CN114041271A - 用于无线网络的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于无线网络的设备。所述无线网络包括：具有第一预定义带宽的单个主信道，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点相关联的一个或多个设备的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽内的第二预定义带宽的多个辅信道。所述设备用于：执行与所述主信道相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免CSMA/CA实例，以访问所述主信道，其中，生成了第一退避；执行与所述多个辅信道中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道，其中，生成了第二退避。

Description

用于无线网络的设备和方法
技术领域
本公开大体涉及无线通信领域，更具体地，涉及访问无线通信网络中的信道。为此，公开了一种用于包括单个主信道和多个辅信道的无线网络的设备以及由所述设备执行的方法。所述单个主信道具有第一预定义带宽并被配置为与特定接入点相关联的一个或多个设备的公共操作信道，所述多个辅信道具有所述第一预定义带宽内的第二预定义带宽。
背景技术
通常，越来越多使用无线信道的应用需要高吞吐量和超低延迟。例如，虚拟现实(Virtual Reality,VR)游戏通常需要20毫秒作为高质量用户体验的最大可接受延迟。此外，Wi-Fi通信技术并未针对低延迟进行优化，因此延迟和延迟抖动都可能非常大。通常，在许多情况下，所遇到的延迟比上述20毫秒的要求长得多。
此外，大多数传统Wi-Fi设备不使用信道访问调度协议。信道访问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，这可能导致设备等待资源变空闲的时间段较长。图10示意性地示出了传统访问方法在Wi-Fi中的信道访问问题。传统信道访问方法1000限定，设备只能在主信道1001空闲时进行传输。这意味着，无论带宽(Bandwidth,BW)1002、1003、1004的其余部分的状态如何，主信道1001的可用性限定了访问信道和传输的概率。
此外，Wi-Fi是一种没有预调度算法的测试驱动开发(Test Driven Development,TDD)技术。这意味着只有一台设备可以在特定时隙进行传输，并且有关传输的决定是在传输开始之前当即做出的。换言之，没有任何方法可以保证特定设备在特定时间能够成功访问信道。由于Wi-Fi标准中强制要求的后向兼容性，无法解决此问题。因此，如果来自同一网络的设备占用主信道，则没有机会进行传输。
此外，最新版本的Wi-Fi标准限定了一种空间复用方法，允许相邻网络在互不干扰的情况下使用相同的频率资源进行并行传输。然而，该技术限制了传输信号的功率，并且还引入了一些约束以保持稳健性。因此，这种传统方法未针对延迟减少进行优化，无法为信道访问提供所需的效率。
此外，已作为信道访问效率改进的候选方法讨论的另一种方法是管理多个主信道，其中，每个信道可以有自己的BW，或者与不同主信道相关的BW可以重叠。这一理念基于经验统计，该统计表明在大多数时间段内，Wi-Fi频段上都存在空闲(idle/free)信道(参见图11中的2.4GHz频谱图1101和5GHz频谱图1102)。图11示意性地示出了传统方法1100的Wi-Fi频段中的信道状态。虽然这种方法可以减少延迟，但它存在两个主要问题：实现复杂度相对较高(需要多个接收链)，并且每个主信道的状态限定整个BW的信道访问。
传统设备和方法的缺点在于，它们的效率有限或者复杂度大大增加。此外，当保留基于主信道的规则时，如果主信道忙碌，则无法使用可用BW。
发明内容
鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进传统设备和方法。因此，本发明的目的是提供一种用于无线网络的设备、系统和方法。本发明重点关注单个主信道的信道访问效率，并提供一种技术，所述技术可以减少延迟，并且还可以轻松地与多主信道技术等其它方法相结合。
本发明的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。从属权利要求中进一步限定了本发明的有利实现方式。
本发明实施例的主要优点可以概括为：
·允许高效利用频率资源，从而减少延迟。
·保留现有的信道访问过程，因此可能不需要新的算法和硬件设计。
·不支持所提出方法的设备可以以相同的方式运行，而不会改变或降低其性能(例如，本发明所述的方法和/或设备可能不会改变其它设备的性能)。
·尽可能保持公平性并最大限度地减少不必要的网络问题。
本发明的第一方面提供了一种用于无线网络的设备。所述无线网络包括：具有第一预定义带宽的单个主信道，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点相关联的一个或多个设备的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽内的第二预定义带宽的多个辅信道。所述设备用于：执行与所述主信道相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免(Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)实例，以访问所述主信道，其中，生成了第一退避；执行与所述多个辅信道中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道，其中，生成了第二退避。
所述第一方面的设备可以解决与延迟问题相关的问题。具体而言，所述第一方面的设备可以显著降低Wi-Fi网络中特定站点(station,STA)的平均延迟和抖动。
此外，所述单个主信道可以配置为所述公共操作信道，使得它成为与特定接入点(Access Point,AP)相关联的所有一个或多个设备已知的唯一信道。
所述设备可以包括电路。所述电路可以包括硬件和软件。所述硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，所述电路包括一个或多个处理器以及与所述一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可以承载可执行程序代码，当所述一个或多个处理器执行所述可执行程序代码时，使得所述设备执行本文描述的操作或方法。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述设备还用于执行多个第二CSMA/CA实例，其中，每个CSMA/CA实例与不同的辅信道和不同的最大带宽相关联。
在所述第一方面的另一种实现方式中，仅当所述辅信道空闲且所述主信道被另一设备占用时才减少所述第二退避。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：如果任一退避达到零，在确定的生成了所述退避的信道限定的带宽上传输数据。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：如果所述主信道被所述另一设备占用并且所述第二退避达到零，在所述辅信道上传输数据。
例如，传输的数据可以是任何类型的数据。在一些实施例中，具体而言，传输的数据可以是延迟敏感数据。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：如果所述主信道变为空闲，避免执行至少一项当前正在执行的操作。
具体而言，所述设备可以避免执行操作，例如当所述主信道空闲时。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：如果所述主信道被与另一接入点相关联的另一设备占用，确定所述另一设备在所述主信道上的传输时长。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：将所述辅信道上所有传输的总时长调整为小于或等于所述另一设备在所述主信道上的传输时长。
具体而言，应调整所有传输的总时长(即使传输多个数据包)。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：当结束所述辅信道上的传输时，在访问所述主信道之前等待确定的时间间隔。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：如果所述另一设备在所述主信道上的传输时长小于预定义阈值，不对所述辅信道的退避计数进行解析。
具体而言，所述设备可以在所述主信道上保持运行。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：将网络分配矢量(Network Allocation Vector,NAV)值包含到所述辅信道上传输的数据包中，其中，所述NAV值小于或等于单个数据包的时长。
例如，在一些实施例中，NAV时段可以是所述设备设置的时间段，以防止其它设备在该时段进行传输。可以在所述数据包内通告所述NAV值。
此外，在一些实施例中，NAV通告可能会因所述辅信道上的操作而丢失或未被接收。因此，为了避免这些问题出现，可以应用以下两个主要规则：
1.时长阈值：如果占用所述主信道的数据包太短，所述设备应避免切换到辅信道。可以在无线网络内就该阈值达成一致，以确保每个设备做出相同的决定。阈值时段可以表示为TSWITCH。
2.所述辅信道上的NAV设置：为避免与所述辅信道上的NAV设置相关的问题出现，所述辅信道上，可以将NAV值限制为小于或等于单个数据包的时长。
在所述第一方面的另一种实现方式中，所述设备还用于：仅使用所述主信道传输控制信息和/或管理信息。
本发明的第二方面提供了一种系统，所述系统包括：根据所述第一方面或所述第一方面的实现方式之一所述的第一设备；根据所述第二方面或所述第二方面的实现方式之一所述的第二设备。
本发明的第三方面提供了一种由用于无线网络的设备执行的方法，所述无线网络包括：具有第一预定义带宽的单个主信道，所述单个主信道被配置为与特定接入点相关联的一个或多个设备的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽内的第二预定义带宽的多个辅信道。所述方法包括：执行与所述主信道相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)实例，以访问所述主信道，其中，生成了第一退避；执行与所述多个辅信道中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道，其中，生成了第二退避。
在所述第三方面的一种实现方式中，所述方法还包括：执行多个第二CSMA/CA实例，其中，每个CSMA/CA实例与不同的辅信道和不同的最大带宽相关联。
在所述第三方面的另一种实现方式中，仅当所述辅信道空闲且所述主信道被另一设备占用时才减少所述第二退避。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：如果任一退避达到零，在确定的生成了所述退避的信道限定的带宽上传输数据。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：如果所述主信道被所述另一设备占用并且所述第二退避达到零，在所述辅信道上传输数据。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：如果所述主信道变为空闲，避免执行至少一项当前正在执行的操作。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：如果所述主信道被与另一接入点相关联的另一设备占用，确定所述另一设备在所述主信道上的传输时长。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：将所述辅信道上所有传输的总时长调整为小于或等于所述另一设备在所述主信道上的传输时长。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：当结束所述辅信道上的传输时，在访问所述主信道之前等待确定的时间间隔。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：如果所述另一设备在所述主信道上的传输时长小于预定义阈值，不对所述辅信道的退避计数进行解析。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：将网络分配矢量(NAV)值包含到所述辅信道上传输的数据包中，其中，所述NAV值小于或等于单个数据包的时长。
在所述第三方面的另一种实现方式中，所述方法还包括：仅使用所述主信道传输控制信息和/或管理信息。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和模块都可以通过软件或硬件元件或其任一种组合实现。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能都是为了表明相应的实体适于或用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有反映在执行所述具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任一种组合实现。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述中阐述上述本发明的各方面及实现方式，其中：
图1为根据本发明实施例的用于无线网络的设备的示意图；
图2为根据本发明实施例的系统的示意图；
图3为根据本发明实施例的支持延迟敏感传输的设备的另一示例性方案；
图4为具有第一预定义带宽的单个主信道和具有第一预定义带宽内的第二预定义带宽的多个辅信道的另一示意图；
图5为退避计数规则的示意图；
图6为设备在具有三个不同操作阶段时执行两个CSMA/CA实例的示意图；
图7为调整时长时间的示意图；
图8为在辅信道上传输之后应用等待时段的示意图；
图9为根据本发明实施例的由用于无线网络的设备执行的方法的流程图；
图10示意性地示出了传统访问方法在Wi-Fi中的信道访问问题；
图11示意性地示出了传统方法的Wi-Fi频段中的信道状态。
具体实施方式
图1为根据本发明实施例的用于无线网络1的设备100的示意图。所述无线网络1包括：具有第一预定义带宽BW-101的单个主信道101，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点120相关联的一个或多个设备100、110的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽BW-101内的第二预定义带宽的多个辅信道102、103、104。
所述设备100用于执行与所述主信道101相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)实例，以访问所述主信道101，其中，生成了第一退避。
所述设备100还用于执行与所述辅信道102、103、104中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道102、103、104，其中，生成了第二退避。
所述设备100可以包括电路(图1中未示出)，所述电路可以包括硬件和软件。所述硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，所述电路包括一个或多个处理器以及与所述一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可以承载可执行程序代码，当所述一个或多个处理器执行所述可执行程序代码时，使得所述设备执行本文描述的操作或方法。
参考图2，图2为根据本发明实施例的系统的示意图。
在不限制本公开的情况下，假设将图1所示的设备100并入系统200中(例如，作为第一设备和/或第二设备)。系统200包括第一设备100。系统200还包括第二设备100。
系统200可以用于无线网络1。无线网络1包括：具有第一预定义带宽BW-101的单个主信道101，其中，所述单个主信道被配置为公共操作信道(例如，用于系统200的第一设备100和第二设备100)；具有第一预定义带宽BW-101内的第二预定义带宽的多个辅信道102、103、104。
系统200的第一设备100和/或第二设备100可以执行与所述主信道101相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)实例，以访问所述主信道101，其中，生成了第一退避；执行与所述辅信道102、103、104中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道102、103、104，其中，生成了第二退避。
参考图3，图3为根据本发明实施例的支持延迟敏感传输的设备100的另一示意性示意图。
设备100可以支持延迟敏感传输。例如，设备100可以在信道访问方面作为多个设备301、302、303的组合来操作，并且可以允许在单个主信道限定的BW内进行更高效的操作。
参考图4，图4为具有第一预定义带宽80MHz的单个主信道101和具有第一预定义带宽80MHz内的第二预定义带宽的多个辅信道102、103、104的示意图。
在图4的实施例中，(例如，由用于无线网络1的设备100)维护一个(单个)主信道101，以用于传输控制信息和/或管理信息。
此外，该方案可以对其它设备(例如，对延迟不敏感的设备)保持透明。此外，多个辅信道102、103、104可以用于并行CSMA机制，该机制可以由AP 120(图4中未示出)限定并且可以进一步预先指示。并行CSMA/CA实例可以具有以下两个主要规则：
·每个实例都有自己的主信道(仅就CSMA/CA而言)
·每个实例具有不同的最大BW。
例如，设备100可以考虑上述两个主要规则来执行并行CSMA/CA实例。
参考图5，图5为退避计数规则的示意图。
例如，退避规则计数可以由设备100执行。
如上所述，在一些实施例中，可以存在多个CSMA/CA实例。此外，CSMA/CA实例的数量和每个实例的确切BW应在每个无线网络1内限定，并且可以进一步由接入点120通告。
此外，所有支持建议方法的设备(例如，设备100、设备110等)应基于以下规则来管理多个CSMA/CA实例：
·基于常规CSMA/CA规则，除了延迟敏感传输之外，还管理单个主信道101的所有通信。
·设备100为所有针对新技术限定的信道(CSMA/CA实例)生成多个独立的退避(每个确定的信道，退避均确定)。
·当辅信道102、103、104空闲且主信道101忙碌时，减少辅信道102、103、104上的退避。
·当任一退避达到零时，设备100可以感测特定信道并在针对所述特定信道限定的可用BW上进行传输。
参考图6，图6为设备100在具有三个不同操作阶段时执行两个CSMA/CA实例的示意图。
在图6中，假设在具有包括阶段(1)、阶段(2)和阶段(3)的三个不同阶段时，存在两个CSMA/CA实例，而在所有阶段，设备100应用上文限定的规则。
·阶段(1)：所有信道被占用，主信道101和多个辅信道102、103、104上都暂停退避。
·阶段(2)：主信道101被以11ax格式传输的重叠基本服务集(Overlapping BasicServiceSe,OBSS)(例如，检测到前导码)所占用，辅信道空闲。检测到OBSS的前导码，并且当确定的辅信道102、103、104上的退避达到零时，传输延迟敏感数据。
·阶段(3)：所有信道均空闲，当主信道101上的退避达到零(即，多个辅信道102、103、104上的退避被暂停)时，对传输进行初始化。
参考图7，图7为调整时长时间的示意图。例如，设备100可以调整时长时间。
为了确保(例如，设备100和/或由设备100执行的方法)高效地减少延迟，但不改变不支持所执行方法的设备的无线网络行为，本文添加了多个应用规则。
例如，可以在多个辅信道102、103、104上限制传输时长。例如，可以假设主信道101被相邻网络(OBSS)占用，因此，在占用期间，BSS(与设备100相关)内的传输都不会被初始化。
因此，为了避免任何不必要的问题出现，可以将辅信道上的传输时长限制(例如，调整)为小于或等于主信道101上的OBSS信号时长。这意味着支持该方法的设备可以成功检测OBSS信号的前导码。
参考图8，图8为在辅信道上传输之后应用等待时段的示意图。例如，设备100可以应用等待时段。
通常，隐藏节点是Wi-Fi网络中常见的问题。这会导致不同设备面临不同信道状态的情况。例如，一些设备可能在主信道101上看不到信号，并且可能尝试在OBSS信号的时段内进行传输。此外，在此时段期间任何在辅信道102、103、104上进行传输的设备都无法察觉到主信道101上发生的情况。因此，在确定的辅信道102、103、104上完成传输时，例如，在可以对主信道101采取任何行动之前，可以限定特殊等待时段。所述等待时段可能仅与OBSS传输期间在辅信道102、103、101上运行的那些设备相关。在图8中，示例性等待时段表示为TWAIT。
图9示出了根据本发明实施例的由用于无线网络1的设备100执行的方法900。所述无线网络1包括：具有第一预定义带宽BW-101的单个主信道101，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点120相关联的一个或多个设备100、110的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽BW-101内的第二预定义带宽的多个辅信道102、103、104。如上所述，方法900可以由设备100执行。
所述方法900包括步骤901：执行与所述主信道101相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)实例，以访问所述主信道101，其中，生成了第一退避。
方法900还包括步骤902：执行与所述辅信道102、103、104中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道102、103、104，其中，生成了第二退避。
已经结合作为示例的各种实施例以及实现方式描述了本发明。但是，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、本发明和独立权利要求，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可实现权利要求书中所列举的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举一些措施并不表示这些措施的组合不能用于有益的实现方式。

Claims (14)

1.一种用于无线网络(1)的设备(100)，其特征在于，所述无线网络(1)包括：具有第一预定义带宽(BW-101)的单个主信道(101)，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点(120)相关联的一个或多个设备(100、110)的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽(BW-101)内的第二预定义带宽的多个辅信道(102、103、104)，所述设备(100)用于：
执行与所述主信道(101)相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免CSMA/CA实例，以访问所述主信道(101)，其中，生成了第一退避；
执行与所述辅信道(102、103、104)中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道(102、103、104)，其中，生成了第二退避。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
执行多个第二CSMA/CA实例，其中，每个CSMA/CA实例与不同的辅信道(102、103、104)和不同的最大带宽相关联。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其特征在于，仅当所述辅信道(102、103、104)空闲且所述主信道(101)被另一设备占用时才减少所述第二退避。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
如果任一退避达到零，在确定的生成了所述退避的信道限定的带宽上传输数据。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
如果所述主信道(101)被所述另一设备(110)占用并且所述第二退避达到零，在所述辅信道(102、103、104)上传输数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：如果所述主信道(101)变为空闲，避免执行至少一项当前正在执行的操作。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
如果所述主信道(101)被与另一接入点相关联的另一设备占用，确定所述另一设备在所述主信道(101)上的传输时长。
8.根据权利要求7中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
将所述辅信道(102、103、104)上所有传输的总时长调整为小于或等于所述另一设备在所述主信道(101)上的传输时长。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
当结束所述辅信道(102、103、104)上的传输时，在访问所述主信道(101)之前等待确定的时间间隔。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
如果所述另一设备在所述主信道(101)上的传输时长小于预定义阈值，不对所述辅信道(102、103、104)的退避计数进行解析。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
将网络分配矢量NAV值包含到所述辅信道(102、103、104)上传输的数据包中，其中，所述NAV值小于或等于单个数据包的时长。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备(100)，其特征在于，还用于：
仅使用所述主信道(101)传输控制信息和/或管理信息。
13.一种系统(200)，其特征在于，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的第一设备(100)；
根据权利要求1至12中任一项所述的第二设备(100)。
14.一种由用于无线网络(1)的设备(100)执行的方法(900)，其特征在于，所述无线网络包括：具有第一预定义带宽(BW-101)的单个主信道(101)，其中，所述单个主信道被配置为与特定接入点(120)相关联的一个或多个设备(100、110)的公共操作信道；具有所述第一预定义带宽(BW-101)内的第二预定义带宽的多个辅信道(102、103、104)，所述方法(900)包括：
执行与所述主信道(101)相关联的第一载波侦听多址访问/冲突避免CSMA/CA实例，以访问所述主信道(101)，其中，生成了第一退避；
执行与所述辅信道(102、103、104)中的一个相关联的第二CSMA/CA实例，以访问所述辅信道(102、103、104)，其中，生成了第二退避。
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