CN1894731A

CN1894731A - 无线局域网中用于实时通信的基于上行链路轮询的功率节约传递方法

Info

Publication number: CN1894731A
Application number: CNA2004800379775A
Authority: CN
Inventors: 弗洛伊德·D·辛普森; 史蒂芬·P·埃梅奥特; 蒂莫西·J·威尔逊; 纳塔武特·斯马瓦特库尔; 埃梅克·萨多特; 舍曼·沈
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2007-01-10
Also published as: US20050138451A1; BRPI0417623A; WO2005062808A3; WO2005062808A2; CA2550371A1; JP2007520106A

Abstract

移动台(106)经由接入点(102)建立实时通信链路，用于运载语音或其他随时间变化的数据。移动台的WLAN子系统(204)通常处于低功率状态。当启动通信链路时，移动台通知将使用接入点基于上行链路轮询的功率节约传递模式(614)，并且接入点保留资源以确保所需的服务质量。移动台通过首先启动WLAN子系统(712)、获取WLAN信道(407)并发送轮询帧启动第一处理。当成功接收轮询帧时，接入点准备在服务窗口内的未指定时间使用响应帧回复，在该时间期间移动台保持WLAN子系统唤醒并准备接收响应帧。当成功接收响应帧时，移动台将WLAN子系统放置回到低功率状态。

Description

无线局域网中用于实时通信的基于上行链路轮询的功率节约传递方法

技术领域

本发明通常涉及无线局域网，更具体涉及用于在移动台在从事随时间变化的通信活动时减小功率消耗的功率节约方法。

背景技术

近年来提供宽带无线接入的无线LAN(WLAN)系统经历了普及性的相当增长。尽管这些系统的主要应用是向运行例如电子邮件和网页浏览的数据应用的便携式和移动设备提供网络连接，在支持同步服务例如电话服务和流视频中有巨大和增长的关注。

当考虑WLAN上的语音和其他随时间变化的服务，例如由IEEE802.11规范描述的那些时，无线系统设计者面临的主要问题之一是手持设备的功率消耗。例如，如与数字无绳或蜂窝设备相比，为了传递竞争的通话时间和待机时间，在语音呼叫期间的功率节约变得必需。多个机构已经提出了经由系统的发送功率控制和物理层速率适应的功率有效操作，该系统依赖于中央控制的无连接信道访问方案。然而，实现这种方法可以是复杂的，并可不能不会提供所需的功率节约来满足复杂性。

802.11标准定义了可以在不活动周期间期间在手持设备中用于实现功率管理的过程。具体地，提供了3种不同的构建块来支持功率节约：唤醒过程、休眠过程、以及功率节约轮询(PS-Poll)过程。移动客户语音台(移动台)可以以不同的方式组合这些构建块来支持用于不同应用的功率管理。

唤醒过程：对于移动台唤醒通常有两个原因，即发送未决数据或者从称为接入点的服务该移动台的固定站接收缓存的数据。唤醒以发送数据是由移动台来驱动的简单的操作。在监测由其接入点发送的周期信标帧中的其未决数据位之后，还由移动台做出唤醒并接收数据的决定。一旦移动台决定从休眠模式转换到有效模式，其通过发送具有被设置为有效的功率节约(PS)位的上行链路帧通知接入点。在这种转换之后，移动台保持有效，使得接入点能够随后发送任何缓存的下行链路帧。

休眠模式：与唤醒过程相似，处于有效模式中的移动台需要完成成功的具有被设置为休眠的PS位的移动台起始的帧交换序列，以转换到休眠模式。在该帧交换序列之后，接入点缓存所有到该移动台的下行链路帧。

PS-轮询过程：并非等待接入点发送缓存的下行链路帧，功率节约的移动台可以通过PS-轮询帧向其接入点请求立即传递。当接收该PS-轮询时，接入点可以立即发送一个缓存的下行链路帧(立即数据响应)或者简单地发送确认消息并稍后使用数据帧来响应。对于立即数据响应的情况，移动台可以在完成该帧交换之后留在休眠状态，由于对于移动台不需要转换到有效状态，只要接入点在从移动台接收PS-轮询之后仅发送缓存的下行链路数据。相反，对于延迟的数据响应的情况，移动态必须转换到有效状态，直到从接入点接收到下行链路帧。

在图1中说明了简单企业WLAN系统的结构。现在参照图1，示出了典型企业WLAN系统的系统框图概述100。其包括基础设施接入网络101，由接入点102和例如数据台104和语音台106的移动台组成。移动台经由WLAN无线电链路108连接到接入点。接入点经由开关114连线到分配网络，其分别包括语音和数据网关110、112。语音台运行IP上的语音(VoIP)应用，其与表示语音呼叫的其他端的语音网关建立同级到同级连接，并且其将语音数据路由到语音网络116数据站可经由接入网络连接到数据网关并连接到例如广域网118。应该考虑数据业务对语音质量的影响。假设语音和数据站使用优先级的基于连接的服务质量机制。

VoIP业务特征使得WLAN上的语音应用独特地适于功率节约操作。具体地，VoIP应用周期地生成语音帧，其中在帧之间的内到达时间基于对于应用选择的语音编码器。语将音帧封装为IP分组的过程通常称为分组化，其通常假设为每20毫秒发生一次。典型的VoIP通话包括VoIP帧的双向恒定位速率流，其包括从手持设备到语音网关的上行链路流和在相反方向的下行链路流。

由于台通常事先知道其语音应用的帧到达速率、延迟和带宽要求，它可以以接入点一致地对于其语音流保留资源并建立功率管理。移动台可以放弃功率节约模式，并保持在有效模式，总是对下行链路语音传输备用。在这种情况下，接入点可以当下行链路语音帧到达时发送它们。然而，如果期望功率节约模式，移动台可以使用先前描述的功率节约构建块来唤醒、与其接入点交换VoIP帧，并且返回休眠模式。

在共享媒体的网络中，例如图1所示的接入网络，优先权化业务上的VoIP业务仅仅需要尽力服务(best-effort)的传递，例如有适于在网络中可用的带宽量并且不需要或者需要最小吞吐量或延迟的应用所生成的业务。优先权化允许系统最小化通过随延迟变化的业务所经历的延迟。已经在IEEE802.11e草稿中规定了称为增强分配的信道访问(EDCA)提供优先权化的接入的基于争用的信道访问方法，并且其适用于VoIP应用。其基于在802.11中定义的避免冲撞的载波侦听多点接入(CSMA/CA)机制。在发送之前，具有要发送的语音帧的台必须首先侦听信道的活动性。如果信道已经空闲了至少指定时间周期，称为任意帧间空间(AIFS)，移动台可以立即开始其传输。否则，移动台后退并等待信道变为空闲随机时间量，其等于AIFS周期加上在零和争用窗口(CW)时间周期值之间的均匀分配的值。还由最小争用窗口(CWmin)和最大争用窗口(CWmax)来限定CW。EDCA通过调整争用参数来提供优先权化的接入控制，该整用参数包括：AIFS、CWmin、以及CWmax。通过对于不同的接入分类选择AIFS、CWmin、以及CWmax的不同值，可以调节并区别访问媒体的优选权。通常，小的AIFS、CWmin、以及CWmax值导致较高的访问优选权。

对于移动台可以使用例如下行链路语音帧的到达间时间的信息，以及功率节约机制，以在两个连续的语音帧之间将其设置于休眠。当前，有在不同文件和关于WLAN的规范中描述的功率节约过程。

第一种现有技术功率管理机制使用分组报头中的位。将改为指定作为功率管理(PM)位以将移动台的功率状态的变化通知给接入点。首先，当具有通过将PS位设置为有效以通知其功率状态的变化而发送的上行链路数据时，移动台从休眠模式转换到有效模式。得知将有一个在接入点缓存的对应的下行链路帧，由于上行链路和下行链路声码器共享相同的语音帧持续时间，对于下行链路传输，移动台保持在有效模式。在接收上行链路传输之后，接入点将缓存的下行链路帧发送到移动台。在最后的下行链路政中，接入点将“更多数据”位设置为FALSE，以通信下行链路传输的结束。最后，移动台需要完成成功的具有设置为休眠的PS位的台起始的帧交换序列，以转换到休眠模式(例如，上行链路帧，或者空帧，如果没有具有设置为休眠的PS位的上行链路数据帧来发送)。在下面的说明中，将基于PS位的机制称为本领域的LGCY6。

第二种功率管理机制使用PS-轮询帧来请求下行链路帧。并非不确定地等待接入点递送下行链路传输，基于PS-轮询的机制使用PS-轮询帧来检索来自接入点的缓存的下行链路帧。首先，当具有要发送的上行链路政时，移动台转换到有效模式。然后移动台发送出上行链路传输。与基于PS位的机制相似，接入点设置更多数据域以指示任何缓存的下行链路传输的存在。如果更多数据位是TRUE，移动台将继续发送PS-轮询帧以检索缓存的下行链路帧。与基于PS位的机制不同，移动台可以保留在休眠状态，由于接入点使用立即数据帧来响应该PS-轮询。在下面的说明中，将基于PS-轮询的机制称为本领域中的LGCY5。

在使用当前的WLAN功率节约机制来支持功率有效的VoIP操作中，有几个问题。首先，基于PS位的机制有些低效，由于例如802.11标准当前仅提供移动台转换到休眠模式的一种方法，其通过启动具有设置为休眠的PS位的帧交换序列。结果，对于移动台，每一双向语音传送需要额外的移动台启动的帧交换，以通知功率状态转换。由于语音帧的载荷是小的(例如，对于具有20m帧和8Kbps声码器的语音帧20字节)，通过额外的帧交换导致的开销可以如移动台和接入点之间的业务的三分之一那样高。该显著的开销导致功率消耗和系统容量的低效。

第二个问题关于服务质量。在基于PS-轮询的机制下，由于移动台不知道缓存的下行链路帧的优先级，发送基于PS-轮询的帧作为尽力服务接入尝试，其是数据业务模式而不是语音业务模式。结果，下行链路语音传输本质上使用尽力服务优先级而不是较高语音优先级。当用使用尽力服务优先级的数据业务以及语音业务加载系统，并且移动台使用以与数据业务相同优先级发送的功率节约轮询帧检索下行链路语音业务时，系统将不能保护语音业务免受与拥挤的尽力服务传递系统相关的延迟。传统的功率节约方法还需要上行链路或者轮询帧以检索用于下行链路的每个所缓存的帧，或者对于给定的上行链路帧从接入点获得立即响应。因此，给定现有技术的这些缺点，需要WLAN系统中的可靠的功率管理协议，其允许具有有效语音会话的移动台有效地进入并退出功率节约模式，而没有过量的开销并保持在具有低优先级业务的情况下的服务质量。

附图说明

图1示出支持WLAN处理的现有技术方法以及那些根据本发明的方法的典型企业WLAN系统的系统框图概述；

图2示出根据本发明的用于WLAN系统中的移动台的原理框图；

图3示出根据本发明的用于WLAN系统中的接入点的原理框图；

图4A-4C示出说明根据本发明的用于支持语音质量通信的WLAN系统中的移动台和接入点之间的业务流的概述的流程图；

图5示出本发明使用的服务间隔和轮询定时图；

图6示出根据本发明的说明移动台如何通知接入点关于由移动台使用的功率节约模式的状态转换图；

图7示出根据本发明的说明移动台使用基于上行链路轮询的功率节约传递模式所使用的过程的流程图；

图8示出根据本发明的移动台帧交换过程的流程图；

图9示出根据本发明的在接入点缓存数据的方法的流程图；以及

图10示出根据本发明的在用于基于上行链路轮询的功率节约传递模式的接入点的未缓存数据的方法的流程图。

具体实施方式

尽管说明书包括限定认为是新颖的本发明的特征的权利要求，相信从下面结合附图的描述中将更加理解本发明，在附图中使用相同参考标号。

本发明通过在无线局域网(WLAN)系统中提供基于上行链路轮询的功率节约传递(UPPSD)操作模式，解决与现有技术相关的问题，其允许处于功率节约模式中的移动台从接入点检索帧，而不需要接入点立即响应于轮询帧，不需要移动台对于每个下行链路帧轮询接入点，并且不需要移动台发送帧以通知接入点转换到低功率模式。当移动台使用当前的UPPSD功率节约模式时，其首先与接入点建立资源保留，通知其使用UPPSD模式的意图以在功率节约操作期间从接入点检索数据。移动台通过从移动台发送到接入点的业务规范接纳控制帧中的信息指示接入点使用UPPSD模式的意图。在呼叫建立协商期间，接入点保留足够的资源以确保语音质量会话，并使用独特的业务流标识符来标识流，该独特的业务流标识符稍候由移动台使用，用于触发到基于上行链路轮询的功率节约传递模式的状态转换。替换地，移动台和接入点可以协商对于整个接入类别的资源保留，表示包括一个或多个单独业务流的集合业务流。通过接入类别，与其他保留的流接入类别相比，其指与保留的流相关的业务的优先级。部分地通过在争用接入类别中使用的最小让步周期确定优先级。无论接纳控制模块基于业务流还是基于接入类别作出决定，保留资源称为接纳业务流，并且与保留的业务流相关的所有数据被这样地标识。一旦使用功率节约模式的意图被通信到接入点，移动台开始将WLAN字系统电路置于低功率模式，例如通过关闭WLAN芯片和相关的电路。在优选实施例中，移动台根据服务间隔时间周期操作WLAN子系统，同时从事WLAN语音会话。服务间隔限定为包含在数据帧中的数据的实时持续时间。典型地，用于语音业务的服务间隔例如在20毫秒的级上。然而，在实际中，在服务周期之间的实际时间些微地与所限定间隔不同，由于例如帧之间的到达时间间隔(inter-arrival time)以及大的网络中固有的其他小的波动的延迟的因素。移动台通过唤醒WLAN字系统启动与接入点的帧交换。即，WLAN子系统从低功率模式转换到全有效模式，在此指WLAN子系统的实际功率级状态，而不是在发送到接入点的帧中的功率节约通知位的状态。如果移动台语音处理器已经生成了要发送的数据分组，WLAN子系统开始获取WLAN信道，以使用轮询帧将数据发送到接入点，将该轮询帧标识为属于保留的业务流，或者将其标识为保留的业务流之一，如果对于移动台接入点已经接纳多于一个业务流。如果没有数据可用，WLAN子系统优选地等待直到轮询窗口定时器失效，在该时间如果还没有数据由语音处理器传递，WLAN子系统获取WLAN信道并将空帧发送为轮询帧。在优选模式中，接入点将响应于接收轮询帧而发送确认。随后，接入点将响应帧发送到移动台。如果接入点具有在保留用于保留的业务流的缓存器中缓存的数据，响应帧将包括数据，否则将空帧发送到移动台。如果接入点具有多于一个的数据帧，那么接入点在响应帧的报头信息中指示这种情况。替换地，接入点可发送其对于移动台所缓存的任何类型的数据，而不管数据的接纳状态。移动台将WLAN子系统保持在有效状态中，直到从接入点接收所缓存的数据。在优选模式中，移动台通过发送确认来确认每个响应帧。一旦对于当前服务周期从接入点接收所有缓存的数据，移动台将WLAN子系统设置回低功率模式。

现在参照图2，示出根据本发明的用于WLAN系统中的移动台的原理框图200。移动台包括语音处理器202，用于处理语音信号，包括在数字和模拟形式中间转换信号。语音处理器操作地连接到WLAN子系统204。WLAN子系统包含数据缓存器和无线电硬件，以经由天线206通过无线射频链路发送和接收信息。语音处理器将从WLAN子系统接收到的数字语音和音频数据转换为模拟形式并通过例如扬声器208的换能器播放。语音处理器还从麦克风210接收模拟语音和音频信号，并将其转换为发送到WLAN子系统的数字信号。优选地，通过使用例如本领域公知的矢量合激发的预测编码技术，语音处理器还执行语音编码和解码。语音编码的使用允许压缩语音数据。除了语音处理之外，移动台可以具有其他媒体处理器，抽象为框212，其可包括通常数据应用例如电子邮件。这些其他处理器相似地经由例如总线214操作地连接到WLAN子系统。数据到达WLAN子系统，其在WLAN缓存器216中缓存并随后被分组，用于通过IP网络的传送。每个发送数据到WLAN子系统的处理器指示数据类型，并且格式化数据用于传输，在帧中指示数据类型。由控制器218控制所有数据处理器和WLAN子系统。控制器规定WLAN子系统的功率节约操作，当合适时将其设置为低功率状态，并且当到了发送或接收数据的时候时启动它。

现在参照图3，示出了根据本发明的用于WLAN系统中的接入点的原理框图300。WLAN收发机302执行对于经由天线304与在接入点附近的移动台通信的必须的射频操作。接入点经由网关网络接口306连接到网络，典型地经由硬线316，例如同轴电缆。在接入点从移动台接收的数据被立即转发到网关，用于路由到合适的网络实体。可以根据至少三个分类之一来处理在接入点从限制用于移动台的网络接收的数据。第一，移动台可以在有效模式中，在该情况下将缓存数据，直到它可以被发送。在这种情况下，意图是不要将到移动台的传输延迟得比需要的更长，以及典型地使用基于优先级的队列原则来发送用于本分类的移动台的数据。移动台功率节约状态的第二个分类是移动台处于未保留的功率节约模式。对于该第二分类，当经由总线318从网关接收数据时，缓存器管理器308在未保留的数据缓存器310中缓存数据。未保留的数据是不属于保留的业务流的数据。当对于其缓存了未保留数据的特定移动台向接入点发送未保留数据功率节约轮询帧或者将移动台转换到有效状态的帧时，接入点将通过将未保留数据从未保留数据缓存器发送到轮询台而响应。可以由移动台来控制传递的方式，其中仅仅响应于特定轮询或触发帧而传递未保留数据，或者可以在规则调度并且承认的时间间隔上传递其。根据本发明，接入点为其接收数据的第三种功率节约分类是对于使用当前UPPSD功率节约模式的移动台的保留数据边界(bound)。保留的数据是属于保留的业务流的数据。对于该保留的流数据，缓存器管理器308将数据缓存在UPPSD缓存器中，该UPPSD缓存器是用于缓存属于保留业务流的数据的缓存器。尽管在此说明了两个单独的物理缓存器，本领域技术人员将理解，可以使用各种缓存技术以保持保留的和未保留的数据分离，而不必需要独立的物理缓存器。由于与保留的业务流相关的数据是随时间变化的，优选地接入点保持老化(aging)原则。在本发明的优选实施例中，对于保留的业务流，老化原则仅允许缓存两个数据帧。如果当前有两个帧被缓存，并且第三个帧到达，那么最旧的帧将被丢弃，并且缓存新的帧。控制器管理缓存器管理器308、网关306和收发机302的操作。控制器还执行资源管理并控制资源，使得对于保留的业务流，确保服务质量为所需。控制器操作地连接到存储器315，其用于追踪呼叫的状态、移动台功率节约状态以及其他参数。

现在参照图4A-4C，首先参照图4A，示出了使用本发明的UPPSD模式的用于支持语音质量通信的WLAN系统中的移动台和接入点之间的业务流的概述的流程图400。业务流是保留的业务流，指移动台和接入点已经协商了用于保留业务流的优先权和媒体时间，以确保通信的期望质量，其中媒体时间指示接入点将分配给业务流和接入分类的每一协商的服务间隔的时间总量。对于语音业务，由于其是实时的，期望对于通信建立保留的业务流。可以由使用与在图1-3所示的结构和系统组件相似，具有根据在此的教导设计的控制软件的系统来形成执行在此在图4A-4C所示的流程的系统。

移动台传输在底流程线402上示出，而接入点传输在顶流程线404上示出。如所述，在在此说明的转换之前，移动台和接入点将已经建立保留业务流，指接入点已经保留某些资源以保持业务流的语音质量。即，接入点将可以以及时的方式服务该流，使得保持留的实时效果。为了防止WLAN语音系统中的过载情形，其中过多数目的高优先级用户可以使得系统难以满足服务质量的需求，对于某些服务应该需要接纳控制，例如实时语音和视频流。例如，在基于基础设施的语音WLAN系统中，移动台(例如，语音用户)应该使用已知的业务规范对语音建立双向业务流，并且接入点应该确认到移动台的流的接纳。通过接纳流，指数据流将是保留的具有独特流标识符的业务流。保留的业务流将具有优先级分类并将被分配最小量的信道访问时间。在连接建立周期期间，可以由移动台建立UPPSD功率节约机制。移动台可以选择没有功率节约操作、传统功率节约操作、或者当前的UPPSD功率节约操作。在接入点接纳业务流之后，移动台将WLAN子系统设置于低功率状态。

在将WLAN子系统方置于低功率模式中之后，移动台优选地保持服务间隔定时器，以保持流的实时操作。优选地在服务间隔的开始，移动台启动WLAN子系统，例如在时间406。在这之后，在时间周期407期间，移动台开始竞争WLAN信道。移动台通过发送轮询帧408启动交换。轮询帧可以是语音帧，其在优选实施例中包含独特的业务流标识符，以及语音数据的帧，如果移动台的用户当前在通话，或者如果当前没有要发送的语音数据，轮询帧将是空帧。轮询帧将标识保留的业务流并指示UPPSD功率节约模式。在优选实施例中，在接入点接收轮询帧之后，其在短的帧间空余时间周期412内发送确认410，根据IEEE802.11规范，其为预定的事件。响应于接收轮询帧，接入点向移动台发送响应帧416。在接收轮询帧和发送响应帧之间的时间周期可以变化，由于接入点可能必须结束参与用于另一移动台的另一流。在优选实施例中，典型地在确认和响应帧之间将有转向帧间空余时间周期414。尽快地，接入点将获得WLAN信道并发送响应帧。然而，不关于任何预设调度发送响应帧。即，移动台保持有效以接收响应窗口不确定的时间周期。当然，可以保留合理的最大时间周期以防止移动台等待响应帧太久或保持有效太久。在出现最大周期的情况下，移动台可以采取适宜的操作，例如在服务周期期间再次轮询接入点，以校验功率节约缓存器的状态并检索等待被发送的任何帧。响应帧将标识保留的业务流。如果接入点在保留缓存器中具有与保留的业务流相关的数据，接入点将发送来自缓存器的一帧数据。如果在保留缓存器中没有数据，接入点将发送空帧。在响应帧中，将有信令信息，例如上行链路服务周期的结束(EUSP)位，其指定为指示当前服务作周期的结束，其可以由于没有更多的数据来发送或者由于已经到达最大服务周期时间而发生。在优选实施例中，将MORE_DATA位用作EUSP位。如果在响应帧中清除MORE_DATA位，其指示的UPPSD服务周期的结束，这是由于在保留缓存器中的用于移动台的所有缓存的帧的成功传输。如果在响应帧中接入点发送空帧，接入点还可以使用MORE_DATA位来指示没有更多的数据并通知当前服务周期结束。如果保留缓存器仅具有所缓存数据的一个帧，其将发送那个数据帧，并且相似地设置MORE_DATA位以指示没有更多数据。然而，有时候，在保留缓存器中缓存有多于一个数据帧，在这种情况下第一响应帧将设置MORE_DATA位，以指示没有更多的数据到来，因此移动台在接收第一响应帧之后将保持有效并不进入低功率模式。响应于接收响应帧，在优选实施例中，移动台在短的帧间空余时间周期418内发送确认420。如果响应帧指示当前服务周期的结束，移动台在时间422上接收响应帧之后，将WLAN子系统置于低功率状态。

当移动台和接入点没有交换帧作为部分保留业务流时，可以例如通过使用其它的功率节约协议服务未保留数据流。可以在UPPSD服务周期之前、之后甚至期间服务未保留数据流，由此允许使用功率节约技术服务保留的和未保留的数据流。当服务未保留的流时的时间周期可以在UPPSD服务周期之间甚至在其期间，并且由标记为424的时间周期指示。在图4B中示出第一个这种未保留功率节约服务周期交换，其中，如在UPPSD服务周期交换中，交换通过在时间406唤醒WLAN子系统开始。在启动WLAN子系统之后不久，移动台将轮询帧426发送到接入点，并且在轮询帧中的功率管理位被设置为“有效”。如果移动台没有数据要发送到接入点，轮询帧是空帧，否则它是包含有用于未保留的流的数据的数据帧。接入点使用确认428来响应，并且随后使用数据帧430来响应。如果接入点没有数据要传递到移动台，那么确认可以用于经由EUSP位这样指示。如果接入点具有数据要发送到移动台，那么接入点发送包含数据的随后帧430。移动台确认432该确认428或随后的帧430。在将WLAN子系统放置回低功率模式之前，移动台必须通知接入点其使用转换帧434转换到低功率模式，该转换帧434具有在适宜状态中的功率管理位，以指示转换到低功率或功率节约模式。然后由接入点确认436该转换帧，并且移动台将WLAN子系统放置到低功率模式中。

在图4C中示出从接入点获得未保留的数据同时使用功率节约模式的第二种方法，其中在406移动台启动WLAN子系统之后，移动台首先将转换帧438发送到接入点，其包括移动台具有的要发送到接入点的任何数据。转换帧在功率管理位指示移动台现在处于有效模式。由接入点确认440该帧，然后移动台发送轮询帧442。然后接入点使用包含用于移动台的数据的响应帧444而响应。如果在接入点缓存了更多的数据，移动台必须对于每一个数据帧轮询接入点。移动台确认446每一个帧，并且当转换到功率节约模式时，改变确认帧446中的功率管理位以这样指示。替换地，移动台可以发送随后的数据或者空帧来转换到功率节约模式。

现在参照图5，示出本发明所使用的服务间隔和轮询定时器图500。由于移动台将WLAN子系统置于低功率状态，WLAN子系统不能从接入点接收信号。因此为了确保对于例如语音和视频的特定媒体流所必需的实时质量，移动台必须保持调度。根据服务间隔502完成调度，该服务间隔502是等于所考虑的业务流中的数据帧的实时持续时间的时间周期。在优选实施例中，对于需要电话质量的实时语音应用，服务间隔大约是20毫秒，但是可以随着应用和例如音码器速率的其他参数而变化。即，一个数据帧包含大约20毫秒的语音数据，每20毫秒产生新的帧。

在服务间隔503的开始，移动台的控制器启动WLAN子系统。同时，启动窗口定时器来定时轮询窗口时间周期。如果当启动WLAN子系统时，有与当前保留的业务流相关联的数据要发送，WLAN子系统将立即开始争用WLAN信道来发送包括数据的轮询帧。然而，当启动WLAN子系统时，如果当前没有数据可用，当窗口定时器继续时WLAN子系统等待。如果在窗口定时周期(506)失效之前，语音处理器向与所保留的业务流相关联的WLAN子系统传递数据帧，WLAN子系统立即开始争用WLAN信道以发送轮询帧中的数据。然而，如果在窗口定时周期失效506时，没有数据到来，WLAN子系统争用WLAN信道并发送空帧作为轮询帧。应理解窗口定时器将具有显著地小于服务间隔时间周期的持续时间。

为了确保允许或保留的业务的优先级，基于所发送的数据的优先级来修改由移动台所使用的争用方法。典型地，通过确定WLAN信道媒体是空闲还是忙碌，来执行WLAN系统中的争用。如果媒体空闲，那么在信道上没有业务。如果媒体忙碌，台当前在发送。台有多种方法来确定媒体是空闲还是忙碌，例如，信道载波侦听，或能量侦听。对于载波侦听，WLAN设备将其接收机调谐到载波频率并“侦听”载波。载波的存在指示信道当前被使用。相似地，如果信道中的能量超过预选的阈值，那么认为媒体由另一个台所使用。当信道忙碌时，WLAN设备等待在时间范围内的伪随机时间周期，然后再次尝试。这称为“让步”。在让步时间周期结束，WLAN设备再次感应信道载波频率，直到WLAN设备找到信道无载波短暂的预选时间周期。当找到可用的信道时，WLAN设备可以开始发送数据。

存在各种方法，其中当WLAN设备重复地发现信道被占用时，其减小让步的时间范围并等待。在优选实施例中，其中将优先级给予实时应用，在争用中使用的让步时间周期范围初始地比在非保留的数据业务流争用中使用的要短。通过对于保留的业务流使用较短的让步周期，这些流将通常在非优先级业务之前获得信道。

在移动台发送轮询帧之后，在本发明的UPPSD功率节约模式中，移动台保持唤醒直到接入点发送响应帧。根据任何特定方法，不发送该响应帧。而是，接入点完成其当前参与的任何其他转换，如果有的话，然后将一个或多个响应帧发送到移动台。在接收轮询帧之后，接入点尽可能快地服务移动台，但是不作为调度的响应，或者在预设的时间间隔。该未调度的操作的功率节约模式的一个益处是，移动台不必须发送帧以向接入点指示其所假设的移动台正在转换到低功率模式。在现有技术的功率节约模式中，例如LGCY5和LGCY6，在将WLAN子设备放置回低功率模式之前，移动台将经常地不得不做出三次发送来完成转换或与接入点的服务周期。使用当前的本发明的未调度功率节约模式，移动台发送轮询帧，以及在从接入点接收到响应帧之后优选地发送确认帧。在发送轮询帧中，移动台提供TSID来指示操作的UPPSD模式的使用。当使用TSID时，接入点将总是响应于轮询帧，并在接入点没有响应于轮询帧期间将移动台处理为处于低功率模式中。因此接入点不将移动台处理为完全有效状态，除非移动台通过转换到有效状态或者通过修改其资源保留以禁用UPPSD来完全退出UPPDS模式，或者终止保留的业务流，而清楚地请求退出功率节约模式。

现在参照图6，示出状态转换图600，其说明移动台如何通知接入点移动台正在使用功率节约模式。本质上有三个状态：功率节约602、有效604和UPPSD605。从有效状态转换到休眠状态，移动台将帧606发送到接入点。该帧包括报头608和载荷610，该载荷610可包括数据或者可以是空载荷。在报头中是用于指示功率节约模式的位。根据本发明，有用于指示当前帧的帧类型为例如数据帧、确认证的空帧的类型位614。报头可包括业务规范标识符(TSID)613，用于标识特定的保留业务流属于哪个帧。当移动台与接入点处理保留的业务流时，将使用TSID。在优选实施例中，报头还包括传统功率节约模式位612，以指示将传统功率节约模式用作当前功率节约模式的替换，例如在图4B和4C中所示的那些。设置这些位的任一向接入点指示移动台正在使用相应的功率节约模式。清除该位指示移动台正在有效模式中。在传统功率节约模式例如LGCY5或LGCY6中，移动台必须每次其与接入点处理时，从功率节约模式转换到唤醒状态。并且当其对于给定循环其完成处理时，其必须向接入点指示其从有效状态转换到功率节约状态。然而，根据本发明，使用UPPSD功率节约状态允许移动台与接入点处理，而不需要通知移动台明显的状态变化。只要在报头中有TSID，传统功率管理位的状态与从接入点接收TSID业务无关。

现在参照图7，示出流程图700，其说明根据本发明，由移动台使用用于使用基于上行链路轮询的功率节约传递模式过程。在方法的开始(702)，移动台和接入点被启动并可以通信。接下来，需要建立呼叫(704)。呼叫实质上是数据会话，其具有保证的资源来确保在数据未决期间承载的信息的实时完整性。可以通过移动台或接入点来启动呼叫，如本领域公知。移动台和接入点协商与呼叫相关联使用的服务质量，并在协商期间移动台指示使用UPPSD模式。在建立呼叫中，接入点允许呼叫业务流作为保留的业务流。一旦建立呼叫，移动台启动定时机制，例如服务间隔中断和轮询窗口定时器(706)，如在此参照图5所示。在允许保留的业务流并通知接入点移动台将使用UPPSD功率节约模式，移动台将WLAN子系统置于低功率状态(708)。低功率状态减小由WLAN子系统所消耗的功率，但也使得接收机不工作。使用低功率模式经常称为将系统置于“休眠”模式。通过关闭到系统的某些组件的功率来完成休眠模式。

一旦WALN子系统处于低功率状态，移动台等待直到与来自语音处理器或者其他实时媒体处理器的保留业务流相关联的数据帧的到来，或者出现例如中断的服务间隔事件(710)。当与保留的业务流相关联的新的数据到来时，或者服务间隔事件发生时，移动台将功率切换回WLAN子系统(712)。接下来，移动台通过启动帧交换处理(714)开始与接入点的帧交换，例如通过呼叫软件子程序以完成服务周期。根据参照图4所描述的处理来执行帧交换处理。一旦帧交换结束，移动台校验确定呼叫是否结束(716)。如果呼叫继续，那么处理返回设置服务间隔中断(706)。如果用呼叫结束，那么卸下呼叫并且在接入点释放资源(718)，其结束处理(720)。

现在参照图8，示出根据本发明的移动台帧交换处理714的流程图。在开始800，移动台校验确定是否有对于来自语音或其他实时媒体处理器的保留业务流的当前未决的数据。如果没有，那么当轮询窗口定时器定时轮询窗口时，移动台等待。在该时间期间，移动台还争用WLAN信道。一旦获得信道，移动台发送轮询帧(802)。轮询帧将包含在窗口定时器的未决期间，数据是否未决或者数据是否到达的数据，否则轮询帧将是空帧。轮询帧标识保留的业务流和UPPSD模式。优选地保留的业务流由其TSID来标识，以及业务流标识符的存在向接入点指示移动台正在使用UPPSD功率节约模式。在优选模式中，接入点发送确认，其由移动台(803)接收。如果没有接收到确认(804)，移动台可通过等待让步，然后重新发送轮询帧。在发送轮询帧之后，并且在优选模式中，接收确认，移动台然后等待接入点响应。由于没有调度响应，等待的时间是变化的，尽管移动台可能已经预选在采取错误过程之前等待的最大时间周期，假设接入点响应的失败。然而，假设正常操作，接入点将发送响应帧，其将由移动台接收(806)。再次，在优选模式中，移动台将发送确认以确保接入点成功传递。当接收响应帧时，移动台校验EUSP位以确定UPPSD服务周期是否结束。在优选实施例中，MORE_DATA位可用于通知何时更多数据从接入点到来(808)，以及当MORE_DATA位被设置时其指示服务周期继续，直到接收到一个或多个响应帧。如果MORE_DATA位指示随后的帧到来，那么移动台保持有效以接收它们，如其对第一响应帧所作。期望随后的响应帧可包含对于也在移动台中使用的不同的保留业务流，或者对于当前保留的业务流的数据。一旦接收响应帧，指示没有来自接入点的更多数据，处理结束(810)并且移动台将WLAN子系统置于低功率模式中。

现在参照图9，示出根据本发明的在接入点缓存数据的方法的流程图。在方法的开始(902)，接入点允许用于建立到移动台的呼叫的保留的业务流。在指定用于移动台的接入点，数据分组从网络到达。当数据分组到达时，接入点校验以确定数据分组是否是指定用于当前处于功率节约模式中的移动台(904)。如果到来的分组所指向的移动台当前不在功率节约模式中，接入点将分组发送到移动台(906)。如果移动台当前处理功率节约模式，那么接入点必须确定移动台使用传统功率节约模式还是当前的基于上行链路轮询的功率节约递送模式(908)。如果移动台在使用传统功率节约模式，那么接入点在未保留缓存器中缓存分组(910)并且在例如由接入点所发送的周期的信标帧中通知移动台关于其缓存器的状态。如果分组与使用UPPSD模式的移动台的所允许流相关联，那么在UPPSD保留的缓存器中存储分组(912)。在优选实施例中，接入点向保留的缓存器应用老化原则，在这里仅仅两个最近接收的分组保留在该缓冲器中。如果新的分组到达并且在保留的分组中已经有两个分组，那么抛弃较旧的缓存的分组并缓存新的分组。

现在参照图10，示出根据本发明的在基于上行链路轮询的功率节约传递模式1000中的使用的在接入点无缓冲数据的方法的流程图。在方法的开始(1002)，接入点允许保留的业务流，用于建立到移动台的呼叫。当接入点从使用UPPSD的移动台接收轮询帧(1004)时，方法继续。作为响应，接入点校验与在由移动台所发送的轮询帧的TSID域中所指示的保留业务流相关联的缓冲器(1006)。如果缓冲器中没有数据，那么接入点获得WLAN信道并发送指示没有更多数据的空帧(1008)。如果在保留的缓冲器中有数据，那么接入点准备数据用于传输；如果仅有一个数据帧，接入点设置EUSP位，或者替换地清除MORE_DATA位以指示没有更多数据，获取WLAN信道，并发送响应帧。如果有更多的数据要发送，清除EUSP位，或者替换地设置MORE_DATA位来指示。然后由接入点获得WLAN信道，并且将响应帧发送到移动台(1016)。

因此本发明提供由移动台在无线局域网(WLAN)中执行功率节约操作，同时执行语音或实时通信的方法。通过在接入点允许保留的业务流而开始该方法，其包括在接入点建立保留的缓存器，用于缓存对应于保留的业务流的数据，在呼叫过程期间该保留的业务流将被发送到移动台。一旦建立了呼叫，将移动台的WLAN子系统置于低功率模式。随后，通过将移动台的WLAN子系统从低功率模式唤醒以将数据发送到接入点而开始该方法，如果没有任何数据要发送。一旦唤醒WLAN子系统，通过获取在移动台和接入点之间的WLAN信道，以及通过WLAN信道将轮询帧发送到接入点而开始该方法，该轮询帧标识保留业务流。优选地通过例如载波侦听的已知连接协议执行获取WLAN信道。如果在移动台的WLAN子系统没有数据到达，轮询帧可以是空帧，但是包含来自呼叫的数据。响应于发送轮询帧，移动台开始在移动台通过WLAN信道接收响应帧。由接入点发送响应帧，并标识保留的业务流。一旦接收到响应帧，移动台开始将WLAN子系统设置为低功率模式。应注意当响应于轮询帧发送响应帧时，并不一定立即发送响应帧。接入点可具有在发送响应帧之前需要服务的其他处理，因此以未调度的方式发送响应帧。在优选模式中，由各个接收机使用在特定时间内的确认来确认轮询帧和响应帧，该特定时间例如由IEEE802.11所指定的短的帧间间隔。接收响应帧可包括接收响应帧的报头，其具有清除的EUSP位，或者替换地，设置为指示将随后发送第二响应帧的MORE_DATA位，并且其中该方法还包括在移动台接收第二响应帧。移动台可以响应于从移动台的语音或其他实时媒体处理所接收的数据的存在，或者响应于服务间隔中断而唤醒。当出现服务间隔事件时，例如在服务间隔开始，移动台开始运行窗口定时器，其具有小于服务间隔的持续时间。如果窗口服务器超时并且还有数据，那么移动台开始发送空帧。选择服务间隔作为由数据帧表示的实时持续时间。

尽管已经说明并描述了本发明的优选实施例，很清楚本发明不因此限制。对于本领域技术人员可以有各种修改、改变、变化、替换和等效，而不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种由移动台在无线局域网(WLAN)中执行功率节约操作，同时执行语音通信的方法，包括：

在接入点允许保留的业务流，包括在接入点建立保留的缓存器，用于缓存对应于将被发送到移动台的保留的业务流的数据；

将移动台的WLAN子系统从低功率状态唤醒；

获取移动台和接入点之间的WLAN信道；

通过WLAN信道将轮询帧发送到接入点，该轮询帧标识保留的业务流；

响应于发送轮询帧，在移动台通过WLAN信道接收响应帧，该响应帧由接入点发送并标识保留的业务流；以及

当接收响应帧时，将WLAN子系统设置为低功率状态。

2.如权利要求1的执行功率节约操作的方法，还包括响应于发送轮询帧，在移动台通过WLAN信道从接入点接收确认帧。

3.如权利要求1的执行功率节约操作的方法，还包括响应于接收响应帧，通过WLAN信道将确认帧从移动台发送到接入点。

4.如权利要求1的执行功率节约操作的方法，其中：

接收响应帧包括接收响应帧的报头，其具有设置为指示将随后发送第二响应帧的MORE_DATA位；

该方法还包括在移动台接收第二响应帧。

5.如权利要求1的执行功率节约操作的方法，其中发送轮询帧包括发送空帧。

6.如权利要求5的执行功率节约操作的方法，其中当在服务间隔开始时所启动的窗口定时器失效时，执行发送空帧，该服务间隔限定语音帧的实时持续时间，该窗口定时器具有小于服务间隔的持续时间。

7.如权利要求1的执行功率节约操作的方法，其中通过争用WLAN信道执行获取WLAN信道。

8.如权利要求7的执行功率节约操作的方法，其中通过载波侦听执行争用WLAN信道。

9.一种通过移动台在无线局域网(WLAN)中协助接入点的功率节约操作，同时执行语音通信的方法，包括：

在接入点通过WLAN信道从移动台接收轮询帧，该轮询帧标识保留的业务流；

对于对应于将被发送到移动台的保留的业务流的所缓存数据，校验保留的缓存器；

由接入点执行获取移动台和接入点之间的WLAN信道；以及

通过WLAN信道将响应帧发送到移动台，该响应帧由接入点所发送并标识保留的业务流。

10.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，还包括响应于接收轮询帧，通过WLAN信道将确认帧从接入点发送到移动台。

11.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，还包括响应于发送响应帧，在接入点通过WLAN信道从移动台接收确认帧。

12.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，其中：

发送响应帧包括发送响应帧的报头，其具有设置为指示将随后发送第二响应帧的MORE_DATA位；

该方法还包括将第二响应帧发送到移动台，该第二响应帧属于保留的业务流。

13.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，其中接收轮询帧包括接收空帧。

14.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，其中发送响应帧包括如果在保留的缓冲器中没有数据，则发送空帧。

15.如权利要求9的协助功率节约操作的方法，其中通过争用WLAN信道执行获取WLAN信道。

16.如权利要求15的协助功率节约操作的方法，其中通过载波侦听执行争用WLAN信道。