CN113923718A - 多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合 - Google Patents

多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合 Download PDF

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Abstract

本公开涉及多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合。一种移动计算设备被配置为动态地聚合公共天线上的无线通信。该设备确定第一频带中的WiFi通信与天线相关联，该WiFi通信具有多个分配的传输时隙。该设备确定第二频带中的第二无线通信也与天线相关联，并且确定第二无线通信的周期性和/或媒体质量。基于第二无线通信的周期性和/或媒体质量，设备聚合WiFi通信和第二无线通信，该聚合包括将第二无线通信的多个分组分配给与被分配给WiFi通信的传输时隙相关联的多个帧的聚合帧。

Description

多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年7月10日提交的美国专利申请第16/926590号的权益和优先权，该申请全文以引用方式并入本文以用于所有目的。
技术领域
本文所述的主题涉及无线通信，包括多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合。
背景技术
对于具有无线电通信能力的小外形移动计算设备(在本文中通常称为“无线电部件”)，诸如智能电话、平板电脑、智能手表等，共享硬件(HW)/射频(RF)资源诸如WiFi和蓝牙(BT)天线、前端模块(FEM)和低天线隔离通常需要共存方案，诸如需要TDD(时分双工)，诸如当WiFi和BT两者在相同频率下操作时。
如果小外形移动计算设备仅具有一个活动的BT设备，诸如例如参与高级音频分发配置文件(A2DP)音频流式传输的BT头戴式耳机，则此类共存方案通常有效。在该示例中，A2DP音频具有数据缓冲区和延迟容限，因此计算设备中的WiFi无线电部件可在授予BT通信之前与接入点(AP)诸如路由器、中继器或用于WiFi联网通信的其他硬件设备通信。然而，在具有较大外形、较高的计算能力、较大的存储、较大的屏幕和多任务特征的情况下，较新的移动设备在特征和性能方面追赶传统的台式计算机。此外，比起台式计算机或膝上型计算机，更多用户更喜欢移动设备，其中移动设备可在应用程序执行中提供类似的性能并且在通信中提供优异的性能。
用户已习惯于使用与台式PC或便携式PC的多个无线外围设备，并且当用户使用移动设备诸如平板电脑、智能电话或智能手表时，他们需要类似的功能和性能。例如，对于对接底座，用户期望平板电脑可与BT鼠标/触控板、键盘和/或笔连接，同时使用BT头戴式耳机进行语音通话或音乐流式传输。而台式PC和便携式PC提供用于容纳共享HW/RF资源的大外形，其中WiFi和BT可在相同频率下提供并行操作而不会彼此干扰。然而，小型设备诸如平板电脑或电话提供类似的并行操作通常是不可能的。
图1示出了移动计算设备102即平板电脑诸如iPad或智能电话诸如iPhone的示例性现代用例，其中移动计算设备102预期与多种外围设备无线连接，诸如智能笔、键盘、鼠标/触控板、用于语音或音乐的BT/BT低功耗(BTLE)头戴式耳机等。移动计算设备102也可使用低功率无线网状网络协议诸如
Figure BDA0003158649360000021
经由BTLE或其它技术与家用电器控制系统诸如
Figure BDA0003158649360000022
的HomeKit(HK)连接。移动计算设备102也可能需要与各种其它附件诸如跟踪标签或磁贴无线地连接。
多年以来，经验数据已表明，为了在具有增强同步连接导向(eSCO)的BT语音开启时实现2.4GHz的稳定WiFi性能，诸如在视频通话诸如FaceTime(FT)通话、WiFi通话中使用等等，简单的具体实施是在假设仅使用一个BT设备并且使用BT头戴式耳机(HS)的情况下关闭WiFi聚合并使用“clear to send”(CTS)协议诸如CTS2S来预留BT时间。
BT语音对于相应的数据Tx/Rx通常需要1.25ms/7.5ms。如果其具有重传，则BT语音将需要额外的1.25ms/7.5ms。图2示出了WiFi/BT eSCO、时分双工(TDD)时间共享方案以及WiFi和BT时隙如何布置。BT eSCO可以占用最多至1.25ms*2＝2.5ms，而WiFi可以使用5ms-6.25ms。利用该方案，即使WiFi具有2x2的流，并且在强接收信号强度指示(RSSI)比如>＝60dBm的情况下，WiFi也可实现>＝100Mbps的基线。在聚合关闭与BT语音共存的情况下，WiFi通常只能实现<＝25Mbps。在使用一个BT HS的情况下，此类通信速度是足够的。然而，一旦用户添加了其他BT外围设备诸如智能笔、键盘和/或鼠标/触控板，WiFi性能就可能受到显著影响。除了在分组之间具有短时间间隔的BT语音之外，其他BT设备诸如游戏控制器(GC)也使用7.5ms的时间间隔，并且用于LE音频(LEA)的蓝牙低功耗(BTLE)也可具有用于音频业务的短时间间隔。
此外，常规移动计算设备的特征还在于用于其它RF通信类型和协议诸如超宽带(UWB)和
Figure BDA0003158649360000023
的更多无线电部件。WiFi 5GHz-6GHz需要在6GHz-8GHz频带中与UWB共存，而WiFi和
Figure BDA0003158649360000031
需要在2.4GHz-2.48GHz频带中共存，因为
Figure BDA0003158649360000032
也使用2.4GHz ISM频带，只要UWB或
Figure BDA0003158649360000033
具有规则的、短间隔无线流量。此外，当BT具有实时短间隔流量时，诸如使用语音eSCO、LEA或GC时，WiFi/BT共存可能是具有挑战性的。
因此，需要无线计算和通信设备之间的新的共存技术。
发明内容
本文档描述了一种用于多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合的系统和方法。利用有限聚合特征，WiFi性能得到显著改善。与BT聚类技术结合，其中多个BT分组组合在一起以向WiFi无线电部件报告，即使在与多个BT设备连接时，移动设备也可提供可接受的WiFi性能。
在本公开的一些方面，移动计算设备被配置为动态地聚合公共天线上的无线通信。该设备的处理器确定第一频带中的WiFi通信与天线相关联，该WiFi通信具有多个分配的传输时隙。处理器确定第二频带中的第二无线通信也与天线相关联，并且确定第二无线通信的周期性和/或媒体质量。基于第二无线通信的周期性和/或媒体质量，处理器聚合WiFi通信和第二无线通信，该聚合包括将第二无线通信的多个分组分配给与被分配给WiFi通信的传输时隙相关联的多个帧的聚合帧。
本主题的具体实施可包括但不限于与本文提供的描述一致的方法以及包括有形地体现的机器可读介质的制品，该机器可读介质可操作以使一个或多个机器(例如，计算机、移动设备等)产生实现所述特征中的一个或多个特征的操作。类似地，还描述了可包括一个或多个处理器和耦接到一个或多个处理器的一个或多个存储器的计算机系统。可包括非暂态计算机可读或机器可读存储介质的存储器可包括一个或多个程序、对其进行编码、存储等，所述一个或多个程序使一个或多个处理器执行本文所述操作中的一者或多者。与本主题的一个或多个具体实施一致的计算机实现的方法可由驻留在单个计算系统或多个计算系统中的一个或多个数据处理器来实现。此类多个计算系统可以是连接的，并且可以经由一个或多个连接来交换数据和/或命令或其他指令等，所述一个或多个连接包括但不限于通过网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)的连接、经由多个计算系统中的一个或多个计算系统之间的直接连接等。
在以下附图和说明书中阐述了本文所述的主题的一个或多个变型的细节。通过说明书和附图以及权利要求，本文所述的主题的其他特征和优点将显而易见。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本文所公开的主题的某些方面，并且与说明书一起帮助解释与所公开的具体实施相关联的一些原理。在附图中：
图1示出了用于与现代平板电脑进行无线通信的示例性用例；
图2是示出WiFi/BT eSCO TDD调度的示例性时序图；
图3A和图3B是使用有限聚合的WiFi通信的若干示例；
图4是示出有限聚合决策的进一步细节的示例性流程图；
图5示出了触控板的同时的BT eSCO与人机接口设备(HID)协议通信流量对2.4GhzWiFi链路上的视频通话用户体验的影响的示例；并且
图6示出了在打开和关闭有限聚合的情况下WiFi Rx性能的示例性比较。
在实际应用时，类似的参考标号表示类似的结构、特征部或元件。
具体实施方式
本文档描述了一种用于多无线电共存感知的智能WiFi数据聚合的系统和方法。根据一些具体实施，系统和方法结合BT聚类技术提供有限聚合特征，其中多个BT分组组合在一起以报告给WiFi无线电部件，使得即使在与多个BT设备连接时，移动设备也可提供可接受的WiFi性能。
图3A和图3B示出了具有有限聚合的移动计算设备的WiFi操作。根据本文所述的具体实施，与如图3A所示拒绝从接入点(AP)请求的聚合相反，设备将同意聚合，然而，其将基于WiFi/BT共存策略来提出聚合的规模，如图3B所示。例如，AP可请求聚合帧中的64个分组，并且如果设备计算出其可适合分配给WiFi通信的时隙，则该设备可用n＝10回复。
图4是示出移动计算设备的有限聚合的进一步细节的流程图。图3A所示的“n”由如图4所示的多个输入决定。例如，根据分配给WiFi、WiFi RSSI和/或环境噪声等的时间量，移动计算设备将计算传输的合适规模并报告给AP。图4所示的处理流程主要适用于WiFi接收(Rx)情况；对于WiFi传输(Tx)，移动计算设备具有更大的自由度，因为其可计算分配给WiFiTx的时间量，并且将动态地决定聚合规模。因此，本文档更专注于WiFi Rx情况，WiFi RX情况在移动设备中使用更广泛，并且获得高性能更具挑战性，因为AP决定Tx规模、速率等。
在402处，确定是否存在任何WiFi连接，并且如果存在的话，确定它们是否具有特定频率，诸如2.4GHz或5GHz-6GHz或高达60GHz。该步骤还可确定WiFi连接的基础结构，以及该连接是否是自组织的、对等的、位于网状网络上等等。在404处，确定共存，即，另一种无线技术是在相同频带中开始还是足够接近以共享天线，诸如蓝牙、UWB、线程、LTE等。
在406处，确定通信是否是周期性的，即，通信活动是否以某个周期性确定，并且如果不是，则禁用DA。例如，该方法根据共存的通信技术来确定间隔是否相当短以使得WiFi可使用聚合。如果是，则在408处确定媒体质量是否足以进行动态聚合。例如，系统确定RSSI是否>65dBm，SRN是否>25dBm，和/或CCA是否<30％。如果否，则禁用DA。如果是，则在410处确定网络基础结构是否能够支持动态聚合，即基础结构是否能够使用ADDPA与AP协商聚合规模。如果是，则启用DA。
图5示出了在触控板的eSCO与BT HID的情况下的WiFi性能，以及具有同时的BTeSCO和HID(触控板)流量对2.4Ghz WiFi链路上的FaceTime用户体验的影响。在该用例下，触控板每7.5ms占用最多至2.5ms的额外通话时间。对于WiFi操作，每7.5ms仅留出3.75ms(eSCO占用1.25ms/7.5ms)，并且更显著地构成WiFi天线使用的两个单独的频繁中断组。在聚合关闭的情况下，这导致WiFi无线电部件非常低效地使用介质，以及从发送方AP侧的恒定速率下降，因为介质不能总是预留有串行的“clear to send to self”(CTS2Self)消息帧传输，因为BT eSCO和HID请求是高优先级的并且相隔几毫秒生成。
视频电话或视频通话应用程序诸如FaceTime(FT)是延迟敏感的，并且由BT eSCO和HID中断引起的Wi-Fi吞吐量的瞬时下降可导致视频卡顿形式的性能下降。图5是一个表格，其示出了在Wi-Fi链路干扰水平为20％(这在许多用户环境中是典型的)的情况下，受视频卡顿影响的视频通话持续时间的百分比高得无法接受。
图5中的表格还以视频卡顿百分比示出了视频通话性能，其中提出的WiFi有限聚合方案被启用。可以观察到，视频通话性能在所测试的各种WiFi链路信号强度条件下显著改善。这基本上是由WiFi无线电部件通过每传输分组封装进更多数据字节而更有效地利用所分配的通话时间而引起的(每个物理层分组具有根据有限聚合算法聚合的多个MAC级别的MPDU)。这有助于避免由于BT活动而导致的WiFi吞吐量大幅下降，并且有助于满足FaceTime应用程序的延迟要求。一般来讲，视频卡顿百分比>6％被认为是可能导致用户断开连接的足够差的用户体验。
因此，在有限聚合的情况下，WiFi性能可得到显著改善，如图6所示，该图示出在有限聚合开启和关闭情况下的WiFi Rx性能的比较。这些是使用WiFi MIMO 2x2的模拟结果，并且包括办公室环境中典型的30％的空闲信道评估(CCA)。
然而，一些AP可能不符合802.11标准，这可引起回归。为了避免这个问题，有两个选项：在第一选项中，WiFi主机软件将检查AP模型、WiFi芯片组供应商和/或WiFi固件版本，然后基于累积的信息和知识，可构建数据库以列出哪个AP可应用这个特征。这也可基于所收集的计数器在WiFi驱动程序中实现，诸如AP向下发送的聚合规模的数量相对于设备需要的聚合数量。如果其不匹配，则WiFi驱动程序将回退至非聚合模式。
WiFi固件(类似于WiFi驱动程序)还可检测关键计数器并决定哪个是最佳解决方案。例如，如果AP不执行较小的聚合规模诸如仍使用大规模聚合进行爆破或保持拆除聚合，则设备可决定回退到聚合关闭模式以使回归最小化。
本文所述主题的一个或多个方面或特征可在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各个方面或特征可包括一个或多个计算机程序中的具体实施，该一个或多个计算机程序能够在可编程系统上执行和/或解释，该可编程系统包括可为专用或通用的至少一个可编程处理器、至少一个输入设备和至少一个输出设备，该可编程处理器被耦接以从存储系统接收数据和指令以及将数据和指令传输到存储系统。可编程系统或计算系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器一般是相互远离的，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
这些计算机程序(也可称为程序、软件、软件应用程序、应用程序、组件或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够以高级过程语言、面向对象的编程语言、功能编程语言、逻辑编程语言和/或以汇编语言/机器语言来实现。如本文所用，术语“机器可读介质”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、装置和/或设备，诸如例如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑设备(PLD)，包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可非暂态地存储此类机器指令，诸如例如就像非暂态固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等同的存储介质。另选地或除此之外，机器可读介质能够以暂态方式存储此类机器指令，诸如例如就像处理器高速缓存或与一个或多个物理处理器内核相关联的其他随机存取存储器。
为了提供与用户的交互，本文所述主题的一个或多个方面或特征可以在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备，诸如例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监视器，以及用户可用来向计算机提供输入的键盘和指向设备，诸如例如鼠标或轨迹球。其他种类的设备也可用于提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，诸如例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且能够以任何形式接收来自用户的输入，包括但不限于声音、语音或触觉输入。其他可能的输入设备包括但不限于触摸屏或其他触敏设备，诸如单点或多点电阻式或电容式触控板、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指示器、数字图像捕获设备和相关联的解释软件等。
在上述说明书和权利要求书中，诸如“...中的至少一个”或“...中的一个或多个”的短语后可能出现在连接的元素或特征列表之后。术语“和/或”也可出现在两个或更多个元素或特征列表中。除非与其使用的上下文另有隐含或明确矛盾，否则此类短语旨在意指单独列举的元素或特征中的任一者，或与其他列举的元素或特征中的任一者结合的所列举的元素或特征中的任一者。例如，短语“A和B中的至少一者”；“A和B中的一者或多者”；以及“A和/或B”各自旨在表示“单独的A、单独的B、或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三个或更多个项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一者”；“A、B和C中的一者或多者”；以及“A、B和/或C”各自旨在表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。上文和权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，使得未列举的特征或元素也是允许的。
本文所述的主题可体现在系统、装置、方法和/或制品中，具体取决于所需的配置。在前面的说明书中阐述的具体实施不表示与本文所述的主题一致的所有具体实施。相反，它们仅仅是与所述主题相关的方面一致的一些示例。虽然上文已详细描述了一些变型，但其他修改或添加也是可能的。具体地，除了本文阐述的那些特征和/或变型之外，还可提供其他特征和/或变型。例如，上述具体实施可涉及本文所公开的特征的各种组合和子组合和/或上文所公开的若干另外的特征的组合和子组合。此外，附图中所示和/或本文所述的逻辑流程不一定要求所示的特定次序或者先后次序来实现期望的结果。其他具体实施可在以下权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种聚合无线通信的方法，所述方法包括：
由移动计算设备确定第一频带中的WiFi通信与天线相关联，所述WiFi通信具有多个分配的传输时隙；
由所述移动计算设备确定第二频带中的第二无线通信也与所述天线相关联；
由所述移动计算设备确定所述第二无线通信的周期性和/或媒体质量；以及
由所述移动计算设备基于所述第二无线通信的所述周期性和/或媒体质量来确定所述WiFi通信与所述第二无线通信的动态聚合，所述动态聚合包括将所述第二无线通信的多个分组分配给与被分配给所述WiFi通信的所述传输时隙相关联的多个帧中的聚合帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二无线通信根据蓝牙协议。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述周期性与分配给所述WiFi通信的所述传输时隙进行比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其中至少基于大于65dBm的接收信号强度指示来确定所述媒体质量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于大于25dBm的信噪比来确定所述媒体质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中基于小于30％的空闲信道评估来确定所述媒体质量。
7.一种包括一个或多个处理器的移动计算设备，所述移动计算设备被配置为：
确定第一频带中的WiFi通信与天线相关联，所述WiFi通信具有多个分配的传输时隙；
确定第二频带中的第二无线通信也与所述天线相关联；
确定所述第二无线通信的周期性和/或媒体质量；以及
基于所述第二无线通信的所述周期性和/或媒体质量来确定所述WiFi通信与所述第二无线通信的动态聚合，所述动态聚合包括将所述第二无线通信的多个分组分配给与被分配给所述WiFi通信的所述传输时隙相关联的多个帧中的聚合帧。
8.根据权利要求7所述的移动计算设备，其中所述第二无线通信根据蓝牙协议。
9.根据权利要求7所述的移动计算设备，其中将所述周期性与分配给所述WiFi通信的所述传输时隙进行比较。
10.根据权利要求7所述的移动计算设备，其中至少基于大于65dBm的接收信号强度指示来确定所述媒体质量。
11.根据权利要求7所述的移动计算设备，其中基于大于25dBm的信噪比来确定所述媒体质量。
12.根据权利要求7所述的移动计算设备，其中基于小于30％的空闲信道评估来确定所述媒体质量。
13.一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令能够由第一设备的一个或多个处理器执行，以使所述一个或多个处理器：
确定在第一频带中与第二设备的WiFi通信与所述第一设备的天线相关联，所述WiFi通信具有多个分配的传输时隙；
确定第二频带中的第二无线通信也与所述第一设备的所述天线相关联；
确定所述第二无线通信的周期性和/或媒体质量；以及
基于所述第二无线通信的所述周期性和/或媒体质量来聚合所述WiFi通信和所述第二无线通信，所述聚合包括将所述第二无线通信的多个分组分配给与被分配给所述WiFi通信的所述传输时隙相关联的多个帧中的聚合帧。
14.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述第二无线通信根据蓝牙协议。
15.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读存储介质，其中将所述周期性与分配给所述WiFi通信的所述传输时隙进行比较。
16.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读存储介质，其中至少基于大于65dBm的接收信号强度指示来确定所述媒体质量。
17.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读存储介质，其中基于大于25dBm的信噪比来确定所述媒体质量。
18.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读存储介质，其中基于小于30％的空闲信道评估来确定所述媒体质量。
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