CN107635288B - 无线通信系统及相关的无线通信方法及无线装置 - Google Patents

无线通信系统及相关的无线通信方法及无线装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于一竞争协定下的无线通信系统，其包含了一无线存取点以及至少一站台，其中该站台是用来在该竞争协定下与该无线存取点进行无线通信。在该无线通信系统的操作中，该无线存取点会广播一轮询使用序列以指派一时槽给该站台，且该站台接着使用被指派的该时槽来传送一数据封包至该无线存取点。

Description

无线通信系统及相关的无线通信方法及无线装置
技术领域
本发明涉及无线通信系统，特别涉及一种无线通信系统中一无线存取点与一或多个站台之间的无线通信方法。
背景技术
目前已有许多有线以及无线网络是使用分布式通道存取(distributed channelaccess)架构来达到多路存取。在一典型的例子中，诸如各种IEEE802.11的协定下的装置，该些装置可将存取分享至无线媒介(medium)，以及在需要进行传送的时候，会独立地选择数个可进行传送的(transmission-available)时槽(time slot)(或称退避时间(backoff)，亦可理解为用来进行倒数的时间)，以在尝试传送一封包之前进行延迟。每一个新的封包皆会选取一新的退避时间，而所选取的新退避时间为随机或是伪随机地(pseudo-randomly)选自该协定所决定出的一组可能的退避时间。不同的装置通常会选择不同的退避时间(因为每一传送器的退避时间是被独立地选择)，之后该些装置将不会于相同的时间进行传送。如此一来，该协定可允许采用相同的底层协定(underlying protocol)的不同装置分别在不同时间进行传送，而不需要再额外的使用任何协商或仲裁讯息的序列(explicit sequence of negotiation or arbitration messages)来进行沟通。以上为一“分布式”通道存取架构。
然而，若是两个或两个以上的装置选择了相同的退避时间值(backoff value)，在此情况下，将会发生碰撞(collision)的情形。
为了使上述分布式坐标系统能够有效率地运作，可供选择的退避时槽(availablebackoff slot)的数量必须比需要在给定时间进行传送的不同装置的数量更多。首先，可供选择的退避时槽的数量至少要相等于需要在给定时间进行传送的不同装置的数量，每一装置才能选择到不同的退避时槽；再者，若要进行传送的装置的数量很多，而退避时槽的数量仅仅稍微超出装置的数量，在此情况下也难以有令人满意的结果。
当有重叠的无线网络存在时(亦即，IEEE 802.11所提及的术语：重叠基本服务集(Overlapping Basic Service Sets，OBSSs))，一个装置或许会因为不同的无线网络之间的传输而判断无线传输媒介是忙碌的，而此装置，后续称为“站台(station)”，可能会因为邻近的重叠基本服务集的繁忙沟通传输，而被大幅地限制通过退避协定(backoffprotocol)存取无线媒介的能力。
在许多的无线通信协定中，包含IEEE 802.11，接收端通过轮询机制获取无线媒介的存取是可行的，而这个接收端(例如，中央控制器或是无线存取点)会传送一个封包以保留无线媒介一段足够的时间(至少让其他装置能够接收并理解到该接收端的讯息)，以供站台开始传输其数据。然而，这个方法增加了协定的负担，且这个负担会和网络媒介的繁忙程度以及邻近的想要传输数据的站台数量有关，此外，即使这些站台自接收端收到了轮询讯息，万一这些站台判断该无线媒介仍然处于繁忙状态时，则站台也无法开始进行数据传输。因此，为了实现一个成功的轮询讯息，接收端发送轮询讯息的时间点必需是站台在判断无线媒介是闲置状态时所进行回复的时间。然而，一般来说，由于隐藏节点(hidden node)的问题，接收端并无法得知站台对于无线媒介是否忙碌的判断结果，因此在一个成功的轮询之前可能会有一些失败的轮询产生。举例来说，在一个非常繁忙的环境中，站台可能只有百分之十的时间可以看到无线媒介是处于闲置状态，而接收端也只有在这百分之十的时间才可以成功的轮询，因此会严重地造成协定的负担。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种无线通信系统的一无线存取点与一站台之间的一操作协定及/或一存取方法，其可以在有重叠无线网络及隐藏节点的情形下允许更高的装置轮询效率，以解决上述的问题。
在本发明的一个实施例中，公开了一种用于一竞争协定下的一无线装置的无线通信方法，其包含了以下步骤：无线接收一轮询使用序列，其中该轮询使用序列指派一时槽给该无线装置；以及使用被指派的该时槽以传输一数据封包至一无线存取点。
在本发明的另一个实施例中，一种应用于竞争协定下的无线通信装置包含了一接收电路以无线接收一轮询使用序列，其中该轮询使用序列指派一时槽给该无线装置；以及一传送电路，使用被指派的该时槽以传输一数据封包至一无线存取点。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的无线网络系统的示意图。
图2为根据本发明一实施例的无线存取点与多个站台之间的通信的时序图。
图3为根据本发明另一实施例的无线存取点与多个站台之间的通信的时序图。
图4为根据本发明另一实施例的无线存取点与多个站台之间的通信的时序图。
图5为根据本发明的一实施例的不同的时间倒数的示意图。
附图标记说明：
100 无线通信系统
110 无线存取点
STA1～STAn 站台
具体实施方式
请参考图1，其为根据本发明一实施例的无线通信系统100的示意图。如图1所示，无线通信系统100包含一无线存取点(Access Point，AP)110及多个无线装置，其中该多个无线装置在后续被称为站台(station)STA1～STAn。在本实施例中，无线存取点110是通过无线的方式连接到站台STA1～STAn，且允许站台STA1～STAn通过无线保真(wirelessfidelity，Wi-Fi)或是其他相关规范来无线连接至一有线网络。此外，站台STA1～STAn可以是任何用户端装置，例如笔记本电脑、台式电脑、智能手机、平板电脑，或任何其它能够无线连接于无线存取点110的电子装置。换言之，该站台STA1～STAn具有一接收电路以及一传送电路，其中该接收电路用以接收来自该无线存取点110的封包；该传送电路用以传送一传送封包给该无线存取点110。由于该接收电路与该传送电路在本技术领域为现有技术，故省略较详细说明。
请参考图2，其为根据本发明一实施例的无线存取点110与多个站台STA1～STAn之间的通信的时序图，而在本实施例中是假设无线存取点110与多个站台STA1～STAn之间已经建立了连结。参考图2，无线存取点100主动地广播一轮询使用序列以用来指派时槽给至少一部分的站台STA1～STAn，其中该轮询使用序列包含了一媒体存取控制(Media AccessControl，MAC)位址序列以及一指定的持续时间。在本实施例中，该指定的持续时间是被保留以供无线存取点110与多个站台STA1～STAn之间的数据传输使用，且该媒体存取控制位址序列的序列编号则分别作为多个站台STA1～STAn的指派时槽，举例来说，以下的表格1绘示了本发明一实施例的媒体存取控制位址序列及相对应的时槽及站台的示意图。
序列编号 媒体存取控制位址 站台 指派时槽
1 XX-XX…. STA2 #1
2 YY-YY… STA3 #2
3 ZZ-ZZ…. STA1 #3
表格1
无线存取点110所广播的轮询使用序列仅包含了上述表格1中所示的“序列编号”以及“媒体存取控制位址”，而当站台STA1～STAn接收到轮询使用序列时，每一个站台会判断自己的媒体存取控制位址是否有出现在轮询使用序列之中，且只有媒体存取控制位址出现在轮询使用序列中的站台才被允许传送数据封包至无线存取点110。在表格1所示的实施例中，站台STA2、STA3、STA1分别对应到具有序列编号1～3的媒体存取控制位址，因此站台STA2、STA3、STA1分别被指派具有时槽#1、#2、#3，而其他未出现在轮询使用序列中的站台则不被允许在该指定的持续时间内传送数据封包给无线存取点110。
在一实施例中，以上所提到的时槽是由无线存取点110所决定与指派的，且所有的站台STA1～STAn均不涉及到时槽的决定。此外，以上所提到的时槽#1、#2、#3并非是作为发明的限制，在其他实施例中，站台STA2、STA3、STA1所被指派的时槽可以是#1、#3、#5，或是任何其他相对来说具有很小间隔的数值。
在站台STA1～STA3接收到轮询使用序列之后，每一个站台直接使用被指派的时槽来传送数据封包至无线存取点110。举例来说，由于站台STA2具有被指派的时槽#1，因此站台STA2直接使用时槽#1来传送数据封包至无线存取点110，亦即当站台STA2中的一个退避计数器(backoff counter)由“1”倒数至“0”的时候(同时，站台STA3的退避计数器(backoffcounter)由“2”倒数至“1”；以及STA1中的一个退避计数器(backoff counter)由“3”倒数至“2”)，站台STA2便会开始传送数据封包；接着，在接收到站台STA2所传送来的数据封包之后，若在操作的确认政策有需要，无线存取点110便会回复一个确认讯息(acknowledgement，ACK)。接着，由于站台STA3具有被指派的时槽#2，因此站台STA3直接使用时槽#2来传送数据封包至无线存取点110，亦即当站台STA3中的一个退避计数器(backoff counter)倒数至“0”的时候(同时，STA1中的一个退避计数器(backoff counter)由“2”倒数至“1”)，站台STA3便会开始传送数据封包；而在接收到站台STA3所传送来的数据封包之后，无线存取点110便会回复一个确认讯息。类似地，由于站台STA1具有被指派的时槽#3，因此站台STA1直接使用时槽#3来传送数据封包至无线存取点110，亦即当站台STA1中的一个退避计数器(backoff counter)倒数至“0”的时候，站台STA1便会开始传送数据封包；而在接收到站台STA1所传送来的数据封包之后，无线存取点110便会回复一个确认讯息。
站台STA2、STA3、STA1所传送的数据封包可以是一个完整的数据封包或是由管理讯框所提供的具有管理数据的封包。
此外，当一个站台(例如，站台STA2)传送封包的时候，位于站台STA2之后的其他所有站台会解码站台STA2的封包的封包持续时间字段(packet duration field)并且暂停其时间倒数，亦即站台STA1、STA3在这段时间不会进行退避时槽的倒数。
需注意的是，当已经到达被指派的时槽的时间点且站台有资格传送数据封包时，站台会判断目前的无线媒介是否处于繁忙状态(亦即，无线媒介是否被其他的装置占用着)，且站台只有在无线媒介不繁忙的时候(闲置)才会传送数据封包至无线存取点110。此外，当无线媒介繁忙时，站台并不会传送数据封包至无线存取点110，且直到无线存取点110广播下一个轮询使用序列以指派其他的时槽之前，此站台均没有资格传送数据封包，亦即此站台在目前的指定的持续时间内均不会传送数据封包。
在此以及通篇发明说明中，“时槽”可看作为“可得的(available)退避时槽”。常见的无线协定中(包括IEEE 802.11在内)，在退避时槽之前会先设置具有额外的帧间空间(inter-frame-space)以作长度的变化，进而改善一些操作，诸如空闲通道评估(clear-channel-assessment，CCA)、传送器对接收器(transmitter-to-receiver)以及接收器对传送器(receiver-to-transmitter)的周转时间(turnaround time)，以及其他的操作。经过适当地调整持续时间，这些操作亦可与本发明结合以增加实用性。
请参考图3，其为根据本发明另一实施例的无线存取点110与多个站台STA1～STAn之间的通信的时序图，而在本实施例中是假设无线存取点110与多个站台STA1～STAn之间已经建立了连结。参考图3，无线存取点100主动地广播一轮询使用序列以用来指派时槽给至少一部分的站台STA1～STAn，其中该轮询使用序列包含了一媒体存取控制位址序列以及一指定的持续时间。类似图2所示的实施例，媒体存取控制位址的序列编号则分别作为一部分的站台STA1～STAn的指派时槽。
在图3所示的实施例中，站台SAT2具有一指派时槽，且当到达该指派时槽的时间点且站台SAT2有资格传送数据封包时，站台STA2会通过发送一个保留封包(reservationpacket)来保留一段持续时间，且站台STA2仅使用所保留的持续时间的一部分来传送数据封包至无线存取点110。在数据封包传送结束，且站台STA2收到来自无线存取点110的一确认讯息之后，站台STA2另外广播一个轮询序列至一部分其他的站台，例如图3所示的站台STA3，以告知现在可以允许与无线存取点110进行数据传输，其中站台STA2所广播的该轮询序列包含了站台STA3所对应到的媒体存取控制位址及/或一指派时槽。而在接收到该轮询序列之后，站台STA3可以利用站台STA2所保留的持续时间的剩余部分来传送数据封包至无线存取点110，且当无线存取点110接收到数据封包之后，便会回复一个确认讯息。
在上述的实施例中，如果站台STA2可以与另一个无线装置进行沟通联系，但是该另一个无线装置与无线存取点110互相为隐藏节点(亦即，该另一个无线装置与无线存取点110无法听到或是联系到对方)时，该另一个无线装置传送数据封包至站台STA2的时间点可能会与站台STA2传送数据封包至无线存取点110的时间重叠，因而造成碰撞(collision)的问题。为了避免碰撞事件的发生，当到达指派时槽的时间点且一站台有资格传送数据封包时，该站台会广播一个允许传送(clear to send，CTS)封包以告知其他的无线装置(亦即，无线存取点110的隐藏节点)目前的无线媒介在所保留的持续时间内已经被使用/占据。详细来说，请参考图4，当位于所指派的时槽时，站台STA2会发送一个允许传送封包以保留一段持续时间，且在接收到来自无线存取点110的确认讯息之后，站台STA2开始传送数据封包至无线存取点110。
通过使用图4所示的实施例，由于站台STA2在传送数据封包至无线存取点110之前会先发送一个允许传送封包(CTS)以通知其他的无线装置(如，无线存取点110的隐藏节点)，因此，其他的无线装置在所保留的持续时间内均不会发送数据封包至站台STA2，故可以避免隐藏节点问题所造成的碰撞事件发生。
图4所示的实施例可以被视为一个保护策略(隐藏节点保护策略)，图2及图3的实施例可视为省略此保护策略，且站台STA1～STAn可以根据来自无线存取点110的指示在这两种模式之间切换。举例来说，无线存取点110可以另外广播一个保护策略讯息以指派一第一模式或是一第二模式，其中当该保护策略讯息指派该第一模式，且当到达指派时槽的时间点且一站台有资格传送数据封包时，该站台会广播一个允许传送封包以保留一段持续时间，接着在接收到无线存取点110的确认讯息之后才会传送数据封包至无线存取点110(例如，图4所示的实施例)。另一方面，当该保护策略讯息指派该第二模式，且当到达指派时槽的时间点且一站台有资格传送数据封包时，该站台不会传送允许传送封包，而是直接传送数据封包至无线存取点110(例如，图2所示的实施例)。
此外，当站台STA1～STAn采用不同模式时，其倒数时间是不同的。详细来说，参考图5，如果不采用保护策略时，每一个倒数时间会对应到的单一个时槽；而如果采用保护策略时，对应到所指派的时槽的倒数时间会包含一允许传送时间、一短帧间间隔(shortinter-frame space，SIFS)以及一时槽时间。如此一来，所有的站台会被允许有一段适当的时间延迟。
在一实施例中，无线存取点110可以广播一个封包以终止轮询操作。举图2为例子来说，在站台STA2完成数据传送之后，无线存取点110可以发送一个封包至站台STA1、STA3以终止轮询操作，亦即站台STA1、STA3将不会传送数据封包至无线存取点110，直到接收到下一个轮询使用序列为止。
此外，在广播轮询使用序列之前，无线存取点110可以判断站台STA1～STAn是否支援本发明的实施例的协定内容。举例来说，但并非是作为本发明的限制，每一个站台STA1～STAn在初始网络连结时会先发送一个讯息以告知所支援的协定；或是站台STA1～STAn的能力(所支援的协定)会搭配其他的协定内容；或是无线存取点110会和站台STA1～STAn交换管理讯框以询问其是否有能力支援本发明实施例的协定；抑或是无线存取点110使用试误法来推定站台STA1～STAn的能力。
简要归纳，在本发明的实施例中，由于无线存取点会主动地发送轮询使用序列以指派时槽给多个站台，且每一个站台也只会在被指派的时槽才会传送数据封包给无线存取点，因此，可以降低协定负担。此外，通过使用保护策略，本发明的实施例可以在具有重叠网络及隐藏节点的环境下允许更有效率的站台轮询机制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种用于一竞争协定下的一无线装置的无线通信方法，包含有：
无线接收一轮询使用序列，其中该轮询使用序列指派一时槽给该无线装置；以及
使用被指派的该时槽以传输一数据封包至一无线存取点；
其中该时槽是由该无线存取点所决定及指派，且该无线装置不涉及该时槽的决定；
在该无线装置传送该数据封包至该无线存取点之后，该无线装置广播一轮询序列给另一无线装置以告知该另一无线装置允许与该无线存取点进行通信。
2.如权利要求1所述的无线通信方法，其中，该轮询使用序列包含了该无线装置的至少一部分媒体存取控制位址、以及用来进行数据传输的一指定持续时间；以及对应于该无线装置的该至少一部分媒体存取控制位址序列的序列编号是作为该无线装置被指派的该时槽。
3.如权利要求1所述的无线通信方法，其中当到达所指派的该时槽的时间点且该无线装置有资格传送该数据封包时，该无线装置会判断一无线媒介是否忙碌，且该无线装置只有在该无线媒介被判断为不忙碌的时候才传送该数据封包至该无线存取点。
4.如权利要求1所述的无线通信方法，其中使用被指派的该时槽以传输该数据封包至该无线存取点的步骤还包括有：
保留一持续时间；以及
仅使用一部分的该持续时间来传送该数据封包至该无线存取点；
其中，而该持续时间的剩余部分则用来给该另一无线装置进行数据传送。
5.如权利要求1所述的无线通信方法，其中使用被指派的该时槽以传输该数据封包至该无线存取点的步骤还包括有：
广播一允许传送封包以保留一持续时间；以及
在收到回复的一确认讯息之后，才传送该数据封包至该无线存取点。
6.如权利要求1所述的无线通信方法，还包括有：
接收一保护策略以被指派一第一模式或是一第二模式。
7.一种用于一竞争协定下的一无线装置，包含有：
一接收电路，是无线接收一轮询使用序列，其中该轮询使用序列指派一时槽给该无线装置；以及
一传送电路，是使用被指派的该时槽以传输一数据封包至一无线存取点；
其中该时槽是由该无线存取点所决定及指派，且该无线装置不涉及该时槽的决定；
在该无线装置传送该数据封包至该无线存取点之后，该无线装置广播一轮询序列给另一无线装置以告知该另一无线装置允许与该无线存取点进行通信。
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