CN1526219A - 在ieee802.11无线局域网中利用混合协调功能的功率控制 - Google Patents

在ieee802.11无线局域网中利用混合协调功能的功率控制 Download PDF

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Abstract

被准许的TxOP夹持器以足以确保被目的地正确接收和被HC检测到的功率电平发射QSTA到QSTA通信的第一个帧，然后，有例外地以仅足以确保被目的地正确接收的功率电平发射后续帧，而不管由HC的接收或检测。必须被HC接收的后续帧，如改变T队列大小或请求当前TxOP扩展的那些帧被以足以确保被HC以及目的地接收的功率发射，最后的帧也是这样。阻止HC仅因为未能检测到活动而无条件地收回信道，并且恢复被限于TxOP夹持器。

Description

在IEEE802.11无线局域网中利用混合协调功能的功率控制
本发明一般针对无线局域网并且，更特别地针对利用与无线局域网中混合协调功能操作一起的发射功率控制。
目前最通常的是根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11-1999标准来实施无线局域网(WLAN)，通常被称为“无线保真度”或“WiFi”。许多工作组目前在开发该标准的修改和扩展用于各种目的。特别地，IEEE802.11工作组的介质访问控制(MAC)增强任务组(任务组E)正在致力于将服务质量(QoS)合并到无线局域网中用于视频、语音和多媒体的高质量传送(参见IEEE 802.11e QoS草案D2.0a，2001年11月)，同时IEEE 802.11任务组H(TGh)在开发一种标准用于将动态频率选择和发射功率控制合并到IEEE 802.11a实现中(参见“DFS andTPC Joint Proposal for 802.11h(为802.11h的DFS和TPC联合建议)”，IEEE 802.11-01/169r2)。
因为移动终端电池寿命是有限的，所以在IEEE 802.11无线网络中能量消耗已经成为一个重要问题。能量节约可以以几种方式获得，其中之一是利用发射功率控制(TPC)，一种通过将无线电发射功率调整为获得想要的链路可靠性所需的最小电平(也就是，确保帧的正确接收)的机制。如上面所提到的，IEEE 802.11h工作组正在为802.11a开发TPC，并且类似的算法被期望用于802.11b物理(PHY)层。
在混合协调功能(HCF)下运行的IEEE 802.11e网络中TPC机制的使用是想要的，特别是由于没有外部控制的服务质量(QoS)站(QSTA)之间的直接通信被允许，也就是，一个QSTA可以在不用首先发射到接入点/混合协调器(AP/HC)的情况下发射到另一个QSTA。假定的单独站(STA)可在每个无争用周期(CFP)以及HCF操作下无争用脉冲期间控制发射功率。
但是，在HCF的一个建议的实现下，混合协调器(HC)必须“听”CFB/CFP中的所有帧。否则，检测到介质在分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS)期间为空闲的HC将收回该信道并且试图发射。除此之外，HC为QoS支持基本业务集(DBSS)网络的正确运行需要接收某些帧(例如，更新队列大小)。因此QBSS网络中的每个QSTA应以足够高的功率发射每个帧因此HC可以听到该帧，其显著地减少了TPC的益处。在QSTA到QSTA通信中，发射功率不是尽可能的低。
因此，在现有技术中需要改善发射功率控制对服务质量支持基本业务集网络下混合协调功能操作的适应。
为解决现有技术的上述不足，本发明的一个主要目的是提供，在服务质量支持基本业务集(QBSS)网络中使用的，被准许的TxOP夹持器(holder)，其以足以确保目的地正确接收以及由HC至少检测到的功率电平发射QSTA到QSTA通信的第一个帧，并且然后，在有例外的情况下，以仅足以确保目的地的正确接收的功率电平发射后续的帧，而不管由HC的接收或检测。必须被HC接收的后续的帧，如改变TC队列大小或者请求当前TxOP扩展的那些，被以足以确保HC以及目的地接收的功率发射，最后的帧也是这样。HC被阻止仅因为无法检测活动而无条件地收回该信道，并且恢复被限于TxOP夹持器。
上述相当广泛地概括了本发明的特征和技术优点，因此本领域的技术人员可以更好地理解下面的本发明的详细描述。本发明的组成本发明权利要求书的主题的额外特征和优点将在下文中描述。本领域的技术人员应该理解其可以容易地使用公开的概念和特定实施方案作为用于修改或设计执行本发明相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还应该认识到这样的等价结构不背离以其最广泛形式的本发明的精神和范围。
在下面进行本发明的详细描述之前，提出贯穿本专利文档使用的某些词或短语的定义是有利的：术语“包括”和“包含”及其派生词是指没有限制地包括；术语“或者”是包括的，它意味着和/或；短语“相关”和“与之相关”及其派生词是指包括、被包括在其中、与…互连、包含、被包含其中、连接到或与…连接、耦合到或与…耦合、可与…通信的、与…合作、交织、并列、近似于、必须或限于、具有、具有…特性等；术语“控制器”指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部件，无论这样的设备是用硬件、固件、软件或至少其中的两个的某个组合实现的。应该指出，与任何特定控制器相关的功能无论是本地的或者远程的，都可以是集中的或者分散的。贯穿这个专利文档提供了某些词和短语的定义，并且本领域的普通技术人员应该理解这些定义应用于许多(如果不是最多)这样定义的词和短语的现有以及未来使用的实例中。
为了更完整的理解本发明以及其优点，现在参考与附图一起的下列描述，其中相同的编号指相同的对象，并且其中：
图1A-1B描述在一组建议的规则下(IEEE 802.11e/D1.0)用于混合协调功能(HCF)操作的服务质量支持基本业务集(QBSS)无线通信网；
图2A-2D描述了根据本发明的一个实施方案实现发射功率控制和混合协调功能(HCF)操作的服务质量支持基本业务集(QBSS)无线通信网的结构和功率电平操作；
图3是根据本发明的一个实施方案用于在混合协调功能(HCF)操作下的在站到站通信期间的发射功率控制的过程的高级流程图；以及
图4是根据本发明的一个实施方案用于在混合协调功能(HCF)操作下的在站到站通信期间的发射功率控制的过程的高级流程图。
下面讨论的图1A到3，以及用于描述本专利文档中本发明的原理的各种实施方案仅用于说明并且不应该以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解本发明的原理可以在任何合适地安排的设备中实现。
图1A和1B描述了用于混合协调功能(HCF)操作的当前建议的规则下的服务质量支持基本业务集(QBSS)无线通信网。本领域的技术人员将认识到无线网络的完整结构和操作没有被完全详细地描绘和描述。而是为简单和清楚起见，这里仅描绘和描述了对本发明唯一的或者对本发明的理解必须的无线网络的已知结构和操作。
在HCF操作的当前规则下，如QSTA1的传输机会(TxOP)需要以足够大的功率电平来发射帧以便被预定的接收者QSTA2接收，并且被HC至少听到(并且优选地被接收)。对于QSTA到QSTA通信中TPC的理想情况是将QSTA1处的发射功率电平设置为确保在QSTA2处发射的帧被接收(也就是，确保QSTA2位于发射范围101内)所需的最低电平。
但是，发射范围101和清除信道估计(CCA)忙范围102依赖于发射功率，在两者之间有相对恒定的增量距离ΔD。因此，如图1A所示，足以确保发射的帧在QSTA2被接收的发射功率电平可能不足以确保该发射被HC“听到”(也就是，HC位于CCA忙范围102里)。因此，在当前HC操作规则下，在QSTA1的发射功率电平必须被设置为确保HC位于CCA忙范围103里所需的最低电平，即使所得到的发射范围104大于确保被QSTA2接收所必须的。结果，在QSTA到QSTA通信中的发射功率可能不是尽可能的低，导致功率资源低效率的使用。
图2A到2D描述了根据本发明的一个实施方案实现发射功率控制和混合协调功能(HCF)操作的服务质量支持基本业务集(QBSS)无线通信网的结构和功率电平操作。图2A到2C描述了QSTA和HC的位置和相对发射以及CCA忙范围，而图2D描述了随时间流逝的对于被准许的TxOP的发射功率。
对于在被准许的TxOP期间的QSTA到QSTA通信的第一个帧201，用于被准许的TxOP夹持器的发射功率控制器(在例子中所示的QSTA1)以足够高的功率发射，因此预定的接收者(在例子中所示的QSTA2)可以正确地接收帧201并且HC至少可以听到该帧。对于图1A和1B中QSTA1、QSTA2以及HC的示例位置，功率电平P1必须足以覆盖如图2A所示的CCA忙范围103和发射范围104。TxOP夹持器QSTA1使用具有这个限制的最佳功率和数据速率组合，但是HC需要听到第一个帧以便确定被轮询的QSTA是否正确地接收到QoS CF轮询帧。特别地，如果HC至少象预定的接收者QSTA2一样接近TxOP夹持器QSTA1，则对于第一个帧的功率电平P1仅需要足以确保由预定的接收者QSTA2正确地接收。
在第一个帧201之后，可以以只由QSTA1选择的功率电平P2(以及数据速率)发射在TxOP期间用于QSTA到QSTA通信的后续帧202，以便确保帧202被预定的接收者(或者目的地)QSTA2正确地接收，而不管帧202是否被HC接收或者甚至被听到。也就是，发射功率仅需要足够高以便确保如图2B所示的QSTA2位于发射范围200里。
在TxOP期间，可选择地由QSTA1以足以确保QSTA到QSTA通信里的目的地QSTA(QSTA2)以及HC正确地接收帧203的更高的功率电平来发射一个或多个被选择的帧203。例如，当被准许的TxOP夹持器QSTA1想要更新业务量分类(TC)队列大小、更新被准许的TxOP(也就是，请求新的持续时间)或者请求新的TxOP时，QSTA1的发射功率控制器以更高的功率电平P3发射，对应于图2C中的发射范围204。TxOP里的后续帧205再次由QSTA1以较低的功率电平P2发射。
最后，为有效的带宽使用，被准许的TxOP夹持器QSTA1应该以确保目的地QSTA2以及HC正确地接收该帧所必需的更高的功率电平P3来发射被准许的TxOP里的至少下列(最后)帧206：非最后(NF)位等于零的QoS数据帧，以及响应NF＝0的QoS CF轮询帧的QoS CF-ACK。用于最后帧的这样的功率电平理想地节省带宽，特别是当TxOP夹持器QSTA1在早于最初被准许的TxOP的结束而完成时。
为了阻止HC过早地收回信道，HC被限制并且仅在下列情况下收回信道：当在QoS CF-轮询帧结束之后CCA为点协调帧间间隔(PIFS)保持空闲时；在使用正常的ACK策略的情况下，接收到来自TxOP夹持器的NF＝0的帧以及相关的QoS CF-ACK帧时；以及被准许的TxOP到期。但是，HC在仅仅检测到对于DIFS或PIFS的介质空闲之后可能不会无条件地收回信道。
除此之外，在TxOP期间，仅有TxOP夹持器负责从缺少预期的接收中恢复。该恢复必须通过以下执行：重新发射该帧；向另一个QSTA发射帧；或者向HC发射NF位等于0的QoS空数据帧(以这种方式，TxOP结束并且HC可以收回信道)。包括HC的所有其他QSTA，不应该启动信道恢复，因为它们不能可靠地确定QBSS中的介质是否在用。
应该指出，虽然上述讨论涉及连续区里的任意功率电平，但是对于TxOP夹持器的发射功率控制器可被限于从多个离散的功率电平中选择，选定可用的最佳功率电平(以及数据速率)。
图3是根据本发明的一个实施方案用于在混合协调功能(HCF)操作下的在站到站通信期间的发射功率控制的过程的高级流程图。由TxOP夹持器执行的过程300从TxOP被准许QSTA到QSTA通信开始(步骤301)。除了在排除不活动状态(无条件地)的预定条件下，HC被阻止收回信道，并且恢复被限于TxOP夹持器(步骤302)。以足以确保被预定的接收者(或者组播的接收者)正确接收以及被HC至少检测到的功率电平(以及数据速率)来发射来自TxOP夹持器的第一个帧(步骤303)。
以仅足以确保预定的接收者正确接收的功率电平(以及数据速率)来发射由TxOP夹持器发射的下一帧(步骤304)，不管由HC的接收或者甚至检测。然后确定下一帧是否应该由HC接收(步骤305)，如TC队列大小改变，或者TxOP持续时间改变。如果是，则以足以确保被HC以及预定的接收者接收的功率电平来发射下一帧(步骤306)。
如果由HC接收下一帧不必要，则确定下一帧是否是最后的帧，或者最后帧的开始(步骤307)。如果不是，则仅以足以确保被预定的接收者正确接收的功率电平来发射下一帧(步骤304)。不过，如果是，则以足以确保预定的接收者和HC都接收的功率电平来发射最后的帧(步骤308)。然后该过程成为空闲(步骤309)直到另一个TxOP被准许。
上述描述仅涉及TxOP夹持器可选择地适应功率。但是，在QSTA到QSTA通信中，接收者需要以像QoS CF-ACK这样的协议帧来响应。对于可选择地发射较低功率电平的相同的规则应用于QSTA到QSTA通信中的其他站。
图4是根据本发明的一个实施方案用于在混合协调功能(HCF)操作下的在站到站通信期间的发射功率控制的过程的高级流程图。因为QoS CF-ACK可被采用来更新TC队列状态，站到站通信中涉及的其他站对上述定义的发射控制规则的遵守同等重要。在站到站通信中其他站里实现的过程400，开始需要由在出现的站到站通信中涉及的非TxOP夹持器发射协议帧(步骤401)。在逐帧的基础上确定下一个要被发射的帧是否必须被HC以及预定的接收者听到(步骤402)。如果是，则以足以被HC和预定的接收者正确地接收的功率电平来发射该帧(步骤403)；否则，以仅足以被预定的接收者正确地接收的功率电平来发射该帧(步骤404)，不考虑该帧是否被HC接收或者检测。然后确定最后想要的帧是否已经被发射(步骤405)，该过程在该事件中成为空闲(步骤406)。
本发明改善了混合协调功能操作下发射功率控制的性能。利用定义的新规则，混合协调控制器仅需要检测争用空闲轮询之后的第一个帧，之后发射机会夹持器可以可能被目的地增强的站正确接收的最低功率和最高数据速率发射，而不考虑混合协调控制器是否在检测这些帧，这在直接增强站到增强站通信中可以有显著的益处。因此发射功率控制以有效的方式被采用同时维护服务质量支持基本业务组网络的正确运行。
指出下面这一点很重要，虽然本发明已经被在完全功能系统的上下文中描述，但是本领域的技术人员应该理解本发明的至少部分机制能够被以包含各种形式的指令的机器可用介质的形式分布，并且本发明不管用于实际执行分布的特定类型的信号承载介质而同样地应用。机器可用介质的例子包括：如只读存储器(ROM)或可擦除、电可编程只读存储器(EEPROM)的非易失的硬编码类型介质，如软盘、硬盘驱动器以及光盘驱动器(CD-ROM)或数字化视频光盘(DVD)的可记录类型介质，以及如数字和模拟通信链路的传输类型介质。
虽然本发明已经被详细描述，但是本领域的技术人员应该理解在不背离以最广泛形式的本发明的精神和范围的情况下，可以有这里公开的本发明的各种改变、代替、变化、增强、细微差别、进展、较小的形式、改造、修订、改进和减去(knock-offs)。

Claims (21)

1.无线通信系统的一部分，包括：
选择地能够与一个或多个其他站QSTA2进行站到站通信的第一个站QSTA1，该第一个站QSTA1可操作来控制发射功率，
其中所述第一个站QSTA1适合于以足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收第一个帧201以及被混合协调功能控制器HC至少检测到所述第一个帧201的功率电平P1来为与一个或多个其他站QSTA2的站到站通信而发射所述第一个帧201，以及以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收后续帧202的功率电平P2来为站到站通信发射所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC对所述后续帧的接收或检测。
2.根据权利要求1的无线通信系统的部分，其中第一个站QSTA1适合于选择地以足以被一个或多个其他站QSTA2以及混合协调功能控制器HC正确接收在第一个帧201以及后续帧202之后的一个或多个帧203、205的功率电平P3来为站到站通信而发射所述在第一个帧201以及随后的帧202之后的一个或多个帧203、205，并且
其中所述一个或多个其他站QSTA2适合于选择地以足以被混合协调功能控制器HC以及站到站通信中涉及的任何其他站正确接收到必须被混合协调功能控制器HC正确接收的选定帧的功率电平来发射所述必须被混合协调功能控制器HC正确接收的选定帧。
3.根据权利要求2的无线通信系统的部分，其中所述一个或多个帧203、205从包括以下内容的组中被选择：
改变业务分类队列大小的帧；
请求在站到站通信期间改变的帧；
请求额外的站到站通信的帧；以及
在站到站通信中最后的帧205。
4.根据权利要求1的无线通信系统的部分，其中所述第一个站QSTA1可操作用于站到站通信，而所述混合协调功能控制器HC被阻止基于在站到站通信期间未能检测到所述第一个和后续帧201-202在上面被发射的信道上的活动而收回该信道。
5.根据权利要求1的无线通信系统的部分，其中所述第一个站QSTA1适合于作为在站到站的通信期间能够启动从通信失败中恢复的唯一的站。
6.根据权利要求1的无线通信系统的部分，其中所述第一个站QSTA1适合于以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确接收后续帧202的数据速率发射来所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC接收或检测所述后续帧202。
7.根据权利要求1的无线通信系统的部分，其中所述后续帧202被发射的功率电平P2低于所述第一个帧201被发射的功率电平P1。
8.一种无线通信系统，包括：
混合协调功能控制器HC；以及
选择地能够站到站通信的站QSTA1、QSTA2，这些站中的至少第一个站QSTA1可操作来控制发射功率，
其中所述第一个站QSTA1适合于以足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收第一个帧201以及被混合协调功能控制器HC至少检测到第一个帧201的功率电平P1来为与一个或多个其他站QSTA2的站到站通信而发射所述第一个帧201，以及以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收后续帧202的功率电平P2来为站到站通信而发射所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC对所述后续帧202的接收或检测。
9.根据权利要求8的无线通信系统，其中第一个站QSTA1适合于选择地以足以被一个或多个其他站QSTA2以及混合协调功能控制器HC正确接收在第一个帧201和后续帧202之后的一个或多个帧203、205的功率电平P3来为站到站通信而发射所述在第一个帧201和后续帧202之后的一个或多个帧203、205，并且
其中所述一个或多个其他站QSTA2适合于以足以被混合协调功能控制器HC以及站到站通信中涉及的任何其他站正确接收一个或多个帧的功率电平而可选择地发射必须被混合协调功能控制器HC正确接收的选定帧。
10.根据权利要求9的无线通信系统，其中所述一个或多个帧203、205从包括以下内容的组中被选择：
改变业务分类队列大小的帧；
请求在站到站通信期间改变的帧；
请求额外的站到站通信的帧；以及
在站到站通信中最后的帧205。
11.根据权利要求8的无线通信系统，其中所述第一个站QSTA1可操作用于站到站通信，而所述混合协调功能控制器HC被阻止基于在站到站通信期间未能检测到所述第一个和后续帧201-202在上面被发射的信道上的活动而收回该信道。
12.根据权利要求8的无线通信系统，其中所述第一个站QSTA1适合于作为在站到站的通信期间能够启动从通信失败中恢复的唯一的站。
13.根据权利要求8的无线通信系统，其中所述第一个站QSTA1适合于以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确接收后续帧202的数据速率来发射所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC接收或检测所述后续帧202。
14.根据权利要求8的无线通信系统，其中所述后续帧202被发射的功率电平P2低于所述第一个帧201被发射的功率电平P1。
15.一种无线通信方法，包括：
以足以被一个或多个其他站QSTA1正确接收第一个帧201以及被混合协调功能控制器HC至少检测到所述第一个帧201的第一功率电平P1来为站到站通信而将所述第一个帧201从第一个站QSTA发射到一个或多个其他站QSTA2；以及
以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确接收后续帧202的第二功率电平P2来为站到站通信发射所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC接收或检测所述后续帧202，
其中所述第二功率电平P2低于所述第一功率电平P1。
16.根据权利要求15的方法，还包括：
以足以被一个或多个其他站QSTA2以及混合协调功能控制器HC正确接收跟随第一个帧201和后续帧202的一个或多个帧230、205的第三功率电平P3来为站到站通信而发射所述跟随第一个帧201和后续帧202的一个或多个帧230、205；以及
以足以被混合协调功能控制器HC以及所述第一个站QSTA1正确接收到必须被混合协调功能控制器HC正确接收的响应由所述第一个站QSTA1发射的帧的一个或多个帧的功率电平来从一个或多个其他站QSTA2之一发射所述必须被混合协调功能控制器HC正确接收的响应由所述第一个站QSTA1发射的帧的一个或多个帧。
17.根据权利要求16的方法，其中所述一个或多个帧203、205被从以下内容组成的组中选择：
改变业务量分类队列大小的帧；
请求在站到站通信期间改变的帧；
请求额外的站到站通信的帧；以及
在站到站通信中最后的帧205。
18.根据权利要求15的方法，还包括：
阻止混合协调功能控制器HC基于在站到站通信期间未能检测所述第一个和后续帧201-202在上面被发射的信道上的活动而收回该信道。
19.根据权利要求15的方法，其中所述第一个站QSTA1是在站到站通信期间能够启动从通信失败中恢复的唯一的站。
20.根据权利要求15的方法，还包括：
以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确接收后续帧202的数据速率来发射所述后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC接收或检测所述后续帧202。
21.一种站到站通信，包括：
以足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收第一个帧201以及被混合协调功能控制器HC至少检测到所述第一个帧201的第一功率电平P1来从第一个站QSTA1到一个或多个其他站的第一个帧201；以及
以仅足以被一个或多个其他站QSTA2正确地接收跟随第一个帧201的后续帧202的第二功率电平P2的所述跟随第一个帧201的后续帧202，而不管混合协调功能控制器HC对所述后续帧202的接收或检测，
其中第二功率电平P2低于第一功率电平P1。
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