CN1969480A - 无线自组网中分布式资源预留 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括第一站和至少第二站的无线通信系统中的通信方法，其中每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信。第一站以使用至少一个通信信道的第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以使用一个通信信道的第二模式编码和发射具有第二格式的消息。第一和第二格式具有公用部分。第二站接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分。公用部分包括关于第一站的一个或多个将要传输的信息。

Description

无线自组网中分布式资源预留
本发明涉及一种如权利要求1的前序中定义的无线通信系统中的通信方法。
本发明还涉及一种无线通信系统和一种无线通信装置。
在IEEE Std.802.11a，1999，Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical(PHY)specifications：High Speed Physical Layerin the 5GHz Band，IEEE，NY，1999中公开了在无线通信系统中这样的通信方法。符合该标准的无线通信系统工作于5GHz免许可ISM频带，并且能够支持使用正交频分复用(OFDM)的从6到54Mbit/sec范围的原始数据速率。IEEE标准802.11b公开了工作于2.4GHz ISM频带的类似通信系统。在IEEE标准802.11a和11g中，具有20MHz带宽的信道用来建立通信链路。通常，在无线通信系统中的信道是在系统工作的频带内建立通信链路的子频带。为了满足延迟受限应用的需求，提出了一个结合数据链路层功能的新规范p802.11e，以提供统计和参数化QoS。
为了支持在数据链路层中高达大约100Mbit/sec的数据速率，新规范p802.11n将被提出。在该提议中，引入了基于11a的PHY和基于11e的MAC标准，同时保持一定程度的向后兼容性。PHY扩展基于多天线系统(MIMO)的支持和在40MHz频带中的传输，即所谓的双信道操作。
服从IEEE标准802.11或它的被提议的扩展的版本之一的无线局域网(WLAN)比如无线通信系统是按照小区或所谓的基本服务集(BSS)组织的。这样的小区包括多个无线站。在第一操作模式中，即所谓的基础设施模式，这种小区内的一个站被安排成提供与其它小区、主站或接入点经由小区间系统或分布系统进行通信。多个附加站被安排成彼此通信并经由接入点与其它小区中的站通信。可选择地，在第二模式中，即所谓的自组模式，没有主站或接入点。工作于自组模式的小区通常被称作独立基本服务集(IBSS)。工作于自组模式的小区缺少与其它小区通信的可能性，因为缺少所需的基础设施，主要是缺少接入点。
在P802.11n的MAC规范的草案中，接入机制是预知的，其中主站预留用于BSS内站的媒体上的时隙。该接入机制被称为反向请求(RDR)，它是从IEEE标准802.11e的机制中可知的扩展版本，并且允许对站的有保证的(周期性)资源分配(时隙和带宽)。这支持实时或者其它的时间关键数据的传输。
然而在IBSS中，不存在能够准予接入来保证一个或多个站的一定服务质量(QoS)的主站。站必须通过使用例如IEEE标准802.11的带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)协议来以或多或少的随机接入模式接入媒体。尽管存在用于CSMA/CA协议的扩展，比如用于改善的服务质量的IEEE标准802.11e中所谓的EDCA(增强直接载波接入)接入模式，但是不能保证分配以及周期性接入是不可能的。这可能导致造成数据丢失的频繁冲突，由此导致媒体的低效使用。此外，已知CSMA/CA协议不太适合于经由其它站路由的多跳通信，该多跳通信是站之间的通信。
WO2004/114598 A1公开了一种为另一传输预留媒体的方法。它描述了一种预留机制，其中预留信息被背负(piggyback)包括在消息的MAC(媒体访问控制)报头中或在数据消息或确认消息的净荷中。然而，它并不区分多天线模式和单天线模式。
未公布的欧洲专利申请PCT/IB2005/051454描述了另一种为另一传输预留媒体的方法。这里，站以专用信标来分布它们的预留信息。在基于基础设施的IEEE 802.11中，网络BSS信标通常由接入点发送。在自组IEEE 802.11中，网络信标由不同站交替发送。在这两种情况下，仅仅单个接入点或站经由超帧发送信标。然而在802.11标准中，明确地排除若干站发送它们自己的信标。在欧洲专利申请PCT/IB2005/051454中，发送这样的信标仅仅是为了分布预留信息的目的。其它站(它们不理解分布式预留协议(DRP)，而仅仅理解原始IEEE标准802.11)将把这些信标解释为来自接入点。预留被分布在信标中，因为这些站不必侦听其它站的数据和确认分组或消息，而是它们侦听由其它站发射的信标。为了确保预留被其它站考虑，其它站必须知道它们的邻近站的预留。此外，利用继承(legacy)机制(比如所谓的“无争用时段”)发送信标中预留的信号保证了预留被继承站注意，即使这些站不理解分布式预留协议。然而，它也并不区分多天线模式与单天线模式。
本发明的目的尤其是提供一种通过允许对缺少主站的媒体的有保证接入来降低接入冲突的方法。
为此，本发明提供一种在包括第一站和至少第二站的无线通信系统中通信的方法，其中每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信，其中第一站以使用至少一个通信信道的第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以使用一个通信信道的第二模式编码和发射具有第二格式的消息，其中第一和第二格式具有公用部分，其中第二站接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分，其中公用部分包括关于第一站的一个或多个将要传输的信息。
根据本发明的方法解决了工作于自组模式的无线通信系统中接入冲突的问题，其中，每个站通过以一种消息格式提供关于一个或多个将要传输的信息来在至少一部分时间中控制系统内通信，所述消息格式可以被只能以可能模式之一解码信息的站来解码，由此增加消息的“听众”。
本发明基于发射在未根据多天线格式发射的报头的该部分内预留信息的思想。该报头用于训练或者校准多个天线。报头的第一部分以单天线模式进行发射，其中第二部分以多天线模式或多天线格式进行发射。通过把预留信息结合到第一部分报头(也称为公用部分)中，该预留将由第二站识别，该第二站不能接收或者识别多天线格式。第一站能够根据多天线模式接收信号，其中第二站或者不被训练使用多天线模式，或者它们原则上不能使用多天线模式。本发明涉及基础设施系统和自组网。
根据以下结合附图考虑的详细说明，本发明的上述和其它目的以及特征将变得更明显：
图1示出了根据IEEE标准802.11规范的组之一的具有基础设施的通信系统的一般概观；
图2示出了根据IEEE标准802.11规范的组之一的自组通信系统的一般概观；
图3示出了根据本发明的方法的一个实施例；
图4a、图4b和图5示出了根据本发明的方法的另一实施例。
在这些图中，相同部分采用相同标记来标识。
图1示出了根据IEEE标准802.11规范的组之一的具有基础设施的通信系统的一般概观。网络体系结构中的基本元素被称为基本服务集(BSS)。BSS被定义为位于一般受限的物理区之内的一组站(多个无线节点)，每个站(STA)理论上能够与每个其它STA(假定理想环境没有通信障碍，不论是物理的还是其它)通信。
存在两个基本无线网络设计结构，它们被定义为自组网和基础设施网。基于基础设施的IEEE 802.11无线网或通信系统由一个或多个BSS组成，这些BSS经由另一网络例如IEEE 802.3有线以太网互连。这种连接的基础设施被称作分布系统(DS)。对于该基础设施，每个BSS必须正好具有一个连接到DS的无线站。该站提供将消息从BSS的其它STA中继到DS的功能。该STA被称作用于其关联的BSS的接入点(AP)。由DS及其连接BSS组成的实体被称作扩展服务集(ESS)。为了IEEE 802.11的目的，假定DS可以在BSS与外部入口之间传送数据的事实，然而未限定由DS用来实现该功能的方法。
P802.11n的提议草案版本的无线通信具有类似结构。该提议预见了一种在接入点或主站中的称作HCCA(混合协调器受控接入)的接入机制，在这种情况中混合协调器(HC)预留用于站的媒体的时间。该接入机制从IEEE标准802.11e中获得，但是具有附加型业务规范，称作周期性RDR(反向请求)，它允许向站周期性分配资源。结果，需要周期性和/或有保证资源分配的实时和其它时间关键应用在操作的基础设施模式中得到充分支持。然而，在此接入机制中，不提供对工作于没有接入点的自组模式的无线通信系统的支持。
图2示出了根据IEEE标准802.11规范的组之一的自组通信系统的一般概观。该通信系统包括三个站STA1、STA2和STA3。自组网的BSS被称作独立BSS(IBSS)。自组无线网基本上与基于基础设施的无线LAN(WLAN)相反。自组WLAN没有基础设施，因此没有与外网通信的能力。自组WLAN通常被建立以纯粹允许多个无线站彼此通信，同时需要尽可能少的外部硬件或管理支持。
在工作于通信自组模式的已知无线通信系统中，不提供所谓的独立基本服务集IBSS、周期性分配和服务质量(QoS)保证，因为不存在可以准予周期性分配的主站或接入点。在已知系统中，站必须使用带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)协议以随机接入模式接入媒体。尽管IEEE 802.11e提供了CSMA/CA的一些扩展以用于改善在其EDCA接入模式中的服务支持的质量，但是不能够提供保证和不可能进行周期性分配。结果，可能出现将阻碍媒体的有效使用的频繁冲突。此外，各种仿真程序已经显示用于多跳通信的CSMA/CA协议的不足。
根据本发明的媒体接入方法解决了自组操作模式中访问冲突和周期性预留的问题。由于它的分布特性，所以根据本发明的方法不一定需要用来控制与系统的通信的中央单元或主站。
如相对于图1所讨论，所提议的IEEE 802.11n草案提供了所谓的分布式预留协议。P802.11n的提议在自组操作模式中没有这样的预留机制。服从P802.11n的提议的系统将是具有各种可能数据速率的所谓的多输入多输出(MIMO)系统。这意味着：对于特定接收机(或接收机组)优化业务流，并且其它站可能不一定能够偶尔听到这样的传输。然而，分布式预留协议(DRP)需要其它站偶尔听到在它们邻居分组中包含的预留通知。根据本发明的方法因此预见预留信息被包括在分组的物理层(PHY)报头的那部分中，其以鲁棒的低吞吐量数据速率和最终甚至单天线传输模式进行发射，这可以被最邻近的站理解。
DRP预见正在计划数据传输的站及时通知时间起点、传输的持续时间、以及最终甚至在预留分组中的频道或码道。该预留分组被位于预留请求的发送站的接收范围中的其它站偶尔听到。其它站存储该信息，并推迟在相应频率码信道上在通知时间点以及在计划的传输的持续时间的任何媒体接入。预留信息可以是指单个预留或多个周期性预留。
在DRP的优选实施例中，预留请求的接收站通过返回重复所述预留信息的消息来确认预留请求，并且不同于在其传输的接收范围有效的预定的接收站的其它站执行本地存储所述预留信息的动作，以及一旦偶尔听到所述确认消息，就推迟在该时段期间并在另一传输的信道上的媒体接入。因此，为了清除也在接收机侧上的媒体，当从发送站接收到预留分组时，预定的接收站送回该预留分组。通过这些手段，把发送站的计划的传输通知给预定接收站的接收范围中的其它站，并且所述其它站还能够在通知期间推迟任何媒体接入。在DRP的另一优选实施例中，预留请求(和响应)包括在预留周期期间计划的传输的优先级或优先级/业务分类的信息。
如上所述，可以发射背负在DATA、ACK或其它帧上的DRP预留信息。此外，相邻站有必要偶尔听到预留信息，以得到本地入口以及在将来的所通知周期推迟媒体接入。一个问题是，在最当前的实施方式中，一个站将仅仅解码分组直至在帧报头中的接收机地址。只有当接收机地址匹配自己的地址或该站参与的多播组时，才将解码帧的其余部分。这建议发射在接收机地址之前的预留信息，或者添加必须解码一直到预留信息的任何分组的规则。
这些站解码大多数帧的PHY报头，因为PHY报头包含帧交换的DURATION(持续时间)。该持续时间由邻近站使用来设置控制它们接入媒体的所谓的“网络分配矢量(NAV)”。这建议预留信息以类似的方式被包括在PHY报头中，而不是在DURATION(持续时间)字段中。
最后，P802.11n的提议涉及MIMO系统，其中邻近站也许不能成功地解码以多发射天线模式发射的分组(因为数据流朝向特定接收机)。为了使DRP协议工作，因此需要预留信息被包括在单发射天线上并以低数据速率发射的帧的一部分中。注意，数据速率越低，信号到达的距离就越远，为了有效地保护将来传输免于干扰传输而需要这一点。在P802.11n的提议中，存在两个PHY报头，所述PHY报头连同(并且直接跟随)继承PHY报头进行发射。这些HTSIG1和HTSIG2报头以鲁棒BPSK调制并在单发射天线上进行发射。
图3示出了根据本发明的方法的一个实施例。在该实施例中，预留信息被包括在DATA和ACK帧的单天线和/或鲁棒调制以及编码PHY报头中。两个HT报头之一可以用来发射如图3所示的预留信息。如图3所示的报头包括第一部分，该第一部分包含ST、LT、LEGA SF和HT字段。第二部分包括根据多天线格式MIMO的字段。第一部分用于发射预留信息。特别是，预留信息被包括到HT字段中。然而，如下面的图4a、图4b和图5所示。根据本发明的要求仅仅是把预留信息结合到报头的第一部分中。ST和LT字段用于发送短训练符号和长训练符号的信号。LEGA SF用于根据标准802.11a或802.11e等向继承站发送数据。如所示，HT字段包括用于瞬间和/或随后预留周期的信令的预留信息。
图4a、图4b和图5示出了根据本发明的方法的其它实施例。在该实施例中，提出在专用广播/多播信令分组中发射预留信息，其中如图4a、图4b和图5所示，通过单个天线和/或鲁棒调制和编码模式来发射整个帧。在第三实施例中，站把它们的预留信息分配为信标帧的一部分，其以由所有相邻站可以理解的传送模式进行发射。可以通过通知可以被继承802.11站理解的无争用时段来发送该预留。
预留信息可以例如由以下的一项或多项组成：
-业务周期
-媒体预留的持续时间
-数据传输的优先级
-将来预留周期的数量。
在另一实施例中，发送相对于帧的开始或结尾的预留的起点/周期的信号，其中包括预留信息。
在又一实施例中，发送相对于超帧的开始的预留的起点/周期的信号。业务字段的周期可以例如被称作“目标信标传输时间偏差”。为了支持大于超帧持续时间的预留周期，在该第二实施例中必须添加字段以发送预留未被包括在每帧而是在每个第n个超帧中的信号。为了发送小于超帧持续时间的预留周期的信号，若干预留信息元素将必须被包括在预留帧中。
这里所述的本发明的实施例打算在说明性而非限制性意义上被采用。在不背离如由所附权利要求书中限定的本发明范围的情况下，本领域熟练技术人员可以对这些实施例做出各种修改。
对于本领域熟练技术人员而言很明显，本发明不限于在无线通信系统中的应用，而是还可以应用于有线通信系统。
此外，尽管相对于服从IEEE标准802.11和/或该标准扩展的无线通信系统讨论了本发明，但是对于本领域熟练技术人员而言很明显，本发明可以也应用于其它无线通信系统。
同样，尽管所讨论的实施例没有明确讨论该情况，但是对于本领域熟练技术人员而言很明显，通过发射单个预留消息有可能进行重复的或周期性预留。
本发明还涉及正在使用MIMO和动态数据速率自适应的任何系统。
本发明可以有利地应用于服从即将的标准IEEE 802.11n的产品，或者是以基于IEEE 802.11的芯片组以及模块和用户最终产品。IEEE802.11n是以用户电子设备(例如音频和视频设备)的连网作为主应用的下一代WLAN。这也是操作的自组模式非常重要的原因，因为不是所有家庭都将装备有接入点，但是一些用户电子装置可以直接彼此通信(以自组模式)。

Claims (8)

1、一种在包括第一站和至少第二站的无线通信系统中通信的方法，其中每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信，其中第一站以使用至少一个通信信道的第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以使用一个通信信道的第二模式编码和发射具有第二格式的消息，其中第一和第二格式具有公用部分，其中第二站接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分，其中公用部分包括关于第一站的一个或多个将要传输的信息。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一模式中在至少一个信道上发射消息，以及在第二模式中在一个信道上发射消息。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一站的信息包括对至少第二站的请求以预留在至少一个信道中的时隙，以允许第一站的未受干扰的周期性传输。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，公用部分包括第一报头和第二报头，其中在第一报头和第二报头中编码关于周期性传输的信息。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，在第一模式中的消息服从IEEE标准802.11a、IEEE标准802.11b、IEEE标准802.11g和IEEE标准802.11e的组中的标准之一。
6、一种包括第一站和至少第二站的无线通信系统，其中在使用中，每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信，其中第一站被安排成以第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以第二模式编码和发射具有第二格式的消息，其中第一和第二格式具有公用部分，其中第二站被安排成接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分，其中公用部分包括关于第一站的周期性传输的信息。
7、一种在无线通信系统中用作第一站的无线通信装置，所述无线通信系统包括第一站和至少第二站，其中每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信，其中第一站被安排成以第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以第二模式编码和发射具有第二格式的消息，其中第一和第二格式具有公用部分，其中第二站被安排成接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分，其中公用部分包括关于第一站的周期性传输的信息。
8、一种在无线通信系统中用作第二站的无线通信装置，所述无线通信系统包括第一站和第二站，其中每个站在至少一部分时间中控制系统内的通信，其中第一站被安排成以第一模式编码和发射具有第一格式的消息，或者以第二模式编码和发射具有第二格式的消息，其中第一和第二格式具有公用部分，其中第二站被安排成接收并解码以第一模式或第二模式发射的消息的至少公用部分，其中公用部分包括关于第一站的周期性传输的信息。
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