CN1914868A - 在无线通信系统中最优重用频谱的增强型网络分配矢量机制 - Google Patents

Abstract

所使用的无线网络和方法包括一个源，该源在某个排定的时段中向至少一个目的地传输信号。该网络还包括至少一个节点，其中对目的地而言，该节点是隐藏的，并且该节点会在所述排定的时段中传输信号。该网络及其方法被提供用于介质的有效使用。

Description

在无线通信系统中最优重用频谱的增强型网络分配矢量机制

本申请依照35 USC §119(e)要求2004年2月2日于美国专利商标局提交的临时专利申请No.60/541,080的优先权，其内容在此引入作为参考。

当前，无线连接性在语音和数据通信中的应用正在不断增长。这些设备包括移动电话、便携式计算机、无线局域网(WLAN)中的计算机、便携式手持机等类似设备。随着信道调制技术的进步，无线通信带宽也有了显著的增长，而这使得无线介质成为了一种可以取代有线和光纤解决方案的可行的备选方案。

每一个无线网络都包括多个层和子层。介质访问控制(MAC)子层和物理层(PHY)是这其中的两个层。在开放系统互连(OSI)栈中，MAC层是数据链路层的两个子层中的低层。IEEE802.11则是一种涵盖了WLAN中的介质访问控制(MAC)子层以及物理(PHY)层的标准。虽然这种标准在语音和数据业务量控制方面提供了显著的改进，但是对于以增长的信道速率来执行网络接入而同时支持服务质量(QoS)的需求的不断增长也要求不断评估标准和对其所做的改变。举例来说，目前在为WLAN中的实时多媒体业务、尤其是具有服务质量(QoS)保证的实时多媒体业务提供支持的方面已经进行了大量工作。

众所周知，在很多无线通信网络中，其中一个重点是放在保护帧接收机免受诸如主机或接入点之类的发射机的影响。然而在已知协议中，这将会导致对那些对于帧的接收机隐藏的发射机和节点提供保护。而这会导致网络及其组件的使用效率低下。举例来说，如果将发射机调度成在一个预定传输过程中向某个接收机传输，那么在已知技术中，为了确保接收机能够得到保护，会借助一种虚拟保留技术来指令发射机服务区域(范围)内的所有节点都不进行传输，以免与接收机执行的帧接收操作相互干扰。然而，在发射机的服务区域内往往存在一些节点(设备)，这些节点(设备)与接收节点的距离足够远，并且其传输将不会被接收节点所接收。就此而论，已知的技术毫无必要地牺牲了潜在的传输处理以及增长的吞吐量。

因此，目前需要一种至少实质上克服了所描述的已知方法缺点的方法和设备。

依照一个示例实施例，在这里提供了一个无线网络，该网络包括一个源，其中该源在某个排定的(scheduled)时段中将信号发送到至少一个目的地。此外，该网络还包括至少一个节点，其中该节点对目的地而言是隐藏的，并且该节点会在所述排定的时段中传输信号。

依照一个示例实施例，在这里提供了一种无线通信方法，其中包括提供一个源，该源在某个排定的时段中将信号发送到至少一个目的地。此外，该方法还包括提供至少一个节点，其中该节点对目的地而言是隐藏的，并且该节点会在所述排定的时段中传输信号。

通过结合附图来阅读下文中的详细描述，可以最佳地理解本发明。应该强调的是，各种功能部件不必按比例绘制。实际上，为使论述清楚，这些功能部件的尺寸是可以任意增大或减小的。

图1是依照示例实施例的无线通信网络的示意图。

图2是显示已知的网络分配矢量(NAV)保护机制的时间线。

图3是显示依照示例实施例的NAV技术的时间线。

出于说明而不是限制目的，在下文的详细描述中对公开具体细节的示例实施例进行了阐述，由此提供了对于示例实施例的全面理解。然而，对得益于本公开的本领域普通技术人员而言，很明显，其他那些脱离了这里所公开的具体细节的实施例无疑也是可能的。此外，在这里将会省略关于公知设备、方法、系统以及协议的描述，以免与本发明的描述相混淆。尽管如此，依照示例实施例，那些落入本领域普通技术人员理解范围以内的设备、方法、系统和协议同样也是可以使用的。

简要的说，这些示例实施例涉及的是无线通信网络和无线通信方法，这些系统和方法能够提供用于频谱的有效重用(reuse)。在特性方面，在示例实施例中包含了虚拟信道接入，或是用于实施虚拟信道接入的虚拟保留方法和MAC层。其中一种有效的方法是在通信会话或服务间隔中并入有至少一个持续时间值的传输和接收，以便更新内部网络分配矢量(NAV)。随着当前描述的继续，可以更清楚了解的是，所述持续时间值包括特定会话的起始和结束时间。依照示例实施例，用于更新NAV的持续时间值的信息将会促进调度和冲突，同时也提供了可供某些网络设备使用的改进介质。

作为例证，对接收到涉及另一个节点(目的地)的请求发送(requestto send)，但却没有接收到清除发送(clear to send，CTS)的一个或多个节点来说，这些节点由此是处于目的地的范围之外。此外，这些节点可以随意地进行传输，而不用担心与目的地接收来自源的帧(或其他类型的信号)的操作相互干扰(例如导致帧冲突)。同样，在已知方法和网络下将低效地仅浪费在从源到目的地的单独传输上的频谱分配，依照这里所描述的示例实施例，可以供一个或多个节点使用，其中对目的地而言，这些节点是隐藏的。

应该指出的是，这里描述的方法和网络适用于某些无线标准，例如IEEE802.11及其后代标准。一般来说，这些方法和网络还适用于包含了虚拟信道接入(虚拟保留)技术的无线通信系统。当然，对无线通信领域的普通技术人员来说，在其理解范围以内存在多种虚拟保留协议，并且这些协议都可以引入到示例实施例的无线系统中。

图1显示的是依照示例实施例的无线网络100。这个无线网络包括源101和目的地102。所述源具有一个传输范围103，而目的地102则具有一个接收范围104。此外，在该网络中还包含了节点106和107。应该指出的是，目的地可以不止一个。为此目的，源101有可能想要对一个以上的目的地进行传输。在这种情况下，所发送的持续时间值将会包括与各个目的地的传输相关的调度信息，然后，其中每一个目的地都会更新其特定的NAV。但是非常有益的是，为了避免与所需要的CTS发生冲突/干扰，目前存在这样一种机制，该机制可以借助NAV而对来自各个目的地的相应CTS提供顺序调度。对本领域普通技术人员来说，关于这些MAC层的管理协议的这种机制的细节是在其理解范围以内的。

一般来说，源101、目的地102以及节点106、107可以是依照多个已知协议中的一个或多个协议运作的分布式无线网络中的普通设备，并且这些设备包含了分布式MAC层。此类设备可以包括计算机、便携式计算机、个人数字助理(PDA)以及移动电话，但是并不局限于此。作为例证，包含源101、目的地102以及节点106、107的网络是依照IEEE802.11标准或是其后代标准运作的。当然，这些情况仅仅是示范性的，并且应该指出的是，其他协议也是可以使用的。这些协议可以包括载波侦听多路访问(CSMA)、具有避免冲突的CSMA(CSMA/CA)、频分多址(FDMA)以及时分多址(TDMA)，但是并不局限于此。

作为选择，源101和目的地102既可以是主机或接入点(AP)，也可以是无线设备。当然，在这个示例实施例中，包含了源101和节点106的网络包括集中式或分布式MAC层和协议。最后，应该指出的是，示例实施例的网络是集中式或分布式的，并且作为特征，示例实施例的网络包含了使用至少一个网络分配矢量的虚拟保留方法。

在某些示范性实施例中，无论网络或MAC层采用何种类型，源101都会传输一个请求发送(RTS)105，其将会被源范围103内的目的地102以及节点106所接收。此外，所述RTS还会被至少一个节点110所接收，其中该节点的接收范围处于源101以及目的地102的传输范围以内。但是，RTS105不会为节点107所接收。特别地，源101是在节点107的传输范围之外的。

来自源101的初始传输在其报头部分包含了专为特定通信会话设置NAV所需要的信息。该报头包含了会话的开端和持续时间，此外还包括预定的接收方的信息；其中所述接收方在本范例中则是目的地102。一旦接收到这个报头，目的地102将会传输CTS108，所述CTS108由其传输范围内(未显示)的所有设备所接收。如观察图1可以理解到，这个CTS108由源101、节点107以及节点110所接收。特别地，这个CTS108不会被处于目的地102的传输范围(未显示)之外的节点106所接收。

依照已知的避免冲突的方法，由那些不同时接收RTS和CTS的节点来接收RTS和CTS，需要这些设备在会话持续过程中保持“静默”。同样，这保护了接收机(目的地102)在源101执行传输会话的过程中免受干扰。但是，发明人认识到，在源101与目的地102之间的会话过程中，这种已知的方法无谓地妨碍了无线系统内部某些设备的通信。

随着本描述的继续，可以清楚了解的是，依照示范性实施例，在源101与目的地102之间的传输会话过程中，那些传输范围处于目的地102的接收范围104之外的节点可以与其他节点进行通信，而所述其他节点的传输范围同样处于目的地102的接收范围104之外。例如，对传输范围不在接收范围104内的节点106来说，这些节点106可以相互进行传输，并且可以对传输范围103外部的节点109进行传输。

此外，在从源101向目的地102传输会话的过程中，对信号(语音、视频或数据，或是所有这些信息)接收机进行保护是非常有益的，但却没有必要保护信号发射机，节点106和109可以对源101进行传输，而这不会对源101的功能产生不利影响。另外，由于节点107正在接收CTS，因此，一旦传输了应答(ACK)，那么任何传输都是可以立即开始执行的。现在将对这些以及其他示例实施例进行描述。

图2是依照示例实施例的无线网络的时间线200。一开始，源201(例如源101)发送RTS202，而目的地203(例如目的地102)以及RTS接收机204(例如节点106)则会接收该信号。在经过一个很短的帧间间隔(SIFS)206之后，目的地203会向源201发送CTS207。这个CTS的持续时间值是根据RTS202中的报头设置的；源处于接收模式中，这时必须保护该源免受其他那些传输范围处于源201的接收范围以内的设备(例如节点106、109)的干扰。同样，在接收到RTS202之后，RTS接收机204(例如节点102、106、110)将会依照NAV而处于一种非传输或“静默”模式中。应该指出的是，NAV208可具有只与CTS207重叠的持续时间，这是因为在CTS207开始之前，源未必处于接收模式中。

在示例实施例中，在传输了CTS207以及经过了另一个SIFS209之后，源201开始传输数据210。从关于图1示例实施例的描述中很容易理解，在CTS207终止之后，处于目的地203的接收范围之外的所有设备(例如节点106、109)都可以随意对别的设备进行传输，而不会干扰目的地203对数据210的接收。相应地，在传输数据210的过程中，目的地203是受到保护的。在当前的示例实施例中，RTS接收机204可以在CTS207终止的时候开始进行传输。

然而，对CTS接收机205(例如节点107)可以允许的传输来说，其时间窗口与RTS接收机的窗口有着显著不同。在RTS202期间以及在结束CTS之前，由于没有接收到关于NAV的报头信息，因此，CTS接收机205是不知道数据的未决传输的。同样，在用CTS207终止的时段211中，CTS接收机204可以在不干扰其传输范围以内的接收机的情况下传输和接收信息。由此，网络接收机得到保护。

在CTS207终止之后，在数据传输期间，CTS接收机205会保持在非传输或“静默”模式中，这段时间即为NAV212。从CTS207开始，CTS接收机205具有数据传输210的终止点，并且已对这个终止点设置了NAV212。因此，在数据传输210的结尾，CTS接收机207可以再次开始传输。并且该传输周期始于213。而对CTS接收机205来说，其静止时间的开端和持续时间都是借助为接收机205设置NAV212的CTS202来实现的。

可以了解的是，如果CTS接收机205在数据传输过程中保持静止“静默”，那么可以为网络接收机提供保护。例如，在图1的示例实施例中，接收CTS的节点107不会在目的地102从源执行接收操作的时候进行传输。然而，在目的地进入接收模式之前，尤其是在目的地传输CTS的时候，节点107是可以进行传输的。为此目的，传输范围处于源101的接收范围以外的节点可以在传输CTS的过程中进行传输，而这不会对该接收机产生干扰。在传输过程中，在传输数据210的结尾，CTS接收机205的传输调度是借助为接收机205设置NAV212的CTS202实现的。

刚一结束数据传输210以及在第二SIFS214结尾，RTS接收机204(例如节点102、106、110)就必须终止传输。这样做可以使源201在目的地203传输应答215的过程中避免受到干扰。也就是说，目的地的接收范围是在RTS接收机204的传输范围以内的，且因此，对接收机(目的地203)的保护需要使处于目的地203的接收范围以内并能进行传输的所有设备在应答215结束之前都保持“静默”。这种静止周期的调度是从一个为接收机204设置NAV216的RTS202开始的。

应该指出的是，在源201和目的地203的范围以内都有可能存在多个设备110。这些设备110将接收RTS202以及CTS207，由此将在时隙208、212和216的时段中设置NAV。在201与203进行通信的过程中，这些设备110不能重用频谱，并且将会保持静默。

最后，应该指出的是，依照示范性实施例，由于在传输过程所发送的数据帧中包含了用于更新NAV的持续时间值，因此RTS/CTS交换未必是必需的。例如，源201可以在不需要RTS202的情况下直接传输数据帧。然而，目的地将不在它周围预留介质，并且由于没有发送CTS207的时机，因此目的地将会保护自己免受隐藏节点的影响。

图3显示了另一个示例实施例中的无线通信网络的时间线300。该无线网络可以具有结合图1中的示例实施例所描述的类型，并且包含了一种或多种虚拟信道接入方法。作为例证，在将建议的802.11e协议中的已知突发应答或无应答方法与TXOP突发结合使用的时候，图3中的示例实施例的方法可以提供对介质的有效使用。当然，为了避免与本示例实施例的描述相混淆，在这里将不再重复描述图1和图2实施例中的众多共同细节。

源301向至少一个目的地302传输RTS305。在经过一个SIFS306之后，目的地302向源301回送CTS307。与先前一样，RTS接收机303对RTS305以及CTS接收机304对CTS307的接收分别设置NAV308、309以及NAV310。在经过第二SIFS311之后，源301会进行由SIFS间隔315分隔的一系列数据传输312～314。应该指出的是，与所示情况相比，数据传输既可以更多，也可以更少。

在执行了最后的传输之后，源301将会发送一个组块应答请求316；而在经过了另一个SIFS317之后，目的地302将会发送一个组块应答。

在数据传输312～314、SIFS315以及组块应答请求316期间，RTS接收机303(例如节点106、110)是可以使用介质的。非常有益的是，这样做可以为这些设备提供相当多的时间，以便在其相互之间以及与目的地302的接收范围以外的其他设备之间进行通信。实际上，只有在源必定处于接收模式的时段中(NAV308、309，其分别与CTS307以及组块应答响应318相重叠)，RTS接收机才可以进行传输。与其他已知的方法和协议相比，这样做在效率方面将会有显著的提高。

在CTS307完成之前，CTS接收机可以在不干扰目的地的接收的情况下进行传输。同样，在NAV310之后，这些设备也可以进行传输；而这同样是因为目的地302并不正在接收。与其他已知的方法和协议相比，这样做在效率方面将会有显著的提高。

如图2中的示例实施例所述，在源301和目的地303的范围以内，其中有可能存在多个设备110。这些设备110将会既接收RTS305又接收CTS307，由此会在时段308、309和310中设置NAV。在源301与302的通信过程中，这些设备110不能重用频谱，并且将会保持静默。

最后，应该指出的是，依照图2和3中的示例实施例，除了包括目的地的持续时间以及标识之外，在RTS202和305的报头中还可以包括一个偏移。报头中的这个偏移字段规定了介于RTS帧的接收结束时间与设置图2的NAV216以及图3的NAV309的时间之间的时间。此外还应该指出，设备106和107未必需要RTS中的这个偏移信息，它可以通过执行复杂的计算并且通过从计划的帧序列持续时间中减去应答或组块应答响应帧的时间来设置NAV216或NAV309。

应该指出的是，依照本发明，这里描述的不同方法和设备可以用已知的硬件和软件的形式来实现，其中所述硬件和软件能在至少一个使用了虚拟保留方法的无线网络中的设备之间实现介质共享。此外，不同的方法和参数在这里仅仅是作为实例而被包含的，它们并不具有限制意义。根据本公开，本领域技术人员可以在确定其自身技术和必要设备的过程中实施不同的示例设备和方法，以便实现这些技术，而这仍旧处于附加权利要求的范围以内。

Claims (27)

1.一种无线网络，包括：

一个源(101)，该源在排定的时段中向至少一个目的地传输信号；以及

至少一个节点(106，109)，相对于目的地而言，该节点是隐藏的，并且该节点会在所述排定的时段中传输信号。

2.如权利要求1所述的无线网络，其中源向至少一个目的地传输请求发送(RTS)(202)，并且所述RTS包含了传输持续时间以及接收方信息。

3.如权利要求2所述的无线网络，其中至少一个节点(106)没有接收RTS。

4.如权利要求3所述的无线网络，其中目的地在接收到RTS之后向源发送一个清除发送(CTS)(207)传输，并且至少一个接收RTS的节点没有接收所述CTS。

5.如权利要求4所述的无线网络，其中该网络包括至少一个接收CTS的节点(107)。

6.如权利要求2所述的无线网络，其中网络中的至少一个节点接收RTS并且设置至少一个网络分配矢量(208，216)，在此期间，该至少一个节点没有进行传输。

7.如权利要求6所述的无线网络，其中至少一个接收RTS的节点会在所述排定的时段的至少一部分时段中进行传输。

8.如权利要求5所述的无线网络，其中至少一个接收CTS的节点不在所述排定的时段中进行传输。

9.如权利要求8所述的无线网络，其中至少一个接收CTS的节点会在至少一个目的地传输应答(ACK)的过程中进行传输。

10.如权利要求1所述的无线网络，其中在所述排定的时段中的传输包括至少一个数据帧。

11.如权利要求1所述的无线网络，其中源向至少一个目的地传输一个帧，并且所述帧包含了传输持续时间以及接收方信息。

12.如权利要求11所述的无线网络，其中目的地在接收到所述帧之后向源发送一个响应传输，并且至少有一个接收所述帧的节点没有接收该响应。

13.一种无线网络中的无线通信方法，该方法包括：

提供一个源(101)，该源在排定的时段中向至少一个目的地(102)传输信号；以及

提供至少一个节点(106)，相对于目的地而言，该节点是隐藏的，并且该节点会在所述排定的时段中传输信号。

14.如权利要求13所述的方法，其中源向至少一个目的地传输一个请求发送(RTS)(202)，并且所述RTS包含了持续时间值以及接收方信息。

15.如权利要求14所述的方法，其中网络中的至少一个节点没有接收RTS。

16.如权利要求14所述的方法，其中目的地在接收到RTS之后向源发送一个清除发送(CTS)(207)传输，并且至少有一个节点(106)没有接收所述CTS。

17.如权利要求16所述的方法，其中该网络包括至少一个接收CTS的节点(107)。

18.如权利要求15所述的方法，其中网络中的至少一个节点接收RTS并且设置至少一个网络分配矢量(NAV)(208)，在此期间，该至少一个节点没有进行传输。

19.如权利要求18所述的方法，其中至少一个接收RTS的节点会在所述排定的时段的至少一部分时段中进行传输。

20.如权利要求17所述的方法，其中至少一个接收CTS的节点不在所述排定的时段中进行传输。

21.如权利要求20所述的方法，其中至少一个接收CTS的节点会在至少一个目的地传输应答(ACK)(215)的过程中进行传输。

22.如权利要求13所述的方法，其中在所述排定的时段中的传输包括至少一个数据帧。

23.如权利要求13所述的方法，其中源向至少一个目的地传输一个帧，并且所述帧包含了持续时间值以及接收方信息。

24.如权利要求23所述的方法，其中目的地在接收到所述帧之后会向源发送一个响应传输，并且至少有一个接收所述帧的节点没有接收该响应。

25.如权利要求2所述的无线网络，其中除了持续时间值以及目的地标识之外，RTS202的报头还可以包括一个偏移，并且该偏移规定了介于RTS接收结尾与设置网络分配矢量(NAV)的时间之间的时间。

26.如权利要求4所述的无线网络，还包括至少一个既接收RTS又接收CTS的节点(110)。

27.如权利要求17所述的方法，其中该网络包括至少一个既接收RTS又接收CTS的节点(110)。

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