在无线lan系统中动态感测信道的方法及其设备的制造方法_2

文档序号:9439717阅读:来源:国知局
经发送探测请 求帖的STA。在此处,响应器可W是在扫描的信道的BSS中已经发送信标帖的最后STA。在 BSS中,因为AP发送信标帖,从而AP用作响应器。在IBSS中,在IBSS内的STA轮流发送信 标帖,并且因此,响应器被固定。例如,已经在信道#1上发送探测请求帖并且已经在信道#1 上接收探测响应帖的STA可W存储在接收的探测响应帖中包含的BSS相关联的信息,并且 移动到下一个信道(例如,信道#2)W同样方式执行扫描(即,在信道#2上探测请求/响 应帖的发送/接收)。
[0089] 虽然在图5中未示出,但是可W执行被动扫描操作。在执行被动扫描操作中,执行 扫描的STA通过从一个信道移动到另一个等待信标帖。该信标帖,作为在IE邸802. 11中 的管理帖之一,被周期地发送W指示无线网络的存在并且允许执行扫描的STA发现无线网 络W参与无线网络。在BSS中,AP用作周期地发送信标帖。在IBSS中,IBSS的STA轮流发 送信标帖。如果执行扫描的STA接收信标帖,则STA存储有关在信标帖中包含的BSS的信 息,并且然后移动到下一个信道并且STA记录信标帖信息。已经接收信标帖的STA可W存 储在接收的信标帖中包含的BSS相关信息,移动到下一个信道并且然后W与相同的方式执 行扫描。
[0090] 在主动扫描和被动扫描之间的比较中,就延迟和功率消耗而言,主动扫描比被动 扫描更加有利。
[0091] 在STA发现网络之后,STA可W在步骤S520中执行验证。运个验证过程可W称为 第一验证,W便于区分该验证过程与步骤S540的安全设定操作,稍后将会描述。
[0092]验证过程包括由STA发送验证请求帖给AP,并且由AP响应于验证请求帖而发送验 证响应帖给STA。被用于验证请求/响应的验证帖可W对应于管理帖。
[0093] 验证帖可W包括有关验证算法编号、验证交易序列号、状态码、挑战文本、稳健安 全网络巧SN)、有限循环群等的信息。运个信息,作为可W在验证请求/响应帖中包含的信 息的示例,可W替换为其他信息,或者包括附加信息。
[0094]STA可W发送验证请求帖给APdAP可W基于在接收的验证请求帖中包含的信息来 确定是否验证STA。AP可W通过验证响应帖提供验证结果给STA。
[0095] 在STA成功验证之后,关联过程可W在步骤S530中进行。关联过程可W包括由 STA发送关联请求帖给AP,并且作为响应由AP发送关联响应帖给STA的步骤。
[0096] 例如,关联请求帖可W包括与各种能力相关的信息、信标收听间隔、服务集标识符 (SSID)、支持速率、支持信道、RSN、移动域、支持的操作类别、业务指示映射(TIM)广播请 求、交互服务能力等。
[0097]例如,关联响应帖可W包括与各种能力、状态码、关联ID(AID)、支持速率、增强的 分布式信道接入巧DCA)参数集、接收的信道功率指示符(RCPI)、接收的信号对噪声指示符 (RSNI)、移动域、超时间隔(关联恢复时间)、重叠BSS扫描参数、TIM广播响应、QoS映射等 相关的信息。
[0098] 简单地是能够在关联请求/响应帖中包含的信息的一些部分的示例的前面提到 的信息可WW其他信息替换,或者包括附加信息。
[0099] 在STA成功地与网络关联之后,可W在步骤S540中执行安全设定过程。步骤S540 的安全设定过程可W称为基于稳健安全网络关联巧SNA)请求/响应的验证过程。步骤S520 的验证过程可W称为第一验证过程,并且步骤S540的安全设定过程可W简称为验证过程。
[0100]步骤S540的安全设定过程可W包括例如基于在LAN(EAPOL)帖上的可扩展验证协 议的通过4路握手的私钥设定过程。此外,也可W根据在IE邸802. 11标准中没有定义的 其他安全方案来执行该安全设定过程。 阳…。WLAN的痛讲
[0102] IE邸802.IlWLAN标准在2. 4GHz或者SGHz中使用未经许可的带提供 IlMbpsQ邸E802.Ub)或者 54Mbps(I邸E802.Ila)的传输速率。IE邸 802.Ilg通过在 2. 4GHz中应用(FDM提供54Mbps的传输速率。
[0103] 为了克服在WLAN通信速度方面的限制,IE邸802.Iln近来已经作为通信标准被 建立。IEEE802.Iln目的在于提高网络速度和可靠性W及扩展无线网络的覆盖区域。更 具体地,IE邸802.Iln支持大于或者等于540Mbps的最大数据处理速度的高吞吐量(HT), 并且基于在发送器和接收器运两者处使用多个天线的多输入多输出(MIMO)技术。IE邸 802.Iln通过应用MIMO-O抑M为四个大规模的流提供300Mbps的传输速率。IE邸802.Iln 支持高达40MHz的信道带宽。在运样的情况下,I邸E802.Iln提供600Mbps的传输速率。
[0104] 随着WLAN技术的广泛应用和WLAN应用的多样化,已经需要开发能够支持比 由IE邸802.Iln支持的数据处理速度更高的HT的新WLAN系统。用于支持非常高吞 吐量(VHT)的下一代WLAN系统是IE邸802.IlnWLAN系统的下一个版本(例如,IE邸 802.Ilac),并且是近来提出的在MC服务接入点(MACSA巧支持大于或者等于IGbps的数 据处理速度的IE邸802.IlWLAN系统中的一个。为此,VHT系统支持80MH或者160MHzW及 高达8个空间流的信道带宽。如果160MHz信道带宽、8个空间流、256正交振幅调制(QAM)、 短保护间隔(GI)都被实现,则最多6. 9Gbps被提供为传输速率。
[0105] 为了有效地利用射频信道,下一代WLAN系统支持其中多个STA被允许同时接入信 道的多用户多输入多输出(MU-MIMO)传输方案。根据MU-MIMO传输方案,AP可W同时发送 分组给至少一个MIMO配对的STA。
[0106] 此外,用于在白空间中支持WLAN系统操作的技术正在论述当中。例如,在IE邸 802.Ilaf标准之下正在论述用于在诸如由于从模拟TV到数字TV的转变而留下空闲的频带 (例如,在54MHz和698MHz之间的带)的TV白空间灯VW巧中引入WLAN系统的技术。然 而,运仅仅是说明性的,并且白空间可W被视为主要由许可用户可使用的许可带。许可用户 指的是已经准许使用许可带的用户,并且也可W称为许可设备、主用户、责任用户等。
[0107] 例如,在白空间(W巧中操作的AP和/或STA应当提供保护许可用户的功能。例 如,在其中诸如麦克风的许可用户已经使用作为在WS带中根据规定划分为具有特定带宽 的频带的特定WS信道的情形下,AP和/或STA不允许使用与WS信道相对应的频带W便保 护许可用户。此外,如果许可用户使用该频带,AP和/或STA应当停止使用该频带用于当 前帖的发送和/或接收。
[010引因此,AP和/或STA需要预先检查是否使用在WS带内的特定频带,即是否许可用 户在该频带中。检查是否许可用户在特定频带中称为频谱感测。能量检测方案、签名检测 方案等被用作频谱感测机制。如果接收信号的强度超过预定值,或者当检测到DTV前导,贝U AP和/或STA可W确定许可用户正在使用该特定频带。
[0109]机器对机器(M2M)通信技术作为下一代通信技术正在论述当中。用于在IE邸 802.IlWLAN系统中支持M2M通信的技术标准IE邸802. 11址也正在发展中。M2M通信,表示 一个或多个机器的通信方案,可W称为机器型通信(MTC)或者机器对机器(M2M)通信。在 此处,机器可W表示不需要来自于用户直接操纵或者干设的实体。例如,不仅配备有无线通 信模块的测量计或者售货机,而且诸如无需由用户操纵/干设能够通过自动接入网络来执 行通信的智能电话的用户设备也可W是机器的示例。M2M通信可W包括设备对设备值2D) 通信W及在设备与应用服务器之间的通信。在设备与应用服务器之间的通信的示例可W包 括在售货机和应用服务器之间的通信,在销售点(PO巧设备和应用服务器之间的通信,W 及在电表、煤气表或者水表与应用服务器之间通信。另外,基于M2M通信的应用可W包括安 全、运输和医疗应用。考虑到前面提到的应用示例的特征,M2M通信需要支持在包括大量设 备的环境下W低速度偶然发送/接收少量的数据。
[0110] 具体地,M2M通信需要支持大量的STA。虽然当前的WLAN系统假设一个AP与高达 2007个STA相关联,但是已经关于M2M通信论述了支持其中更多的STA(例如,大约6000个 STA)与一个AP相关联的其他情形的各种方法。此外,所期待的是在M2M通信中支持/需要 低传送速率的许多应用。为了平滑地支持许多STA,在WLAN系统中的STA可W基于业务指 示映射(TIM)识别要向其发送的数据的存在或不存在,并且减小TIM的位图大小的几个方 法已经在讨论中。此外,所期待的是在M2M通信中将有具有非常长的发送/接收间隔的很 多业务数据。例如,在M2M通信中,非常少量的数据,诸如电/气/水计量,需要W长的间隔 (例如,每月)发送和接收。因此,已经论述了关于有效率地支持下述情况的方法,即,在一 个信标周期期间非常少数的STA具有从AP接收的数据帖,同时要与一个AP相关联的STA 的数目在WLAN系统中增加。
[0111] 如上所述,WLAN技术正在迅速地演进,并且不仅前面提到的示例性技术,而且用于 直接链路设定的其他技术,介质流吞吐量的改进、高速和/或大规模的初始会话设定的支 持、W及扩展带宽和工作频率的支持正在开发中。 。…]介质接入化制
[0113] 在基于IE邸802. 11的WLAN系统中,介质接入控制(MAC)的基本接入机制是具有 冲突避免(CSMA/CA)机制的载波监听多路访问。CSMA/CA机制,也称作IE邸802. 11MC的 分布协调功能值CF),基本上采用"先听后讲"接入机制。根据运种接入机制,在数据传输之 前,AP和/或STA可WW预先确定的时间间隔(例如,DCF帖间空间值IF巧)执行感测射频 信道或者介质的空闲信道评估(CCA)。当在感测中确定介质是处于空闲状态时,帖传输通过 该介质开始。另一方面,当感测介质处于忙碌状态时,AP和/或STA不开始传输,而是建立 用于介质接入的延迟时间(例如,随机回退时段),并且在该时段期间的等待之后,尝试执 行帖传输。通过随机回退时段的应用,所期待的是在等待不同的时间之后,多个STA将尝试 开始帖传输,导致将冲突减到最小。
[0114] 此外,I邸E802. 11MC协议提供混合协调功能(HCF)。HCF基于DCF和点协调功 能(PCF)。PCF指的是基于轮询的同步接入方案,其中周期地执行轮询W允许所有接收AP 和/或STA接收数据帖。此外,HCF包括增强的分布信道接入巧DCA)和HCF控制的信道接 入(肥CA)。当由提供商提供给多个用户的接入方案基于竞争时,实现邸CA。在采用轮询机 审揃无竞争信道接入方案中实现HCCA。此外,HCF包括用于改善WLAN的服务质量(QoS)的 介质接入机制,并且可W在竞争时段(CP)和无竞争时段(CF巧运两者期间发送QoS数据。
[0115] 图6图示回退过程。
[0116] 在下文中,将会参考图6描述基于随机回退时段的操作。如果介质从忙碌或者忙 碌状态转换为空闲状态,则几个STA可W尝试发送数据(或者帖)。在最小化冲突的方法 中,每个STA选择随机回退计数,等待与选择的回退计数相对应的时隙时间,然后尝试开始 传输。随机回退计数具有伪随机整数的值,并且可W被设置为在0和CW之间的范围中的值。 在此处,CW是竞争窗口参数值。虽然CW参数作为初始值被给定为CWmin,但是如果传输失败 (例如,如果没有接收到传输帖的ACK),则初始值可W被加倍。如果CW参数值是CWmax,则 维持CWmax直至数据传输成功,并且同时可W尝试数据传输。如果数据传输成功,则CW参数 值被重置为CWmin。优选地,CW的值CWmin和CWmax被设置为(运里n= 0、1、2、…)。
[0117] 一旦随机回退过程开始,STA连续地监测介质,同时根据确定的回退计数值倒计数 回退时隙。如果该介质被监测为处于忙碌状态,则STA停止倒计数,并且等待预先确定的时 间。如果介质处于空闲状态,则剩余的倒计数重新开始。
[011引在图6示出的示例中,如果STA3发送的分组到达STA3的MC,则STA3可W确认 在DIFS中该介质处于空闲状态,并且立即发送帖。其间,剩余的STA监测介质的忙碌状态, 并且在待机模式下操作。在STA3的操作期间,STA1、STA2和STA5中的每一个可W具有要 被发送的数据。如果介质的空闲状态被监测到,则STA1、STA2、W及STA5中的每一个等待 DIFS时间,然后根据由它们已经选择的随机回退计数值执行回退时隙的倒计数。在图6示 出的示例中,STA2选择最小的回退计数值,并且STAl选择最大的回退计数值。目P,在STA2 完成回退计数之后开始数据传输时,STA5的剩余回退时间比STAl的剩余回退时间短。在 STA2占用介质时,STAl和STA5中的每一个暂时停止倒计数,并且等待。当STA2占用终止, 并且介质返回到空闲状态时,STAl和STA5中的每一个等待预先确定的DIFS时间,并且重 新开始回退计数。目P,在剩余回退时隙之后,只要剩余回退时间被倒计数,则帖传输可W开 始。由于STA5的剩余回退时间比STAl的短,所WSTA5开始帖传输。同时,在STA2占用介 质时STA4可W给出要发送的数据。在运种情况下,当介质处于空闲状态时,STA4可W等待 DIFS时间,根据由STA4选择的随机回退计数值执行倒计数,然后开始帖传输。图6示例性 地图示其中STA5的剩余回退时间意外地与STA4的随机回退计数值相等的情况。在运种 情况下,冲突会在STA4和STA5之间出现。如果冲突在STA4和STA5之间出现,则STA4或 STA5都不接收ACK,并且因此,数据传输失败。在运种情况下,STA4和STA5中的每一个可 W将CW值加倍,选择随机回退计数值,然后执行倒计数。同时,在介质由于由STA4和STA5 进行的传输操作而处于忙碌状态时,STAl等待。在运种情况下,当介质返回到空闲状态时, STAl可W等待DIFS时间,然后在经过了剩余回退时间之后,开始帖传输。 。"引 STA的威测操作
[0120] 如上所述,CSMA/CA机制不仅包括AP和/或STA通过其直接感测介质的物理载 波感测,而且包括虚拟载波感测。执行虚拟载波感测W解决在介质接入中遇到的一些问 题(诸如,隐藏节点问题)。在虚拟载波感测中,WLAN系统的MC可W使用网络分配矢量 (NAV)。借助于NAV值,正在使用介质或者具有使用介质权限的AP和/或STA对另一个AP 和/或另一个STA指示在介质变为可用时间之前的剩余时间。因此,NAV值可W对应于在 其期间介质将由发送帖的AP和/或STA使用的预留的时段。已经接收NAV值的STA可W 在相对应的时段期间禁止介质接入。例如,可W根据帖的MC报头中的持续时间字段的值 来设置NAV。
[0121] 稳健冲突检测机制已经被引入W降低运样的冲突的概率。在下文中,将参考图7 和8描述此机制。实际的载波感测范围可W不与传输范围相同,然而,为了描述简单起见, 将假设实际的载波感测范围与传输范围相同。
[0122] 图7图示隐藏节点和暴露节点。
[012引图7 (a)示例性地示出隐藏节点。在图7 (a)中,STAA与STAB通信,并且STAC具有要发送的信息。具体地,在将数据传输给STAB之前在执行载波感测中STAC可W确 定介质处于空闲状态,甚至在其中STAA正在发送信息给STAB的情形下。运是因为由STA A进行的传输(即,忙碌介质)可能无法在STAC的位置处被感测到。在运种情况下,由于 STAB同时地接收STAA的信息和STAC的信息,所W可能出现冲突。在运样的情况下,STA A可W被认为是STAC的隐藏节点。
[0124] 图7(b)示例性地示出暴露节点。在本示例中,在其中STAB正在发送数据给STA A的情形下,STAC具有要发送到STAD的信息。在运种情况下,STAC可W执行载波感测 并且确定介质由于由STAB的传输而是忙碌的。因此,虽然STAC具有要发送到STAD的信 息,但是由于感测到介质的忙碌状态,所WSTAC将等待直到介质返回到空闲状态。然而, 由于STAA实际上位于STAC的传输范围的外部,所W就STAA而言,来自STAC的传输可 能不与来自STAB的传输冲突,并且STAC不必等待直到STAB停止传输。在运样的情况 下,STAC可W被视为STAB的暴露节点。
[0125]图 8 图示RTS和CTS。
[0126] 为了在如图13所示的示例性情形下有效率地利用冲突避免机制,可W使用短信 令分组,诸如RTS(请求发送)和CTS(准备发送)。在两个STA之间的RTS/CTS可W由附近 的STA旁听,使得附近的STA可W考虑信息是否在两个STA之间通信。例如,如果发送数据 的STA发送RTS帖给要接收数据的另一个STA,则接收数据的STA可W发送CTS帖给附近的 STA,从而通知附近的STA该STA将要接收数据。
[0127] 图8 (a)示例性地示出解决隐藏节点问题的方法。该方法假定其中STAA和STA C运两者试图发送数据给STAB的情形。如果STAA发送RTS给STAB,则STAB发送CTS 给位于STAB周围的STAA和STAC运两者。因此,STAC等待直到STAA和STAB停止 数据传输为止,并且因此避免冲突。
[0128] 图8化)示例性地示出解决暴露的节点问题的方法。STAC可W旁听在STAA和 STAB之间的RTS/CTS传输,从而确定当其发送数据给另一个STA(例如,STAD)时,将不出 现冲突。目P,STAB可W发送RTS给所有附近的STA,并且仅仅发送CTS给实际上具有要发 送的数据的STAA。由于STAC仅仅接收RTS,但是未能接收STAA的CTS,所WSTAC可W 识别STAA位于STAC的载波感测范围的外部。 阳12引功率管理
[0130] 如上所述,在WLAN系统中的STA在它们执行发送/接收操作之前应执行信道感 。持久执行信道感测导致STA持续的功率消耗。在接收状态和传输状态之间在功率消耗 方面没有很大差别,并且连续保持接收状态会导致对提供有有限功率(即,由电池操作)的 STA的大负载。因此,如果STA保持接收待机模式W便持续地感测信道,则就WLAN吞吐量而 言,功率被无效率地耗费而没有特殊优势。为了解决运个问题,WLAN系统支持STA的功率 管理(PM)模式。
[013。STA的PM模式被划分为激活模式和节能(P巧模式。STA基本上W激活模式操作。 W激活模式操作的STA保持唤醒状态。当STA处于唤醒状态时,则STA可W正常地执行帖 发送/接收、信道扫描等。另一方面,在PS模式中的STA通过在睡眠状态(或者磕睡状态) 和唤醒状态之间切换来操作。睡眠状态下的STAW最小功率操作,并且既不执行帖发送/ 接收也不执行信道扫描。
[013引随着STA在睡眠状态下操作的时间增加,STA的功率消耗的数量减少,并且因此STA操作持续时段增加。然而,因为在睡眠状态下不允许帖的发送或者接收,所WSTA不能 够长时间无条件地在睡眠状态下操作。当在睡眠状态下操作的STA被给出要发送到AP的 帖时,其可W被切换到唤醒状态W发送/接收帖。另一方面,当AP具有发送到处于睡眠状 态下的STA的帖时,STA不能接收该帖,也不能识别帖的存在。因此,为了识别要发送到STA 的帖的存在或者不存在(或者如果帖存在则为了接收帖),STA可能需要根据特定的周期切 换到唤醒状态。
[0133] 图9图示功率管理操作。
[0134] 参考图9,AP210W预先确定的时间间隔发送信标帖给存在于BSS之中的 STA(S211、S212、S213、S214、S215和S216)。该信标帖包括业务指示映射灯IM)信息元素。 TIM信息元素包含指示AP210已经缓存用于与AP210相关联的STA业务和将发送帖的信 息。TIM元素包括用于通知单播帖的TIM和用于通知多播或者广播帖的传递业务指
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