RU2355130C2 - Способ планирования периодов обслуживания в беспроводной локальной сети (wlan) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике связи. Беспроводная локальная сеть (WLAN) включает в себя по гибридный координатор (НС) и станцию качества обслуживания (QSTA). НС передает элемент кадра планирования (SEF). WLAN также включает в себя механизм тактирования, который устанавливает абсолютный начальный момент времени интервала обслуживания. Способ синхронизации НС и QSTA включает в себя передачу кадра элемента планирования (SHF) и установку абсолютного начального момента времени интервала обслуживания и элемента первого передаваемого кадра. Технический результат заключается в улучшении качества функционирования WLAN. 2 н. и 18 з.п ф-лы, 5 ил.

Description

Использование возможности беспроводного соединения при передаче данных и речевых сообщений продолжает увеличиваться. Эти устройства включают в себя портативные компьютеры, «карманные» компьютеры, сотовые телефоны, компьютеры в беспроводной локальной сети (WLAN), портативные телефонные трубки и тому подобное. Ширина полосы пропускания беспроводной связи значительно увеличилась с достижениями технологий канальной модуляции, делая WLAN жизнеспособной альтернативой проводным и оптико-волоконным решениям. IEEE 802.11 - стандарт, который покрывает спецификации для подуровня управления доступом к среде передачи (MAC) и физического (PHY) уровня WLAN. Несмотря на то, что этот стандарт предусмотрел значительное усовершенствование в управлении потоком обмена речевыми сообщениями и данными, продолжающееся увеличение спроса в сетевом доступе и при увеличенных канальных скоростях передачи потребовало непрерывного развития стандарта и изменения для этой цели. Например, большая исследовательская работа была проделана над поддержкой обслуживания в реальном времени в сетях WLAN, более точно - с гарантиями качества обслуживания (QoS).

Несмотря на то, что предоставление спецификации IEEE 802.11E для последовательности упорядоченного опроса, обрисованной выше, производит улучшение эффективности WLAN, тем не менее существуют недостатки. Например, минимальный период обслуживания и максимальный период обслуживания указываются ссылкой от начала первых полезных данных или передачи QoS(+)CF-опроса управляемой QoS функции посредством QAP (также указываемого ссылкой как координатор сетевого устройства (хоста) (HC)). Хотя кадр данных или опрос, передаваемый HC-координатором, может быть принят QSTA-станцией правильно, требуемое подтверждение приема может не быть принято HC-координатором должным образом. По существу, QSTA устанавливает минимальный период обслуживания в предписанное время и в предписанные параметры, установленные в нем, после приема этого кадра элемента планирования от HC, тогда как HC, не обладающая принятым подтверждением, может во время максимального периода обслуживания повторно передавать предшествующий сигнал на основании допущения, что предшествующая передача не была принята. Однако, поскольку QSTA уже установила начало минимального периода, она может пребывать, например, в режиме экономии потребляемой мощности, таким образом, она не будет принимать упорядоченный опрос, и произойдет протокольная ошибка. Эти и другие проблемы в координации передачи и приема потока обмена могут происходить как результат неопределенности в моменте времени, в который следует начинать интервал обслуживания. Разумеется, это имеет результатом растраченные сетевые ресурсы и отрицательные воздействия на качество функционирования.

В дополнение к неопределенности, которая может возникать в контрольной точке начала минимального периода обслуживания, окончание продолжительности обслуживания также может быть неопределенным и иметь результатом протокольную ошибку. Например, QSTA может отправлять свой последний кадр, который не принят HC, или HC может отправлять последний кадр, который принят и подтвержден QSTA, но подтверждение не принято HC. В каждом случае, после того как QSTA выполняет свою последнюю задачу в конкретный период, она может входить в режим экономии потребляемой мощности или в некоторую другую функцию, в которой нет приема передачи. Между тем HC может продолжать осуществлять передачу на QSTA и, тем самым, расходовать дорогостоящие ресурсы. Дополнительно HC мог завершить обслуживание QSTA до окончания периода обслуживания. По существу, QSTA будет излишне оставаться во включенном состоянии, в то время как она могла бы войти в режим экономии потребления мощности, или, перед входом в режим экономии потребления мощности, управлять своими внутренними очередями. Конечно, это имеет результатом расходование дорогостоящих ресурсов беспроводной сети.

Кроме того, вследствие известных технологий, возможность передачи (TXOP) связана с периодом обслуживания. Для этой цели период обслуживания определен в качестве периода, требуемого, чтобы предоставлять одну TXOP. По существу, после каждого периода обслуживания QSTA входит в режим экономии потребляемой мощности. Поскольку переключение из режима экономии потребляемой мощности во включенное состояние требует сравнительно большого количества энергии, ему требуется разрешать эту неопределенность, чтобы уменьшать расход энергии.

Следовательно, требуется способ упорядоченного опроса и передачи потока обмена (кадров данных и/или речевых сообщений) между HC и станциями QSTA WLAN, который преодолевает по меньшей мере недостатки известных технологий, таких как описанные выше.

В соответствии с примерным вариантом осуществления способ передачи и приема потока обмена в системе беспроводной локальной сети (WLAN) включает в себя установку по существу абсолютного начального момента времени для первого интервала обслуживания; и отправку потока обмена на и с первого устройства на второе устройство в интервале времени после начального момента времени.

В соответствии с примерным вариантом осуществления беспроводная локальная сеть (WLAN) включает в себя по меньшей мере один гибридный координатор (HC) и по меньшей мере одну станцию качества обслуживания (QSTA). HC передает элемент кадра планирования (SEF). WLAN также включает в себя механизм тактирования, который устанавливает по существу абсолютный начальный момент времени интервала обслуживания.

Изобретение лучше всего понимается из подробного описания при изучении совместно с сопутствующими чертежами. Подчеркивается, что различные признаки необязательно изображены в масштабе. Фактически, размеры могут быть произвольно увеличены или уменьшены для ясности рассмотрения.

Фиг. 1 - структурная схема беспроводной локальной сети в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Фиг. 2a и 2b - иллюстративные кадры элемента планирования в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Фиг. 3 - иллюстративная временная диаграмма, показывающая последовательность передачи в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Фиг. 4 - иллюстративная временная диаграмма, показывающая последовательность передачи в соответствии с примерным вариантом осуществления.

В последующем подробном описании в целях разъяснения, а не ограничения, примерные варианты осуществления, раскрывающие характерные детали, изложены для того, чтобы предоставить исчерпывающее понимание настоящего изобретения. Однако, имеющему рядовую квалификацию в данной области техники, обладающему представлением о преимуществе настоящего изобретения будет очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике в других вариантах осуществления, которые выходят за пределы специфических деталей, раскрытых в материалах настоящей заявки. Более того, описания хорошо известных устройств, способов и материалов могут быть опущены, с тем чтобы не затенять описание настоящего изобретения.

Фиг.1 показывает WLAN 100 в соответствии с примерным вариантом осуществления. WLAN 100 включает в себя по меньшей мере один HC 101, который связан беспроводной инфраструктурой (не показана) с большим количеством QSTA 102. Отмечается, что в примерном варианте осуществления показаны четыре QSTA 102.

Это сделано, чтобы способствовать ясности при обсуждении примерных вариантов осуществления. QSTA-станции 102 являются иллюстративными портативными устройствами, такими как персональные компьютеры, электронные приборы и телефонные трубки, и другие устройства, полезным образом связанные с WLAN. В соответствии с примерным вариантом осуществления WLAN 100 и ее элементы по существу подчиняются стандарту IEEE 802.11, и его редакциям и версиям. WLAN 100 также включает в себя модификации и усовершенствования примерных вариантов осуществления настоящей заявки. Отмечается, что многие элементы и способы находятся в подчинении технических требований проекта D4.0 IEEE 802.11E. Отмечается, что полное раскрытие указанных ссылкой технических требований специально включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.

При работе HC 101 предписывает обмен данными между различными QSTA 102. С этой целью HC координирует передачу голосовых сообщений и данных станциями QSTA 102. В соответствии с примерным вариантом осуществления, станции QSTA 102 связаны одна с другой только через HC 101. В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, QSTA могут быть на связи с одной или более QSTA без обязанности сначала передавать на HC 101. Первое известно как восходящая линия связи, тогда как последнее указывается ссылкой как прямая линия связи. Несмотря на то, что эти аспекты WLAN 100 являются соответствующими общему пониманию примерных вариантов осуществления, их детали в целом не требуются для понимания примерных вариантов осуществления. Как таковые, эти детали не включены, с тем чтобы не затенять описание примерных вариантов осуществления.

Фиг.2а показывает SEF 200 в соответствии с примерным вариантом осуществления. SEF 200 включает в себя элемент 201 кадра идентификатора элемента, элемент 202 кадра длины, элемент 204 кадра интервала обслуживания, элемент 205 кадра максимальной продолжительности обслуживания и элемент 206 кадра интервала технических требований. Эти элементы известны в данной области техники, и подробности этих структурных элементов предопределены в стандарте IEEE 802.11 и его редакциях, раскрытия которых специально включены в материалы настоящей заявки посредством ссылки. Отмечается, что некоторые из этих структурных элементов обсуждены более полно в связи с примерными вариантами осуществления.

SEF 200 также включает в себя элемент (ST) 203 кадра начального момента времени. ST 203 включает в себя информацию из HC об абсолютном начальном моменте времени наиболее близкого интервала обслуживания. Как будет становиться более понятным, по мере того как продолжается настоящее описание, установка начального момента времени абсолютным образом обеспечивает синхронность между HC и конкретной QSTA (или многочисленными QSTA), которая будет обслуживаться на манер восходящей линии связи, или нисходящей линии связи, или прямой линии связи HC-координатором в интервале обслуживания. Соответственно, поскольку QSTA обладает абсолютным начальным моментом временем интервала обслуживания, проблемы, ассоциируемые с неопределенностью начального момента времени интервала обслуживания известных технологий и устройств, по существу устраняются способами и устройствами примерных вариантов осуществления. Отмечается, что абсолютный начальный момент времени ST 203 может быть установлен посредством синхронизации схемы тактирования QSTA со схемой тактирования HC посредством функции синхронизации тактирования (TFC) HC и может быть установлено в качестве абсолютного момента времени посредством TSF, или может быть установлено относительно абсолютного смещения касательно конкретного момента времени передачи целевого маякового сигнала (TBTT). Детали различных технологий для установления начального момента времени при соблюдении примерными вариантами осуществления, описаны более полно ниже.

В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления, показанным на фиг. 2b, когда HC завершает обслуживание QSTA в конкретном интервале обслуживания, замена последнего кадра отправляется посредством SEF 207, подобной SEF 200 и включает в себя идентификатор 208 кадра (LF) в поле управления QoS кадра. SEF 207 также включает в себя кадры 209, которые включают в себя различные данные потока обмена согласно указанному ссылкой стандарту IEEE. Идентификатор 208 последнего кадра, когда принят QSTA, информирует QSTA, что для конкретного интервала обслуживания весь поток обмена в виде восходящей линии связи или нисходящей линии связи закончен. В конечном счете, это предоставляет QSTA возможность сохранять режим экономии потребляемой мощности, и таким образом, экономить энергию, не оставаясь излишне во включенном состоянии; и делает возможным, чтобы QSTA могла управлять ее внутренними очередями, более точно, - ее чувствительными ко времени очередями, предоставляя значительное преимущество в сравнении с известными технологиями и устройствами, предварительно указанными ссылкой. Чтобы узнать, не принимая уведомление о завершении посредством идентификатора последнего кадра примерного варианта осуществления, QSTA должна была бы оставаться во включенном состоянии до окончания максимальной продолжительности обслуживания, как изложено в элементе 205 кадра. В заключение, отмечается, что HC будет продолжать передавать идентификатор последнего кадра до тех пор, пока подтверждение приема (ACK) не принято QSTA-станцией. Это устраняет неопределенность в точке завершения периода обслуживания и преодолевает сопутствующие этому недостатки, которые мешают сетям, использующим известные технологии и устройства.

Фиг.3 показывает временную диаграмму части последовательности 300 передачи в соответствии с примерным вариантом осуществления. Представленная последовательность является последовательностью, основанной на множественном доступе с временным разделением. Как хорошо известно, HC сети может быть приспособлен, чтобы передавать маяковые сигналы 301, которые должны быть в TBTT-моменты 302, как показано. Маяковые сигналы включают в себя полезную информацию, такую как TSF HC-координатора. Отмечается, что передача маякового сигнала может быть не принята или оспорена, но TBTT-моменты устанавливаются. С этой целью информация TBTT включается в TSF HC-координатора, и как только QSTA приняла TSF, она может выполнять две задачи, которые полезны при определении примерных вариантов осуществления. Прежде всего QSTA (или многочисленные QSTA WLAN) могут устанавливать их сигнал тактирования, который должен быть синхронным с тактированием HC. Дополнительно, QSTA (или многочисленные QSTA WLAN) могут записывать моменты времени передачи целевого маякового сигнала. Эти задачи полезны в вариантах осуществления, более полно описанных в материалах настоящей заявки.

HC отправляет SEF 304 одной или более QSTA, которые включают в себя ST, такие как ST 203 примерной SEF по фиг. 2а. Тем самым начальный момент времени устанавливается в TSF, указанной ссылкой выше, и, в качестве иллюстрации, установлен в четырех младших байтах TSF-таймера в начале первого интервала обслуживания, выраженного в единицах микросекунд. В примерном варианте осуществления SEF 304 включает в себя начальный момент 305 времени, который, как упомянуто выше, является абсолютным моментом времени, вычисленным расширенной одной или более QSTA, поскольку схема тактирования QSTA была синхронизирована со схемой тактирования HC. Соответственно, QSTA предписано войти во включенное состояние в начальный момент 305 времени. Более того, SEF включает в себя информацию о максимальной продолжительности 306 обслуживания, и поскольку SEF устанавливает начальный момент 305 времени в строго соблюдаемых интервалах, все интервалы обслуживания для конкретной SEF 304 легко устанавливаются. Для этой цели, до тех пор, пока другая SEF не принята или QSTA не завершила интервал обслуживания, начальный момент времени и интервал обслуживания начинаются и завершаются в строго соблюдаемых интервалах, установленных SEF на TSF.

Во время между SEF 304 и начальным моментом 305 времени QSTA может входить в режим экономии потребляемой мощности или может управлять внутренними очередями, или то и другое. Так или иначе, поскольку неопределенность в начальном моменте времени отсутствует, QSTA не расходует время и энергию, ожидая начала интервала обслуживания. Более того, синхронность начального момента времени, по существу, предотвращает расходование сетевых ресурсов, которое может происходить с использованием известных способов и устройств, обусловленных неопределенностью во времени начала.

В начальный момент 305 времени начинается период 308 обслуживания. В качестве иллюстрации периодом обслуживания является соседний промежуток времени, в течение которого множество из одного или более кадров нисходящей линии связи или одной или более возможностей передачи (TXOP) предоставляются QSTA-станции HC-координатором. Полезно, что первый период обслуживания начинается, когда 4 младших байта TFS равны значению, заданному в поле начала SEF (то есть начальный момент 305 времени). Во время этого периода 308, который может длиться до максимальной продолжительности обслуживания, HC обслуживает QSTA через поток обмена восходящей линии связи или нисходящей линии связи, или прямой линии связи. Когда HC отправляет последнюю SEF периода обслуживания, LF, к примеру, LF 208 посылается с указанием завершения периода обслуживания. В представленном варианте осуществления период обслуживания заканчивается моментом 303 времени, разрешенным в максимальной продолжительности 306 обслуживания. К тому же, завершение периода 308 обслуживания может происходить в любой момент времени после момента начального момента 305 времени и вплоть до максимальной продолжительности 306 обслуживания. В качестве альтернативы QSTA может завершать интервал обслуживания, который завершает продолжающиеся интервалы обслуживания, как указано ссылкой выше.

Преимущественно, поскольку неопределенность в завершении периода обслуживания, по существу, устранена посредством передачи LF, или поскольку максимальная продолжительность 306 обслуживания завершается в абсолютный момент времени, QSTA не остается во включенном состоянии чрезмерно и вольна управлять внутренними очередями или войти в режим экономии потребляемой мощности, или и то и другое. Это является значительным преимуществом в сравнении с известными способами и устройствами, которым мешает неопределенность во времени завершения конкретного периода обслуживания.

В дополнение к указанным ссылкой усовершенствованиям, способы и устройства примерных вариантов осуществления могут включать в себя более чем одну TXOP в конкретный период обслуживания. Это является значительным преимуществом в сравнении с известными устройствами и способами, которые устанавливают интервал обслуживания равным времени, требуемому для одной TXOP. По существу, в соответствии с известными технологиями, каждый раз, когда TXOP завершается, QSTA может входить в режим экономии потребляемой мощности. Для того чтобы отправить еще одну TXOP, QSTA будет обязана повторно повышать потребление энергии от режима экономии потребляемой мощности до включенного состояния, что потребляет значительное количество энергии в сравнении с энергией, требуемой, чтобы оставаться во включенном состоянии. Соответственно, чтобы выполнять многочисленные TXOP, она может употреблять многочисленные отдельные процедуры включения питания посредством известных способов и устройств. В абсолютной противоположности, согласно примерным вариантам осуществления, многочисленные TXOP могут быть выполнены после единственного включения питания, рядом с вышеизложенными многочисленными энергоемкими включениями питания. В конечном счете это улучшает экономию энергии и содействует эффективному использованию ресурсов WLAN. В заключение, отмечается, что максимальная продолжительность обслуживания устанавливается, чтобы согласовываться с желаемым количеством TXOP и устанавливается в SEF 304.

Фиг.4 показывает временную диаграмму части последовательности 400 передачи в соответствии с примерным вариантом осуществления. Последовательность 400 передачи разделяет определенные общие признаки и функции с вариантом осуществления по фиг. 3. По существу, наряду с тем, что указаны ссылкой, за исключением необычных, понятно, что общие элементы имеют общие функции. Последовательность включает в себя передачу маяковых сигналов 401, которые могут включать в себя TSF HC-координатора. TBTT-моменты 402 полезны при установке начального момента 405 времени интервала 407 обслуживания и всех последующих интервалов 407 обслуживания. SEF 404 включает в себя информацию о начальном моменте времени в элементе начального момента времени, таком как элемент 203 начального момента времени. Для этой цели SEF 404 заставляет начальный момент 405 времени начинаться в определенный момент времени после определенного количества TBTT 402, после SEF 404. SEF 404, в соответствии с этим, отправляется и подтверждается и после предписанного целого количества TBTT 409 и предписанного периода 410 смещения маякового сигнала первый интервал обслуживания начинается в начальный момент 405 времени. SEF 404 включает в себя период и частоту интервала обслуживания и максимальную продолжительность 406 обслуживания. Как описано в связи с примерным вариантом осуществления по фиг. 3, период обслуживания может быть до максимальной продолжительности 406 обслуживания. Однако, если HC отправляет SEF с LF, такой как LF 208, период 408 обслуживания завершается в момент времени, более ранний, чем истечение максимального периода обслуживания. Разница во времени между окончанием периода 408 обслуживания и окончанием максимальной продолжительности обслуживания показана позицией 403.

Установка абсолютного начального момента 405 времени с использованием подсчета 409 и времени 410 смещения маякового сигнала TBTT, как описано выше, предоставляет абсолютный начальный момент времени с преимуществами, которые описаны выше в связи с примерными вариантами осуществления по фиг. 3. Более того, преимущества завершения периода 408 обслуживания посредством LF также предоставляют преимущества, указанные ссылкой в связи с вариантами осуществления по фиг. 3. В заключение, максимальная продолжительность обслуживания может быть установлена, чтобы обеспечивать большое количество TXOP, которое извлекает пользу WLAN из перспективы экономий энергии и эффективного использования ресурса. Эти преимущества описаны в связи с вышеприведенными вариантами осуществления по фиг. 3.

Таким образом, для специалиста в данной области техники очевидно, что описанные выше примерные варианты осуществления могут быть изменены многочисленными путями. Такие изменения не рассматриваются в качестве выхода из сущности и объема изобретения, и такие модификации подразумеваются включенными в объем последующей формулы изобретения и ее юридических эквивалентов.

Claims (20)

1. Способ передачи трафика с первого устройства (101) беспроводной локальной сети (WLAN) (100) на второе устройство (102) WLAN, способ содержит этапы, на которых:
устанавливают, по существу, абсолютный начальный момент времени для первого интервала (307) обслуживания, и
отправляют трафик на и с первого устройства на второе устройство в интервале времени после начального момента времени.

2. Способ по п.1, в котором этап установки также включает в себя синхронизацию схемы тактирования второго устройства со схемой тактирования первого устройства и передачу информации о начальном моменте времени на второе устройство.

3. Способ по п.2, в котором этап установки также включает в себя отправку элемента (SEF) (200) кадра планирования, который включает в себя начальный момент времени.

4. Способ по п.2, в котором этап синхронизации также включает в себя отправку функции синхронизации времени (TCF) с первого устройства, которая включает в себя информацию схемы тактирования первого устройства.

5. Способ по п.4, в котором первым устройством является гибридный координатор (НС), а вторым устройством является станция качества обслуживания (QSTA).

6. Способ по п.5, в котором TCF передается посредством маякового сигнала (301).

7. Способ по п.1, в котором информация о множестве возможностей передачи (ТХОР) отправляется в единственном периоде (308) обслуживания.

8. Способ по п.7, в котором период обслуживания начинается в начале интервала обслуживания и заканчивается одновременно с или до завершения максимального периода (306) обслуживания.

9. Способ по п.7, в котором период обслуживания завершается первым устройством, которое отправляет элемент (208) последнего кадра (LF) в SEF (207).

10. Способ по п.1, в котором множество интервалов обслуживания происходит после завершения первого интервала обслуживания, и интервалы обслуживания множества интервалов обслуживания следуют друг за другом с частотой, которая является обратной величиной временного периода, и каждый интервал обслуживания имеет временной период, равный временному периоду первого интервала обслуживания.

11. Способ по п.1, в котором установление, по существу, абсолютного начального момента времени содержит этапы, на которых:
передают маяковый сигнал (301), который включает в себя большое количество моментов времени передачи целевого маякового сигнала (ТВТТ) (302), и
начинают первый интервал обслуживания в начальный момент времени после предписанного целого количества ТВТТ и предписанного периода смещения маякового сигнала.

12. Способ по п.11, в котором этап установления также содержит отправку элемента кадра планирования (SEF), который включает в себя целое количество ТВТТ и период смещения.

13. Способ по п.12, в котором первым устройством является гибридный координатор (НС), а вторым устройством является станция качества обслуживания (QSTA).

14. Способ по п.11, в котором информация о множестве возможностей передачи (ТХОР) передается в единственном периоде (308) обслуживания.

15. Способ по п.14, в котором период обслуживания начинается в начале интервала обслуживания, а заканчивается одновременно с или после завершения максимального периода (306) обслуживания.

16. Способ по п.14, в котором период обслуживания завершается первым устройством, которое отправляет элемент 208 последнего кадра (LF) в SEF (207).

17. Беспроводная локальная сеть (WLAN) (100), содержащая по меньшей мере станцию качества обслуживания (QSTA), которая связана с гибридным координатором (НС), при этом начальный момент (305) времени первого интервала (307) обслуживания установлен в, по существу, абсолютный момент времени.

18. Сеть WLAN по п.17, в которой, по существу, абсолютный момент времени установлен посредством синхронизации схемы тактирования QSTA со схемой тактирования НС и передачу информации о начальном моменте времени на QSTA.

19. Сеть WLAN по п.17, в которой, по существу, абсолютный момент времени устанавливается посредством передачи маякового сигнала (301) с НС, при этом маяковый сигнал включает в себя множество моментов (302) времени передачи целевого маякового сигнала (ТВТТ), а первый интервал обслуживания начинается в начальный момент времени после предписанного целого количества ТВТТ и предписанного периода смещения маякового сигнала.

20. Сеть WLAN по п.17, в которой информация о множестве возможностей передачи (ТХОР) отправляется в единственном периоде (307) обслуживания.

Images