专利名称：使用多信道的无线局域网络通信方法
技术领域：
本发明涉及一种专用网络中无线局域网络(LANLocal Area Network)通信方法，特别涉及这样一种无线局域通信方法通过此方法对主信道的信道预约竞争失败的电台能够使用另外一个信道发送数据。
背景技术：
通常，无线局域网指的是基于IEEE 802.11标准的无线局域网络。IEEE802.11为工作在2.4-2.5GHz的ISM(Industrial，Scientific，Medical工业、科学、医疗)波段的无线局域网定义了一些标准。所述的ISM波段是为工业、科学和医疗应用中的设备的使用而规定的频率段。如果发送功率低于预定水平，所述ISM波段可以自由使用而无须批准。
IEEE 802.11网络基本上由基础服务集合(BSSBasic Service Set)所构成，该BSS由相互通讯的几个电台所组成。此BSS包括独立的BSS，其中的电台无须使用接入点(APAccess Point)而直接相互通信，并且包括基础BBS，其中所有的通信过程都使用了AP。
这个独立的BSS主要由几个电台所组成，这些电台是为特定的目的和时段而构建的。例如，此独立的BSS包括了为在会议室举行会议而建立的网络。当会议开始的时候，不同的参加者们将建立独立的BSS来共享他们的数据。那么当会议结束的时候，参加者们将结束这个独立的BSS。因为这样独立的BSS生命周期短、规模小和应用于特定目的，所以它也被称为专用BSS(ad hocBSS)或者专用网络(ad hoc network)。
图1展示了专用环境里由5个电台所构成的无线局域网络。
第一和第三电台试图分别发送数据给第二和第四电台。要发送数据的第一和第三电台通过信道预约竞争来竞争性地发送数据。结果是只有赢得竞争的电台才被允许发送数据。
图2展示了在图1所示的专用网络里的无线局域网的现有的数据发送过程。
在图2中，信标(beacon)是负责通知网络的存在和该网络的维护的帧。这个信标周期性地被发送，以便移动电台随之改变参数来加入网络，并且发现和识别网络。在基础网络中，AP执行信标的发送。在专用网络中，每个电台都执行信标发送，而只有赢得竞争的电台的信标才被发送。如果接收到信标的电台有数据要发送(即MAC协议数据单元MPDU)，这个电台产生通告业务指示信息(ATIMAnnouncement Traffic Indication Message)，并发送所产生的ATIM来通知缓存数据的存在。
参考图2所示的例子，其中第一电台赢得了同第三电台的竞争。图2特别展示了如下情形第一和第三电台分别有向第二和第四电台发送的数据，并试图产生和发送它们的ATIM，但是第一电台首先发送了ATIM。第一电台的ATIM被发送到了第二到第五电台，但是第三电台不能向第四电台发送它的ATIM。当ATIM窗口，即ATIM能被发送的时间长度结束时，竞争失败的第三电台和没有数据发送的第四和第五电台为节约能量进入睡眠模式。当轮到处于睡眠模式的第三到第五电台发送随后的信标时，他们重新回到激活模式，以同第一和第二电台竞争发送或者接收信标。在激活模式下，上述的过程被重复。
在ATIM窗口结束后，执行第一和第二电台的数据发送。为了避免和任何隐藏电台可能发生的冲突，试图发送数据的第一电台发送RTS(Request-To-Send发送请求)，而接收数据的第二电台发送CTS(Clear-To-Send发送清除)，以预定发送媒介或确保连续的数据发送。当RTS和CTS被这样交换后，第一电台发送数据而第二电台确认接收到的数据。数据发送也许是基于几个片段(fragment)执行，接收到每个片段的电台发送ACK(Acknowledgement确认)来做出对其的响应。在诸如RTS和CTS、数据与接收数据的ACK一样的相关帧之间，提供了短帧间空闲(SIFSShortInter-Frame Space)。
图3展示了图1所示的专用网络的无线局域网的现有的数据发送过程。
在图3所示的例子里，第三电台成功地向第四电台发送了ATIM，而第一电台也成功地向第二电台发送了ATIM。在这个例子里，第一到第四电台都处于激活模式。如果所述ATIM窗口结束了，第一和第三电台竞争发送它们的数据。这时，如果第一电台首先发送RTS，第一电台取得向第二电台发送数据的优先权。由于在RTS包里存在网络分配向量(NAVNetwork AllocationVector)，第三电台在第一电台发送和接收数据的时间内不能发送数据。在第一电台完成了向第二电台的数据发送之后，第三电台仅当在仍然剩有接收信标时间的情况下才能发送数据。此时，虽然RTS和CTS是用于解决与任何隐藏节点有关的问题的包，但是它们仍可被忽略。图3展示了在向第四电台发送数据时，第三电台忽略了RTS和CTS的发送而发送数据。
如上所述，在专用网络中，存在着对这样的方法和装置的需求此方法和装置即使在电台竞争失败时，也允许该电台发送数据。即，在图2的例子里，第三电台不能向第四电台发送数据。在图3的例子里，在网络分配向量预先指定的时间里第三电台不能发送数据。进而，即使当电台竞争失败时，甚至也可能实施某种方法和装置使这个电台发送数据，这里存在这样问题如果这种实施方法极大的偏离已有的IEEE 802.11标准，符合此标准的电台将不能用这种新实现的装置进行无线通信。所以，存在着对这样方法和装置的改进的需求，以便允许电台与标准电台进行无线通信，而同时符合IEEE802.11标准。
发明内容
考虑到上述需求，提出了这样一种无线局域网通信方法此方法通过使用多信道，允许竞争失败的电台由另外信道进行无线通信，并且和现在的无线局域网通信方法兼容。
根据本发明的示范性实施例，使用多信道进行无线局域网发送的方法包括试图向第一电台发送数据的第二电台产生第一ATIM，此ATIM含有发送数据的信道的信息，以及通过主信道发送该ATIM。如果第二电台在通过发送第一ATIM进行信道预约竞争中失败，则第二电台产生第二ATIM，此ATIM含有除了第二电台竞争失败的信道之外的其他信道的信息，并切换到另外的信道，再通过切换后的信道发送数据。
信道预约竞争是否成功，可取决于第二电台是否首先接收到ACK，此ACK是第一电台对第二电台所发的ATIM的确认。第二电台产生的ATIM的帧结构可以是符合IEEE 802.11标准的结构，并且信道信息可以储存在该ATIM的数据域中。进而，如果数据发送信道在接收到信标的时候不是主信道，该方法可进一步包括第二电台从此数据信道到主信道的切换。这里信标可通过信标间的空闲被发现。第二电台的ATIM的产生和发送可在ATIM窗口中实现。第二电台可以产生ATIM，然后在预定的时间之后发送所产生的ATIM，以减少与其他电台产生和发送的ATIM发生冲突的可能性。
根据本发明的示范性实施例，使用多信道进行无线局域网接收的方法包括第一电台通过主信道接收ATIM，此ATIM含有第二电台发送数据用的信道的信息；第一电台通过主信道对第二电台的ATIM发送ACK；第一电台从数据接收信道切换到与那个ATIM中含有信道信息所对应的信道，以及通过该发送信道向第二电台发送对接收到的数据的ACK。
第一电台可以从那个接收到的ATIM的数据域中获得关于发送信道的信息。如果数据接收信道在接收到信标的时候不是主信道，第二电台可从该数据接收信道切换到主信道。这里信标可通过信标间的空闲被发现。进一步，仅当第一电台在ATIM窗口里接收到ATIM时，第一电台才可以对接收到的ATIM发送ACK给第二电台。
结合附图对以下给出的示范性实施例进行说明，本发明的上述和其他的目的和特点将变得十分明显。
图1展示了专用环境里由5个电台所构成的无线局域网络；图2展示了专用网络里的无线局域网的现有的数据发送过程；图3展示了专用网络里的无线局域网的现有的数据发送过程；图4A根据本发明的示范性实施例，展示了专用网络里的无线局域网的数据发送过程；图4B根据本发明的示范性实施例，展示了专用网络里的无线局域网的数据发送过程；图5根据本发明的示范性实施例，展示了专用网络里的数据发送过程；图6根据本发明的示范性实施例，展示了专用网络里的数据接收过程；图7根据本发明的示范性实施例，展示了ATIM帧的结构；和图8展示了本发明的示范性实施例的数据吞吐量。
具体实施例方式
在下文中，参考附图将说明本发明的示范性实施例。
根据本发明的示范性实施例，图4A和4B示意性地展示专用网络中的无线局域网的数据发送过程。
在本发明的这个示范性实施例中，在信标间提供了ATIM窗口和数据发送段。在ATIM窗口中确定讲要发送数据的电台。本发明使用了多个信道来增加数据吞吐量，并且该多个信道被分为发送信标、ATIM和数据的主信道和发送数据用的附加信道。在下文中，信道指的是根据直接序列方案在电台里的信道列表中的信道，以及根据跳频方案跳动模式下使用的信道中的信道。然而，本发明不局限在那里。在ATIM窗口中被交换的消息通过主信道被发送。主信道是通过信道扫描选择的特殊的信道。在数据发送段，数据通过主要信道和附加信道交换。
在图4A中，第一和第三电台有数据要分别发送到第二和第四电台。第一电台通过主信道发送ATIM(ATIM1)来通知其他的电台它有数据要发送。在图4A中，既然第一电台首先发送了ATIM1，所以第一电台在同第三电台的竞争中获胜。因此，将要接收数据的第二电台发送了确认(ACK1)给第一电台。然后，在ATIM窗口结束之后，第一电台向第二电台发送数据。第一和第二电台间交换的所有消息都通过主信道发送。
同时，既然第三电台在和第一电台的竞争中失败，直到第三电台收到随后的信标为止，第三电台将不能通过第一电台发送数据所使用的主信道发送它的数据。然而，如果ATIM窗口还没有结束，则第三电台在第二电台发送ACK1给第一电台之后，以无线方式发送ATIM(ATIM2)。ATIM2包括除了主信道之外的其他信道的有关信息，并通过主信道被发送。这时，如果没有其他电台发送ATIM，则第二电台发送的ATIM2被送到第四电台，而且第四电台向第三电台而发送确认(ACK2)作为响应。如果第三电台在ATIM窗口结束之前从第四电台那里收到了ACK2，则第三和第四电台切换到由ATIM2指定的信道，并在ATIM窗口结束后发送数据。当到了接收随后的信标的时刻，第三和第四电台又切换到主通道，并且重复上述的过程。也就是说，如果第三电台有数据要发给第四电台，它又一次竞争性地发送ATIM。如果第三电台赢得了竞争，则它通过主信道发送数据，而如果第三电台竞争失败，则它通过另外一个信道传输数据。然后，当到了接收随后的信标的时刻，第三电台再一次将现有的信道切换到主信道。
同时，如果没有数据发送的第五信道没有接收到来自任何试图向第五电台发送数据的电台的ATIM，它进入睡眠模式，以当ATIM窗口结束时节约能量，并在接收下个信标时回到激活模式。
在图4B中，第一和第三电台通过主信道竞争性的发送它们的ATIM(ATIM1和ATIM2)，来通知其他的电台它们有数据要发送。在图4B中，既然在第三电台从第四电台接收到确认(ACK2)之前，第一电台从第二电台接收到确认(ACK1)，所以第一电台赢得了同第三电台的竞争。那么，当ATIM窗口结束时，第一电台将通过主信道向第二电台发送数据。
同时，既然第三电台在和第一电台的竞争中失败，直到第三电台接收到随后的信标为止，第三电台不能通过第一电台发送数据使用的主信道来发送它的数据。可是，如果ATIM窗口还没有结束，则第三电台在第二电台发送ACK1给第一电台之后，以无线方式发送又一个ATIM(ATIM3)。ATIM3包含了将要用到的除主信道之外的其他信道的有关信息，并通过主信道被发送。此时，如果没有其他电台发送的ATIM，则第二电台发送的ATIM2被送到第四电台，而且第四电台作为响应发送确认(ACK3)给第三电台。如果第三电台在ATIM窗口结束之前，收到来自第四电台的ACK3，则第三和第四电台切换到由ATIM2指定的信道，并当ATIM窗口结束时发送数据。当到了接收随后的信标的时刻，第三和第四电台切换到主信道，然后重复上述的过程。也就是说，如果第三电台有数据发送到第四电台，它再一次竞争性的发送一个ATIM。如果第三电台赢得了竞争，它将通过主信道发送数据，而如果第三电台竞争失败，它将通过另外一个信道发送数据。那么，当到了接收随后的信标的时刻，第三电台又一次将当前的信道切换到主信道。
图5根据本发明的示范性实施例，展示了专用网络中的数据发送过程。
首先，执行信道扫描来加入网络(S1)。扫描可粗略地分为被动式扫描和主动式扫描。被动式扫描在扫描信道列表的各信道的同时等待信标，并不为扫描发送帧。接收到的信标被缓存来抽取关于BSS的信息。另一方面，主动式扫描通过使用探测请求帧以获得特定名字的网络的响应，来直接发现该网络。根据本发明的示范性的实施例，当电台最初建立BSS时辨识过的多个信道中的任何被采用为主信道，并且没有被另一个BSS用到的信道被采用为附加信道。信标或者ATIM通过主信道发送和接收。
在信道扫描之后加入到网络的电台处于激活模式(S3)。如果电台在激活模式下有数据发送(S5)，它产生ATIM(S7)。ATIM帧结构将在后面解释，参见图7。在那个ATIM产生之后，该电台在分布帧间空闲(DIFSDistributedInter-Frame Space)等待(S9)。在DIFS过去后，该电台可发送ATIM直到ATIM窗口结束为止。在这时，该电台等待随机的补偿时间(back-off time)，以避免几个电台同时在DIFS之后立即发送各自的ATIM而发生冲突(S11)。然后，该电台由主信道发送ATIM(S15)。如果该电台赢得了竞争(S17)，则它通过主信道发送数据(S23)。赢得竞争对应这样一种情形电台由主信道发送了ATIM，并且比其他电台更早地收到了来自数据发送目标电台的ACK。另一方面，竞争失败对应这样一种情形在电台发送它的ATIM来预约数据发送信道之前，这个电台收到了来自其他任何电台的预约相关信道的ATIM，或者在电台收到来自数据发送目标电台的ACK之前，这个电台收到了另试图从相关信道接收数据的电台的ACK。
同时，如果电台竞争失败(S17)，则它从主信道之外选择信道(S19)，产生含有被选信道信息的ATIM(S7)，并通过主信道再次发送产生的ATIM(S15)。如果这个电台赢得了竞争(S17)，则它通过所选的信道发送数据(S23)，并且当接收下信标的时候将所选的信道切换到主信道(S27)。然而，如果这个电台竞争失败(S17)，则它又选择了另一个信道(S19)，并产生和发送ATIM(S7，S15)。如果这个电台赢得了竞争，则它通过所选的信道发送数据(S23)。然而，如果ATIM窗口在这个过程中结束，这个电台直到接收新的信标为止，将不能通过其他信道发送数据，并相应地进入睡眠模式(S21)。然后，如果这个电台后来收到了新的信标，它重新进入激活模式，再重复上述过程。虽然电台接收信标的情形已经叙述过了，但是本发明不局限在那里，并且本发明包括电台发送信标的情形。
图6根据本发明的示范性的实施例，展示了专用网络中的数据接收过程。
该网络的电台在接收信标时最初处于激活模式(S51)。如果电台在ATIM窗口期间收到了信标但是没有收到ATIM(S53)，则这个电台进入睡眠模式(S67)，然后在接收新的信标期间回到激活模式(S51)。如果这个电台在ATIM窗口结束之前(S53)收到ATIM(S55)，则它发送ACK给已经发送ATIM的电台(S57)，并接收数据(S59)。这时，这个电台根据包含在接收到的ATIM帧中的信道信息(S59)，通过相关的信道接收数据，并且通过相关的信道为响应接收到的数据而发送ACK(S61)。如果相关信道是主信道(S63)，则这个电台无须进行信道切换。然而，如果相关信道不是主信道(S63)，在接收下一个信标时这个电台将把当前信道切换到主信道(S65)。
图7根据本发明的示范性的实施例，展示了ATIM帧的结构。
这个ATIM帧包括了帧控制1，持续ID2，接收电台地址3，发送电台地址4，基础服务集合ID5，序列控制6，信道控制7，和帧检查序列8。
帧控制1包含了两个字节。特别的是，头两个字节代表协议版本。下面的2位和紧跟的4位分别代表帧的类型和子类型，并且分别取值为00和1001，这是因为ATIM帧具有管理类型和ATIM子类型。除了这些位，帧控制包括一比特的ToDS位，一比特的FromDS位，一比特的附加段位，一比特的重试位，一比特的能量管理位，一比特的附加数据位，一比特的WEP(Wired EquivalentPrivacy)位，和一比特的序位。
持续ID2能够被用作设定网络分配向量(NAVNetwork AllocationVector)，用作在非竞争时段发送的帧，以及用作能量节省检查帧。
接收电台地址3是48位的IEEE MAC标志符，对应于向上层协议层执行传递的电台，这是为了用与以太网相同的方式进行帧操作，而发送电台地址4是发送电台的48位的IEEE MAC标志符。基本的服务器集合ID(BSSID)5被用作在同一地区区分无线局域网。专用网络通过把全局/局部位置为1来产生任何BSSID，这是为了避免和正式指定的MAC地址冲突。
序列控制6是用于分片/重组和去除重叠帧的域。序列控制6由4位的分片数域和12位的序列数域组成。
信道信息7是对应IEEE 802.11的数据域的部分，且能存储至多2340字节的数据。信道信息7包括主信道和附加信道的信息。信道信息也包含有关数据发送和接收所通过的信道的信息。
最后，帧检查序列(FCSFrame Check Sequence)8是用于检查接收到的帧的完整性的数据域。帧检查序列经常被称为循环冗余检查(CRCCyclicRedundancy Check)。在帧的无线发送中，FCS的计算发生在通过射频或者红外线发送帧之前。与此同时，接收电台从收到的帧中计算FCS，并比较所计算的FCS和接收到的FCS。如果它们是一致的，则接收电台认为帧在发送过程中没有异常。如果没有异常，则接收电台就发送ACK给相关的发送电台。在IEEE 802.11中，如果存在任何异常，则接收电台不发送消息，而发送电台在预定的时间之后还没有收到ACK时，就再发送一次帧。
图8是展示了本发明的示范性实施例的数据吞吐量。
假定有三个信道是可用的，且信道包括两个电台。进一步假定总共存在五个电台，且包的大小是1500字节。
信标之间的空闲在10毫秒到100毫秒的范围内，而且ATIM窗口的大小是信标空闲的20％。
从图8中可见，根据本发明的示范性实施例，即使电台数增加，电台可以发送的数据总量，即数据吞吐量，在一定程度上是常值。
根据本发明的以上描述，既然通过在数据域中存储信道信息的方式能使用和现有的MAC帧同样结构的帧，则和现有的方法的兼容性就可以得到改善。进一步，因为可根据现有的MAC控制程序实现，所以能够保持作为MAC最基本目标的可靠数据发送能力，而且因为能够构建BSS以符合现有标准，所以提供了与现有BSS的兼容性。这也就是说，当根据本发明构建BSS时，即使电台不支持多信道，仍可以采用现有的方法。
进而根据本发明，本发明具有这样的优点在由于存在大量的电台而发生频繁冲突的情形下，随着信道数的增加，数据发送的总量也增加。所以，本发明优点在于增加了在实际中能够物理上加入网络的电台数。
本领域技术人员将会认识到本发明能够用其他特定的形式实现，而不改变本发明的技术精神和本质特征。虽然以上已经描述了和DCF标准有关的竞争，但是本发明并不局限在那里，而且能够包括任何未来的可变的标准。所以，应该注意到上述的实施例仅仅是说明性的，它们并非为限制本发明而构建的。本发明的涵盖范围由附加的权利要求所定义，而不是由本发明的详细说明所定义。在此意义下，所有的改动、修正或者等效行为都解释为被本发明所涵盖。
权利要求
1.一种使用多信道的无线局域网发送方法，包括由试图发送数据给第一电台的第二电台产生第一通告业务指示信息，以及通过第一信道发送该通告业务指示信息，此通告业务指示信息含有发送数据用的第一信道的信道信息；如果第二电台在对第一信道进行信道预约竞争中失败，则第二电台产生第二通告业务指示信息，并通过第一信道发送此通告业务指示信息，此通告业务指示信息含有不同于第一信道的有关第二信道的信道信息；和如果第二电台接收到第一电台为响应第二电台所发的确认，则第二电台执行从第一信道到第二信道的切换，并通过第二信道发送数据。
2.如权利要求1的方法，其中第二电台的信道预约竞争是否失败，可取决于第二电台是否在接收到另一个试图通过第一信道发送数据的电台的确认之前，接收到来自第一电台为响应第一通告业务指示信息所发的确认。
3.如权利要求1的方法，其中由第二电台所产生的第一和第二通告业务指示信息的帧结构服从IEEE 802.11标准，并且信道信息储存在第一和第二通告业务指示信息的数据域中。
4.如权利要求1的方法进一步包括在接收到信标的时候，第二电台切换回第一信道的步骤。
5.如权利要求1的方法，其中第二电台在通告业务指示信息窗口内产生和发送第一和第二通告业务指示信息。
6.如权利要求1的方法，其中第二电台产生第一通告业务指示信息，并且在预先指定的时间之后发送第一通告业务指示信息。
7.如权利要求1的方法，进一步包括如下步骤如果第二电台在对第一信道的信道预约竞争中获胜，则第二电台由第一信道发送数据。
8.如权利要其中求7的方法，其中第二电台的信道预约竞争是否成功，可取决于第二电台是否在接收到另一个试图通过第一信道发送数据的电台的确认之前，接收到来自第一电台为响应第一通告业务指示信息所发的确认。
9.一种使用多信道的无线局域网的接收方法，包括第一电台接收通过第一信道传来的通告业务指示信息，此通告业务指示信息含有关于第二电台将要发送数据用的第二信道的信道信息；第一电台通过第一信道针对上述通告业务指示信息向第二电台发送确认；第一电台从第一信道切换到第二信道，并通过第二信道从第二电台接收数据；和第一电台通过第二信道为响应接收数据而向第二电台发送确认。
10.如权利要求9的方法，其中第一电台从接收到的通告业务指示信息的数据域获得了关于第二信道的信道信息。
11.如权利要求9的方法，进一步包括如下步骤第一电台在接收到信标时切换到第一信道。
12.如权利要求9的方法，其中仅当第一电台在通告业务指示信息窗口里接收到通告业务指示信息时，第一电台才向第二电台发送第一确认。
13.一种使用多信道的无线局域网发送方法，包括由试图发送数据给第一电台的第二电台产生第一通告业务指示信息，此通告业务指示信息含有关于第二电台发送数据用的第一信道的信道信息；如果第二电台没有接收到来自第三电台的第二通告业务指示信息，则第二电台通过第一信道向第一电台发送第一通告业务指示信息，上述第二通告业务指示信息包含了关于第三电台将要发送数据用的第一信道的信道信息；如果第二电台没有收到第二通告业务指示信息，则第二电台产生第三通告业务指示信息，并通过第一信道发送该第三通告业务指示信息，上述第三通告业务指示信息包含了关于第二电台将要发送数据用的第二信道的信道信息；和如果第二电台接收到了来自第一电台为响应第三通告业务指示信息而发的确认，则第二电台执行从第一信道到第二信道的信道切换，并通过第二信道发送数据。
全文摘要
本发明提供了一种使用多信道的无线局域网通信方法。当有数据要发送的时候，产生含有信道信息的ATIM，并在预定的一段时间之后通过主信道发送此ATIM。当电台在信道预约竞争中失败时，该电台产生并通过主信道发送另外ATIM，这个ATIM包含了将要用于数据发送的另外信道的信道信息。然后，这个电台根据信道信息切换到另外信道，通过这个信道发送数据，并在接收到下信标的时候将信道切换回主信道。
文档编号H04B7/26GK1574775SQ20041004784
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年5月30日
发明者金埈焕 申请人:三星电子株式会社