CN1426252A

CN1426252A - 无线独立网中共享混合资源的方法、基站以及数据格式

Info

Publication number: CN1426252A
Application number: CN02141964A
Authority: CN
Inventors: 张景训
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: DE60223486D1; US7453846B2; EP1320220B1; US20030109259A1; KR20030048334A; EP1320220A3; USRE43518E1; DE60223486T2; EP1320220A2; JP3777154B2; JP2003198560A; USRE42850E1; USRE43493E1; USRE43477E1; CN1193630C; KR100450795B1

Abstract

本发明提供在独立网中共享混合资源的方法、用于该方法的基站以及用于该方法和基站的数据格式。当无线混合资源的共享由分布式协调方法控制时，判断当前传输的数据是否与实时业务有关。如果确定当前传输的数据与实时业务有关，则采用分布式协调方法请求并接收共享控制权限，采用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享，直到实时业务结束。共享控制权限对应于控制无线混合资源共享的权限。因此，资源使用效率得到最大化，支持资源的实时业务，并能够组成网格网。此外，可以避免负载集中在控制站上，并且控制站不是固定的。结果，基站可以自由地预订到被预订的网络上以及从被预订的网络上退出。

Description

无线独立网中共享混合资源的方法、基站以及数据格式

技术领域

本发明涉及一种基于载波侦听多路存取(CSMA)/避免冲突(CA，collisionavoidance)的无线独立网，更具体地说，涉及在无线独立网中共享混合资源的方法、用于该方法的基站以及用于该方法和基站的数据格式。

背景技术

无线独立网以无线方式连接预定地区内的无线基站，不考虑对基网的连接。例如，无线连接信息家用电子设备的家庭网就是一种无线独立网。无线独立网中的业务可大致分为实时音视频(AV)流业务和非实时AV流业务。这种无线独立网的环境如下所述。

首先，由于网络订户的兴趣集中在一个独立网中的一个实时AV流业务上，因此极少有大量实时AV业务共同存在于一个独立网中的情况。

第二，少量实时AV流业务和大量非实时AV流业务可以共同存在于一个独立网中。

第三，实时AV流业务使用实时业务为主体的基站，在业务中存在有限的占用时间。

在上述无线独立网环境中，无线基站(STA)共享无线资源进行通信。这里，传统的资源共享方法可以分成分布式协调方法和集中式控制方法。

分布式协调方法使用当基站试图同时使用数据信道时尽量减少冲突的机制。该机制是基于CSMA/CA的IEEE 802.11a分布式协调功能(DCF)。在使用DCF的分布式协调方法中，创建随机后退数(back-off numbers)以尽量减少基于竞争的冲突，当信道至少空闲了预定的时间(对于IEEE 802.11，该时间叫做DCF帧间间隔(DIFS))后，该后退数按级降低，当后退数变成“0”时发送数据。根据具体数据类型划分资源占用优先级的传统分布式协调方法包括点协调功能(PCF)帧间间隔(PIFS)系统和短帧间间隔(SIFS)。这些系统的优先级有DIFS＞PIFS＞SIFS关系，使用SIFS的基站具有高于使用DIFS的基站的优先级。但是，由于DCF系统是工作在概率基础上上，因此基站仍然有可能冲突。

在集中式控制方法中，一个控制站成组地控制在无线独立网中共享的资源。因此，无线基站根据控制站的指令共享无线资源。集中式控制方法可以细分为直接模式和间接模式。在直接模式中，控制站控制在无线基站之间用于发送和接收的时隙，使得无线基站直接相互通信。HiperLAN/2标准是直接模式的一个有代表性的例子。在间接模式中，所有基站的传输数据都发送到控制站，使得无线基站通过控制站间接地相互通信。这种间接模式基于蓝牙标准。

因此，在上述分布式协调方法中，不需要特定的控制站，可以建立网格网，独立网可以容易地预订和退出网格网。但是，分布式协调方法低效地使用资源，并且很难支持实时AV流业务。此外，间接模式的集中式控制方法很难支持由于分组转发引起的实时AV流业务，所以将负载集中在控制站上，并要求在控制站从所预订的网络中退出时选择替代节点。此外，直接模式的集中式控制方法有效地使用资源，支持实时AV流业务，并组成网格网。但是，直接模式的集中式控制方法将负载集中在控制站上，并要求在控制站从所预订的网络中退出时选择替代节点。

因为这些方法是基于非实时业务开发的，或者由于网络结构不灵活，所以上述传统资源共享方法有很多问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种在无线独立网中共享混合资源的方法，该方法通过更有效地分析无线独立网的环境使得无线资源能够自适应地被该环境共享，具有优于传统的资源共享方法的特点，从而支持无线基站之间的实时业务和非实时业务。

本发明的第二个目的是提供执行该混合资源共享方法的基站。

本发明的第三个目的是提供在基站之间传输的数据的格式。

因此，为了达到第一个目的，本发明提供一种在无线独立网中基站之间共享无线混合资源的方法。当采用分布式协调方法控制无线混合资源的共享时，确定当前传输的数据是否与实时业务有关。如果确定当前传输数据与实时业务有关，则采用分布式协调方法请求并接收共享控制权限，采用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享，直到实时业务结束。共享控制权限相应于控制无线混合资源共享的权限。

为了达到第二个目的，本发明提供一种执行无线混合资源共享方法的基站。该基站包括传输数据检查单元和第一控制器。传输数据检查单元检查当前传输的数据是否与实时业务有关，并根据检查结果生成控制信号。第一控制器响应控制信号，采用分布式协调方法请求并接收共享控制权限，并采用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享直到实时业务结束。

为了达到第三个目的，本发明提供一种用于共享无线混合资源方法和基站的数据格式。该数据格式包括控制权限请求消息、控制权限释放消息和传输帧。控制权限请求消息通过分布式协调方法请求共享控制权限。控制权限释放消息释放共享控制权限。传输帧由PIFS分别与控制权限请求消息和控制权限释放消息隔开，控制权限请求消息和控制权限释放消息也由一个PIFS相互隔开，并分别有可变长度。

附图说明

通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的以上目的和优点会更加明显，其中：

图1是说明根据本发明的在无线独立网中共享混合资源的方法的流程图；

图2是说明根据本发明的图1所示步骤12的优选实施例的流程图；

图3是根据本发明的执行图1所示混合资源共享方法的基站的方框图；

图4是根据本发明的图3所示的第一控制器的优选实施例的方框图；

图5(a)、(b)和(c)显示的是根据本发明的上述混合资源共享方法和基站的数据格式的视图；

图6显示的是根据本发明图5(c)所示的下行链路段(section)的优选

实施例；以及

图7(a)和(b)分别说明在请求共享控制权限的消息被广播之后，如何获得共享控制权限，以及如何从控制站接收拒绝共享控制权限请求的消息的视图。

具体实施方式

以下借助附图描述根据本发明的无线独立网中的共享混合资源的方法。

图1显示的是说明根据本发明的在无线独立网中共享混合资源的方法的流程图。该方法由步骤10到14组成，根据是否传输与实时业务有关的数据，采用直接模式的集中式控制方法或分布式协调方法控制无线资源的共享。

根据本发明的混合资源共享方法，在步骤10中，当基于上述分布式协调方法控制无线资源的共享时，确定当前传输的数据是否与实时业务有关。例如，确定是否生成实时AV流业务，即该实时AV流业务是否通过无线独立网提供。

如果采用分布式协调方法控制无线资源的共享时，确定当前传输的数据与实时业务有关，则在步骤12中，作为实时业务主体的基站(以下称为“主站，subject station”)采用分布式协调方法请求共享控制权限，当该请求被接收后主站被授予共享控制权限，主站采用直接模式的集中式控制方法控制无线资源的共享，直到相应的实时业务结束。这时，主站在相应的实时业务结束之后采用分布式协调方法重新控制无线资源的共享。共享控制权限是控制无线资源共享的权限。

以下描述根据本发明的步骤12的一个优选实施例。

图2显示的是说明根据本发明的图1所示的步骤12的优选实施例的流程图。步骤12包括：步骤20和22，请求共享控制权限；步骤24到28，如果所请求的共享控制权限被拒绝，则通过请求定时轮询来控制无线资源的共享；以及步骤30到34，如果所请求的共享控制权限被接受，则采用直接模式的集中式控制方法控制无线资源共享直到实时业务结束。

如果确定当前传输的数据与实时业务有关，则在步骤20中，主站采用分布式协调方法，例如DCF系统，请求共享控制权限。步骤20之后，在步骤22中，主站判定共享控制权限的请求是否被拒绝。换句话说，主站确定是否存在当前拥有共享控制权限的基站(以下称为“控制站”)。为此，主站可以判定是否从控制站收到拒绝控制权限请求的消息。

如果确定共享控制权限请求被拒绝，则在步骤24中，无线资源的共享被控制，主站向控制站请求定时轮询。例如，如果控制站存在，由于主站不能被授予共享控制权限，所以由控制站控制共享无线资源，并实现相应的与实时AV流业务有关的通信。

步骤24之后，在步骤26中，主站判定实时业务是否在进行中。如果确定实时业务在进行中，则在步骤28中，主站判定无线资源共享是否不需要控制。换句话说，如果确定实时业务在进行中，主站判定是否从控制站收到控制权限释放消息。

如果通过定时轮询确定无线资源的共享不需要由执行相应于与实时业务有关的通信的控制站控制，则处理返回步骤20。换句话说，当主站不再需要由控制站控制时，主站再次使用分布式协调方法请求获取共享控制权限。但是，如果确定实时业务在进行过程中、主站仍然需要由控制站控制共享无线资源，则处理返回步骤24。

如果确定共享控制权限请求没有被拒绝，则在步骤30中，主站被授予共享控制权限，并使用直接模式的集中式控制方法控制无线资源的共享。步骤30之后，在步骤32中，主站判定实时业务是否结束。如果确定实时业务没有结束，则处理返回步骤30，使得主站仍然拥有共享控制权限。但是，如果确定实时业务结束，则在步骤34中，主站向其他基站广播控制权限释放消息，以返还共享控制权限。

这时，如果在步骤26中或步骤34之后确定实时业务没有在进行中，则主站通过分布式协调方法控制无线资源的共享。

以下结合图3和4描述根据本发明的在独立网中执行上述混合资源共享方法的基站结构和操作的优选实施例。

图3显示的是执行根据本发明图1所示混合资源共享方法的基站的方框图。该基站由传输数据检查单元50以及第一和第二控制器52和54组成。

为了更好地理解本发明，以下描述图3所示基站的结构和操作时假设该基站为主站。

传输数据检查单元50检查当前通过输入端口IN1输入的传输数据是否与实时业务有关，并向第一和第二控制器52和54输出响应检查结果所生成的控制信号。

响应传输数据检查单元50输入的控制信号，通过分布式协调方法，第一控制器52被授予共享控制权限，并以直接模式控制中心控制系统上的无线资源共享，直到实时业务结束。为此，如果根据控制信号知道经由输入端口IN1输入的数据是实时业务的传输数据，则第一控制器52通过输出端口OUT1向其他基站输出请求共享控制权限的信号，并检查是否通过输入端口IN1从其他基站，例如控制站(没有示出)，收到拒绝该共享控制权限请求的消息。这时，如果第一控制器52被授予共享控制权限，则经过输入端口IN1通过传输数据检查单元50输入的数据被通过输出端口OUT1发送到相应的基站(没有示出)。

响应从传输数据检查单元50输入的控制信号，第二控制器54采用分布式协调方法控制无线资源的共享。这时，第二控制器通过输入端口IN3接收来自另一个基站的数据，并将经由输入端口IN1通过传输数据检查单元50输入的数据通过输出端口OUT2输出到另一个基站。这时，响应当在第一控制器52中实时业务结束时产生的结束信号，第二控制器54可以使用分布式协调方法控制无线资源共享。

以下介绍根据本发明图3所示第一控制器52的优选实施例的结构和操作。

图4显示的是根据本发明的图3所示第一控制器52的优选实施例的方框图。第一控制器52包括请求消息广播器70、请求拒绝消息接收器72、轮询请求单元74、释放消息接收器76、共享资源控制器78和业务检查单元80。

为了执行步骤20，图4所示请求消息广播器70，响应经过输入端口IN4从传输数据检查单元50输入的控制信号、和从释放消息接收器76输入的启用信号，通过输出端口OUT3使用分布式协调方法向其他基站广播控制权限请求消息。

为了执行步骤22，请求拒绝消息接收器72通过输入端口IN5接收拒绝共享控制权限请求的消息，并将所收到的消息做为禁止信号输出到轮询请求单元74和共享资源控制器78。如上所述，当存在控制站时，拒绝共享控制权限请求的消息经过输入端口IN5输入给请求拒绝消息接收器72。

执行步骤24的轮询请求单元74，响应从请求拒绝消息接收器72输入的禁止信号、和从释放消息接收器76输入的启用信号，通过输出端口OUT4向控制站请求定时轮询。例如，如果轮询请求单元74通过请求拒绝消息接收器72输入的禁止信号知道经由输入端口IN5收到拒绝请求共享控制权限的消息，则通过输出端口OUT4向控制站请求定时轮询。

为了执行步骤26和28，释放消息接收器76响应经过输入端口IN4从传输数据检查单元50输入的控制信号，通过输入端口IN6接收共享控制权限释放消息，并将所收到的信号做为启用信号输出给请求消息广播器70和轮询请求单元74。例如，如果释放消息接收器76通过经由输入端口IN4输入的控制信号知道实时业务正在进行中，则可以通过输入端口IN6接收控制权限释放消息。因此，在步骤20中，如果请求消息广播器70通过来自释放消息接收器76输入的启用信号知道从控制站收到控制权限释放消息，则使用分布式协调方法通过输出端口OUT3向其他基站广播控制权限请求消息。在步骤24中，如果轮询请求单元74通过来自释放消息接收器76输入的启用信号知道没有从控制站收到共享控制权限释放消息，则通过输出端口OUT4向控制站请求定时轮询。这时，当控制站不再控制主站时，控制站向主站广播共享控制权限释放消息。

为此，如果从控制站收到共享控制权限释放消息，则释放消息接收器76生成具有第一逻辑电平的启用信号，如果没有从控制站收到控制权限释放消息，则生成具有第二逻辑电平的启用信号。

响应从请求拒绝消息接收器72输入的禁止信号，执行步骤30到34的共享资源控制器78被授予共享控制权限，并使用直接模式的集中式控制方法控制无线资源的共享。例如，如果共享资源控制器78通过从请求拒绝消息接收器72输入的禁止信号知道没有收到拒绝请求共享控制权限的消息，则使用直接模式的集中式控制方法控制无线资源的共享。这时，共享资源控制器78通过输入端口IN7接收其他基站的数据，或通过输出端口OUT5向另一个基站输出实时业务数据。另外，在步骤24中，共享资源控制器78响应从业务检查单元80输入的结束信号，通过输出端口OUT5向另一个基站发送共享控制权限释放消息以返还共享控制权限。

执行步骤32的业务检查单元80检查实时业务是否结束，将检查结果作为结束信号通过输出端口OUT6输出给共享资源控制器78和第二控制器54。这时，第二控制器54响应来自业务检查单元80的结束信号，使用分布式协调方法控制无线资源的共享。

以下结合附图介绍根据本发明的用于混合资源共享方法和基站的数据格式。

图5(a)、(b)和(c)显示的是根据本发明的用于上述混合资源共享方法和基站的数据格式视图。图5(a)显示的是数据段(section)，(b)显示的是根据本发明的一个段的数据格式，(c)显示的是传输帧的格式。

步骤10由图5(a)所示分布式协调方法段90执行。这里，如果确定当前传输数据与实时业务有关，则步骤12在图5(a)所示的自适应控制方法段92中执行。为此，主站在自适应控制系统段92的开始点97获得共享控制权限。这里，自适应控制系统段92的长度96可变。当实时业务在自适应控制系统段92中的步骤12期间结束时，主站在自适应控制系统段92的结束点98返还共享控制权限。

根据本发明，如图5(b)所示，图5(a)所示的自适应控制系统段92由控制权限请求消息100，从第1到第n的一系列传输帧102、104、...和106，以及控制权限释放消息108组成。这里，第一传输帧102用PIFS 120与控制权限请求消息分开，第n传输帧106用PIFS 126与控制权限释放消息108分开。第1到第n传输帧102、104、...和106用PIFS 122相互隔开，以在基于DCF的无线基站上获得资源占用优先权。这里，第1到第n传输帧102、104、...和106的长度分别是124，长度根据相应AV流业务的特征变化。

根据本发明，如图5(c)所示，第1到第n传输帧102、104、...和106中的每一个都由下行链路段140、轮询段142和分布控制段144组成。这里，在下行链路段140中，与实时业务有关的传输数据被发送给另一个基站，下行链路段140具有可变长度160。此外，在轮询段142中，其他与实时业务有关的基站被轮询，轮询段142具有可变长度162，并且可以使用多路复用轮询系统改进其功能。在轮询段142中，分组(packet)从主站转发给控制站或另一个基站。在分布控制段144中，与非实时业务有关的传输数据发送给另一个基站，使用DCF系统，分布控制段144具有可变长度164。如果生成附加实时AV流业务，则请求定时轮询的消息可以发送给控制站。这里，下行链路段140用PIFS 170与轮询段142分开。轮询段142用DIFS 172与分布控制段144分开。

图6显示的是根据本发明图5(c)所示下行链路段140的优选实施例，包括多个分组182、184、...和186。参照图6，多个分组182、184、...和186用PIFS 180相互隔开，以维持下行链路段140的共享控制权限。

图7(a)和(b)分别说明在请求共享控制权限的消息被广播之后，如何获得共享控制权限，以及如何从控制站接收拒绝共享控制权限请求的消息的视图。在图7(a)中没有控制站，而在图7(b)中有控制站。

如图7(a)所示，请求消息广播器70通过输出端口OUT3广播了控制权限请求消息192之后，如图4所示的共享资源控制器78在PIFS 190期间空闲，然后被授予共享控制权限194。

当请求消息广播器70广播了控制权限请求消息202后又过了SIFS 200之后，如图4所示的请求拒绝消息接收器72从控制站接收控制权限请求拒绝消息204。

如上所述，采用在无线独立网中共享混合资源的方法、用于该方法的基站以及用于该方法和基站的数据格式，与非实时业务有关的数据分组通过分布式协调方法发送/接收，与实时业务有关的数据分组通过直接模式的集中式控制方法发送/接收。换句话说，在无线独立网中发送和接收混合数据。因此，资源使用效率得到最大化，支持资源的实时业务，并且能够组成网格网。此外，负载可以避免集中在控制站上，并且控制站不是固定的。结果，基站可以自由地预订到被预订的网络上、以及从被预订的网络上退出。

Claims

1.一种在无线独立网中在基站之间共享无线混合资源的方法，该方法包括：

(a)当无线混合资源的共享被分布式协调方法控制时，判定当前传输的数据是否与实时业务有关；以及

(b)如果确定当前传输的数据与实时业务有关，则使用分布式协调方法请求和接收共享控制权限，并使用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享，直到实时业务结束，

其中，共享控制权限对应于控制无线混合资源共享的权限。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括(c)如果确定当前传输的数据与实时业务无关，则使用分布式协调方法控制无线混合资源的共享。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括：

(b1)如果确定当前传输的数据与实时业务有关，则使用分布式协调方法请求共享控制权限；

(b2)判定共享控制权限的请求是否被拒绝；

(b3)如果确定所述请求被拒绝，通过请求定时轮询来控制无线混合资源的共享；

(b4)判定无线混合资源的共享在实时业务期间是否不需要控制，如果确定无线混合资源的共享在实时业务期间不需要控制，则返回步骤(b1)，如果确定无线混合资源的共享在实时业务期间仍然需要控制，则返回步骤(b3)；

(b5)如果确定共享控制系统的请求没有被拒绝，则使用直接模式的集中式控制方法接收共享控制权限并控制无线混合资源的共享；

(b6)判定实时业务是否结束，如果确定实时业务没有结束则返回步骤(b5)；以及

(b7)如果确定实时业务结束，则返还共享控制权限，

其中，使用分布式协调方法控制无线混合资源的共享。

4.一种用于执行权利要求1所述的无线混合资源共享方法的基站，所述基站包括：

传输数据检查单元，用于检查当前传输的数据是否与实时业务有关，并根据检查结果生成控制信号；以及

第一控制器，用于响应所述控制信号，使用分布式协调方法请求和接收共享控制权限，并使用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享，直到实时业务结束。

5.根据权利要求4所述的基站，进一步包括第二控制器，用于响应所述控制信号，通过分布式协调方法控制无线混合资源的共享。

6.根据权利要求4所述的基站，其中第一控制器包括：

请求消息广播器，用于根据所述控制信号和启用信号，通过分布式协调方法广播用于请求共享控制权限的控制权限请求消息；

请求拒绝消息接收器，用于接收拒绝共享控制权限的请求的控制权限请求拒绝消息，并根据所收到的结果输出禁止信号；

轮询请求单元，用于根据所述禁止信号和所述启用信号请求定时轮询；以及

释放消息接收器，用于根据所述控制信号接收控制权限释放消息，并根据所收到的结果输出所述启用信号；

共享资源控制器，用于根据所述禁止信号接收共享控制权限，使用直接模式的集中式控制方法控制无线混合资源的共享，向另一个基站发送共享控制权限释放消息，并响应结束信号返还共享控制权限；以及

业务检查单元，用于检查实时业务是否结束，并把检查结果作为结束信号输出，

其中，第二控制器响应所述结束信号，使用分布式协调方法控制无线混合资源的共享。

7.一种用于权利要求3所述的方法的数据格式，该数据格式包括：

控制权限请求消息，用于使用分布式协调方法请求共享控制权限；

控制权限释放消息，用于释放共享控制权限；以及

传输帧，通过PIFS分别与控制权限请求消息和控制权限释放消息隔开，控制权限请求消息和控制权限释放消息也通过一个PIFS相互隔开，并分别拥有可变长度。

8.根据权利要求7所述的数据格式，其中每个传输帧包括：

下行链路段，通过该段与实时业务有关的数据传输给另一个基站，并具有可变长度；

轮询段，通过该段轮询与实时业务有关的其他基站，并具有可变长度；以及

分布控制段，通过该段与非实时业务有关的数据传输给另一个基站，并具有可变长度。

9.根据权利要求8所述的数据格式，其中下行链路段通过PIFS与轮询段隔开。

10.根据权利要求8所述的数据格式，其中，轮询段采用DIFS与分布控制段隔开。

11.根据权利要求8所述的数据格式，其中，下行链路段包括多个彼此由PIFS相互隔开的分组。

12.一种用于权利要求1所述的方法和权利要求6所述的基站的数据格式，该数据格式包括：

控制权限请求消息，用于通过分布式协调方法请求共享控制权限；

控制权限释放消息，用于释放共享控制权限；以及

13.根据权利要求12所述的数据格式，其中每个传输帧包括：

14.根据权利要求13所述的数据格式，其中，下行链路段采用PIFS与轮询段隔开。

15.根据权利要求13所述的数据格式，其中，轮询段采用DIFS与分布控制段隔开。

16.根据权利要求13所述的数据格式，其中，下行链路段由多个采用PIFS相互隔开的分组组成。

17.根据权利要求13所述的数据格式，其中，在请求消息广播器广播共享控制权限请求消息之后，共享资源控制器在PIFS期间内空闲，然后接收共享控制权限。

18.根据权利要求13所述的数据格式，其中，当请求消息广播器广播了共享控制权限请求消息之后再经过SIFS时间以后，请求拒绝消息接收器接收拒绝共享控制权限请求的消息。