然而，不是AP中的每一个都作为路由器进行操作，使得AP必须通知另一个STA指示是否AP能够作为路由器操作的性能信息。

图17是图示根据实施例的扩展的性能元素的示例的概念图。

在图17中，元素ID字段可以被设置为指示相对应的元素与扩展的性能元素相同的特定值。长度字段可以被设置为与性能字段的长度相对应的八位字节的数目。性能字段可以是指示被配置成发送上述元素的STA(或者AP STA)的性能信息的比特字段。性能字段的长度可以通过变量“n”表示，并且每个比特的位置可以指示是否支持特定的性能。

本发明提供用于将指示是否MAC报头压缩功能被执行(即，指示是否路由器功能被执行)的一个比特添加到性能字段的方法。一个比特可以是在性能字段中被保留的比特。已经从AP接收到扩展的性能元素的STA确认一个比特的值，并且AP作为路由器操作，使得STA和AP能够识别是否执行MAC报头压缩。扩展的性能元素可以被包含在关联的请求/响应帧、重新关联的请求/响应帧、信标帧、探测响应帧等等中。

如上所述，假定以MAC报头包括用作地址信息的两个地址字段(TA和RA)的方式执行MAC报头压缩，如在下面的表4中所示能够定义被压缩的MAC帧格式(也被称为短MAC帧格式)的TA和RA。

[表4]

传输方向	发射器地址	接收器地址
			DL	AP地址	STA地址
UL	STA地址	AP地址

如在表4中所示，可以根据传输方向判定TA和RA。在下行链路(DL)的情况下，TA被设置为AP地址，并且RA被设置为接收帧的STA的地址。在上行链路(UL)的情况下，TA被设置为被配置成发送帧的STA的地址，并且RA被设置为AP的地址。

如上所述，在MAC报头中可以执行MAC报头压缩使得从MAC报头中排除地址信息(即，仅必备的RA和TA被包含并且其它的地址信息被省略)。另外，本发明提出减少被包含在MAC报头中的地址信息的开销的方法。

如上所述，传统的MAC报头的地址字段被配置成具有48个比特的MAC地址。然而，本发明提出使用关联标识符(AID)替代STA的MAC地址以便压缩地址信息的方法。AID被定义为具有16个比特的长度。因此，当AID被使用时能够很大地减少MAC报头的开销。通过本发明提出的压缩的MAC报头的TA和RA可以被定义为下面的[表5]中所示。

[表5]

传输方向	发射器地址	接收器地址
			DL	BSSID	STA AID
UL	STA AID	BSSID

如在[表5]中所示，在下行链路(DL)的情况下，TA(例如，地址2字段)被设置为BSSID，并且RA(例如，地址1字段)被设置为已经接收到帧的STA的AID。在上行链路(UL)的情况下，TA(例如，地址2字段)被设置为已经发送帧的STA的AID，并且RA(例如，地址1字段)被设置为BSSID。BSSID可以与AP的MAC地址相同。

检测包括压缩的MAC报头的帧的重复的方法

如果STA的MAC地址被MAC报头中的AID替换，则已经接收到帧的STA将被包含在帧的MAC报头中的AID变成(或者映射到)MAC地址，并且STA将改变(或者映射的)MAC地址与序列号一起存储在存储器(缓冲存储器)中。结果，压缩的MAC帧的重传能够被支持。

例如，已经从AP接收到DL帧的STA不仅将与被包含在DL帧的TA地址字段(即，地址2字段)中的BSSID相对应的MAC地址，而且将序列号存储在缓冲存储器中。如果接入种类信息被包含在DL帧中，则BSSID、序列号、以及接入种类被存储在缓冲存储器中。

已经从STA接收到UL帧的AP可以确认被包含在UL帧的TA地址字段(即，地址2字段)中的STA AID。因为由AP分配STA AID，所以AP识别对其分配相对应的AID的MAC地址(即，在STA AID和STA MAC地址之间的映射关系)。因此，AP可以基于被包含在UL帧的地址字段(即，地址2字段)中的STA AID识别STA MAC地址。AP不仅可以将由AID识别(被映射到AID)的STA MAC地址，而且可以将序列号存储在缓冲存储器中。如果接入种类信息被包含在UL帧中，则STA MAC地址、序列号、以及接入种类被存储在缓冲存储器中。

STA可以根据由本发明提出的序列控制方案管理缓冲器，使得压缩的MAC帧(或者短MAC帧)的正确重传能够被执行。具体地，为了在使用包括正常MAC报头的帧和包括压缩的MAC报头的帧的环境下执行正确重传，需要由本发明提出的MAC报头压缩方案和序列控制方案。

例如，在第一STA将其中压缩的MAC报头被使用的第一帧发送给第二STA之后，可以在被发送到第二STA的第二帧中使用正常的MAC报头。在此，第一帧和第二帧被配置成发送不同的MPDU。在这样的情况下，因为压缩的MAC帧和正常MAC帧中的每一个被重传，所以需要统一的缓冲保持方案以有效地确定被复制的接收的存在或者不存在。否则，基于AID和序列号管理的缓冲和基于MAC地址和序列号管理的缓冲必须不仅被保持在帧发送STA中而且被保持在帧接收STA中，导致STA的成本增加。另外，假定通过正常的MAC报头的帧或者压缩的MAC报头的帧发送与一个MDSU的部分相对应的不同的MPDU，必须使用特定的STA内的相同的序列号和不同的分段号管理序列控制信息。假定基于AID的序列号和基于MAC地址的序列号被相互独立地管理，尽管这样的帧的重复被检测，但是可能出现重复的帧不能够被正确处理的故障。

因此，与被包含在被配置成使用STA AID的压缩的MAC报头中的帧相关联，本发明提出不仅将通过STA AID识别(或者被映射到STAAID)的STA MAC地址而且将序列号存储在缓冲存储器中的方法。

在帧传输STA中，每个RA或者每个{RA，接入种类}传输帧的序列号被顺序地增加。依照本发明的提议，假定传输帧的RA地址字段(即，地址1字段)是以STA AID的形式配置的压缩的MAC帧，基于接收器STA的MAC地址，替代基于接收器STA的AID，管理传输STA的序列号。即，已经发送帧的STA可以存储(或者缓冲)接收器STA的每个MAC地址的最后序列号。

被重传的帧的帧控制字段的重试比特被设置为1。假定具有1的重试比特的帧被接收并且接收到的帧使用压缩的MAC报头，被包含在压缩的MAC报头的地址字段中的STA AID被转换成STA MAC地址。已经接收到帧的STA可以将转换的STA MAC地址(或者通过被包含在接收到的帧的地址字段中的STA AID值识别的MAC地址)、序列号、以及/或者接入种类信息与过去的缓冲信息(即，最后存储的STAMAC地址、序列号、以及接入种类信息)进行比较，使得STA可以确定是否当前接收帧是被复制的帧。

短MAC报头的加密

本发明提出加密短MAC帧(或者压缩的MAC帧)的方法。

被配置成使用正常的MAC报头的帧的加密方法可以不同于被配置成使用短MAC报头的帧的加密方法。如在下面的描述中所示，构造附加认证数据(AAD)的方法和构造在使用正常的MAC报头的第一情况下使用的随机数的方法不同于在使用短MAC报头的其它情况下的那些方法。因此，为了正确地执行MAC报头的完整性验证，本发明提出将相同的帧格式应用于相同的MPDU的传输和重传的方法。

例如，在使用正常MAC帧(或者正常的MAC报头)发送MPDU之后，不能够在相同的MPDU的重传中使用短MAC帧(或者MAC报头)，但可以使用正常MAC帧(或者正常的MAC报头)重传相同的MPDU。另外，在使用短MAC帧(或者短MAC报头)发送MPDU之后，不能够在相同的MPDU的重传中使用正常MAC帧(或者正常的MAC报头)，但使用短MAC帧(或者短MAC报头)可以重传相同的MPDU。

图18是图示CCMP(具有密码块链消息认证代码协议的计数器模式)封装的框图。

对于在IEEE 802.11中的MAC帧的加密，暂时密钥完整协议(TKIP)、具有密码块链消息认证代码协议的计数器模式(CCMP)等等可以被使用。通过IEEE 802.11i标准提出CCMP。CCMP是基于高级加密标准(AES)的CCM为了机密性而设计的增强性加密封装方法。

对于在IEEE 802.11中使用的安全机制可以被提供给数据帧和管理帧。更加详细地，使用TKIP、CCMP等等可以提供数据机密性、认证、完整性、重播保护等等。

参考图18的示例，能够从纯文本MPDU的有效载荷获得被加密的MPDU。

更加详细地，分组编号(PN)可以被增加以获得各个MPDU的新的PN值。

使用纯文本MPDU的MAC报头的字段可以构造用于CCM的AAD。CCM算法可以提供被包含在AAD中的字段的完整性保护。AAD可以包括帧控制(FC)字段、A1(地址1)字段、A2(地址2)字段、A3(地址3)字段、SC(序列控制)字段、A4(地址4)字段以及QC(QoS控制)字段。

可以基于PN值、MPDU的A2(地址2)字段、以及优先级值构造CCM随机数。随机数可以表示在安全算法中仅使用一次的数或者比特串。

基于PN值和密钥标识符(密钥ID)8-八位字节CCM报头可以被形成。

使用临时密钥(TK)、AAD、Nonce(随机数)、以及MPDU数据可以形成被加密的数据和MIC(消息完整性代码)。

原始的MPDU报头、产生的CCMP报头、产生的被加密的数据、以及MIC被相互组合，使得形成被加密的MPDU。

图19是图示根据实施例的短MAC报头的帧控制(FC)字段的概念图。

在图19中图示的短MAC报头中的FC字段的子字段可以被配置成部分地不同于参考图14在前面描述的正常的MAC报头的子字段。

例如，当正常的MAC报头的2比特类型字段是2个比特长时，短MAC报头的FC字段的类型字段是3个比特长。而且，当正常的MAC报头的子类型字段是4个比特长时，短MAC报头的FC字段的子类型字段是3个比特长。不同于正常的MAC报头，短MAC报头的FC字段不包括至DS(To DS)字段、重试字段、顺序字段。另一方面，短MAC报头的FC字段包括不同于正常的MAC报头的服务时段结束(EOSP)字段、被中继的帧字段、以及Ack策略字段。

如从图19中图示的短MAC报头的示例性格式所注明的，根据本发明的短MAC报头的FC字段典型地包括协议版本字段(2个比特)、类型字段(3个比特)、子类型字段(3个比特)、来自DS字段(1个比特)、更多分段字段(1个比特)、功率管理字段(1个比特)、更多数据字段(1个比特)、被保护的帧字段(1个比特)、EOSP字段(1个比特)、被中继的帧字段(1个比特)、以及Ack政策字段(1个比特)。

另外，如参考图18在前面所描述的，AAD被配置有MAC报头的字段，并且在下面参考图20将会描述在如在图19中所图示的短MAC报头的FC字段的情况下配置AAD的方法。

图20图示根据本发明的AAD的示例性结构。

在图20的示例中，FC表示FC字段，其可以具有2个八位字节的大小。

在图20中，根据在图19中图示的短MAC报头的FC字段可以配置AAD的FC字段。在AAD中FC字段的类型比特可以被掩蔽到0。在AAD中FC字段的功率管理字段也可以被掩蔽到0。另外，在AAD中FC字段的更多数据比特可以被掩蔽到0。在AAD中FC字段的被保护的帧比特也可以始终被设置为1。而且，在AAD中FC字段的EOSP比特可以被掩蔽到0。在AAD中FC字段的被中继的帧比特也可以被掩蔽到0。在AAD中FC字段的Ack策略比特也可以被掩蔽到0。将字段掩蔽到0的值可以被理解为在AAD中包括该字段但是不使用该字段。

在图20中，A1、A2、A3以及A4字段分别对应于MPDU的地址1、地址2、地址3、以及地址4。A1字段可以是6或者2个八位字节长，A2字段可以是6或者2个八位字节长，A3字段可以是6或者0个八位字节长(如果A3字段具有零个八位字节，则这意指A3字段可以被省略)，并且A4字段可以是6或者0个八位字节长(如果A4字段具有零个八位字节，则这意指A4字段可以被省略)。

具体地，可以通过省略A3和A4字段中的一个或者多个并且始终包括A1(即，RA)和A2(即，TA)字段可以配置短MAC报头，如关于[表4]和[表5]之前所描述的。如果A1字段被配置成MAC地址或者BSSID，则A1字段可以具有6个八位字节，并且如果A1字段被配置成AID，则A1字段可以具有2个八位字节。而且，如果A2字段被配置成MAC地址或者BSSID，则A2字段可以具有6个八位字节，并且如果A2字段被配置成AID，则A2字段可以具有2个八位字节。

以这样的方式，可以在AAD中省略A3和A4字段中的一个或者两个。例如，如果在短MAC报头中省略A3字段，则AAD可以被配置成FC、A1、A2、A4、以及SC字段。或者如果短MAC报头省略A4字段，则AAD可以被配置有FC、A1、A2、A3以及SC字段。或者如果短MAC报头省略A3和A4字段，则AAD可以被配置有FC、A1、A2以及SC字段。

在此，AAD的A1字段可以在大小上具有6或者2个八位字节。

具体地，根据MPDU的地址1字段配置在图20中图示的AAD的A1字段。根据帧方向(例如，UL帧或者DL帧)AAD的A1字段可以被配置成AID(2个八位字节)或者MAC地址(6个八位字节)。在短MAC报头中具有被设置为1的FC字段的来自DS比特的DL帧的情况下(在这样的情况下，在AAD中FC字段的来自DS比特也被设置为1)，AAD的A1字段被配置成接收STA的AID(2个八位字节)。或者在短MAC报头中具有被设置为0的FC字段的来自DS比特的UL帧的情况下(在这样的情况下，在AAD中FC字段的来自DS比特也被设置为1)，AAD的A1字段被配置成接收STA(或者AP)的MAC地址或者BSSID(6个八位字节)。

此外，AAD的A2字段可以是6个或者2个八位字节长。

具体地，根据MPDU的地址2字段配置在图20中图示的A2字段。根据帧方向(例如，UL帧或者DL帧)AAD的A2字段可以被配置成AID(2个八位字节)或者MAC地址(6个八位字节)。在短MAC报头中具有被设置为1的FC字段的来自DS比特的DL帧的情况下(在这样的情况下，在AAD中FC字段的来自DS比特也被设置为1)，AAD的A2字段被配置成发送STA(或者AP)的MAC地址或者BSSID(6个八位字节)。或者在短MAC报头中具有被设置为0的FC字段的来自DS比特的UL帧的情况下(在这样的情况下，在AAD中FC字段的来自DS比特也被设置为0)，AAD的A2字段被配置成发送STA的AID(2个八位字节)。

如果存在，根据MPDU的地址3字段配置在图20中图示的A3字段。而且，如果存在，根据MPDU的地址4字段配置在图20中图示的A4字段。

在图20中，SC表示SC字段，其可以具有2个八位字节。根据MPDU的SC字段可以配置在图20中图示的AAD的SC字段。

如在前述的复制检测章节所描述的，MAC报头的SC字段包括序列号和分段编号子字段，并且在图20中图示的AAD的SC字段也包括序列号和分段编号字段。在图20中图示的AAD中SC字段的序列号子字段(比特4至比特15)可以被掩蔽到0。此外，与在MAC报头中的SC字段的分段编号子字段相比较，在图20中图示的AAD中没有修改SC字段的分段编号子字段。

要理解的是，在图20中图示的AAD组件的序列不被限制并且根据本发明配置的AAD典型地包括在图20的示例中图示的子字段的一部分。

图21图示根据本发明的Nonce(随机数)的示例性配置。

如在图21中所图示，Nonce(随机数)可以包括随机数标志字段、通过A2(地址2)字段识别的STA MAC地址、以及PN字段。随机数标志字段可以具有1个八位字节。通过A2(地址2)字段识别的STAMAC地址可以具有6个八位字节。PN字段可以具有6个八位字节。

在图21中，随机数标志字段的特定结构被另外图示。随机数标志字段可以包括4比特优先级子字段、1比特管理子字段、以及3个保留比特。

在图21中图示的随机数标志字段的优先级子字段可以被设置为指示短MAC帧的优先级的值。例如，优先级子字段可以被设置为指示纯文本MPDU的业务标识符(TID)的值或者指示接入种类(AC)的值。

在图21中图示的随机数标志字段的管理子字段可以被设置为指示是否纯文本MPDU是管理帧的值。

可以根据短MAC地址的地址2字段可以配置在图21中图示的随机数的A2字段。随机数的A2字段可以被配置成发送STA的AID(2个八位字节)或者MAC地址(6个八位字节)。在短MAC报头中具有被设置为1的FC字段的来自DS比特的DL帧的情况下，随机数的A2字段可以被配置成发送STA(或者AP)的MAC地址或者BSSID(6个八位字节)。例如，随机数的A2字段可以被配置成通过短MAC报头的A2字段识别的发送STA(或者AP)的MAC地址或者BSSID(6个八位字节)。或者在短MAC报头中具有被设置为0的FC字段的来自DS比特的UL帧的情况下，随机数的A2字段可以被配置成发送STA的AID(2个八位字节)。

在图21中图示的随机数的A2字段识别的STA MAC地址可以根据短MAC报头的地址2字段被配置并且根据帧方向(例如，UL帧或者DL帧)被确定。具体地，通过A2字段识别的STA MAC地址可以被设置为通过UL帧的AID(2个八位字节)识别的发送STA的STAMAC地址，和被包括在DL帧中的A2字段的BSSID。

图22图示被加密的MPDU的示例性结构。

如参考图18在前面所描述的，从加密纯文本MPDU产生的被加密的MPDU可以包括如在图22中所图示的MAC报头(如在图18中所图示的纯文本MPDU的MAC报头)、如在图22中所图示的CCMP报头(基于如在图18中所图示的PN和KeyID生成的CCMP报头)、如在图22中所图示的生成的加密的数据、MIC以及帧校验序列(FCS)。

在CCMP中，要求在每个会话中更新临时密钥，并且另外，对于在各个帧中的给定的临时密钥随机数值是唯一的。为了满足这些要求，使用48比特PN值，并且每次临时密钥被更新时PN值被初始化为1。

在图22的示例中，在CCMP报头中可以发送PN值。CCMP报头包括6个八位字节(即，48比特)PN字段，并且6个八位字节分别被称为PN0、PN1、PN2、PN3、PN4、以及PN5。

在本发明中，提出通过减少短MAC帧中的PN字段的大小进一步减少被加密的PPDU的MAC开销。

具体地，在CCMP报头中可以仅发送PN的6个八位字节的一部分(例如，PN0和PN1)，然而在MAC帧的发送STA和MAC帧的接收STA之间可以同步其它的八位字节(例如，PN2、PN3、PN4以及PN5)。

例如，当STA最初发送被加密的PPDU时，STA可以以正常MAC帧格式替代短MAC帧格式发送整个48比特PN值。

如果发送和接收STA支持短MAC帧，则接收STA可以存储或者保持以正常的MAC帧格式发送的被加密的PPDU的48比特PN值。例如，对于已经被成功地接收、解密并且从而被验证完整性的PPDU，在接收STA中可以存储、保持和管理用于{发射器地址，临时密钥，PN48个比特}的集合的缓冲。

以这样的方式，在发送和接收STA之间同步PN值之后，发送STA可以发送从加密短MAC帧产生的PPDU(不同于在正常MAC帧中先前发送的被加密的PPDU)。随后，被包括在短MAC帧中的CCMP报头可以仅包括48比特PN值的一部分(例如，PN0和PN1)，从而减少MAC开销。

在接收从短MAC帧的加密产生的PPDU之后，接收STA可以在解密短MAC帧中使用先前存储的PN值。即，如果仅PN0和PN1被包括在短MAC帧的CCMP报头中，则接收STA可以使用被存储的值作为PN2、PN3、PN4以及PN5配置整个48比特PN值。以这样的方式，接收STA可以使用通过组合被包括在CCMP报头中的部分和被存储的其它部分配置的48比特PN值(即，确定在随机数配置中已经使用了组合的PN值)解密MAC帧。

如果临时密钥被改变，则接收STA删除被存储为{发射器地址，临时密钥，PN 48个比特}的集合的PN值。因此，如果临时密钥被改变，则发送STA应以正常的MAC帧格式替代短MAC帧格式发送整个48比特PN值。因此，在发送和接收STA之间可以同步PN值。

同时，如在前述的复制检测章节中所描述的，MAC报头包括SC字段，并且在每个PPDU中序列控制字段的序列号子字段的值被增加1。本发明提出通过使用序列号的值作为PN值的一部分(或者通过关联序列号的值与PN值的一部分)进一步减少MAC开销。

在这样的情况下，在最初发送的帧中可以向接收STA指示整个PN值。接收STA可以存储包括当前接收到的帧的MAC报头的序列控制字段中的序列号的值的值的集合和整个PN值。例如，接收STA可以在缓冲器中存储、保持和管理{发射器地址，临时密钥，PN 48个比特，序列号}的集合。在后续的传输中，PN字段可以不被包括在CCM报头中。在这样的情况下，接收STA可以使用被包括在从短MAC帧产生的被加密的MPDU的序列控制字段中的序列号的值确定PN值。

而且，如果临时密钥被改变，则接收STA删除已经作为{发射器地址，临时密钥，PN 48个比特，序列号}的集合被存储的PN值。因此，如果临时密钥被改变，则发送STA应以正常MAC帧格式替代短MAC帧格式发送整个48比特PN值。因此，在发送和接收STA之间可以再次同步PN值。

如果序列号被用作PN值的一部分，则由于临时密钥的变化也可以与PN值的初始化一起初始化序列号。

PN值的一部分，例如，与序列号相对应的PN0||PN1(||表示PN0和PN1的级联)可以对应于SC字段的值。在这样的情况下，通过[等式1]使用与SC字段相对应的PN0||PN1和被存储在接收STA中的PN2至PN5可以计算(或者恢复)PN值。

[等式1]

PN＝SC||PN2||PN3||PN4||PN5

＝PN0||PN1||PN2||PN3||PN4||PN5

在[等式1]中，PN2||PN3||PN4||PN5可以被称为基本PN(BPN)。因此，可以表达PN＝SC||BPN。

如果当前接收到的帧的序列号值小于先前接收到的帧的序列号值，则STA将被存储的BPN(即，PN2||PN3||PN4||PN5)增加1。这可以被理解为将SC字段的PN0||PN1值的最高数字增加1，因为如果PN0||PN1被顺序地增加到最大值以上，其循环地变成最小值(这可以被称为翻转)并且然后被增加1。

图23是图示在MAC数据面架构中的MSDU接收流的视图。

如在图23中所图示，在MPDU的接收之后，如果接收到的MPDU是A-MPDU，则STA可以将A-MPDU去聚合成单独的MPDU。

此外，对于每个MPDU，STA可以验证是否MPDU报头和CRC是有效的。

如果在没有错误的情况下帧是有效的，则STA可以执行过滤以基于被包括在帧的MAC地址中的地址1(即，RA)确定接收到的帧去往STA。

如果STA确认帧去往STA，则STA基于TA、序列号、以及帧的分段编号确定是否帧是先前接收到的帧的复制，并且执行复制去除。

如果帧不是复制，当需要时STA可选地执行MPDU解密和完整性校验。

在解密和完整性校验之后，STA执行块ACK重新排序。块ACK重新排序意指下述操作，其中在没有将MPDU立即发送到较高层或者较高层MAC实体的情况下，接收STA缓冲和管理多个成功地接收到的MPDU直到考虑到要被重新发送的MPDU以他们的最初的传输顺序被完整地排序，如通过块ACK所指示的。多个帧的块ACK重新排序可以包括，例如，以序列号值的升序排序帧并且丢弃与在ACK缓冲器中已经存在的序列号相对应的帧。

随后的去分段是通过组合多个分段恢复最初的信息的操作。

然后，可以通过用于MSDU(可选的)的完整性校验和报告、重放检测(对于非网状STA)、接收到MSDU速率限制等等执行MSDU接收过程。

如果短MAC帧的SC字段的值是根据本发明的PN值的一部分(例如，PN0||PN1)，随着序列号翻转，被保持/存储在接收STA中的BPN(即，PN2||PN3||PN4||PN5)被增加1。

然而，在如在图23中所图示的复制去除之后短MAC帧经历MPDU解密和完整性校验的情况下，如果发送STA相继地发送多个MPDU，则接收STA可能面对PN更新的问题。

例如，发送STA可以通过聚合多个MPDU配置一个A-MPDU并且发送作为单个PPDU的A-MPDU。接收此PPDU的STA配置用于A-MPDU的每个单独的MPDU的ACK信息并且在被称为块ACK帧的控制帧中将ACK信息反馈到发送STA。在块ACK帧的接收之后，发送STA通过块ACK帧重新发送被指示为错误的MPDU。

如果多个短MAC帧被组合成A-MPDU并且然后被发送，则假定被组合的单独的短MAC帧的序列号分别是N-2、N-1、N、0、1、以及2。也假定具有N和1的序列号的短的MAC帧具有错误，并且在没有错误的情况下具有N-2、N-1、1、以及2的序列号的短MAC帧被成功地接收。

在这样的情况下，在对于接收到的短MAC帧的块ACK重新排序之前接收STA执行MPDU解密和完整性校验(即，不论接收到的帧的实际传输如何)。然后，在处理具有1的序列号的短MAC帧期间，STA确定帧具有小于先前接收的帧的序列号并且将其存储的BPN(即，PN2||PN3||PN4||PN5)增加1。即，因为接收STA未能接收到具有N和0的序列号的帧，所以其接收具有比先前接收到的帧的序列号N-1小的1的序列号的帧，并且因此将BPN增加1。因为接收STA在还没有成功地接收具有N和0的序列号的帧的情况下已经增加BPN，所以如果接收STA通过重传成功地接收具有N和0的序列号的帧，对于这些短MAC帧，接收STA不正常地执行MPDU解密和完整性校验。

因此，本发明提出在短MAC帧的SC字段是PN的一部分(例如，PN0||PN1)的情况下，仅当考虑到多个短MAC帧的连续传输通过块ACK重新排序按照实际传输顺序顺序地排序接收到的短MAC帧之后执行MPDU解密和完整性校验时，在序列号翻转的情况下(即，在具有小于先前接收到的序列号的序列号的帧的接收之后)接收STA将被存储的BPN(例如，PN2||PN3||PN4||PN5)增加1。

换言之，可以定义仅当在块ACK重新排序之后块ACK不被使用或者被解密时，如果接收到的MPDU的序列号小于先前接收到的MPDU的序列号，则被存储在接收STA中的BPN(例如，PN2||PN3||PN4||PN5)被增加1。

同时，如果定义在块ACK重新排序之后执行MPDU解密和完整性校验，为还没有通过完整性校验的MPDU(即，经历完整性校验失败的MPDU)可以错误地更新块ACK重新排序缓冲器。即，因为接收STA没有办法确定是否MPDU将会在块ACK重新排序期间通过完整性校验，所以接收STA应将如已经接收到的所有的MPDU存储在块ACK重新排序缓冲器中。然后，如果具有完整性校验失败的MPDU被重发，考虑到MPDU是先前接收到的MPDU(即，从发送STA成功地接收到的MPDU)的复制，块ACK重新排序缓冲器可以丢弃MPDU。

为了避免此问题，MPDU解密和完整性校验应先于块ACK重新排序，并且在多个STA的连续发送情况下，发送STA应以可能不存在MPDU的方式发送MPDU，对于其在MPDU的序列号的翻转之前等待ACK的接收。

具体地，如果多个短ACK帧被组合成A-MPDU并且被发送，则不应允许N-2、N-1、N、0、1、以及2作为短MAC帧的序列号。这意指在从N到0的序列号的翻转之前，对具有N-2和N-1的序列号的MPDU应接收ACK的限制。

因此，发送STA可以在传输之前仅组合具有N-2、N-1以及N的序列号的短MAC帧，并且在不存在另一MPDU的情况下仅发送具有0的序列号的短MAC帧，对于其在发送STA中等待ACK的接收。

图24是图示根据本发明的另一示例性方法的流程图。

在步骤S2410中，STA可以接收帧(例如，MPDU)。

在步骤S2420中，STA可以使用接收到的帧的SC字段的值和被存储在STA中的部分PN(或者BPN)确定PN值。

在步骤S2430中，STA可以使用PN值执行用于帧的解密。

如果在块ACK重新排序之后执行解密，则STA可以执行由于SC字段的值的翻转将被存储在STA中的部分PN值(或者BPN值)增加1的操作。如果在块ACK重新排序之前执行解密，则不应执行由于SC字段的值的翻转将被存储在STA中的部分PN值(或BPN值)增加1的操作。

如果块ACK自身没有被使用，则可以执行由于SC字段的值的翻转将被存储在STA中的部分PN值(或者BPN值)增加1的操作，不论解密的序列和块ACK重新排序如何。

虽然在图24中描述的示例性方法被描述为一系列的操作，为了描述的清楚起见，这没有限制步骤的顺序。当需要时，可以同时或者以不同的顺序执行步骤。此外，在图24中描述的所有步骤不需要实现由本发明提出的方法。

在图24中描述的方法可以被实现使得本发明的前述的各种实施例可以被独立地应用或者它们中的两个或者更多个被同时应用。

图25是根据本发明的实施例的无线装置的框图。

STA 10可以包括处理器11、存储器12、以及收发器13。收发器13可以被配置成发送和接收无线信号，并且根据例如IEEE 802系统实现PHY层。处理器11可以被连接到收发器13并且根据IEEE 802系统实现PHY层和/或MAC层。处理器11可以被配置成根据本发明的前述各种实施例执行操作。而且，根据本发明的各种实施例的执行STA操作的模块可以被存储在存储器12中并且通过处理器11执行。存储器12可以驻留在处理器11的内部或者外部并且可以通过已知的装置被连接到处理器11。在图25中图示的STA 10可以是AP STA或者非AP STA。

在图25中图示的STA 10的处理器11可以被配置成通过控制收发器13接收帧。在这样的情况下，处理器11可以被配置成使用接收到的帧的SC字段的值和被存储在存储器12中的部分PN值(或者BPN值)确定PN值。此外，处理器11可以被配置成使用被确定的PN值解密接收到的帧。如果块ACK被用于包括接收到的帧的多个帧，仅当在块ACK重新排序之后执行解密时，允许处理器11执行由于SC字段的值的翻转将被存储在STA中的部分PN值(即，BPN值)增加1的操作。

可以以前述的各种实施例的描述可以被独立地实现或者实施例中的两个或者更多个可以被同时实现的方式具体地配置在图25中图示的STA 10，并且为了清楚起见冗余的描述被省略

通过各种手段，例如，硬件、固件、软件、或者其组合，能够实现上述实施例。

在硬件配置中，可以通过一个或多个专用集成电路(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、微处理器等来实现根据本发明的实施例的方法。

在固件或软件配置的情况下，可以以执行如上所述的功能或操作的模块、过程、功能等来实现根据本发明的实施例的方法。软件代码可以被存储在存储器单元中，并且通过处理器执行。存储器单元可以位于处理器内部或外部，并且可以经由通过各种公知的手段来向处理器发送数据和从处理器接收数据。

已经给出了本发明的优选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。虽然已经参考优选实施例而描述了本发明，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。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

虽然在IEEE 802.11系统的背景下在上面已经描述了本发明的各种实施例，但是其同样可应用于许多其它的移动通信系统。

Claims (9)

1.一种在无线通信系统中在站(STA)处接收帧的方法，包括：

接收包括序列控制(SC)字段的帧；

使用所述SC字段的值和存储在所述STA中的部分分组编号(PN)值确定分组编号(PN)；以及

使用所述PN执行用于所述帧的解密，

其中，当在块肯定应答(ACK)重新排序之后执行用于所述帧的解密时，执行操作，所述操作当所述接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号时将存储在所述STA中的部分PN值增加1。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述块ACK不被用于MAC协议数据单元(MPDU)，并且所述接收到的帧的SC字段的序列号小于所述先前的序列号，则存储在所述STA中的所述部分PN值被增加1。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述块ACK重新排序包括以序列号的升序对包括所述帧的多个帧进行排序。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PN是48个比特长，并且所述PN通过级联PN0、PN1、PN2、PN3、PN4以及PN5来确定，每一个是8个比特长。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述SC字段被设置为通过级联PN0和PN1获得的值。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，通过级联PN2、PN3、PN4以及PN5获得所述部分PN值。

7.所述的方法，其中，当所述序列号被翻转时，所述接收到的MAC协议数据单元(MPDU)的SC字段的序列号小于所述先前的序列号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述帧是MAC协议数据单元(MPDU)。

9.一种在无线通信系统中接收帧的站(STA)，所述STA包括：

收发器；和

处理器，

其中，所述处理器被配置成接收包括序列控制(SC)字段的帧，以使用所述SC字段的值和存储在所述STA中的部分分组编号(PN)值确定分组编号(PN)，并且使用所述PN执行用于所述帧的解密，并且

其中，当在块肯定应答(ACK)重新排序之后执行用于所述帧的解密时，执行操作，所述操作当所述接收到的帧的SC字段的序列号小于先前的序列号时将存储在所述STA中的部分PN值增加1。