CN112118638B - 空闲通道评估方案决定方法及其通信系统 - Google Patents

Abstract

本案提供一种空闲通道评估方案决定方法及其通信系统。决定空闲通道评估方案方法，用于包含多个装置的一通信系统，包含：装置广播多个方案指示，其中装置包含一协调装置、多个邻近装置及多个本地客户端装置，本地客户端装置与协调装置关联形成一网络，且邻近装置在邻近网络操作；协调装置由邻近装置所传输的多个邻近帧取得多个邻近方案指示；以及协调装置根据邻近方案指示，决定是否改变对应协调装置的一协调方案指示；一装置的一方案指示表示多个空闲通道评估方案中一方案；空闲通道评估方案包含一第一方案及一第二方案，且第一方案比第二方案对一感测信号较不敏感。

Description

空闲通道评估方案决定方法及其通信系统

技术领域

本案系指一种空闲通道评估方案决定方法及其通信系统，尤指一种能够利用空间复用提高系统吞吐量的空闲信道评估方案决定方法及其通信系统。

背景技术

载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)机制被广泛用于遵循IEEE 802.11协议的分布式控制网络或无线局域网络(Wireless Local Area Network,WLAN)中。载波侦听多路访问机制中，空闲通道评估(clear channel assessment,CCA)被执行以检测通道/介质忙碌或空闲。

根据IEEE 802.11协议，空闲信道评估操作包含两部分：能量检测及载波检测。载波检测是检测Wi-Fi前导码是否通过信道传输并译码可能的Wi-Fi前导码，当带内信号(In-band signal)能量高于一载波检测阈值，空闲通道评估旗标保持忙碌，直到数据传输结束。另一方面，能量检测是在操作通道中检测Wi-Fi或非Wi-Fi能量(如蓝牙能量)。如果带内信号能量高于一能量检测阈值，空闲通道评估旗标保持忙碌，直到能量低于能量检测阈值。能量检测阈值比载波检测阈值高20dB。举例来说，如IEEE 802.11所规定，载波检测阈值可为-82dBm(其对20MHz通道间隔具有最小调制和编码速率灵敏度)，而能量检测阈值可为-62dBm。

从系统吞吐量的角度来看，低载波检测阈值/敏感度更容易使得两站台不能同时共享同一通道/介质之一空间区域，使得无线局域网络在一实体地区/区域之一系统吞吐量较有限。因此，现有技术实有改进的必要。

发明内容

因此，本案的主要目的在于提供一种能够利用空间复用提高系统吞吐量的空闲信道评估方案决定方法及其通信系统，以克服现有技术的缺点。

本案之一实施例提供一种决定空闲通道评估方案的方法，用于包含多个装置的一通信系统中，方法包含以下步骤：装置广播多个方案指示，其中装置包含一协调装置、多个邻近装置及多个本地客户端装置，本地客户端装置与协调装置相关联以形成一网络，且邻近装置在至少一邻近网络中操作；协调装置由邻近装置所传输的多个邻近帧(frame)取得多个邻近方案指示；以及协调装置根据邻近方案指示，决定是否改变对应于协调装置的一协调方案指示；其中，一装置的一方案指示表示多个空闲通道评估方案中的一方案；其中，空闲通道评估方案包含一第一方案及一第二方案，且第一方案比第二方案对一感测信号较不敏感。

本案的一实施例另提供一种通信系统，通信系统包含多个装置，其中装置包含一协调装置、多个邻近装置及多个本地客户端装置，本地客户端装置与协调装置相关联以形成一网络，且邻近装置在至少一邻近网络中操作；其中，多个装置用来广播多个方案指示；其中，协调装置用来执行以下步骤：由邻近装置所传输的多个邻近帧取得多个邻近方案指示；以及根据邻近方案指示，决定是否改变对应于协调装置的一协调方案指示；其中，一装置的一方案指示表示多个空闲通道评估方案中的一方案；其中，空闲通道评估方案包含一第一方案及一第二方案，且第一方案比第二方案对一感测信号较不敏感。

附图说明

图1为根据本案实施例所绘示的一通信系统的示意图。

图2为根据本案实施例所绘示的一方法的示意图。

图3为根据本案实施例所绘示的一状态图的示意图。

具体实施方式

图1为根据本案实施例所绘示的一通信系统10的示意图。通信系统10可如符合IEEE 802.11协议之无线局域网络(Wireless Local Area Network,WLAN)操作。通信系统10包含一协调装置12、多个本地客户端装置14和多个邻近装置16。协调装置12系指接取点(access-point,AP)，并且本地客户端装置14系指非接取点装置。本地客户端装置14可连接并相关联于协调装置12，使得协调装置12和本地客户端装置14形成一网络13。邻近装置16(其中各者可为接取点装置或非接取点装置)为网络13外的装置，操作于网络13旁之一或多个邻近网络内(邻近网络未绘示于图1)。在IEEE 802.11的术语中，网络13系指一基本服务集(basic service set)，而邻近网络被称为到一交迭基本服务集(overlapping basicservice set,OBSS)。

如本领域所熟知，空闲通道评估(clear channel assessment,CCA)操作包含两部分：能量检测(energy detection)和载波检测(carrier sensing)。对于能量检测操作，当一感测信号功率高于一能量检测功率阈值，空闲通道评估旗标保持忙碌。对于载波检测操作，当感测信号功率高于一载波检测功率阈值且当感测信号开始一Wi-Fi前导码时，空闲通道评估旗标于Wi-Fi前导码所指示之一持续时间内保持忙碌。载波检测功率阈值通常比能量检测功率阈值低20dB，即载波检测操作比能量检测操作对感测信号功率更敏感。

对执行载波检测操作的全部装置，两站台不能同时共享同一通道/介质之一空间区域相当大，这可能会降低系统吞吐量。对于一邻近装置16a(在图1的左上角)，其对应于能量检测功率阈值的一边界BD_ED和对应于载波检测功率阈值的边界BD_CS如图1所绘示。在一实施例中，假设邻近装置16a为一Wi-Fi装置，且邻近装置16a执行其传输。如果图1中所有装置执行载波检测操作，边界BD_ED和边界BD_CS之间之协调装置12与客户端装置14之空闲信道评估旗标可能会保持忙碌，而(边界BD_ED和边界BD_CS之间)这些装置可能没有机会取得传输机会。虽然载波检测操作将提供装置16a传输很好的保护，但对系统吞吐量而言太保守，且系统吞吐量因过于保守的策略而限缩。

从另一角度来看，如果边界BD_ED和边界BD_CS之间的装置(包含边界BD_ED边界和BD_CS之间的装置12和部分装置14)仅执行能量检测操作，但不执行载波检测操作，这些装置可能有机会取得传输机会。这是因为这些装置超出装置16a的边界BD_ED。如此一来，由于边界BD_ED和边界BD_CS之间的空间区域内的装置可得到传输机会且同时共享相同的通道/介质(其可视为一空间复用)，通过选择空闲信道评估方案，系统吞吐量可进一步提升。

由上述可知，通信系统10内的装置可决定欲采用何空闲通道评估方案。在一实施例中，通信系统10内的装置可选择采用一第一方案或一第二方案。

当装置选择采用第一方案，装置对感测信号功率执行一第一能量检测，且仅于装置所感知的感测信号功率高于第一功率阈值(如能量检测功率阈值或-62dBm)时，保持空闲通道评估旗标忙碌。换句话说，第一方案可代表装置仅执行能量检测操作而无载波检测操作。

当装置选择采用第二方案，装置对感测信号功率执行一第二能量检测，并于感测信号功率高于第二功率阈值(如载波检测功率阈值或-82dBm)对感测信号执行一前导码检测，且装置还对感测信号功率执行第一能量检测。在第二方案的情况下，当一Wi-Fi前导码指示的持续时间内「感测信号功率高于第二功率阈值且Wi-Fi前导码被检测到」时，或当「感测信号功率高于第一功率阈值」时，装置保持空闲信道评估旗标忙碌。换言之，第二方案可表示装置既执行能量检测操作和载波检测操作，

须注意，第二方案可被视为已在IEEE 802.11协议中定义的一传统空闲信道评估方案。相较第二方案，第一方案相对积极。

图2为根据本案实施例所绘示的一方法20的示意图。通信系统10用来执行方法20，以决定一空闲通道评估方案提高一系统吞吐量。

在步骤200中，系统10内所有装置(包含协调装置12、本地客户端装置14和邻近装置16)广播其相对应方案指示。在一实施例中，装置的一方案指示可包含一目前方案指示符b₀和一偏好方案指示符b₁。目前方案指示符b₀指示装置目前采用何方案，偏好方案指示符b₁指示装置偏好采用何方案。

在一实施例中，方案指示/指示符所指示的方案可指上述第一方案或第二方案。在一实施例中，由目前方案指示符b₀或偏好方案指示符b₁所指示的方案可指上述第一方案或第二方案。

在一实施例中，方案指示(如b₀及b₁)可在一Wi-Fi帧之一前导码内L-SIG,HT-SIG,VHT-SIG或EHT-SIG之一栏中传输。另外，一协调目前方案指示符b_0,AP指协调装置12的目前方案指示符b₀。

在步骤202中，每一客户端装置14从协调装置12接收协调目前方案指示符b_0,AP，并设定其目前方案指示符b₀为协调目前方案指示符b_0,AP，即b₀＝b_0,AP。根据步骤202，网络/基本服务集13内所有客户端装置14的目前方案指示符b₀将与协调装置12内的协调目前方案指示符b_0,AP一致。

在一实施例中，就偏好方案指示符b₁而言，装置设定偏好方案指示符b₁没有任何限制，装置可随喜好设定偏好方案指示符b₁。

在步骤204中，协调装置12由多个邻近装置(即交迭基本服务集中装置)所传输的多个邻近帧(即交迭基本服务集帧)，取得多个邻近方案指示。具体而言，协调装置12可从系统10内的装置接收多个帧(包含邻近帧)。举例来说，帧可为控制帧、数据帧或管理帧。协调装置12可监听/判断所接收帧的功率级是否是大于一最小解码功率阈值。对于具有功率级比最小解码功率阈值高的帧，协调装置12对所接收帧执行一译码操作，以区别是否帧由/从任何邻近装置16传输，且进一步取得帧中传输的方案指示(如b₀及b₁)。由邻近装置16所传输的帧及方案指示称为邻近帧及邻近方案指示。

在一实施例中，协调装置12可根据帧内的一基本服务集颜色代码来区分帧是否由/从邻近装置16传输，其为本领域所熟知，为求简洁不再赘述。在一实施例中，协调装置12可根据帧的功率级来区分帧是否由/从邻近装置16传输，如果帧的功率级低于一定阈值，帧可被协调装置12视为/判断用于一邻近基本服务集的一帧(即邻近帧)。

在一实施例中，系统10内所有装置可取得由邻近装置传输的邻近方案指示，其细节与上述类似。

在步骤206中，协调装置12根据多个邻近帧(如交迭基本服务集帧)，决定是否改变协调方案指示。具体地，协调装置12根据多个邻近帧，决定是否改变协调目前方案指示符b_0,AP。由于步骤202被执行，网络13内的所有本地客户端装置14将遵循协调目前方案指示符b_0,AP指示的方案，所以决定协调目前方案指示符b_0,AP至关重要。

在部分实施例中，在下述规则描述的限制下，协调装置12根据多个邻近帧，决定是否改变协调目前方案指示符b_0,AP。

一般来说，协调装置12可在多个空闲通道评估方案中做出决定。例如，空闲通道评估方案可相关于对应多个功率阈值的多个能量检测操作，或相关于多个信号格式检测，其中，前导码检测是一种信号格式检测。

在一实施例中，协调装置12可在第一方案和第二方案之间做出选择。在这种情况下，目前方案指示符b₀(包含b_0,AP)将是二元的。在一实施例中，协调装置12在b_0,AP＝1采用第一方案，在b_0,AP＝0采用第二方案。协调装置12的行为可如图3所绘示的状态转变图。

假定协调装置12处于b_0,AP＝0之状态，协调装置12可在几种情况下决定切换至b_0,AP＝1之状态，其中，这几种情况取决于多个邻近帧的状态。

在一实施例中，从多个N_f邻近帧(其可为协调装置12所接收的最新固定数量个邻近帧)，协调装置12可专注在多个第一邻近帧，其中第一邻近帧是(由第一邻近装置传输之)邻近帧，其包含指示采用第一方案和/或偏好第一方案的第一邻近方案指示(“b₀＝1”,“b₁＝1”或“b₀＝1及b₁＝1”)。协调装置12可得到多个第一邻近帧的一第一邻近帧数量(一般表示为N_{OBSS,b0/b1＝1})，并判断第一邻近帧数量N_{OBSS,b0/b1＝1}是否大于一数量阈值N_th。当第一邻近帧数量N_{OBSS,b0/b1＝1}大于N_th时，协调装置12可决定从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态。意即，给定邻近装置所传输的帧中的一充分共识，协调装置12可将其采用的方案切换为第一方案。数量阈值N_th可为预定的或动态地调适的。

在一实施例中，第一邻近帧可为b₀＝1的邻近帧。协调装置12可取得b₀＝1的第一邻近帧的一第一邻近帧数量(具体表示为N_OBSS,b0＝1)，判断是否N_OBSS,b0＝1>N_th，并于N_OBSS,b0＝1>N_th时决定从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态。意即，给定足够比例的邻近帧表示采用第一方案，则协调装置12可切换其采用方案至第一方案。

类似地，第一邻近帧可为b₁＝1的邻近帧。协调装置12可取得b₁＝1的第一邻近帧的一第一邻近帧数量(具体表示为N_OBSS,b1＝1)，判断是否N_OBSS,b1＝1>N_th，并于N_OBSS,b1＝1>N_th时决定从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态。意即，给定足够比例的邻近帧表示偏好第一方案，则协调装置12可切换其采用方案至第一方案。

在一实施例中，协调装置12还可取得多个邻近帧的一邻近帧数量N_OBSS，并取得一比值R2，其中比值R2可为(N_{OBSS,b0/b1＝1}/N_OBSS),(N_OBSS,b0＝1/N_OBSS)或(N_OBSS,b1＝1/N_OBSS)中一者。协调装置12可判断比值R2是否大于一比值阈值R_th_2，并在R2>R_th_2时决定从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态。也就是说，给定足够比例的邻近帧表示采用和/或偏好第一方案，则协调装置12可切换其采用方案至第一方案

在一实施例中，协调装置12可取得协调装置12最新接收多个帧的一帧数量N_F。假设最新接收N_F个帧包含邻近帧，协调装置12可取得最新接收N_F个帧中邻近帧的一邻近帧数量N_OBSS，并取得一比值R1为(N_OBSS/N_F)。协调装置12可判断比值R1是否小于一比值阈值R_th_1，并决定在R1<R_th_1时从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态。即，假设邻近帧在所有最新接收帧中的比例够低，则协调装置12可切换其采用方案为第一方案。

假设协调装置12处于b_0,AP＝1的状态，则协调装置12可能需要在几种情况下切换到b_0,AP＝0的状态，其中，几种情况取决于多个邻近帧的状态。

在一实施例中，协调装置12可取得协调装置12最新接收多个帧的一帧数量N_F’。假设最新接收N_F’个帧包含多个邻近帧，则协调装置12可集中在最新接收N_F’个帧中一组第二邻近帧。第二邻近帧为邻近帧，其各者包含第二邻近方案指示表示采用和/或偏好第二方案(“b₀＝0”,“b₁＝0”或“b₀＝0及b₁＝0”)，或未包含方案。因此，协调装置12可取得第二邻近帧的一第二邻近帧数量(一般表示为N_OBSS’_b0/b1≠1)，并决定一比值R1’为(N_OBSS’_b0/b1≠1/N_F’)。协调装置12可判断比值R1’是否大于一比值阈值R_th_1’，并于R1’>R_th_1’时决定从b_0,AP＝1的状态切换到b_0,AP＝0的状态。意即，假设在所有最新接收帧中表示信号采用或偏好第二方案或未指示偏好的邻近帧的比例够高，则协调装置12可切换其采用方案到第二方案。在一实施例中，R1’>R_th_1’对协调装置12在几种情况下切换为强制性时，协调装置12从b_0,AP＝1的状态切换至b_0,AP＝0的状态。意即，给定足够比例的邻近帧指示采用或偏好第二方案或两者皆是，则协调装置12可能需要将其采用方案切换为第二方案。

在一实施例中，要求协调装置12从第一方案切换到第二方案的条件，可为针对b₀＝0、b₁＝0及未指示方案的帧的不同阈值和不同多个接收帧，其为本领域技术人员所清楚。

在一些实施例中，协调装置12采用第一方案时，协调装置12进一步判断比值R2是否大于比值阈值R_th_3，当协调装置12判断比值R2大于比值阈值R_th_3时，协调装置12改变所采用的方案从第一方案变为第二方案。

请回到图1，在执行方法20后，协调装置12可具有机会选择积极的第一方案，因此当邻近装置16a执行传输时，在BD_ED与BD_CS之间的本地客户端装置14可具有(更多)机会取得传输机会，系统10的整体系统吞吐量因而提升。

方法20提供(透过协调装置12)根据邻近帧决定协调方案指示的实施例，但本案不限于此。协调装置12可周期性地或非周期性地决定从b_0,AP＝0的状态切换到b_0,AP＝1的状态，此亦属本案的范畴。

在步骤206中，协调装置12不具体区分一邻近网络与另一邻近网络，但不限于此。邻近装置16可属于不同的邻近网络(或交迭基本服务集，如基本服务集颜色代码)，并且在步骤206中的阈值(例如，N_th,R_th_1,R_th_2)可调整为对应于不同邻近网络。换句话说，协调装置12可以不同方式对不同邻近网络内装置进行评价/加权。

综上所述，本案允许装置采用积极的空闲信道评估方案，以缓解保守/传统空闲通道评估方案，因而提升系统吞吐量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

10:通信系统

12:协调装置

13:网络

14:本地客户端装置

16,16a:邻近装置

BD_ED,BD_CS:边界

20:方法

200～206:步骤。

Claims (10)

1.一种决定空闲通道评估方案的方法，用于包含多个装置的一通信系统中，该方法包含：

该多个装置广播多个方案指示，其中该多个装置包含一协调装置、多个邻近装置及多个本地客户端装置，该多个本地客户端装置与该协调装置相关联以形成一网络，且该多个邻近装置在至少一邻近网络中操作；

该协调装置由该多个邻近装置所传输的多个邻近帧取得多个邻近方案指示；以及

该协调装置根据该多个邻近方案指示，决定是否改变对应于该协调装置的一协调方案指示，所述多个本地客户端装置遵循所述协调方案指示；

其中，一装置的一方案指示表示多个空闲通道评估方案中的一方案；

其中，该多个空闲通道评估方案包含一第一方案及一第二方案，且该第一方案比该第二方案对一感测信号较不敏感。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该协调装置由该多个邻近装置所传输的该多个邻近帧取得该多个邻近方案指示的步骤包含：

该协调装置判断由一邻近装置所传输的一邻近帧的一功率级是否大于一阈值；以及

当该功率级大于该阈值时，该协调装置对该邻近帧执行一译码操作，以取得该邻近帧中一邻近方案指示。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，该协调装置决定是否改变该协调方案指示的步骤包含：

该协调装置从多个第一邻近装置取得多个第一邻近帧，其中该多个第一邻近帧包含多个第一邻近方案指示，该多个第一邻近方案指示指示该第一方案被该多个第一邻近装置采用；

该协调装置判断该多个第一邻近帧的一第一邻近帧数量是否大于一数量阈值；以及

当该第一邻近帧数量大于该数量阈值时，该协调装置改变该协调方案指示，以指示该协调装置所采用的一方案从该第二方案变为该第一方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该多个邻近方案指示包含多个邻近目前方案指示符，且该多个第一邻近帧包含多个第一邻近目前方案指示符，该多个第一邻近目前方案指示符指示该多个第一邻近装置目前采用该第一方案。

5.根据权利要求3所述的方法，其中该多个邻近方案指示包含多个邻近偏好方案指示符，且该多个第一邻近帧包含多个第一邻近偏好方案指示符，该多个第一邻近偏好方案指示符指示该多个第一邻近装置偏好采用该第一方案。

6.根据权利要求3所述的方法，其中该协调装置决定是否改变该协调方案指示的步骤包含：

该协调装置取得该第一邻近帧数量与该多个邻近帧的一邻近帧数量的一比值，其中，该多个邻近帧表示该协调装置最新接收到的邻近帧；

判断该比值是否大于一第一比值阈值；以及

当该比值大于该第一比值阈值时，该协调装置改变该协调方案指示，以指示该协调装置所采用的该方案从该第二方案变为该第一方案。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，该协调装置决定是否改变该协调方案指示的步骤包含：

该协调装置取得该多个邻近帧的一邻近帧数量与该协调装置最新接收到的多个帧之一帧数量之一比值，其中该多个帧包含该多个邻近帧；

判断该比值是否小于一第二比值阈值；以及

当该比值小于该第二比值阈值，该协调装置改变该协调方案指示，以指示该协调装置所采用的该方案从该第二方案变为该第一方案。

8.根据权利要求1所述的方法，其中该装置采用该第一方案时，该装置对感测信号功率纯粹以一第一功率阈值执行一第一能量检测。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当该装置采用该第二方案时，该装置对感测信号功率以一第二功率阈值执行一第二能量检测并执行一前导码检测，该第二功率阈值小于该第一功率阈值。

10.一种通信系统，包含：

多个装置，其中该多个装置包含一协调装置、多个邻近装置及多个本地客户端装置，该多个本地客户端装置与该协调装置相关联以形成一网络，且该多个邻近装置在至少一邻近网络中操作；

其中，多个装置用来广播多个方案指示；

其中，该协调装置用来执行以下步骤：

由该多个邻近装置所传输的多个邻近帧取得多个邻近方案指示；以及

根据该多个邻近方案指示，决定是否改变对应于该协调装置的一协调方案指示，所述多个本地客户端装置遵循所述协调方案指示；

其中，一装置的一方案指示表示多个空闲通道评估方案中的一方案；

其中，该多个空闲通道评估方案包含一第一方案及一第二方案，且该第一方案比该第二方案对一感测信号较不敏感。

Images