TW202105934A - 存取點與站之間的非對稱交互方法及相關裝置 - Google Patents

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Abstract

在存取點(AP)與站(STA)之間引入了非對稱交互設計。存取點被控制來以第一封包格式傳輸幀。回應於以該第一封包格式從該存取點傳輸的幀，當站未能使用該第一封包格式來回應該存取點時，該站被切換來使用一第二封包格式來傳輸幀以形成與該存取點的非對稱交互。

Description

存取點與站之間的非對稱交互方法及相關裝置
本發明涉及無線局域網(WLAN)技術，更具體地，涉及AP(存取點)與STA(站)之間的非對稱交互方法及相關裝置。
無線區域網路(WLAN)是無線通訊網路，其連結(link)有限區域(如家、學校、電腦實驗室、校區、辦公樓等)內的兩個或多個無線裝置。這讓使用者能夠在區域內移動但仍連接到局域網。通過閘道，WLAN也可以提供到更寬互聯網的連接。
第1圖描述了連接到互聯網的WLAN。如智慧手機、印表機、平板電腦、個人電腦、筆記型電腦等的各種無線裝置是根據802.11協定族(如WIFI)的連接到存取點(AP) 102的站(STA)。AP 102是允許將所連接的WIFI裝置連接到更寬的網路的網路硬體裝置。
如果兩個無線裝置嘗試在完全相同的時間傳輸資料，可能會發生幀衝突(frame collision)。如何減少幀衝突是重要的主題。在實際環境中，甚至不止一個存取點可以被設置於相同的區域內。多個AP使幀衝突問題更加嚴重。幀衝突減少很重要。
此外，資料率優化以及網路範圍擴展在這一領域技術也很重要。
當STA遠離AP時，在存取點(AP)與站(STA)之間引入了非對稱交互設計。
對於下行鏈路通訊，AP使用第一封包格式來與STA通訊，以及STA使用第二封包格式來回應該AP。周圍的傳統無線裝置與該第一封包格式相容。回應於以該第一封包格式由該AP傳輸的RTS封包，周圍無線裝置讓位於該下行鏈路通訊(從AP到STA)。特別地，該第二封包格式相比與該第一封包格式提供了更寬的通訊範圍。如果STA遠離AP(如，因為STA使用第一封包格式不足以達到AP，STA未能使用該第一封包格式來回應該AP)，藉由使用該第二封包格式，STA成功地回應於該AP。
與該第二封包格式相比，AP所採用的該第一封包格式提供了較高的資料率。因此，實現高速下行鏈路通訊(從AP到STA)。
對於上行鏈路通訊，該STA使用第二封包格式來與該AP通訊，以及AP使用該第一封包格式來回應該STA。因為STA所採用的第二封包格式能夠長距離傳輸，甚至當STA遠離AP時資料也能成功從STA上傳到AP。回應於以該第二封包格式從該STA傳輸的RTS封包，AP以第一封包格式傳輸CTS封包。因為周圍裝置可以注意到該第一封包格式，周圍裝置讓位於上行鏈路通訊(從STA到AP)。
相比於該第二封包格式，由AP以第一封包格式輸出的封包的傳輸期間更短。非對稱交互也加速了上行鏈路通訊(從STA到AP)。
在一個示例性實施例中，引入了實施STA的無線裝置。該無線裝置具有發射器、接收器以及控制器。該控制器控制發射器以及接收器。回應於以第一封包格式從存取點傳輸並由該接收器接收的封包，當已經不能由該第一封包格式回應該存取點時，該控制器切換該發射器來使用第二封包格式來傳輸封包以形成與該存取點的非對稱交互。
在另一個示例性實施例中，引入了實施AP的無線裝置。該無線裝置具有發射器、接收器以及控制器。該控制器控制發射器以及接收器。當該接收器接收以第二封包格式從STA傳輸的封包時，該控制器控制該發射器保持使用第一封包格式來傳輸封包以形成與STA的非對稱交互。
在另一個示例性實施例中，引入了一種無線通訊方法，其包括以下步驟：從一存取點接收以第一封包格式傳輸的封包；在接收該封包後，當不能以該第一封包格式回應給存取點時，以第二封包格式傳輸封包來與該存取點形成非對稱交互。
在另一個示例性實施例中，引入了一種無線通訊方法，其包括以下步驟：以第一封包格式傳輸封包到一站；從該站接收以第二封包格式傳輸的封包；以及保持使用該第一封包格式傳輸封包以形成與該站的非對稱交互。
相比於該第一封包格式，該第二封包格式提供了更寬的覆蓋範圍。
相比於該第二封包格式，該第一封包格式可以與較舊的無線通訊協定相容。
相比於該第二封包格式，以該第一封包格式傳輸的封包可以導致更短的通話時間。相比於AP使用第二封包格式回應STA的對稱交互，由AP傳輸的封包(如，用於下行鏈路的RTS，或者用於上行鏈路的CTS)佔用更短的時間間隔。
後續描述示出了實施本發明的實施例。所作之描述是為了說明本發明的基本原理以及不應做限制性理解。本發明的範圍藉由參考所附申請專利範圍最佳確定。
IEEE 802.11是局域網協定的IEEE 802集合的部分，以及指定了用於在各種頻率中實施WIFI通訊的媒體存取控制(MAC)以及物理(PHY)層協定的集合，包括但不限於2.4 GHz、5 GHz、6 GHz以及60 GHz頻段。第1~6代WIFI按順序稱為802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac以及802.11ax。
相同的區域可能具有多個存取點(AP)以及多個站(STA)。802.11家族的各種協議版本可以由不同的無線裝置(實施為消費者電子以及消費者電子內的無線模組的AP以及STA)採用。多代無線裝置可判斷的封包格式被稱為第一封包格式。更新的一代WIFI中引入的另一個封包格式被稱為第二封包格式。第二封包格式相比第一封包格式提供了擴展的傳輸範圍(更寬的覆蓋範圍)。當STA離AP比較遠並且STA未能使用第一封包格式來達到AP時，該STA改為使用該第二封包格式來傳輸封包。注意到，AP保持使用能夠被環境中其他無線裝置注意到的第一封包格式。因此，環境中的其他無線裝置讓位於AP與STA之間的上行鏈路以及下行鏈路。
在一示例性實施例中，第一封包格式是802.11a/g ofdm格式，以及第二封包格式是802.11ax協議所支援的HE-SU-EXT PPDU格式。802.11a/g ofdm對環境中的較舊版本的無線裝置是可判斷的以及保證高資料率。HE-SU-EXT PPDU格式用於長距離傳輸。根據本發明的非對稱交互設計，AP使用802.11a/g ofdm格式來與STA通訊，以及AP使用802.11a/g格式來達到AP。相當地減少了幀衝突，優化了資料率，擴展了網路範圍。
第2圖是描繪根據本發明示例性實施例的存取點(AP)202以及站(STA)204的框圖。
AP 202包括發射器(TX)206、接收器(RX)208以及控制器210。控制器210控制發射器206以周圍無線裝置可判斷的第一封包格式傳輸封包。因此，無論周圍裝置採用了哪種802.11協定版本，周圍無線裝置讓位於AP 202。STA 204具有接收器(RX)212、發射器(TX)214以及控制器216。回應於來自AP 202並由接收器212接收的封包，控制器216控制發射器216來傳輸封包。第2圖示出了因為以第一封包格式的回應已經失敗，控制器216已經切換到控制發射器214來以第二封包格式傳輸封包。STA 204離AP 202比較遠，但是非對稱交互(AP 202以第一封包格式傳輸封包以及STA 204以第二封包格式傳輸對應的封包)在AP 202與STA 204之間成功建立了鏈路。
第3圖示出了AP 202以及STA 204的覆蓋範圍。使用第一封包格式傳輸封包的AP 202的覆蓋範圍標記為302。使用第一封包封包傳輸封包的STA 204的覆蓋範圍標記為304。使用第二封包格式傳輸封包的STA 204的覆蓋範圍標記為306。
與STA 204相比，AP 202是高功率裝置。對於相同的封包格式，AP 202的覆蓋範圍302比STA 204的覆蓋範圍304更寬。AP 202由第一封包格式達到STA 204是沒有問題的。AP 202保持使用第一封包格式用於與周圍無線裝置相容並且保證資料率。相反，STA 204改成使用第二封包格式用於擴展的傳輸。如圖所示，對應的覆蓋範圍 306成功的覆蓋AP 202來在AP 202與STA 204之間建立連接。
第4圖描繪了根據本發明實施例的STA 204如何操作用於下行鏈路通訊的流程圖。STA 204的狀態機已經切換到使用第二封包格式的狀態來回應於以第一封包格式傳輸封包的AP 202。在一個示例性實施例中，當以第一封包格式從STA 204傳輸到AP 202的封包未被回應時，STA 204切換到這一狀態。STA 204依賴於先前速率調整狀態機訓練結果來決定是否切換傳輸封包格式。
在步驟402，從AP 202的發射器206以第一封包格式傳輸的RTS(請求發送)封包由接收器212接收。根據該RTS封包，控制器216控制發射器214來執行步驟S404。發射器214以第二封包格式傳輸CTS(允許發送)封包來回應AP 202。在步驟S406，控制器216檢查接收器212是否從AP 202以第一封包格式接收下行鏈路資料。如果是，執行步驟S408。控制器216控制發射器214保持使用第二封包格式。控制器216控制發射器214來以第二封包格式傳輸確認封包(ACK)來確認下行鏈路資料的接收。資料成功從AP 202傳輸到STA 204。否則，下行鏈路通訊失敗。
第5圖描繪了基於非對稱交互的下行鏈路通訊的時序方案。
由AP 202傳輸的封包502以及504是第一封包格式，以及由STA 204傳輸的封包506以及508是第二封包格式。在這一示例性實施例中，非HT PPDU格式(傳統)被用作第一封包格式，以及HE ER SU PPDU格式被用作第二封包格式。AP 202以6Mbps的資料率傳輸RTS 封包(502)。STA 204用擴展的範圍(ER)返回CTS封包(506)。AP 202傳輸HE-SU資料封包504因此資料從AP 202傳輸到STA 204。STA返回ER確認封包508以及下行鏈路通訊結束。4到8 dbm的功率差異清楚地表示下行鏈路資料率(關於封包504)仍然相當明顯。在AP 202側，由RTS封包502佔用的封包期間可能比對稱交互技術(AP 202以及STA 204都使用ER封包格式)更短。因此，通訊通道未過度被下行鏈路通訊(從AP 202到STA 204)佔用。通訊通道可以與周圍無線裝置共用。
第6圖是根據本發明實施例的STA 204如何操作用於上行鏈路通訊的流程圖。STA 204的狀態機已經切換到使用第二封包格式的狀態來回應以第一封包格式傳輸封包的AP 202。在一示例性實施例中，當以第一封包格式從STA 204傳輸到AP 202的封包未被回應時，STA 204切換到這一狀態。STA 204依據先前速率調整狀態機訓練結果來決定是否切換傳輸封包格式。
在步驟S602，控制器216控制發射器214來以第二封包格式傳輸RTS(請求發送)封包來請求上行鏈路通訊。在步驟S604，控制器216檢查以第一封包格式從AP 202傳輸的CTS封包是否被接收器212接收。如果否，上行鏈路通訊失敗。如果是，執行步驟S606。控制器216控制發射器214來使用第二封包格式來上傳資料到AP 202。在步驟S608，控制器216檢查以第一封包格式從AP 202返回的確認封包Ack是否被接收。如果是，上行鏈路通訊結束。否則，上行鏈路通訊失敗。
第7圖描繪了基於非對稱交互的上行鏈路通訊的時序方案。
由AP 202傳輸的封包702以及704是第一封包格式，以及由STA 204傳輸的封包706以及708是第二封包格式。在這一示例性實施例中，非HT PPDU(傳統)格式被用作第一封包格式，以及HE ER SU PPDU(高效、擴展的範圍以及單用戶)格式被用作第二封包格式。STA 204傳輸ER SU RTS封包706來宣告資料上傳。AP 202以6Mbps的資料率返回具有期間資訊NAV(網路分配向量)的CTS封包702。STA 204傳輸HE-ER資料封包708從而資料從STA 204上傳到AP 202。AP 202以6Mbps的資料率返回具有NAV的確認封包704。上行鏈路通訊結束。4到8dbm的功率差異清楚地表示封包702以及704的傳輸期間較短。STA 204在RTS封包706中指示的期間欄位可以比對稱交互技術(AP 202以及STA 204都使用ER封包格式)更短。因此，通訊通道未完全被上行鏈路通訊(從STA 204到AP 202)佔用。通訊通道可以與周圍裝置共用。特別地，AP 202適當地禁用ER CTS以及ACK封包以及通常使用非HT PPDU(傳統)格式來傳輸CTS以及ACK封包。因此，傳統裝置(使用802.11協定家族的較舊版本)可以理解CTS以及AP 202以傳統格式輸出的ACK封包，並且相應地更新NAV。減少了基於非對稱交互的上行鏈路通訊的通話時間。
在一些示例性實施例中，存取點202的控制器210以及站204的控制器216使用狀態機來實現非對稱交互。
在另一個示例性實施例中，引入了一種無線通訊方法，其包括以下步驟：從一存取點接收以第一封包格式傳輸的封包；在接收該封包後，當不能以該第一封包格式回應給存取點時，以第二封包格式傳輸封包來與該存取點形成非對稱交互。在一個實施例中，該方法進一步包括，基於與該存取點形成的該非對稱交互，在從該存取點接收以第一封包格式傳輸的RTS封後，以該第二封包格式向該存取點傳輸一CTS封包。以及，在從該存取點接收到以該第一封包格式傳輸的資料後，以該第二封包格式向該存取點傳輸一確認封包。在一個實施例中該方法還可以包括，基於與該存取點形成的該非對稱交互，以該第二封包格式向該存取點傳輸一RTS封包來等待該存取點以該第一封包格式返回一CTS封包。以及，在從該存取點接收以該第一封包格式發送的該CTS封包後，以該第二封包格式向該存取點傳輸資料。
在又一示例性實施例中，引入了一種無線通訊方法，該方法包括：以第一封包格式傳輸封包到一站；從該站接收以第二封包格式傳輸的封包；以及保持使用該第一封包格式傳輸封包以形成與該站的非對稱交互。在一個實施例中，該方法進一步包括基於與該站形成的非對稱交互，以該第一封包格式傳輸一RTS封包到該站來等待該站以該第二封包格式返回一CTS封包，以及，在接收以該第二封包格式從該站傳輸的該CTS封包後，以該第一封包格式傳輸資料到該站。在一個實施例中，該方法進一步包括基於與該站形成的非對稱交互，在從該站接收到以該第二封包格式傳輸的一RTS封包後，以該第一封包格式向該站傳輸一CTS封包，以及，在從該站接收到以該第二封包格式傳輸的資料後，以該第一封包格式向該站傳輸一確認封包。
除了圖2所示出的裝置以外，本發明還包括一些其他裝置(如記憶體、內部電源等)，為了簡便未在圖式中示出。本發明的方法可以由硬體、執行存儲於記憶體中程式指令的處理器或兩者的組合來實施。例如，處理器執行程式指令來建立與AP或STA的非對稱交互。處理器配備有單個或多個處理核心。在一些實施例中，處理器執行程式指令來執行STA或AP一些元件的功能，以及電性耦合於處理器的記憶體用於存儲程式指令、資訊和/或中間資料。一些實施例中的記憶體包括非暫態計算器可讀介質，例如半導體或固態記憶體、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、硬碟、光碟或其他合適的存儲介質。記憶體也可以是上述列出的兩個或多個非暫態電腦可讀介質的組合。
本發明所示出的方法還可以以整合到晶片的軟體代碼來實施以執行本發明所描述的方法。例如，可以以在電腦處理器、數位訊號處理器(DSP)、微處理器或現場可程式閘陣列(FPGA)上執行的程式碼中實現為本發明所示出的非對稱交互方法。這些處理器可以被配置於通過執行定義由本發明實施的特定方法的機器可讀軟體代碼或韌體代碼來執行根據本發明的特定任務。
雖然本發明已經以示例的方式以及以優先實施例進行描述，將能理解，本發明不限於所描述的實施例。相反，其旨在覆蓋各種修正以及類似的佈置(對本領域習知技術者將是顯而易見的)。因此，所附申請專利範圍應當與最寬的解釋以致包括所有這種修正以及類似佈置。
102、202:AP 204:STA 206、212:發射器 208、214:接收器 210、216:控制器 302、304、306:覆蓋範圍 S402~S408、S602~S608:步驟 502~508、702~708:封包
藉由閱讀參考附圖所作出之後續細節描述以及示例，可以更完整的理解本發明，其中： 第1圖描繪了連接到互聯網的WLAN。 第2圖是根據本發明實施例的存取點(AP) 202與站(STA)204的框圖。 都3圖示出了AP 202與STA 204的覆蓋範圍。 第4圖是根據本發明實施例的STA 204如何操作用於下行鏈路通訊的流程圖。 第5圖描繪了基於非對稱交互(asymmetric handshaking)的下行鏈路通訊的時序方案。 第6圖是根據本發明實施例的STA 204如何操作用於上行鏈路通訊的流程圖。 第7圖描繪了基於非對稱交互的上行鏈路通訊的時序方案。
S402~S408:步驟

Claims (25)

  1. 一種無線裝置，包括： 一發射器以及一接收器；以及 一控制器，控制該發射器以及該接收器， 其中： 回應於以一第一封包格式從一存取點傳輸並由該接收器接收的封包，當已經不能以該第一封包格式回應該存取點時，該控制器切換該發射器來使用一第二封包格式來傳輸封包來與該存取點形成非對稱交互。
  2. 如請求項1所述之無線裝置，其中與該第一封包格式相比，該第二封包格式提供更寬的覆蓋範圍。
  3. 如請求項1所述之無線裝置，其中與該第二封包格式相比，該第一封包格式與較舊的無線通訊協定相容。
  4. 如請求項1所述之無線裝置，其中與該第二封包格式相比，該第一封包格式提供更高的資料率。
  5. 如請求項1所述之無線裝置，其中回應於以該第一封包格式從該存取點傳輸的一請求發送(RTS)封包，該控制器執行非對稱交互來控制該發射器以該第二封包格式傳輸一CTS封包。
  6. 如請求項5所述之無線裝置，其中回應於以該第一封包格式從該存取點傳輸的資料封包，該控制器執行非對稱交互控制該發射器以該第二封包格式傳輸一確認封包。
  7. 如請求項1所述之無線裝置，其中該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第二封包格式傳輸一RTS封包來等待該存取點以該第一封包格式返回一CTS封包。
  8. 如請求項7所述之無線裝置，其中回應於以該第一封包格式從該存取點傳輸的該CTS封包，該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第二封包格式上傳資料到該存取點。
  9. 如請求項8所述之無線裝置，其中在以該第二封包格式上傳資料到該存取點後，該控制器等待該存取點來以該第一封包格式返回一確認封包。
  10. 一種無線裝置，包括： 一發射器以及一接收器；以及 一控制器，控制該發射器以及該接收器，其中： 當該接收器以一第二封包格式從一站接收封包時，該控制器控制該發射器保持使用一第一封包格式來傳輸封包來與該站形成非對稱交互。
  11. 如請求項10項所述之無線裝置，其中該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第一封包格式傳輸一RTS封包來等待該站以該第二封包格式返回一CTS封包。
  12. 如請求項11所述之無線裝置，其中回應於以該第二封包格式從該站傳輸的該CTS封包，該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第一封包格式傳輸資料到該站。
  13. 如請求項12所述之無線裝置，其中在以該第一封包格式向該站傳輸資料後，該控制器等待該站來以該第二封包格式返回一確認封包。
  14. 如請求項10所述之無線裝置，其中回應於以該第二封包格式從該站傳輸的一RTS封包，該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第一封包格式傳輸一CTS封包。
  15. 如請求項14所述之無線裝置，其中回應於以該第二封包格式從該站上傳的資料封包，該控制器執行非對稱交互控制該發射器來以該第一封包格式傳輸一確認封包。
  16. 一種無線通訊方法，包括 從一存取點接收以第一封包格式傳輸的封包； 在接收該封包後，當不能以該第一封包格式回應該存取點時，以第二封包格式傳輸封包來與該存取點形成非對稱交互。
  17. 如請求項16所述之無線通訊方法，進一步包括基於與該存取點形成的非對稱交互，在從該存取點接收以該第一封包格式傳輸的RTS封包後，以該第二封包格式向該存取點傳輸一CTS封包。
  18. 如請求項17所述之無線通訊方法，進一步包括在從該存取點接收到以該第一封包格式傳輸的資料後，以該第二封包格式向該存取點傳輸一確認封包。
  19. 如請求項16所述之無線通訊方法，進一步包括基於與該存取點形成的非對稱交互，以該第二封包格式向該存取點傳輸一RTS封包來等待該存取點以該第一封包格式返回一CTS封包。
  20. 如請求項19所述之無線通訊方法，進一步包括在從該存取點接收以該第一封包格式發送的該CTS封包後，以該第二封包格式向該存取點傳輸資料。
  21. 一種無線通訊方法，包括： 以第一封包格式傳輸封包到一站； 從該站接收以第二封包格式傳輸的封包；以及 保持使用該第一封包格式傳輸封包以形成與該站的非對稱交互。
  22. 如請求項21所述之無線通訊方法，進一步包括基於與該站形成的非對稱交互，以該第一封包格式傳輸一RTS封包到該站來等待該站以該第二封包格式返回一CTS封包。
  23. 如請求項22所述之無線通訊方法，進一步包括在接收以該第二封包格式從該站傳輸的該CTS封包後，以該第一封包格式傳輸資料到該站。
  24. 如請求項21所述之無線通訊方法，進一步包括基於與該站形成的非對稱交互，在從該站接收到以該第二封包格式傳輸的一RTS封包後，以該第一封包格式向該站傳輸一CTS封包。
  25. 如請求項24所述之無線通訊方法，進一步包括在從該站接收到以該第二封包格式傳輸的資料後，以該第一封包格式向該站傳輸一確認封包。
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