专利名称：通过在集中式无线局域网中同时传输增加链路容量的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线局域网(WLAN)。更特别地，本发明涉及一种用于增加无线局域网(WLAN)中链路容量的方法。
背景技术：
无线局域网(WLAN)是一个设计为办公室、家庭、产品或公共环境提供无线接入灵活性的快速增长的市场。便携式终端用户设备的普及以无线数据通信的发展推动了这一空前的增长。
基本上，有两种WLAN的变体，基于基础设施的以及特定的。图1说明了一种能够提供接入其它网络的典型的基础设施网络。在这个基于基础设施的无线网络中，通信典型地仅在无线节点和接入点(AP)之间，不直接在无线节点之间发生。图2(a)和图2(b)说明具有不同终端用户设备的特定无线网络。在特定网络中，如果它们在彼此的无线电范围内或者如果其它节点能够转发消息，则每个节点可以与另一个节点通信。
在基础设施网络中，称为站(STA)的无线节点，可以通过AP交换数据。在相同的无线电覆盖范围内的站和AP，称为基本业务组(BSS)。AP的主要功能是支持漫游(也就是，改变接入点)、与BSS同步、支持功率管理、以及控制介质接入以便支持BSS内的有时间限制的业务。几个BSS(或AP)通过称为分布系统的系统互联，形成单一网络以便扩展无线覆盖区域。
与有线技术对比，WLAN典型地受限于其对建筑、校园、单个房间等的直径，并且因无线电传输的限制有非常低的带宽(例如，典型地1-11Mbit/s)。因此，在WLAN中很想要有效地利用无线链路带宽。
发明内容
在优选实施方案中，本发明提供了一种能够在多对便携式终端用户站之间提供同时传输以便在WLAN内发送数据的设备和方法，因此在其中存在隐藏的终端的部分连接的WLAN中网络容量可以增加。
因此，提供了一种用于通过无线电传输在多个站之间提供同时通信的方法并且包括步骤在无线通信信道上周期性地向多个站广播来自接入点的信号消息，其中信号消息包括多个指定的时分多路(TDM)时隙；从每个所述站接收至少一个表示在信号的各个指定TDM时隙中来自相邻站的干扰功率等级的数据；基于接收的对于同时传输的干扰功率等级来确定彼此隐藏的最优的发送站和接收站对；以及，向多个站广播这个决定。
如权利要求6中所要求的提供了能够在无线LAN中提供同时传输的无线电传输系统。
当与附图一起时本发明的上述特点和优点将变得更显而易见，其中图1说明用于提供接入其他网络的典型的基础设施网络；图2(a)和图2(b)说明两个特定无线网；图3说明根据本发明部分连接的WLAN；图4说明根据本发明的实施方案的接入点(AP)的简化框图；图5说明根据本发明的实施方案的介质访问控制(MAC)网络帧的基本结构；图6说明根据本发明存储在接入点中的表；图7说明一个说明分配资源的过程以便提供对等传输的流程图；图8显示根据本发明在MAC数据协议下同时传输的图形说明。
具体实施例方式
在下面的描述中，为解释而不是为限制的目的，提出明确的细节如特定的结构、接口、技术等，以便提供本发明的彻底理解。但是，对于本领域的技术人员很显然本发明可以在背离这些特定细节的其他实施方案中实施。而且，为清楚的目的，忽略众所周知的设备、电路、以及方法的详细描述以便不使不必要的细节使本发明的描述变得模糊。
参见图3，本发明提供了一种用于提供在部分连接的WLAN里增加链路容量的同时传输的方法。根据本发明的WLAN包括连接到接入点(AP)14的称为站(STAi)10的几个节点。本发明提供了一种机制使得两个(或者可能更多)站能够通过站之间的对等传输在相同的时间发送分组。应该指出，站10包括膝上电脑、移动电话、以及其他移动计算机设备，如个人数字助理(PDA)、个人通信助理(PCA)、电子管理器、互动电视/机顶盒遥控、或者任何双向交互设备。
参见图4，根据本发明的AP14是与每个活动的STA通信以便支持同步和控制介质接入的网络内的固定站。在本发明的实施方案中，AP14有监视由STA发射的信号以便能够在不冲突的环境中在STA之间提供数据交换的任务。因此，AP14的任务是提供一个通用的定时基础并且为在WLAN中活动的STA分配通信资源。每个站包括对无线介质的接入机制以及对AP14的无线电联系。因此，部分连接的WLAN依赖于AP14以及基础业务的基础设施，如接入认证以及为与业务质量相关的数据的介质的控制。其还能够在无线STA之间直接通信。
使活动STA能够彼此通信的AP14的主要组件包括控制处理器20、发送机多路复用器22、发送的分组FIFO24、接收机多路复用器26、接收的分组FIFO28、存储器30、以及发送机/接收机接口32。控制单元20管理AP14的整体功能并且通过总线34与无线LAN36接口用于其间所有数据信号的发送/接收。控制单元20包括存储不同的编程指令的EEPROM(未示出)、WLAN接入指令、争用解决指令、以及用于交换数据的通信功能指令。控制单元20耦合到用于存储所有活动STA识别的列表的存储器30。解调从活动的STA接收的信号的Rx多路复用器26使来自Rx FIFO28的数据能够发送到控制单元20。类似地，将信号调制到活动的STA上的Tx多路复用器22使来自Tx FIFO24的数据能够发送到活动的STA。
现在，将详细描述根据本发明为支持同时传输的分配时隙的提供。
参见图3，STA1的发送范围可以到达STA2，但是其不能到达STA3和4。同时，STA3的发送范围到达STA4，但是不能到达STA1和2。因此，STA1和2对STA3和4是隐藏的并且反之亦然。STA1和3(还有4)可以彼此通信的唯一方式是通过AP14。根据本发明的根本的MAC协议，如图5所示，将通过利用TDMA接入模式协调介质接入来在不受益于AP14的情况下使STA1和2对，以及STA3和4对能够同时彼此直接交换数据。
根据本发明的优选实施方案，每个网络帧以一个从AP14到BSS中所有活动STA的信标发送开始。参见图5，信标域指示关于为每个STA的时隙分配的信息。其还包括同步信息以及关于AP14自身的信息，因此新的STA可以与AP14联合。基于时隙分配信息，每个站可以决定何时发送其未决的业务量，和/或何时接收为其指定的业务量。例如，在图5中，信标通知(T1，T2)之间的时隙是用于到STA2的STA1的发送，(T2，T3)是用于到STA4的STA3的发送，并且(T4，T5)用于随机访问(RA)。因此，每个STA在分配的时隙开始的时候发送其未决的业务量并且在分配的时隙的末尾完成发送。网络帧的大小可以视支持的应用而不同。例如，如果在网络中支持交互式语音应用，则网络帧的大小，或者信标发送间隔，将典型地是20毫秒或更小。但是，如果仅支持广播视频应用，则网络帧的大小可以长达100毫秒。同样的，网络帧大小可以视网络情况随着时间流逝改变。
在本发明的实施方案中，要求有界延迟和有保证的吞吐量的等时业务量，在分配的时隙期间以面向连接的方式发送而无连接的异步业务量在RA周期期间根据基于随机访问的MAC发送。在随机访问(RA)期间，STA还可以为新的连接请求新的带宽保留(或者时隙分配)。对于每个成功的请求，AP将执行接纳控制以便检查在不危害已有连接的性能的情况下是否可能支持请求的连接。如果这样的连接是可行的，则AP将保留必要的带宽并且将为开始下一个网络帧的连接分配时隙。但是，在RA期间的发送可因基于争用的访问的特性导致冲突。为了在RA期间防止这样的冲突，可以使用如在IEEE 802.11无线LAN标准下提出的具有冲突避免(CSMA/CA)的载波侦听多路存取方案。应该指出可以实现对于本领域的技术人员显而易见的其他MAC协议。
基本上，CSMA/CA协议要求与一个或多个其他站分享公共设施的站在发起发送前检测载波。这里，当检测到另一个站或隐藏的站在发送中时，载波检测过程运行以便临时禁止发送站发送。如果检测到介质在预定时间期间空闲，则站可以立即访问该介质。如果介质忙，则发送站必须等待争用窗口里的随机后退(back-off)时间期间。
在存在隐藏的终端时，CSMA/CA会工作得不是非常好。如在802.11中用到的，请求发送(RTS)/清除然后发送(CTS)机制可以与CSMA/CA一起使用来处理隐藏的终端。也就是，当STA决定在后退之后发送一个分组时，它首先发送开始有发送时间信息的RTS分组。目的STA将用具有发送时间信息的CTS分组响应。在成功地接收了CTS之后，源STA将发送该分组。接收到RTS或CTS的所有STA，在该分组的通知的发送时间期间将保持沉默。因为CSMA/CA以及RTS/CTS在本领域已经众所周知，将省略进一步的详细描述。
在本发明的实施方案中，活动通信将在图8所示的单一(频率)无线信道上在站对(STA1和STA2)以及(STA3和STA4)之间同时发生。虽然为说明的目的在图3中显示了有限数量的STA，但是应该理解WLAN可以支持更大量的STA之间的同时通信。因此，在本发明的范围上在附图中STA的数量不应该加以限制。在优选实施方案中，AP更新每个活动STA与其他STA的当前干扰等级联系。这通过(1)AP通过周期性的信标发送宣布时隙分配；以及(2)每个STA在最后的网络帧期间报告来自每个发送机的接收状态来实现。接收状态以接收的信号强度(RSS)的形式表示。图6的表保存活动的STA的列表以及每个活动的STA关于其他STA的信号强度等级的列表。
参见图7，活动STA接收并且处理来自AP14的信标帧发送以便确定在即将来临的网络帧期间哪个STA发送。然后每个活动节点向AP14发送指示每个STA的确定的接收信号强度等级的返回信号。优选的，每个活动的节点在其指定的分配时隙期间或者如果没有指定时在随机访问期间向AP发送返回信号。此后，AP14更新该表以便反映每个活动STA的接收信号强度等级然后为所有的STA重新分配时间分配。基于更新的信息，AP14可以确定哪些站彼此隐藏。如果接收的信号质量降低到设定的限制之下，或者如果满足某些条件(后面进一步详细地描述)，则来自AP14的后续帧消息发送到活动STA以便为多个对等发送指定时间分配。一接收到每个信标，每个活动的STA就处理该信标信号以便为同时传输确定时间分配。
图7中显示了WLAN接入和帧获得的说明性编程指令，并且在下面描述。
图7是描述多对站如何为同时传输访问图3描述的WLAN的共享介质的流程图。在步骤100启动用于通过WLAN的共享介质支持在多对STA之间同时传输的方法。在步骤100，AP14将周期性地收集来自网络中所有STA的接收状态信息。STA的接收状态信息由来自在保留的时隙期间报告的其他STA的信号发送的接收强度定义。例如，当STA2是知道来自其他站的想要分组的最大允许干扰的接收站时，其可以基于从其他站接收的信号等级来确定是否接收该分组。接收站STA2知道为成功地接收该分组需要怎样的信号干扰率(SIR)。因此，一接收到来自AP14的信标帧，接收站就确定需要的信号等级因此满足成功发送所需的SIR。而且，因为这个信息是通过在网络帧开始时的信标广播的，所以每个站知道哪个时隙分配给哪个STA。
在步骤110，基于发送的分组中接收的信号强度指示(RSSI)以及最小发送功率等级，每个站可以预测一个分组是否可以成功地被接收。照这样，如果打算的信号(或分组)被成功地接收，则接收的信号强度(RSS)指示信号等级，否则指示干扰等级。例如，STA2将报告其在T1到T2的时间期间里从STA1成功地接收该分组，虽然它不能听到从时间T2到T3的STA的发送的发送。如图5所示，具有STA1和3的分配时隙的STA可以报告分配时隙期间的接收状态，而其他站，STA2和4，必须在RA期间报告接收状态。而且，因为AP能够接收任何的数据帧，所以可以不考虑数据业务量的目的地而在正常数据业务量中被捎带确认接收状态信息。
在步骤120，如果STA不能成功地接收另一个STA的发送，则每个站也利用，例如，正好在该帧之前和/或正好在该帧之后接收的RSSI等级的组合指示当前的干扰等级。而且，因为AP能够接收任何的数据帧，所以可以不考虑数据业务量的目的地而将包含干扰相关信息的接收状态信息在正常数据业务量中捎带确认。在执行步骤110-120之后，AP14将有一个在其覆盖范围内的无线链路连接性的整体图。应该指出，因为时间变化无线链路的特性，这个连接性图可以随时间变化。知道了网络连接性，在步骤120，AP14现在可以分配特定的一组时隙以便在相同的时间发送两个(或者可能更多)STA。例如，在图3的情况下，在知道隐藏的终端(STA2和3)不能基于接收状态信息听到彼此之后，可以安排STA1和3在相同的时间发送。
但是，在步骤130，在安排同时传输之前，确定是否满足可允许的参数。首先，在步骤140，确定为同时传输在步骤120确定的接收站的侯选站是否相同。如果相同，则不允许同时传输。
此后，在步骤150确定站报告的干扰等级是否超过了预定的阈值干扰等级。如果没有，则不允许同时传输。如果满足该条件，则在步骤160确定发送或者接收站的任何一个是否呈现运动模式。典型地，通过监视任何时间变化接收状态信息可以检测STA的移动性模式。如果检测到变化的移动性模式，则不允许这样的站同时传输。这里，因为其发送和接收范围随时间变化，所以考虑了移动的STA，特别是作为发送机。而且，在步骤160，如果在步骤120确定的任何STA已经执行了切换(在具有多个AP的蜂窝结构的WLAN的情况下)，则因为其可能在未来再次移动，所以不允许通过同时传输来发送这样的数据。
最后，在步骤170，如果满足步骤140-160的所有可允许参数，则AP14将为同时传输分配时隙和所需的带宽。
总之，本发明基于设置的参数提供位于部分连接的WLAN中的站对的同时传输以便在相同的网络中增加链路容量。这里提出的同时传输机制可以在任何基于TDMA的无线系统中用STA之间的对等发送实现。
除此之外，通过调整可以进一步改善同时传输性能的两个因数可以进一步增强本发明。首先，众所周知功率控制方案可允许分组视到目的地STA的距离在需要的最小功率等级发送以便获得需要的比特错误率。发送范围(或图3(a)中的圆)将依赖发送STA的发送功率等级而变化。因此，如果调整功率等级因此可导致网络中更多隐藏的站，则本发明将更适合于支持更高比例的同时传输，因此增加同一网络里的链路容量。
其次，当AP14允许同时传输时，其可能想要指示发送机根据接收机报告的干扰等级在较低(因此更健壮)的速率发送。既然这样，AP必须确定以较低发送速率同时传输在整体系统吞吐量方面是否好于较高发送速率。
因此，在为两个(或更多)不同的接收机启动同时传输之前，AP会执行一个短的测试周期来确定根据上述因数使得能够同时传输是否真正可行。也就是，通过在测试期间指示侯选发送机发送短的测试分组，然后通过接到来自接收机返回的接收状态，AP能够断定同时传输的可行性。
这样描述了在WLAN中用于同时传输通信的方法的优选实施方案，对于本领域的技术人员应该很显然系统的某些优点已经实现了。上述只作为本发明的说明性实施方案构造。本领域的技术人员可以简单地想象在不背离本发明的基本原理和范围的情况下提供与本实施方案类似功能的替代方案。
权利要求
1.一种用于在时分多址(TDMA)通信系统中通过无线电传输提供多个站(10)之间的同时通信的方法，所述方法包括步骤a)将来自接入点(14)的单一消息在无线通信信道上周期性地向所述的多个站(10)广播，所述信号消息包括多个指定的时分多路复用(TDM)时隙；b)从每个所述站(10)接收表示在所述信号的各个指定的TDM时隙中来自相邻站的干扰功率等级的至少一个数据；c)为所述同时传输基于接收的干扰功率等级来确定彼此隐藏的发送站和接收站的最佳对(STA1，STA2；STA3，STA4)；以及d)向所述多个站广播所述确定。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在不干涉所述接入点(14)的情况下准许在所述站对(STA1，STA2；STA3，STA4)之间信息分组的所述同时传输的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中如果所述第一个接收站已经一贯地接收来自第二个发送站的信号，则选择包括第一个接收站和第一个发送站的最佳对。
4.如权利要求1所述的方法，其中如果所述最佳对的所述接收站没有执行从一个网络到另一个网络的切换，则选择所述最佳对。
5.一种用于提供在不受益于接入点(14)的情况下通过无线电传输在多个站(10)之间同时通信的方法，所述方法包括步骤(a)维护一个活动站的表，所述表包括当前数据发送时间表和干扰等级；(b)在无线通信信道上周期性地将来自所述接入点(14)的信号消息广播给所述多个站(10)，所述消息包括一个对于发送至少一个表示来自相邻站的干扰功率等级信息的数据的请求；(c)通过所述信号消息的指定的时分多路复用(TDM)时隙而从每个所述站接收各个干扰信息；(d)基于用于同时传输的所述报告的干扰信息来确定彼此隐藏的至少一对站(STA1，STA2；STA3，STA4)；以及(e)在没有所述接入点干涉的情况下准许所述至少一对站之间信息分组的同时传输。
6.如权利要求5中所述的方法，其中所述信号消息包括表示(i)所述多个站(10)的地址，(ii)所述站用于数据发送的当前功率等级，(iii)用于数据发送的所述发送的速率，以及(iv)所述接入点的相关信息的数据。
7.如权利要求5中所述的方法，还包括向所述多个站(10)广播所述确定的步骤。
8.如权利要求5中所述的方法，其中如果互相不同对的接收站彼此不同，则准许所述同时传输。
9.如权利要求5中所述的方法，其中如果所述接收站已经一贯地接收来自相同发送站的信号，则准许向一对中的一个接收站的所述同时传输。
10.如权利要求5中所述的方法，其中如果所述对的所述接收站没有执行从一个网络到另一个网络的切换，则准许所述的同时传输。
11.一种用于在无线LAN中提供同时传输的无线电传输系统，包括具有无线电覆盖区域并且运行以便通过指定的TDM时隙发送信息的多个站(10)；以及与所述多个站(10)通信用于在无线通信信道上广播对于发送表示干扰功率等级的数据的请求的至少一个接入点(14)，在所述干扰功率等级上特定站能够从相邻站接收，其中所述站的多个对之间的数据信号在不受益于所述接入点的情况下可以同时交换。
12.如权利要求11的系统，其中所述接入点包括用于通过将通过所述指定的TDM时隙报告的干扰等级与用于发送的规定的功率等级相比较来确定所述站的同时传输的候选者的装置；用于调制/解调来自/去往所述接入点的接收的信号，并且用于在与接收所述信号不同的时隙发送所述接收的信号的装置；以及用于将所述多个站与WLAN接口并且用于与所述站交换信号的装置。
全文摘要
提供了一种用于在无线局域网(WLAN)中提供同时传输的系统和方法。WLAN包括用于通过指定的TDM时隙发送信息的多个站，以及在没有接入点干涉的情况下与站通信用于监视接入控制并且提供时间分配以便允许多个站之间数据交换的接入点。为建立同时传输，接入点在无线通信信道上周期性地向站广播信号消息以便基于每个站报告的干扰功率等级来确定彼此隐藏的站对。
文档编号H04L12/56GK1460346SQ02800989
公开日2003年12月3日 申请日期2002年3月19日 优先权日2001年3月30日
发明者S·蔡 申请人:皇家菲利浦电子有限公司