CN110741575A - 用于双向业务的无线传输的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的设备，该设备包括处理器，该处理器用于引导封装在双向网络传输协议中的数据由第一无线发射器以第一频率发送，以及引导响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器以第二频率发送。与提供半双工无线数据通信的其他标准方法相比，本文描述的设备提供在分布式无线网络上的全双工无线数据通信。与基于半双工的无线网络协议相比，全双工模式通过分布式无线网络更有效地传输业务。

Description

用于双向业务的无线传输的系统和方法
背景技术
在一些实施例中，本发明涉及无线网络，并且更具体地但非排他地，涉及用于通过分布式无线网络传输数据的系统和方法。
无线计算机网络(例如无线局域网(wireless local area network，WLAN))部署在诸如办公室、住宅、购物中心、和学校等区域。无线网络为诸如智能手机、平板电脑、和手表计算机之类的移动设备提供无线通信服务，并为诸如台式个人计算机、智能电视、和机顶盒之类的固定计算机设备提供无线通信服务。
寻求新的系统和方法来满足在无线网络连接的客户终端上运行的应用对带宽的不断增长的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的设备、方法、计算机程序产品、和系统。
通过独立权利要求的特征实现前述目的和其他目的。根据从属权利要求、说明书、和附图，其它的实现形式是显而易见的。
根据第一方面，一种用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的设备包括：处理器，该处理器用于：引导封装在双向网络传输协议中的数据由第一无线发射器以第一频率发送，以及引导响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器以第二频率发送。
术语“引导”特别表示数据包的桥接和/或路由。
根据第二方面，一种通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的方法包括：引导封装在双向网络传输协议中的数据由第一无线发射器以第一频率发送，以及引导响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器以第二频率发送。
与提供半双工无线数据通信的其他标准方法相比，本文描述的设备、系统、方法、和/或代码指令提供了在分布式无线网络上的全双工无线数据通信。与基于半双工的无线网络协议相比，本文所述的以全双工模式操作的设备、系统、方法、和/或代码指令更高效地通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据。
与未提供这种改善的RDG方法相比，本文描述的系统、方法、设备、和/或方法提供了对下行信道对上行重试的脆弱性的改善。
本文描述的系统、方法、设备、和/或方法对客户终端和AP的操作是透明的，因此不需要调整安装在客户终端和AP上的无线(例如Wi-Fi)网络硬件(例如协议支持、硬件调整、软件安装)。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，分布式无线网络基于IEEE 802.11标准。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，封装在双向无线网络协议中的数据由第一无线发射器以第一频率在从网络核心到客户终端的下行方向发送，应答消息由第二无线发射器以第二频率在从为客户终端提供无线通信服务的最后一个中继器到网络核心的上行方向发送。
预计下行方向要比上行方向传输更多的数据，例如，从网络核心到客户终端的流视频和其他应用数据。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，封装在双向网络传输协议中的数据由实现客户终端和网络接入点之间的无线信道的每个无线中继器传输，并且应答消息直接在为客户终端提供无线通信接入的单个中继器和网络接入点之间传输。
将应答消息直接从(为客户终端提供无线通信服务的)最后一个中继器传输到网络接入点可以避免额外的时延和/或抖动，否则这些时延和/或抖动会因路由额外的中继器而引入。例如，根据计算的端到端(end to end，E2E)往返时间(round trip time，RTT)确定TCP流量控制。
与基于额外的中继器之间的中继段执行ACK TCP包的标准方法相比，将应答消息直接从单个中继器传输到网络接入点减少了TCP RTT。与基于多个中继器的中继段的标准方法相比，通过将应答消息直接从最后一个中继器传输到网络接入点，可以避免将由额外的每个节点中继段所引入的RTT时间的增加和/或额外的抖动，从而提高了效率并提高了端到端吞吐量。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，封装在双向网络传输协议中的数据由实现客户终端和网络接入点之间的无线信道的每个无线中继器来传输，应答消息直接在客户终端和网络接入点之间传输。
可以以比封装数据的传输频率低的频率来传输应答消息。与高频率相比，低频率提供了相对较大的范围，从而提供了从客户终端和/或(为客户终端提供服务的)最后一个中继器到网络接入点的直接传输。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，该方法还包括和/或处理器用于在缓冲多个应答消息时发送最新的应答消息并删除至少一个旧的应答消息。
删除旧的应答消息通过减少传输的消息的总数进一步提高了应答消息的传输效率。可以忽略旧的应答消息并用最新的应答消息来代替。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，分布式无线网络包括与网络核心通信的无线接入点和至少一个中继器，上述至少一个中继器中的每个用于与以下至少之一通信：至少一个客户终端和另一中继器。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，双向网络传输协议包括传输控制协议(transmission control protocol，TCP)，在下行链路中传输的数据包括TCP DATA包，在上行链路中传输的应答消息包括TCP ACK包。
所描述的系统、设备、方法、和/或代码指令提供了TCP快速斜升(例如ACK频率从1：2快速斜升到1：6)以及从错误中快速恢复，这改善了视频应用的传输。
本文描述的全双工架构在TCP RTT中对于每个中继器节省了多达20毫秒(millisecond，milSec)。TCP ACK可能最多等待DL TxOP(10milSec)。TCP DATA可能最多等待DL TxOP(10milSec)。AP和客户终端都可以安全地使用整个TxOP周期，而不会在相反的一侧造成额外的时延。删除在下载和上传之间的解耦。总体而言，TCP吞吐量增加了约10-15％。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，TCP ACK包被定义为基于Wi-Fi多媒体(Wi-Fi-multimedia，WMM)标准的语音接入类(access category，AC)，TCP ACK包被定义为非聚合的单个媒体访问控制协议数据单元(media access control protocol data unit，MPDU)。
与A-MPDU实施方式相比，将TCP ACK包定义为基于Wi-Fi多媒体(WMM)标准的语音接入类(AC)和单个MPDU可以进一步提高应答消息的传输效率。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，分布式无线网络包括无线网状网络。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，第一频率基于5千兆赫(Gigahertz，GHz)频段无线信道，第二频率基于2.4GHz频段无线信道。
5GHz宽带(例如，高达160MHz)设计为用于高速回程，因此适合传输大量数据，例如TCP DATA包的传输。与较高的5GHz频段相比，较低频率的2.4GHz频段无线信道更适合于广阔的本地覆盖，并且可以用于将应答消息直接从(为客户终端提供无线通信服务的)最后一个中继器传输到AP。2.4GHz频段为应答消息的传输提供了超低时延和低路径损耗的特性。设计为用于低带宽的2.5GHz窄带(例如20Mhz)足以传输例如TCP ACK包的应答消息。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，第一发射器和第二发射器同时发送。
两个无线电的同时传输提供了无线网络的全双工操作。
在第一方面和第二方面的另一实现形式中，该方法还包括和/或处理器用于将从外部网络接收并封装在双向网络传输协议中的数据路由到第一虚拟局域网VLAN，以及提取由第二无线发射器发送的来自第二VLAN的应答消息并将提取的应答消息路由到外部网络。
可以基于本文描述的示例性VLAN在现有设备上实现本文描述的系统、设备、方法、和/或代码指令。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和/或科学术语都具有与本发明所涉及领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管与本文所述的方法和材料类似或等效的方法和材料可以用于本发明的实施例的实践或测试，但下文描述示例性方法和/或材料。倘若有冲突，以本说明书(包含定义)为主。另外，材料、方法、和示例仅为说明性的，并不是必须的限制。
附图说明
本文仅作为示例参考附图描述了本发明的一些实施例。现在详细参考附图，需要强调的是所示的项目是作为实例，且是为了说明性地讨论本发明的实施例。这样，根据说明书和附图，可以如何实践本发明的实施例对本领域的技术人员而言是显而易见的。
在附图中：
图1是表示802.11MAC开销的示意图，该示意图有助于帮助理解本发明的一些实施例解决的技术问题；
图2是描述了基于802.11反向授权(RDG)的数据流的示意图，该示意图有助于理解本发明的一些实施例解决的技术问题；
图3是根据本发明的一些实施例的系统的组件的框图，该系统包括用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的至少一个计算设备；
图4是根据本发明的一些实施例的通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的方法的流程图；
图5是描述了根据本发明的一些实施例的在为客户终端提供无线通信服务的最后一个中继器和AP之间经由多个中继器由第一发射器发送封装的数据以及由第二发射器发送封装的应答消息的分布式无线网络的示意图；
图6是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的通过分布式无线网络由第一发射器以5GHz发送TCP DATA包以及由第二发射器以2.4GHz发送TCP ACK消息的示例性实现的示意图；
图7是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的分布式无线网络714的示例性实施方式的示意图，该分布式无线网络714实现了从为客户终端提供通信服务的最后一个中继器到AP的方向的TCP ACK包的传输；
图8是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的分布式无线网络的示例性实施方式的示意图，该分布式无线网络实现了用于由第一发射器以第一频率发送TCP DATA包，以及由第二发射器以第二频率发送TCP ACK包的VLAN；以及
图9包括示出了根据本发明的一些实施例的用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的频段绑定改善的图。
具体实施方式
在一些实施例中，本发明涉及无线网络，并且更具体地但非排他地，涉及用于通过分布式无线网络传输数据的系统和方法。
如本文中所使用的，术语“双向网络传输协议”意指被设计为通过从发送方到接收方以及从接收方回到发送方这两个方向的数据传输来操作的网络传输协议。示例性双向网络传输协议包括传输控制协议/互联网协议(transmission control protocol/internetprotocol，TCP/IP)。在一个方向(例如，下行)传输TCP DATA包，并在相反的方向(例如，上行)传输TCP ACK包。
本发明的一些实施例的一个方面涉及用于引导封装在双向网络传输协议中的数据(例如，基于TCP/IP协议的DATA包)由第一无线发射器以第一频率通过分布式无线网络发送，以及引导响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息(例如TCP ACK包)由第二无线发射器以第二频率发送的设备、系统、方法、和/或代码指令。
本文描述的设备、系统、方法、和/或代码指令可以被实现为在客户终端和与网络核心通信的接入点(access point，AP)之间进行传输的一个或多个无线节点中继器。
可选地，封装在双向网络传输协议中的数据由第一无线发射器以第一频率在从AP到客户终端的下行方向发送。应答消息由第二无线发射器以第二频率在从为客户终端提供无线通信服务的最后一个中继器到AP的上行方向发送。
可选地，在具有两个或两个以上的中继器的环境中(例如，在链状和/或网状网络架构中)，为了在客户终端和AP之间提供无线通信服务，应答消息直接从为客户终端提供无线通信服务的最后一个中继器传输到AP。中间中继器不参与最后一个中继器和AP之间的对应答消息的路由和/或中继。
与提供半双工无线数据通信的其他标准方法相比，本文描述的设备、系统、方法、和/或代码指令提供了在分布式无线网络上的全双工无线数据通信。与基于半双工的无线网络协议相比，本文所述的以全双工模式操作的设备、系统、方法、和/或代码指令更高效地通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解，本发明的应用不必限于在以下描述中阐述和/或在附图中和/或示例中示出的元件和/或方法的结构和布置的细节。本发明能够具有其他实施例或以各种方式被实践或执行。
本发明可以是系统、方法、和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括其上具有用于使处理器执行本发明的方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或媒质)。
该计算机可读存储介质可以是可以保留和存储供指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备、或前述的任何合适的组合。
可以将本文描述的计算机可读程序指令从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由诸如互联网、局域网、广域网、和/或无线网络等网络下载到外部计算机或外部存储设备。
计算机可读程序指令可以完全在用户计算机上执行、部分在用户计算机上执行、作为独立软件包执行、部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(local area network，LAN)或广域网(wide area network，WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。在一些实施例中，包括诸如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(field-programmable gate arrays，FPGA)、或可编程逻辑阵列(programmable logic arrays，PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息以执行计算机可读程序指令来个性化电子电路，以执行本发明的方面。
本文参考根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本发明的各方面。应理解，流程图图示和/或框图的每个框，以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实现。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法、和计算机程序产品的可能实现的架构、功能、和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、片段、或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方案中，框中提出的功能可以不按图中提出的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图图示中的每个框，以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以通过基于专用硬件的执行指定功能或动作，或实行专用硬件和计算机指令的组合的系统实施来实现。
无线数据网络协议(例如IEEE 802.11 WLAN)被设计为以半双工模式运行，和/或未被设计为用于通过无线网络最佳地传输双向业务。例如，IEEE 802.11 WLAN通常在竞争周期(contention period，CP)模式下运行，这是一种非调度模式，在该模式下，WLAN基本服务集(basic service set，BSS)中的每个成员都试图基于载波侦听多址访问/冲突避免(carrier-sense multiple access with collision avoidance，CSMA\CA)方法获得媒体访问。IEEE 802.11 WLAN是半双工协议。接入点(AP)可以以多用户多输入多输出(Multi-user multiple-input multiple-output，MU-MIMO)，或以802.11ax正交频分多址(orthogonal frequency-division multiple access，OFDMA)模式发送到BSS客户端或几个客户端。AP可以处于接收模式以MU-MIMO或802.11ax OFDMA模式接收客户端的上行业务或多个客户端的上行业务。
在分布式无线网络上以半双工模式操作设计为用于双向操作的网络传输协议(例如TCP/IP)会降低数据传输的效率。例如，TCP ACK包长度小于64个字节。TCP ACK包与TCPDATA包间的典型比率例如在1：2(例如慢启动)到1：6(例如高吞吐量)之间变化。例如，对于300兆比特每秒(megabits per second，Mbps)的下行业务，最大传输单元(maximumtransmission unit，MTU)大小为1500字节，或25,000个数据包每秒(packets per second，pps)。对于1：6的TCP ACK比率，帧每秒(frame per second，fps)速率为4166，或大约4帧每毫秒(millisecond，mSec)。假设TCP ACK的帧长度为64字节*4166fps＝2.13Mbps。802.11媒体访问控制(media access control，MAC)效率基于每次传输(约207微秒(microsecond，uSec))的恒定MAC开销。随着PHY速率的增加，无线网络吞吐量利用率降低。例如，对于一个1536字节的帧，聚合的MAC协议数据单元(aggregated MAC protocol data unit，A-MPDU)大小为16帧，在单个站(station，STA)的最佳环境中，获得以下示例性应用：
*40兆赫(Megahertz，MHz)的具有200兆比特每秒(Mbps)的短保护间隔(guardianinterval，GI)的MCS9 1流转换为160Mbps(等于约80％的利用率)。
*80MHz的具有433.3Mbps的短GI的MCS9 1流转换为290Mbps(等于约68％的利用率)。
*80MHz的具有每秒1.3吉比特每秒(Gigabits per second，Gbps)的短GI的MCS9 3流转换为520Mbps(等于约40％的利用率)。
尽管约为2-4Mbps的TCP ACK业务相对于300Mbps的下行业务(约1.3％)而言可以视为微不足道，但基于上述考虑因素，例如基于半双工CSMA\CA的协议和对于高PHY速率低吞吐量的非常低的802.11MAC效率，实际上，1.3％的上行/下行比率使下行业务减少了10-20％。对于速率为300Mbps的包括多个中继器的分布式无线网络(例如，Wi-Fi系统)，下行业务利用率进一步降低。
现在参考图1，该图是表示802.11MAC开销的示意图，该示意图有助于帮助理解本发明的一些实施例解决的技术问题。
现在参考图2，该图是描述了基于802.11反向授权(reverse direction grant，RDG)协议的数据流的示意图，该示意图有助于帮助理解本发明的一些实施例解决的技术问题。RDG方法旨在使AP能够将发送(transmission，Tx)作为AP发送机会(transmissionopportunity，TxOP)的一部分授权给客户终端，而无需执行CSMA\CA。因为反向数据包不需要在队列中等待至站挂起TxOP，而是可以在为其余TxOP分配了RD应答器时立即发送，所以RDG机制显然减少了反向链路业务的时延并提高了链路效率。
与RDG机制相比，本文描述的系统、方法、设备、和/或方法提供：
*与RDG方法的半双工操作相比，全双工操作。
*与没有提供这种改善的RDG方法相比，改善了下行信道对上行重试的脆弱性。
*对客户终端和AP的操作透明，因此与需要无线网络硬件芯片供应商的支持以在客户终端和AP上实施的RDG方法相比，不需要调整无线(例如Wi-Fi)网络硬件(例如协议支持、硬件调整、软件安装)。
现在参考图3，该图是根据本发明的一些实施例的系统300的组件的框图，该系统包括用于通过分布式无线网络304传输封装在双向网络传输协议中的数据的至少一个计算设备302。
每个计算设备302可以被实现为无线中继器和/或无线节点，计算设备302接收无线信号并转播该信号。
每个计算设备302包括执行存储在存储器306中的代码指令的一个或多个处理器304。处理器304可以包括代码指令的硬件实现。处理器304引导封装在双向网络传输协议中的接收的数据由第一无线发射器308以第一频率发送，并且引导响应于上述数据的接收而生成的双向网络传输协议的接收的应答消息由第二无线发射器310以第二频率发送。
第一发射器308操作的第一频率基于5千兆赫(GHz)频段无线信道。第二发射器310操作的第二频率基于2.4GHz频段无线信道。5GHz宽带(例如，高达160MHz)设计为用于高速回程，因此适合传输大量数据，例如TCP DATA包的传输。与5GHz频段相比，较低频率的2.4GHz频段无线信道更适合于广阔的本地覆盖，并且可用于将应答消息直接从(为客户终端提供无线通信服务的)最后一个中继器传输到AP。2.4GHz频段为应答消息的传输提供了超低时延和低路径损耗特性。设计为用于低带宽的2.4GHz窄带(例如20MHz)足以传输诸如TCP ACK包的应答消息。
第一发射器308和第二发射器310可以同时发送。两个无线电的同时传输提供了无线网络的全双工操作。
第一发射器308和第二发射器310可以被实现为单独的组件(例如两个天线或两组天线)。单独的组件设计为提供同时传输。
为了解释的清楚和简单，描述了计算设备302的传输功能。应理解，每个计算设备304可以执行发射器和接收器功能。每个计算设备302包括用于以第一频率发送的第一发射器308和用于以第二频率发送的第二发射器310。每个发射器308和310可以充当接收器，可选地被实现为收发器。或者，接收器被实现为计算设备302的另一组件。发射器308和310被实现为根据选择的无线通信架构和/或调制方案布置的一个或多个天线。
计算设备302可以被实现为，例如无线中继器、无线节点、无线路由器、另一无线接入点、以及执行中继器和/或中继功能的客户终端(例如，固定设备、移动设备、智能手机、平板电脑、台式计算机、和服务器)。计算设备302可以被实现为，例如独立单元、安装在现有设备(例如，现有中继器和/或客户终端)上的软件、和/或硬件卡、或附属或插入到现有设备中的其他组件。
每个计算设备302包括各自的处理器304，处理器304可以被实现为，例如中央处理器(central processing unit，CPU)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、定制电路、用于与其他单元连接的处理器、和/或专用硬件加速器。处理器304包括一个或多个处理器(同构的或异构的)，这些处理器可以被布置为集群和/或作为一个或多个多核处理单元以用于并行处理。
每个计算设备302包括各自的存储器306，存储器306存储由处理器304执行的代码指令。应注意，处理器304可以被设计为以硬件方式实现存储为代码指令的一个或多个特征。存储器306可以被实现为例如硬盘驱动器、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、光盘驱动器、和/或其他存储设备。
计算设备302可以包括各自的物理用户界面312或与各自的物理用户界面312通信，该物理用户界面312包括用于输入数据和/或显示(和/或收听)数据的机制，例如，触摸屏、显示器、键盘、鼠标、语音激活软件、和麦克风中的一个或多个。应注意，可以例如由管理计算设备经由有线和/或无线连接来远程控制和/或远程配置计算设备302。这种情况下，用户界面312可以与远程管理计算设备通信。
计算设备302被布置在分布式无线网络架构314中以提供接入点(AP)316和客户终端318之间的无线通信服务。例如为了增加对接入AP 316的客户终端318的无线服务的覆盖范围，分布式无线网络314包括一个或多个计算设备302。出于示例目的仅示出了三个计算设备302，虽然典型的部署包括三个或四个中继器以提供对典型区域(例如，住宅、学校、办公室)的覆盖，但是可以实现具有一个、两个、或三个以上的计算设备302的架构。每个计算设备302传输到另一个计算设备302(例如，当用作链状和/或网状架构中的中继器时)和/或传输到客户终端318。
可选地，分布式无线网络314基于IEEE 802.11标准。
可选地，分布式无线网络314包括无线网状网络，其中基于网状架构布置多个计算设备302，从而为一个或多个客户终端318提供服务。
接入点316可以被实现为独立的组件，例如，被实现为(例如，当与计算设备302通信和/或包括计算设备302时)使用有线连接连接到核心网的基于有线的接入点、无线接入点(wireless access point，WAP)、无线接入网(radio access network，RAN)、和无线网络的基站。
AP 316与网络核心320(例如，互联网、专用网络、无线蜂窝网络、和固定电话网络)通信。网络核心320包括一个或多个网络组件，例如服务器、路由器、一个或多个网络、和客户终端。
现在参考图4，该图是根据本发明的一些实施例的通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的方法的流程图。参考图3描述的系统300可以实现参考图4描述的方法的动作。参考图4描述的方法表示系统300的一个计算设备302的操作。
在402，数据由计算设备302的无线接收器接收。上述数据可以从客户终端318接收并指定为(直接或经由另一计算设备)传输到AP 316，和/或上述数据可以从客户终端318接收并指定为(直接或经由另一计算设备)传输到AP 316，和/或上述数据可以从另一计算设备302接收并指定为传输到另一计算设备302、客户终端318、和/或AP 316。
所接收的数据包括封装在双向网络传输协议中的数据和/或响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息。
当(例如，作为单独的组件)实施两个接收器时，可以同时接收封装的数据和/或应答消息。
在404，计算设备302的处理器304引导封装在双向网络传输协议中的接收的数据由第一无线发射器308以第一频率发送。
可选地，封装在双向网络传输协议中的数据由第一无线发射器308以第一频率在从网络核心320到客户终端318的下行方向(由箭头322表示)发送。
预计下行方向要比上行方向传输更多的数据，例如，从网络核心到客户终端的流视频和其他应用数据。
在406，计算设备302的处理器304引导接收到的响应于数据的接收而生成的双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器310以第二频率发送。
可选地，应答消息由第二无线发射器310以第二频率在从为客户终端318提供无线通信服务的最后一个中继器(即，计算设备302)(由326表示的最后一个中继器)到网络核心320的上行方向(由箭头324表示)发送。
可选地，双向网络传输协议被实现为传输控制协议(transmission controlprotocol，TCP)。上述封装的数据包括TCP DATA包，上述应答消息包括TCP ACK包。所描述的系统、设备、方法、和/或代码指令提供了TCP快速斜升，例如ACK频率从1：2快速斜升到1：6，以及快速错误恢复，这改善了视频应用的传输。
可选地，将TCP ACK包定义为基于Wi-Fi多媒体(Wi-Fi-Multimedia，WMM)标准的语音接入类(access category，AC)，将TCP ACK包定义为非聚合的单个媒体访问控制协议数据单元(media access control protocol data unit，MPDU)。与A-MPDU实施方式相比，基于Wi-Fi多媒体(WMM)标准和单个MPDU将TCP ACK包定义为语音接入类(AC)进一步提高了应答消息的传输效率。
可选地，直接在为客户终端318提供无线通信服务的最后一个中继器(即，由326表示的计算设备302)和接入点316之间传输应答消息，如箭头328所示。可替代地或另外地，当客户终端318包括合适的传输硬件和/或代码指令时，应答消息直接从客户终端318传输到AP 316。应答消息不由其他计算设备中继和/或路由。应注意，封装在双向网络传输协议中的数据由实现客户终端318和网络接入点316之间的无线信道的每个无线中继器(即，计算设备302)传输。
可以以比封装数据的传输频率低的频率来传输应答消息。与高频率相比，低频率提供了相对较大的范围以提供从客户终端和/或(为客户终端提供服务的)最后一个中继器到网络接入点的直接传输。
将应答消息直接从(为客户终端提供无线通信服务的)最后一个中继器传输到网络接入点避免了额外的时延和/或抖动，否则这些时延和/或抖动会因路由额外的中继器而引入。例如，根据计算的端到端(end to end，E2E)往返时间(round trip time，RTT)确定TCP流量控制。
现在参考图5，该图是描述了根据本发明的一些实施例的在为客户终端518提供无线通信服务的最后一个中继器502C和AP 516之间经由多个中继器502A-B由第一发射器发送封装的数据以及由第二发射器发送封装的应答消息的分布式无线网络514的示意图。分布式无线网络514可以如参考图3的系统300所描述的那样实现，和/或基于参考图4描述的方法来操作。RTT计算为下行时间和上行时间的总和。下行时间基于TCP数据路径，该路径定义为：(AP 516到中继器A 502A)+(中继器A 502A到中继器B 502B)+(中继器B 502B到中继器C 502C)+(中继器C 502C到客户终端518)。上行时间基于TCP ACK路径，该路径定义为：(客户终端518到中继器C 502C)+(中继器C 502C到中继器B 502B)+(中继器B 502B到中继器A 502A)+(中继器A 502A到AP 516)。通过将TCK ACK包直接从中继器C 502C传输到AP516，避免了路径(中继器C 502C到中继器B 502B)+(中继器B 502B到中继器A 502A)+(中继器A 502A到AP 516)，从而减少了上行时间。
与基于额外的中继器之间的中继段执行ACK TCP包的标准方法相比，将应答消息直接从单个中继器传输到网络接入点减少了TCP RTT。与基于多个中继器的中继段的标准方法相比，通过将应答消息直接从最后一个中继器传输到网络接入点，可以避免将由额外的每个节点中继段所引入的RTT时间的增加和/或额外的抖动，从而提高了效率并提高了端到端吞吐量。
直接传输将TCP RTT减少了数十毫秒(例如41毫秒比11毫秒)。TCP ACK鲁棒性增加。每次无线(例如Wi-Fi)回程传输都会增加冲突和包概率。将TCP ACK传输限制为单次直接传输增强了链路的鲁棒性。特别地，当以2.4GHz传输应答消息时，与以5GHz传输相比，增益约为7分贝(decibel，dB)。此外，与5GHz传输的80MHz相比，2.5GHz传输的20MHz频段增加了6dB。
TCP ACK的Tx时间约为250-300微秒(μSec)，包括约200μSec的无线网络(例如Wi-Fi)开销+约50-80μSec的数据符号。尽管回程链路使用80MHz的VHT 3SS，但每个中继器的中继段增加了约200μSec的时延。在低MCS下以20MHz直接从最后一个中继器传输到AP仅产生了符号传输时间，同时节省了大部分多中继段开销。通过不同参数值得到的示例性覆盖范围包括：
*5GHz、80MHZ、MCS 7、3SS：产生约8米(m)的覆盖范围。
*2.4GHz、80MHZ、MCS 7、3SS：产生约13m的覆盖范围。
*2.4GHz、20MHz、MCS 3、1SS：产生约84m的覆盖范围。
现在返回参考图4的动作406，可选地，在缓冲多个应答消息时，计算设备302发送最新的应答消息并删除旧的应答消息。删除旧的应答消息通过减少传输的消息的总数进一步提高了应答消息的传输效率。可以忽略旧的应答消息并用最新的应答消息来代替。
可选地，根据虚拟局域网(virtual local area network，VLAN)架构来实现动作402、404、和406。可以在AP 316和/或计算设备302上配置VLAN。将从外部网络(例如，网络核心320)接收并封装在双向网络传输协议中的数据路由到第一虚拟局域网VLAN。提取由第二无线发射器发送的来自第二VLAN的应答消息并路由到外部网络。可以基于本文描述的示例性VLAN在现有设备上实现本文描述的系统、设备、方法、和/或代码指令。
应注意，动作404和406可以同时执行。
在408，重复动作402、404、和/或406。
如上文所述且如权利要求中所要求保护的本发明的各种实施例和方面在以下示例中找到适合的支持。
现在参考图6，该图是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的通过分布式无线网络614由第一发射器以5GHz发送TCP DATA包622以及由第二发射器以2.4GHz发送TCPACK消息624的示例性实现的示意图。
本文描述的全双工架构在TCP RTT中对于每个中继器节省了多达20毫秒(millisecond，milSec)。TCP ACK可能最多等待DL TxOP(10milSec)。TCP DATA可能最多等待DL TxOP(10milSec)。AP和客户终端都可以安全地使用整个TxOP周期，而不会在相反的一侧造成额外的时延。删除了下载和上传之间的解耦。总体而言，TCP吞吐量增加了约10-15％。
现在参考图7，该图是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的分布式无线网络714的示例性实施方式的示意图，该分布式无线网络714实现了从为客户终端718提供通信服务的最后一个中继器702C到AP 716的方向的TCP ACK包的传输。中间中继器702A-B不传输TCP ACK包。应注意，TCP DATA包经由中继器702A-C从AP 716传输到客户终端718。
现在参考图8，该图是图示性地描述了根据本发明的一些实施例的分布式无线网络818的示例性实施方式的示意图，该分布式无线网络818实现了用于由第一发射器以第一频率发送TCP DATA包，以及由第二发射器以第二频率发送TCP ACK包的VLAN。
网络核心(例如，广域网(wide area network，WAN))的入口业务和出口业务在所实现的VLAN外部。AP 816用VLAN A标记(例如100)设置下行TCP DATA包。为客户终端818提供无线通信服务的最后一个中继器802D用VLAN B标记(例如200)标记上行业务上的TCPACK包。每个中继器802A-C用于(例如，设置了Linux网桥)如下根据VLAN标记路由业务：
·将VLAN 100路由到5GHz BH AP
·将VLAN 200路由到2.4GHz BH STA
示例
现在参考以下示例，这些示例与以上描述一起以非限制性方式示出了本文所述的系统、设备、方法、和/或代码指令的一些实施例。
现在参考图9，该图包括示出了根据本发明的一些实施例的用于通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的频段绑定改善的图。针对分布式无线网络的不同参数计算图。
如本文所述，改善率计算为仅在5GHz信道上发送TCP DATA和ACK包与优化频段绑定回程链路上的业务之间的比率。X轴表示聚合大小(即，每个聚合的帧数)。Y轴表示性能改善。这些图描绘了随着聚合大小的增加，增益增加。吞吐量越高，增益越高。
随着TCP ACK频率的降低(即，每个TCP DATA包的TCP ACK包减少)，频段绑定的效率(即，第一发射器以第一频率发送封装的数据，第二发射器以第二频率发送应答包)降低。然而，频段绑定实现了TCP的快速斜升(ACK频率从1：2快速斜升到1：6)，以及从错误中快速恢复，这改善了视频应用的传输。
下表描述了多个中继器的中继段的时延分析的计算结果。单个中继段计算是基于64个字节的TCP ACK包大小，其中Tx时间计算如下：
*80MHZ，MCS 7，3SS＝278.5μSec(RTS\CTS)，154.5μSec(无保护)
*20MHz，MCS3，1SS＝306.5μSec(RTS\CTS)，166.5μSec(无保护)
基于纯Tx时间计算多个中继段时延。每个中继段TCK ACK Tx可能遭受约10mSec的TxOP时延。
Figure BDA0002309566050000111
在研究了以下附图和具体实施方式之后，本公开的其他系统、方法、特征、和优点对本领域技术人员而言将是或将变得显而易见。所有这些其他系统、方法、特征、和优点都旨在包括在本说明书和本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。
对本发明的各个实施例的描述只是为了说明的目的而呈现，而并不旨在详尽的或限于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变形形式将对本领域技术人员显而易见。相比于市场上可找到的技术，选择本文使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用、或技术进步，或使本领域的其它技术人员理解本文公开的实施例。
预期在从本申请到期的专利的有效期期间，将开发许多相关的无线网络，并且术语“无线网络”的范围旨在先验地包括所有此类新技术。
本文所用的术语“约”是指±10％。
术语“包括”、“包含”、“具有”以及其变化形式表示“包括但不限于”。这个术语涵盖了术语“由……组成”和“主要由……组成”。
短语“主要由……组成”意指组成物或方法可以包括额外成分和/或步骤，但前提是上述额外成分和/或步骤不会实质上改变所要求保护的组成物或方法的基本和新颖的特性。
除非上下文中另有明确说明，否则本文使用的单数形式“一”、“一个”、和“所述”包括复数含义。例如，术语“一个化合物”或“至少一个化合物”可以包括多个化合物，包括其混合物。
本文使用的词语“示例性”表示“用作示例、实例、或说明”。描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其它实施例优选或有利和/或排除来自其它实施例的特征的组合。
本文使用的词语“可选地”表示“在一些实施例中提供且在其它实施例中没有提供”。本发明的任何特定的实施例可以包括多个“可选”特征，除非这些特征冲突。
在本申请中，本发明的各种实施例可以范围的形式呈现。应理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应当被解释为对本发明范围的硬性限制。因此，范围的描述应认为具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，对范围如1-6的描述应认为具体公开了子范围，例如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等，以及该范围内的各个数值，例如1、2、3、4、5、6。这与范围的宽度无关。
当本文指出数字范围时，表示包括了在所指出范围内的任何列举的数字(分数或整数)。短语“在第一指示数字和第二指示数字之间的范围内”以及“从第一指示数字到第二指示数字的范围内”在本文中互换使用，并且旨在表示包括第一指示数字和第二指示数字及其间所有的分数和整数。
应理解，为了清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供，或者如在适合于本发明的任何其它描述的实施例中提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非在没有那些元素的情况下实施例是不起作用的。
本说明书中提及的所有出版物、专利、和专利申请在本文通过引用整体并入本说明书，其程度如同每个单独的出版物、专利、或专利申请被具体地和单独地指示为通过引用并入本文。此外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可作为本发明的现有技术。就使用节标题来说，节标题不应被解释为必要限制。

Claims (14)

1.一种用于通过分布式无线网络(314)传输封装在双向网络传输协议中的数据的设备(302)，包括：
处理器(304)，用于：
引导封装在所述双向网络传输协议中的所述数据由第一无线发射器(308)以第一频率发送；以及
引导响应于所述数据的接收而生成的所述双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器(310)以第二频率发送。
2.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述分布式无线网络(314)基于IEEE 802.11标准。
3.根据权利要求1所述的设备(302)，其中，封装在所述双向网络传输协议中的所述数据由所述第一无线发射器(308)以所述第一频率在从网络核心(320)到客户终端(318)的下行方向发送，所述应答消息由所述第二无线发射器(310)以所述第二频率在从为所述客户终端(318)提供无线通信服务的最后一个中继器(326)到所述网络核心(320)的上行方向发送。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，封装在所述双向网络传输协议中的所述数据由实现客户终端(318)和网络接入点(316)之间的无线信道的每个无线中继器(302)传输，所述应答消息直接在为所述客户终端(318)提供无线通信接入的单个中继器(326)和所述网络接入点(316)之间传输。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(302)，其中，封装在所述双向网络传输协议中的所述数据由实现客户终端(318)和网络接入点(316)之间的无线信道的每个无线中继器(302)传输，所述应答消息直接在所述客户终端(318)和所述网络接入点(316)之间传输。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，所述处理器(304)用于在缓冲多个应答消息时发送最新的应答消息并删除至少一个旧的应答消息。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述分布式无线网络(314)包括与网络核心(320)通信的无线接入点(316)和至少一个中继器(320)，所述至少一个中继器(320)中的每个用于与以下至少之一通信：至少一个客户终端(318)和另一中继器(320)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述双向网络传输协议包括传输控制协议(TCP)，在下行链路中传输的所述数据包括TCP DATA包，在上行链路中传输的所述应答消息包括TCP ACK包。
9.根据权利要求8所述的设备(302)，其中，所述TCP ACK包被定义为基于Wi-Fi多媒体(WMM)标准的语音接入类(AC)，所述TCP ACK包被定义为非聚合的单个媒体访问控制协议数据单元(MPDU)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述分布式无线网络(314)包括无线网状网络。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述第一频率基于5千兆赫(GHz)频段无线信道，所述第二频率基于2.4GHz频段无线信道。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述第一发射器(308)和所述第二发射器(310)同时发送。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备(302)，其中，所述处理器(304)还用于将从外部网络(320)接收并封装在所述双向网络传输协议中的数据路由到第一虚拟局域网VLAN，以及提取由所述第二无线发射器(310)发送的来自第二VLAN的所述应答消息并将提取的所述应答消息路由到所述外部网络(320)。
14.一种通过分布式无线网络传输封装在双向网络传输协议中的数据的方法，包括：
引导封装在所述双向网络传输协议中的所述数据由第一无线发射器以第一频率发送(404)；以及
引导响应于所述数据的接收而生成的所述双向网络传输协议的应答消息由第二无线发射器以第二频率发送(406)。
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