专利名称：用于减少功率消耗和降低成本的无线接入点方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及无线通信网络和设备，例如满足IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)和设备。
背景技术：
满足电气与电子工程师学会(IEEE)802.11标准的无线局域网(WLAN)的设备(例如802.11a、802.11b、双频带等设备)正在变得更加流行。这种基于IEEE 802.11的WLAN正在经历大规模的发展，而且在贯穿下一个十年的时期中还将继续使用。为802.11 WLAN提供连通性的位置通常是指“热点”，在该处利用接入点(AP)来提供与移动通信设备的无线连接。
在这些环境中，扩展服务集(ESS)网状组网可以向这些热点的进和出通信量提供需要的AP互连，并执行网状通信量中继。在这些环境中，太阳能和电池供电的无线AP也成为现实。因此，提供ESS网状网络和能够应用于电池供电的AP(例如那些基于太阳能操作的AP)中的802.11 WLAN的解决方案将会是有用的。
下面的出版物中提供了关于这些无线技术的一些附加的背景和讨论[1]T.Adachi and M.Nakagawa，“Capacity Analysis For AHybrid Indoor Mobile Communication System Using Cellular and Ad-hoc Modes，”The 11th IEEE International Symposium on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications(PIMRC’2000)，volume 2，pages 767-771，2000；[2]X.Wu，SH.G.Chan，and B.Mukherjee.Madf，“A Novel Approach To Add An Adhoc Overlay On A FixedCellular Infrastructure，”IEEE Wireless Communications andNetworking Conference(WCNC’2000)，volume 2，pages 549-554，2000；[3]C.Qiao and H.Wu.Icar，“An Integrated Cellular AndAdhoc Relay System，”Ninth International Conference onComputer Communications and Networks，pages 154-161，2000；[4]YD.Lin and YC.Hsu，“Multihop CellularA New ArchitectureFor Wireless Communications，”IEEE INFOCOM 2000，volume 3，pages 1273-1282，2000；[5]B.S.Manoj R.Ananthapadmanabha andC.S.R Murthy，“Multihop Cellular NetworksThe ArchitectureAnd Routing Protocols，”12th IEEE International Symposium onPersonal，Indoor and Mobile Radio Communications，volume 2，pages G78-G82，2001；[6]T.Rouse，I.Band，and S.McLaughlin，“Capacity And Power Investigation Of Opportunity DriverMultiple Access(ODMA)Networks In TDD-CDMA Based Systems，”IEEE International Conference on Communications，2002；[7]G.N.Aggelou and R.Tafazolli，“On The Relaying Capability OfNext Generation GSM Cellular Networks，”IEEE PersonalCommunications，pages 40-47，February 2001；[8]M.J.Miller，W.D.List，and N.H.Vaidya，“A Hybrid Network ImplementationTo Extend Infrastructure Reach，”Technical report，Universityof Illinois，January 2003；[9]R.S.Chang，W.Y.Chen，and Y.F.Wen，“Hybrid Wireless Network Protocols，”IEEE Transactionson Vehicular Technology，52(4)1099-1109，July 2003；[10]J.H.Yap，X.Yang，S.GhaheriNiri，and R.Tafazolli，“PositionAssisted Relaying And Handover In Hybrid Ad Hoc WCDMA CellularSystem，”13th IEEE International Symposium on Personal，Indoor，and Mobile Radio Communications(PIMRC’2002)，Lisbon，Portugal.，pages 2194-2198，September 2002；[11]YD.Lin，YCHsu，KW.Oyang，TC.Tsai，and DS.Yang.“Multihop Wireless IEEE802.11 LANsA Prototype Implementation，”IEEE InternationalConference on Communications(ICC’99)，volume 3，pages1568-1572，1999；and[12]IEEE Standards Department，IEEE DraftStandard Wireless LAN.IEEE Press，1996.
本领域的状况反映出大量的考虑将多跳中继包含进无线基础结构网络中。考虑了多种系统，这些系统通常在基于移动装置是否具有多个空中接口、是否存在多跳基础结构以及是否考虑了WLAN和/或蜂窝网上有所不同。主要参见文档[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]和[8]。文档[1]中定义的系统使用多跳网络以使只要是范围内的节点就能进行通信而不需使用蜂窝网基础结构。这点也是文档[9]中的主题，但为了维持简单性，在终端站之间可以使用最多两个特殊的跳。在文档[2]中的无线辅助数据转发(MADF)中，根据已有蜂窝网络使用的资源，可以分配特殊的转发信道。然后，这些信道用于对小区间的通信量进行中继。文档[3]中ICAR的方法与该方法相似，但是利用了特殊的预设多跳中继站，用于在小区之间传送通信量。多跳蜂窝系统使用与文档[4]和[5]中蜂窝网基站(BS)使用的空中接口相同的空中接口，将多跳中继合并到了蜂窝网络中。这个概念与文档[6]中提出的机会驱动多址接入(ODMA)系统和文档[7]中描述的系统相似。在文档[10]中，为具有双模工作站的WCDMA蜂窝网络提出了“位置辅助中继”机制。在该方案中，当工作站的蜂窝链路不能用时，邻近的工作站可以为另一个工作站中继传输。最后，在文档[8]中，呈现了一种使用基于移动工作站的多跳组网来达到范围扩展的设计。
所需要的是可以用于IEEE 802.11 WLAN的技术以使无线AP减少自身功率消耗和/或使用单一的射频接口执行多信道通信量中继。
发明内容
在本申请的一个示意性实施例中，无线接入点(AP)将无争用周期标识传递到在超帧的信标内的多个移动通信设备。无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过AP进行通信。在超帧的争用周期子帧内，通过AP中的无线收发机向和/或从移动设备传递信息。在超帧的功率保存子帧内，AP中的无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存模式至少是部分的无争用周期，在该部分的无争用周期内，移动通信设备必须禁止通过AP进行通信。在功率保存模式下，AP中的无线收发机和其它适合的子系统(例如关联的处理器)掉电或置于低功率状态。可选择地，或与置于功率保存模式下的无线收发机相结合，移动设备的信息在超帧中的中继子帧内(中继子帧至少为部分无争用周期，该部分无争用周期内移动通信设备禁止通过AP进行通信)可以向和/或从另一个AP传递。有利地，AP的功率消耗可以减少和/或可以利用AP中单一的射频接口来进行通信。
功率保存子帧和其它子帧的持续时间可以是固定的，或可变地调节以对提供的AP容量和功率节省进行折衷。AP中提供的容量可以是最小容量，通过该容量可以便于当前服务的移动设备的通信。
因此，在本申请的另一个示意性实施例中确定了或选定了通过无线AP提供的容量，该容量为多个移动通信设备的通信提供了便利。基于选定的容量，确定了AP的通信持续时间(例如争用周期和/或中继子帧的持续时间)和功率保存持续时间(例如功率保存子帧的持续时间)。通信持续时间与提供的容量具有预定的关系，例如当提供的容量增加时，通信持续时间增加。功率保存持续时间也与提供的容量具有预定的关系，例如当提供的容量增加时，功率保存持续时间减少。在多个超帧中每个超帧中的每一个通信子帧内，通过具有无线收发机的AP传递移动通信设备的信息，其中每个通信子帧具有通信持续时间。另一方面，在多个超帧中的每个超帧的每个功率保存子帧内，无线收发机被置于功率保存模式下，其中每个功率保存子帧具有功率保存持续时间。在一种方案中，选择提供的容量和确定子帧的持续时间的步骤先于AP的设置和操作而执行。在另一种方案中，AP中的一个或多个处理器的操作执行了选择容量和确定子帧持续时间这两个步骤之一或全部。在这个方案中，子帧的持续时间在AP的操作期间内是可变地调节的，以对实时容量需求和功率节省进行折衷。
图1是具有本发明的无线接入点(AP)的无线通信网络或基于802.11的无线局域网(WLAN)的自上而下结构的说明图；
图2是在图1中基于802.11的WLAN内操作的移动通信设备(例如移动站)的典型示意框图；图3是在图1中基于802.11的WLAN内操作的802.11无线AP的典型示意框图；图4是用于在图1中基于802.11的WLAN中进行通信的典型超帧的格式，其中超帧具有信标、功率保存子帧、中继子帧和争用周期子帧；以及图5是描述了图1和图3中的AP的操作方法的流程图。
具体实施例方式
在本申请中的一个示意性实施例中，通过无线接入点(AP)将无争用周期标识传递到每个信标内的多个移动通信设备。无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期内，移动通信设备禁止通过AP进行通信。在超帧中的争用周期子帧内，通过AP中的无线收发机向和/或从移动设备传递信息。在超帧中的功率保存子帧内，AP中的无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存模式至少是部分的无争用周期，在无争用周期内，移动通信设备禁止通过AP进行通信。在功率保存模式下，AP中的无线收发机和其它适合的子系统(例如关联的处理器)掉电或置于功率保存状态。可选择地，或与置于功率保存模式下的无线收发机相结合，用于移动设备的信息在超帧中的中继子帧内可以被传递到另一AP或从另一AP传递过来，中继子帧至少为部分无争用周期，且在部分无争用周期内移动设备必须禁止通过AP进行通信。有利地，AP的功率消耗可以减少和/或可以利用AP中单一的射频接口来进行通信。功率保存子帧和其它子帧的持续时间可以在操作期间是固定的，或可变地调节以对提供的AP容量和功率节省进行折衷。AP中提供的容量可以是最小容量，通过该容量可以便于当前被服务的移动设备的通信。因此，在本申请的另一个示意性实施例中确定或选定通过无线AP便于多个移动通信设备通信提供的容量。基于选定的容量，确定了AP的通信持续时间(例如争用周期和/或中继子帧的持续时间)和功率保存持续时间(例如功率保存子帧的持续时间)。通信持续时间与提供的容量具有预定的关系，例如当提供的容量增加时，通信持续时间增加。功率保存持续时间也与提供的容量具有预定的关系，例如当提供的容量增加时，功率保存持续时间减少。在多个超帧中每个超帧中的每一个通信子帧内，通过具有无线收发机的AP传递移动通信设备的信息，其中每个通信子帧具有通信持续时间。另一方面，在多个超帧中的每个超帧的每个功率保存子帧内，无线收发机被置于功率保存模式下，其中每个功率保存子帧具有功率保存持续时间。在一种方案中，选择提供的容量和确定子帧的持续时间的步骤先于AP的建立和操作而执行。在另一种方案中，AP中的一个或多个处理器的操作执行了选择容量和确定子帧持续时间这两个步骤之一或全部。在后者的方案中，子帧的持续时间在AP的操作期间可变地调节以对实时容量要求和功率节省进行折衷。
在过去的十年中，依照电气与电子工程师学会(IEEE)802.11标准的无线局域网(WLAN)得到了巨大的繁衍。随着IEEE 802.11连接性变得更加普遍，多跳通信将会更多地用于扩展范围和覆盖增强。在电池或太阳能供电的实施方式中，无线接入点(AP)中的功率节省是一个很重要的主题。
优选实施例中基于IEEE 802.11的无线AP旨在用于多跳电池和太阳能/电池供电的应用中。这些类型的无线AP具有多种实际应用并能廉价和快速地进行配置，以便向如校园、综合建筑以及其它快速配置环境中提供室外和室内覆盖增强。例如，在户外校园的方案中，正常情况下夜间承载的通信量将会很小，根据本申请的AP设计能够简化设计并减少这些情况下的操作成本。优选实施例中的无线AP对遗留的IEEE 802.11终端站和已有连线的接入点的较宽范围也是后向兼容的。这里对实现这种兼容性所利用的特殊技术进行描述。
如背景部分所示，所需的是能够用于IEEE 802.11 WLAN中的技术，以使无线AP能够显著地减少功率消耗(即实现改进的功率节省)和/或允许无线AP使用单一的射频接口执行多信道通信量中继。在本申请中，提供了在现有遗留的IEEE802.11终端站(STA)中实现这两个功能的机制。
特别地，这些目的可以通过在信标中广播无争用(CF)周期来实现，即使常规CF工作站不存在，无线AP也周期性地发送信标。由于广播的CF周期在终端站中设置了网络分配向量(NAV)，广播CF周期用于阻止遗留的终端站使用无线电信道。这种阻止允许无线AP在整个CF周期内或部分CF周期内进入功率保存模式和/或调谐其射频至不同的IEEE 802.11射频信道，以使用另一个AP执行通信量中继。
在信标中广播CF周期的初始目的(即IEEE 802.11所指示的目的)是阻止工作站在AP轮询相同信道中CF可查询工作站的期间接入信道。这种初始目的机制使工作站不能使用其正常的分布协调功能(DCF)机制尝试传输。本技术利用了这种阻止机制同时实现了无线AP的功率节省和使用单一的射频实施方式在不同信道上进行通信量中继。在后一情况下，本技术能够显著地提高接入网络的容量而不需承担无线AP的双频设计的成本。
因此，本技术可以在现有遗留的IEEE 802.11终端站中提供单一射频的、多信道的通信量中继。另外，AP可以使用单一信道、单一射频的实施方式来执行通信量中继。这将产生性能瓶颈且浪费大量的射频信道容量。使用多信道、多射频的AP实施方式执行通信量中继也是不理想的。那种方法导致了更昂贵的和更复杂的ESS网状AP设计。本技术的另一优点是可以减少功率消耗，并且可以用于减小基于电池和/或太阳能操作的AP的尺寸和成本。能够用于现有遗留的终端站中以实现上述优点的机制在当前是不存在的。
在图1中，所示通信系统100中的IEEE 802.11 WLAN提供了使用有线基础结构连接112的常规AP110，有线基础结构连接112连接到局域网(LAN)和因特网。本申请中的多个无线AP102(例如无线AP106)也被安装在通信系统100中。这些无线AP102用于提供覆盖扩展和/或在其各个无线覆盖区域内进行互连。虽然图中示出了四个无线AP102，然而网络中可以配置任意适合数目的无线AP。无线AP102适于执行双信道多跳中继，以及同时调节常规IEEE 802.11终端站或移动工作站(MS)104而不需对MS104作任何必需的协议修改。无线AP102还适于与常规的基于IEEE 802.11的有线AP110相关联。无线AP102可以使用受限的功率储备进行操作，正如电池和太阳能/电池供电的无线AP。
参考图2，将对与本发明的AP和无线AP102(图1和3)一同操作的典型移动工作站(MS)202(一种移动通信设备)进行描述。移动工作站202优选地是双向通信设备，至少具有语音和高级数据通信能力，包括与其它计算机系统通信的能力。根据移动工作站202提供的功能，它可以是指数据消息收发设备、双向寻呼机、具有数据消息收发能力的蜂窝电话、无线因特网设备、或数据通信设备(具有或不具有电话能力)。
如图2所示，移动工作站202适于无线地与AP190进行通信，AP190可以是本申请中的无线AP。移动工作站202利用通信子系统211来与AP190进行通信。取决于设备的种类，移动工作站202还可以适于无线地与其它系统(例如蜂窝电信系统)进行通信。具有这种配置的移动工作站202可以是指“双模”移动工作站。尽管移动工作站202可以具有实现这些目的的分离的和独立的子系统，这些其它方面不同的子系统中至少某些部分或部件尽可能的被共享。
通信子系统211包括接收机212、发送机214和相关联的部件，例如一个或多个(优选地是嵌入式的或内部的)天线元件216和218、本振(LO)213和例如基带与媒体访问控制(MAC)处理模块220的处理模块。对通信领域内的技术人员显而易见的是，通信子系统211的具体设计依赖于移动工作站202计划操作所处的网络。在本申请中，通信子系统211(包括与其有关的处理器/处理组件)根据IEEE 802.11的标准操作。
在必需的网络过程完成后，移动工作站202可以通过网络发送和接收通信信号。天线216通过网络接收到的信号被输入到接收机212，接收机212可以执行例如信号放大、下变频、滤波、信道选择等的普通接收机功能，并且如图2所示的模拟至数字(A/D)转换。对接收信号的A/D转换允许较复杂的通信功能，例如将在BB/MAC处理模块220中执行的解调和解码。以相似的方式，发送信号也经过处理，包括例如通过BB/MAC处理模块220进行调制和编码。这些处理过的信号输入到发送机214进行数字至模拟(D/A)的转换、上变频、滤波、放大和通过天线218经网络发送。BB/MAC处理模块220不仅处理通信信号，还可以为接收机和发送机提供控制信号。注意，接收机212和发送机214通过天线开关(未显示在图2中)可以共享一个或多个天线，而不是图示中具有的两个独立专用天线216和218。
由于移动工作站202是便携式电池供电设备，它还可以包括电池接口254，用于容纳一个或多个可充电电池256。这种电池256为移动工作站202中即使不是全部也是大部分电路提供电能，电池接口254为电池提供了机械和电气连接。电池接口254与向所有电路提供电力V+的稳压器(未显示在图2中)相连。
移动工作站202包括控制移动工作站202所有操作的微处理器238(一种处理器或控制器)。控制包括了本申请的通信格式和操作技术。通过通信子系统211执行至少包括数据和语音通信的通信功能。微处理器238也和附加设备子系统进行交互，附加设备子系统的例子有显示器222、快擦写存储器224、随机存取存储器(RAM)226、辅助输入/输出(I/O)子系统228、串行端口230、键盘232、扬声器234、麦克风236、短距离通信子系统240和通常指定的任意其它设备子系统242。图2中所示的一些子系统执行通信相关的功能，而其它子系统可以提供“驻留”或设备上功能。特别地，例如键盘232和显示器222的一些子系统既可以用于通信相关功能(例如键入文本消息通过通信网络进行发送)，又可以用于设备驻留功能(例如计算器或任务列表)。微处理器238使用的操作系统软件优选地存储在例如快擦写存储器224的持久存储器中，可选择地是只读存储器(ROM)或相似的存储元件(未显示)。本领域的技术人员可以理解，操作系统和特殊的设备应用程序或其部分可以暂时加载到例如RAM226的易失性存储器中。
微处理器238除了其操作系统功能外，优选地在移动工作站202上执行软件应用程序。控制基本设备操作的一组预定的应用程序至少包括数据和语音通信应用程序，该组应用程序在移动工作站202的制造过程中通常被安装到移动工作站202上。可能被加载到移动工作站202中的优选应用程序可以是个人信息管理器(PIM)应用程序，其具有组织和管理与用户有关的数据项的能力，例如但不限于电子邮件、日程事件、语音邮件、约会和任务项。自然地，移动工作站202和SIM卡256上有一个或多个存储器可用，便于存储PIM数据和其它信息。
PIM应用程序优选地具有通过无线网络发送和接收数据项的能力。在优选实施例中，通过网络，PIM数据项与存储在主计算机系统和/或与主计算机系统关联的无线设备用户的相关数据项被无缝地整合、同步和更新，从而在移动工作站202上创建关于这些数据项的镜像主计算机。在主计算机系统是无线设备用户的办公室计算机系统时，这一点特别有优势。附加的应用程序也可以通过网络、辅助I/O子系统228、串行端口230、短距离通信子系统240或任意其它适合的子系统242加载到移动工作站202中，并且被用户安装在RAM226或优选地是非易失存储器(未显示)中，以便微处理器238执行。这种应用程序安装的灵活性增加了移动工作站202的功能并且提供了增强的设备上(ondevice)功能、通信相关功能或两者都有。例如，使用移动工作站202，安全通信应用程序可以使电子商务功能和其它这样的金融交易得以执行。
在数据通信模式下，例如文本消息、电子邮件消息或网页下载的接收信号将被通信子系统211处理，并输入到微处理器238。微处理器238优选地进一步处理信号并输出到显示器222或可选择地输出到辅助I/O设备228。移动工作站202的用户还可以使用键盘232和显示器222以及可能的辅助I/O设备228来编写例如电子邮件消息的数据项。键盘232优选地是完整的字母数字键盘和/或电话型小键盘。这些编写的数据项可以通过通信子系统211在通信网络上发送。
对于语音通信，除了接收信号将被输出到扬声器234和发送信号通过麦克风236产生以外，移动工作站202的所有操作在本质上是相似的。可选的语音或音频I/O子系统(例如语音消息记录子系统)还可以在移动工作站202上实现。尽管语音或音频信号优选地主要通过扬声器234实现输出，像一些示例那样，也可以使用显示器222来提供呼叫方身份、语音呼叫的持续时间或其它语音呼叫相关信息的指示。
图2中的串行端口230通常实现在个人数字助理(PDA)型的通信设备中用于与用户的桌面计算机同步，串行端口230是期望的但可选的组件。串行端口230使用户能够通过外部设备或软件应用程序来设置首选项并向移动工作站202提供信息或下载软件而不是通过无线通信网络，扩展了移动工作站202的能力。例如，可选的下载路径可以用于通过直接、可靠和可信的连接将密钥加载到移动工作站202中，从而提供安全的设备通信。图2中的短距离通信子系统240是附加的可选组件，用于在移动工作站202和不同系统或设备之间提供通信，这些设备不需要是相似的设备。例如，子系统240可以包括红外设备和相关联的电路和组件，或是BluetoothTM通信模块以提供与相似的可用系统和设备的通信。BluetoothTM是Bluetooth SIG，Inc的注册商标。
现在参考图3，将对本申请的典型无线接入点(例如图1中的无线AP106)中的电子组件进行描述。本申请中的无线AP106包括一个或多个处理器302(例如包括微处理器)、用于为多个移动工作站传递信息的无线收发机304、与无线收发机304相连的天线314、电池或太阳能接口306、与电池或太阳能接口306相连的稳压器310和电池或太阳能电源308。通过电池/太阳能接口306从电池/太阳能电源308获得电能，稳压器310为无线AP106中的其它电子组件产生调节后的电压V+。无线AP106的外壳内可以承载和/或容纳即使不是全部也是大部分的无线AP106的组件(或许除了电池/太阳能电源308以外)。无线AP106除了提供本申请中的技术以外，按照IEEE标准操作。无线AP106还利用扩展服务集(ESS)网状组网技术进行操作。
由于具有电池/太阳能接口306，无线AP106实际上是便携的。无线AP106可以利用采用IEEE 802.11操作的ESS网状网络来配置，也适于电池和/或太阳能操作。当实际上是便携时，无线AP106可以被安置并建立于任意适合的区域或环境中，例如无线AP106可以建立在咖啡店、餐馆、旅馆、机场和公司办公室周围的区域内。在这些区域内，无线AP106提供的覆盖范围可以是指“热点”。通过射频(RF)通信链路，移动工作站在无线AP106内或穿过无线AP106以无线的方式进行通信。无线AP106可以与其它AP(例如图1中其它无线AP或有线AP)进行通信。有线AP使用传统的电缆(Telco)与因特网典型地有线连接，以提供较高带宽的数据通信。
优选地，无线AP106包括具有无线收发机304和天线314的单一射频接口。因此，在此将会进行描述的无线收发机304既用于与移动工作站通信，又用于与其它AP通信。可选择地，无线AP106可以包括无线收发机304和天线314，用于与移动工作站进行通信；以及一个或多个附加的无线收发机312和天线316(图中虚线所示)，用于与其它无线AP进行通信。在此也会描述无线收发机304和无线AP106中的其它组件(例如处理器302的至少一部分)可以在适合的时间周期内、在功率保存模式的操作下掉电。无线AP106具有上面描述的比较特殊的操作以及与下面图4至8的关系。
回到图1，尽管可以利用不同的技术和配置，现在讨论无线AP操作的具体示例。为了减少成本和功率消耗，每个无线AP102使用了优选实施例中的单一IEEE 802.11无线接口。然而，在被描述的其它实施例中可以使用两个或多个无线接口。
在本实施例中，无线AP102使用了时间协调的通信协议，这样AP102能够有效地中继通信量、获得良好的功率节省性能以及同时满足MS104的IEEE 802.11兼容性标准。每个无线AP102提供了HOME信道(或H信道)并在其覆盖范围内(图中的覆盖圆)作为那些MS104(例如MS108)的AP。例如，图1中标号为L的无线AP106使用频率为f3的H信道。此外，每个无线AP102具有RELAY信道(或R信道)，用于从其上层或向其上层AP110或无线AP102转发/下载通信量。在图1中，无线AP106的R信道使用频率f1。图1中所示的R和H信道中的每个频率都是不同的(f0、f1、f2、f3、和f4)，依赖于所遵守的站点设计和IEEE 802.11的版本的细节，这些频率可以或不可以实现。在这种情况下，受到公认的性能局限，信道可以被重用。
现在参考图4，参考超帧400的格式，将对本申请中的无线AP(例如图1和3中的无线AP106)的一般通信格式化进行讨论。显示在时间线下的无线AP传输活动表明了H信道上的活动，而显示在时间线上的活动表明了R信道上的活动。正如在常规IEEE 802.11中，无线AP建立具有持续时间tSF的超帧400，能够横跨多个信标间隔。超帧400中的基本的无线AP时间线揭示了三个主要的子帧功率保存子帧406、中继(R)子帧408和争用周期(CP)子帧410。功率保存子帧可以是指睡眠模式子帧或假寐子帧。在功率保存子帧406中，无线AP处于功率保存模式下，无线AP的射频和其它适合的子系统(例如相关的处理器)切换到较低功率保存状态。例如，无线AP中的无线收发机和/或一个或多个处理器/控制器可以完全掉电或大部分处于功率保存模式。在中继子帧408中，无线AP将其射频调谐到R信道，并从另一AP或向另一AP中继通信量。最后，存在DCF争用周期子帧，在该争用周期子帧期间，无线AP在H信道上具有它的射频动作。在该周期内，使用基于常规IEEE 802.11的DCF过程，通信量在无线AP和MS之间传送。注意，中继子帧408和功率保存子帧可以是AP中的部分无争用周期。此外，由于MS的信息既可以在中继子帧408内又可以在争用周期子帧410内传递，因此，这些子帧408和410可以是“通信子帧”。
正好在功率保存子帧406之前的超帧400内在H信道上也发送信标402。注意，信标可以横跨多个超帧。跟随着每个信标402，根据相关的IEEE 802.11标准，任意缓冲的广播或多播通信量在进入功率保存模式之前进行发送(例如在B/M数据分组404内)。在中继子帧408的末端，无线AP在H信道上传输CF-End数据分组来表示争用周期子帧410将要起始。在超帧格式随后的时间线中，为了清楚和简短的目的不会再显示这两个周期，但它们确实存在于优选实施例中。
当信标402在超帧400的起始段传输时，信标402广播无线AP为IEEE 802.11点协调器(PC)。它还指定了持续时间为tNB的无争用周期，即功率保存和中继子帧406和408的和。在IEEE 802.11标准中，这可以规定为CF参数集中CFPMaxDuration字段的持续时间值。该动作用于阻止所有的工作站在tnb的持续时间内访问H信道，因为MS将会设置该值为MS的网络分配向量(NAV)。一旦这个过程完成，无线AP可以自由地进入功率保存模式和/或切换到R信道，因为已经阻止了所有的MS使用H信道。注意，所有满足IEEE 802.11标准的MS都需要避免在这个时间周期内通过H信道进行通信。尽管适应性不要求MS或AP实现PCF的功能，但要求MS根据从信标帧中读取的参数值设置MS的NAV。该技术在这里可以是指“NAVblocking”。这种机制用于常规IEEE 802.11，以设置非-点协调器可轮询(non-PCpollable)工作站的NAV，这样非-点协调器可轮询(non-PCpollable)工作站不会在无争用周期内产生干扰。它还用于IEEE 802.11e标准，当操作受控的争用间隔时通过混合协调器来抑制工作站。
当MS在适应IEEE 802.11的AP的范围内时，MS使用常规的扫描来查找AP。有两种类型的常规扫描主动的和被动的。在主动扫描中，工作站在被扫描的信道上发送探测请求数据包，接收该数据包的AP将以探测响应来进行响应。在被动扫描中，MS在信道上进行监听，等待AP发送的信标数据包。优选地，本申请中的无线AP支持使用被动扫描。尽管可以使用主动扫描，但由于无线AP可能花费大量的时间来保存功率或在不同的信道上进行中继，因而主动扫描可能不总是可靠。尽管支持两种类型的扫描，IEEE 802.11标准目前还没有规范如何进行扫描的细节，该细节由厂家规范且根据具体的实施方式而变化。
图5是描述了根据本申请的主要方法的流程图，该方法操作无线接入点(例如图1和3中的AP106)以减少功率消耗和降低成本。该典型操作可以使用上文关于图4示出并描述的组帧结构或任意其它适合的组帧结构。要注意的是，在图5的示例中，无线AP配置为利用单一的无线收发机接口来运用功率保存技术(例如在功率保存子帧期间)和单一射频接口技术(例如在中继子帧期间与其它AP进行通信)。图5中的方法可以使用计算机指令在本申请中的AP内实施，计算机指令通过AP内一个或多个处理器得以执行。本申请的计算机程序产品包括具有计算机指令的计算机可读存储器，指令通过一个或多个处理器得以执行以执行上述方法。还要注意的是，移动设备可以使用自身的一个或多个处理器来实施关于图5所示与所述的方法有关的相应方法。
图5以框502作为起始，通过无线接入点确定或选定用于便利多个移动通信设备的通信的提供的或需要的容量(步骤504)。可以使用任意适合的技术来确定或选定提供的容量，且选定的容量可以基于一个或多个信息项，例如当前使用的移动设备的数目、使用的移动设备的典型或平均数目、在一周内的给定日期和/或一天中的给定时刻使用的移动设备的典型或平均数目、在移动时间周期内当前使用的移动设备的数据通信总量、使用的移动设备的数据通信的典型或平均总量、在一周内的给定日期和/或一天中的给定时刻使用的移动设备的数据通信的典型或平均总量等。接下来(图5中的步骤506)，基于选定的容量确定了无线接入点的通信持续时间(例如争用周期和/或中继子帧的持续时间)和功率保存持续时间(例如功率保存子帧的持续时间)。通信持续时间和功率保存持续时间可以是相互成反比例，这样可以在AP的提供的容量和功率节省上达到折衷。
通信持续时间基于提供的容量之间的预定关系而确定，其中，当提供的容量增加时，通信持续时间相应地增加(或当提供的容量减少时相应地减少)。例如，通信持续时间可以和提供的容量成正比例。功率保存持续时间也基于和提供的容量之间的预定关系而确定，其中当提供的容量增加时，功率保存持续时间相应地减少(或当提供的容量减少时功率保存持续时间相应地增加)。例如，功率保存持续时间可以和提供的容量成反比例。要注意的是，功率保存持续时间可以直接从提供的容量而得以确定，或间接地从通信持续时间得以确定。相似地，通信持续时间可以直接从提供的容量得以确定，或间接地从功率保存持续时间得以确定。
优选地，提供的容量与最小容量等于或稍微大于最小容量，以便于当前被服务的移动设备的通信。这种情况下，通信持续时间设置为对应最小持续时间，借此达到了最小容量要求。因此在给定的最小容量要求下，功率保存持续时间最大化或最适于优化功率节省。
回到图5，在超帧的信标内，无争用周期标识从无线接入点传递到移动设备(图5中的步骤508)。无争用周期标识为移动设备识别出了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动设备禁止通过无线接入点进行通信。无争用周期的持续时间基于功率保存子帧的持续时间、中继子帧的持续时间或两者都有。在IEEE 802.11标准中，这可以规定为信标的CF参数集中CFPMaxDuration字段的持续时间值。
接下来，无线接入点中的无线收发机(也可以是任意其它适合的组件)在功率保存子帧期间被置于功率保存模式(图5中的步骤510)。功率保存子帧至少是部分的无争用周期，在无争用周期的持续时间内，移动设备禁止通过无线接入点进行通信。接下来，无线收发机切换出功率保存模式并调谐到第一信道，在第一信道中，在中继子帧内通过无线收发机向和/或从至少一个其它的接入点传递信息(图5中的步骤512)。中继子帧也至少是部分的无争用周期，在该部分无争用周期的持续时间内，移动设备禁止通过无线接入点进行通信。接下来，无线收发机调谐到第二信道，这样在争用周期子帧内通过无线收发机向和/或从移动通信设备传递信息(图5中的步骤514)。通信处理从图5中的步骤508处再次开始重复以处理下一个超帧。
注意，可以在无线AP操作前选定和设置子帧的边界或持续时间。可选择地，子帧的边界或持续时间可以在无线AP的操作期间选定和设置并通过无线AP本身得以执行(例如在常规时间间隔通过无线AP内的一个或多个处理器执行)。如果在操作期间无线接入点检测到提供的容量需要改变(图5中步骤516)，那么通信的新提供的容量在步骤504处得以确定或选定，且通信的新的持续时间和功率保存的新的持续时间在步骤506处得以确定。此外，优选地，提供的容量与最小容量相等或稍微大于最小容量，以便于当前被服务的移动设备的通信。这种情况下，通信持续时间设置为对应最小持续时间，借此达到了最小容量要求。因此在给定的最小容量要求下，功率保存持续时间最大化或最适于优化功率节省。
如上所述，在图5的方法中，无线AP配置为既运用功率保存技术(例如利用功率保存子帧)又运用单一射频接口技术(例如利用中继子帧)。然而，无线AP可以配置为运用功率保存技术而不运用单一射频接口技术，其中一个无线收发机用于移动设备通信，另一个无线收发机用于AP通信。可选择地，无线AP可以配置为运用单一射频接口技术而不是必需地运用功率保存技术。作为选择，可以运用或设计其它变化。
回到图4，注意子帧的顺序有不同的选择。一种选择是将功率保存子帧设置为中继子帧之前，如图4所示。在这种方案中，争用周期子帧602可以设置为具有固定的持续时间，而功率保存子帧606和中继子帧608可以具有可变的且依赖于提供的容量的持续时间(例如当提供的容量增加时，功率保存子帧606的持续时间减少且中继子帧608的持续时间增加)。另一种选择是将这种顺序颠倒，将中继子帧设置为超帧中的功率保存子帧之前。在这种方案中，中继子帧可以设置为具有固定的持续时间，而功率保存子帧和争用周期子帧具有可变的且依赖于提供的容量的持续时间(例如当提供的容量增加时，功率保存子帧的持续时间减少且争用周期的持续时间增加)。其它的组帧结构是可能的。
如这里所述，一种本申请中用于减少无线接入点的功率消耗的示意性方法，包括的步骤有将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。一种本申请的计算机程序产品，包括具有计算机指令的计算机可读存储器，其中计算机指令通过一个或多个处理器来得以执行，以执行描述的方法。一种本申请的无线接入点，包括电子组件和适于连接电池或太阳能电源的电池或太阳能接口，用于向电子组件提供电能。电子组件包括至少一个无线收发机、与至少一个无线收发机相连的天线以及与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器。一个或多个处理器的操作导致了将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了多个无争用周期，在无争用周期内的持续时间，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。功率保存子帧和其它子帧的持续时间可以是固定的，或可变地调节以对实时容量要求和功率节省进行折衷。
一种操作具有单一射频接口的无线接入点的方法，包括的步骤有将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。一种本申请的计算机程序产品，包括具有计算机指令的计算机可读存储器，其中计算机指令通过一个或多个处理器来得以执行，以执行所述的方法。一种本申请的无线接入点，包括至少一个无线收发机、与至少一个无线收发机相连的天线以及与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器。一个或多个处理器的操作导致了将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了多个无争用周期，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。
另一种操作无线接入点的方法，包括的步骤有选择提供的容量，以便于多个移动通信设备通过无线接入点进行通信；基于选定的容量，确定无线接入点的通信子帧的持续时间和功率保存子帧的持续时间，其中当选定的容量增加时通信子帧的持续时间增加，并且当选定的容量增加时功率保存子帧的持续时间减少；在多个超帧的每个超帧中的每个通信子帧内，通过具有无线收发机的无线接入点，为移动通信设备传递信息；以及在多个超帧的每个超帧中的每个功率保存子帧内，将无线收发机置于功率保存模式下。一种本申请的计算机程序产品，包括具有计算机指令的计算机可读存储器，其中计算机指令通过一个或多个处理器来得以执行，以执行所述的方法。一种本申请的无线接入点，包括至少一个无线收发机、与至少一个无线收发机相连的天线以及与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器。选定提供的容量，以便于多个移动通信设备通过无线接入点进行通信，基于选定的容量，确定无线接入点的通信子帧的持续时间和功率保存子帧的持续时间。当选定的容量增加时通信子帧的持续时间增加，并且当选定的容量增加时功率保存子帧的持续时间减少。无线接入点中的一个或多个处理器的操作导致了在多个超帧的每个超帧中的每个通信子帧内，通过具有无线收发机的无线接入点，为移动通信设备传递信息。通信子帧可以是或包括中继子帧、争用周期子帧或两者都有。一个或多个处理器的操作还导致了在多个超帧的每个超帧中的每个功率保存子帧内，将无线收发机置于功率保存模式下。在一种方案中，选择容量和确定子帧的持续时间的步骤在无线接入点的建立和操作之前得以执行。在另一方案中，无线接入点中的一个或多个处理器的操作执行了选择容量和确定子帧持续时间这两个步骤之一或全部。在后者的方案中，功率保存子帧和其它子帧的持续时间可以是固定的，或可变地调节以对实时容量要求和功率节省进行折衷。
权利要求
1.一种减少无线接入点中的功率消耗的方法，方法包括步骤将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将无争用周期标识进行传递的动作包括在超帧的信标内发送无争用周期标识。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在超帧的中继子帧内，通过无线收发机向和/或从至少一个其它的接入点传递信息。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在超帧的中继子帧内，通过无线收发机向和/或从另一无线接入点传递无线通信设备的信息，中继子帧是部分的无争用周期。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括选择提供的容量，以便于移动通信设备通过无线接入点进行通信；以及基于选定的容量，确定功率保存子帧的功率保存模式持续时间，功率保存模式持续时间与选定的容量具有下述关系，当选定的容量增加时，功率保存模式减少。
6.根据权利要求1所述的方法，其中无线接入点根据基于802.11的标准操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在无线接入点操作期间，功率保存子帧具有可变的持续时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中无线接入点包括电池供电的无线接入点。
9.一种无线接入点，包括电子组件；适于连接电池或太阳能电源的电池或太阳能接口，用于向电子组件提供电能；电子组件包括至少一个无线收发机；与至少一个无线收发机相连的天线；与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器；一个或多个处理器操作用于将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。
10.根据权利要求9所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于通过在超帧的信标内发送无争用周期标识来传递无争用周期标识。
11.根据权利要求9所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于在超帧的中继子帧内，通过无线收发机向和/或从至少一个其它的接入点传递信息，中继子帧是部分的无争用周期。
12.根据权利要求9所述的无线接入点根据基于802.11的标准操作。
13.根据权利要求9所述的无线接入点，其中在无线接入点操作期间，功率保存子帧具有可变的持续时间。
14.根据权利要求9所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于选择提供的容量，以便于移动通信设备通过无线接入点进行通信；以及基于选定的容量，确定功率保存子帧的功率保存模式持续时间，功率保存模式持续时间与选定的容量具有下述关系，当选定的容量增加时，功率保存模式持续时间减少。
15.一种操作无线接入点的方法，包括步骤将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机将信息向和/或从移动通信设备传递；以及在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。
16.根据权利要求15所述的方法，其中将无争用周期标识进行传递的动作在超帧的信标内发送无争用周期标识。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括在超帧的功率保存子帧内，将无线收发机置于功率保存模式下，功率保存子至少为部分的无争用周期。
18.根据权利要求15所述的方法，其中无线接入点根据基于802.11的标准操作。
19.根据权利要求15所述的方法，其中在电池供电的无线接入点操作时，中继子帧具有可变的持续时间。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括选择提供的容量，以便于移动通信设备通过无线接入点进行通信；以及基于选定的容量，确定中继子帧的持续时间，持续时间与选定的容量成反比例。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，通过第一组频率执行向和/或从移动通信设备传递信息的过程，通过第二组频率执行向和/或从至少一个其它的接入点传递信息的过程。
22.一种无线接入点，包括至少一个无线收发机；与至少一个无线收发机相连的天线；与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器；一个或多个处理器操作用于将无争用周期标识传递到多个移动通信设备，无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期的持续时间内，移动通信设备禁止通过无线接入点进行通信；在超帧中的争用周期子帧内，通过无线接入点中的无线收发机向和/或从移动通信设备传递信息；以及在超帧的中继子帧内，通过无线收发机向和/或从至少一个其它的接入点传递信息，中继子帧至少为部分的无争用周期。
23.根据权利要求22所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于通过在超帧的信标内发送无争用周期标识来传递无争用周期标识。
24.根据权利要求22所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于在超帧中的功率保存子帧内将无线收发机置于功率保存模式，功率保存子帧至少是部分的无争用周期。
25.根据权利要求22所述的无线接入点根据基于802.11的标准操作。
26.根据权利要求22所述的无线接入点，其中在无线接入点的操作期间，中继子帧具有可变的持续时间。
27.根据权利要求22所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于选择提供的容量，以便于移动通信设备通过无线接入点进行通信；以及基于选定的容量确定中继子帧的持续时间，持续时间与选定的容量成反比例。
28.根据权利要求22所述的无线接入点，其中一个或多个处理器通过第一组频率执行向和/或从移动通信设备传递信息，通过第二组频率执行向和/或从至少一个其它的接入点传递信息。
29.根据权利要求22所述的无线接入点，其中具有单一射频接口，包括无线收发机。
30.一种操作无线接入点的方法，包括步骤选择提供的容量，用于多个移动通信设备通过无线接入点进行通信；基于选定的容量，确定无线接入点的通信持续时间和功率保存持续时间，选定的容量与通信和功率保存持续时间具有下述关系，当选定的容量增加时，通信持续时间增加且功率保存持续时间减少；在多个超帧中的每个超帧的每个通信子帧内，通过具有无线收发机的无线接入点为移动通信设备传递信息，每个通信子帧具有通信持续时间；以及在多个超帧中的每个超帧的每个功率保存子帧内，将无线收发机置于功率保存模式下，每个功率保存子帧具有功率保存持续时间。
31.根据权利要求30所述的方法，其中无线AP根据基于802.11的标准操作。
32.根据权利要求30所述的方法，其中每个通信子帧包括中继子帧，用于与至少一个其它接入点通信。
33.根据权利要求30所述的方法，其中每个通信子帧包括争用周期子帧，用于与移动通信设备通信。
34.根据权利要求30所述的方法，其中在无线接入点的操作之前，执行选择提供的容量和确定通信持续时间这两个过程中至少一个。
35.根据权利要求30所述的方法，其中在无线接入点的操作期间，通过无线接入点中的一个或多个处理器，执行选择提供的容量和确定通信持续时间这两个过程中至少一个。
36.一种无线接入点，包括电子组件；适于连接电池或太阳能电源的电池或太阳能接口，用于向电子组件提供电能；电子组件包括至少一个无线收发机；与至少一个无线收发机相连的天线；与至少一个无线收发机相连的一个或多个处理器；一个或多个处理器操作用于在多个超帧中的每个超帧的每个通信子帧内，通过无线收发机为多个移动通信设备传递信息，每个通信子帧具有基于提供的容量而确定的通信持续时间，便利于移动通信设备的通信，通信持续时间与提供的容量具有如下关系，当提供的容量增加时，通信持续时间增加；以及在多个超帧中的每个超帧的每个功率保存子帧内，将无线收发机置于功率保存模式下，每个功率保存子帧具有基于提供的容量而确定的功率保存持续时间，便利于移动通信设备的通信，功率保存持续时间与提供的容量具有如下关系，当提供的容量增加时，功率保存持续时间减少。
37.根据权利要求36所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于选择提供的容量，以便利于移动通信设备通过无线接入点进行通信；以及基于选定的容量，确定无线接入点的通信持续时间。
38.根据权利要求36所述的无线接入点，其中一个或多个处理器还操作用于选择提供的容量，以便利于移动通信设备通过无线接入点进行通信；基于选定的容量，确定无线接入点的通信持续时间和功率保存持续时间；以及在无线接入点的操作期间，继续重复选择和确定。
39.根据权利要求36所述的无线接入点，其中每个通信子帧包括中继子帧，用于与至少一个其它接入点通信。
40.根据权利要求36所述的无线接入点，其中通信子帧包括争用周期子帧，用于与移动通信设备通信。
全文摘要
在一种示意性方法中，无线接入点(AP)(例如电池供电的AP)在超帧的信标内将无争用周期标识传递到多个移动通信设备。无争用周期标识识别了无争用周期的持续时间，在无争用周期内，移动通信设备禁止通过AP进行通信。在每个超帧的每个争用周期子帧内，通过AP中的无线收发机向和/或从移动设备传递信息。在每个超帧的每个功率保存子帧内，AP中的无线收发机置于功率保存模式，其中功率保存子帧至少是部分的无争用周期。可选择地，或与置于功率保存模式下的无线收发机相结合，移动设备的信息在每个超帧中的每个中继子帧内可以向和/或从另一个AP传递，中继子帧至少为部分无争用周期。有利地，AP的功率消耗可以减少和/或可以利用AP中单一的射频接口来进行通信。功率保存子帧和其它子帧的持续时间可以是固定的，或可变地调节以对实时容量要求和功率节省进行折衷。
文档编号H04W74/02GK1934881SQ200580009272
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月25日
发明者特伦斯·D·托德, 维涛塔斯·罗伯特·凯齐思, 赵冬梅 申请人:捷讯研究有限公司, 麦克马斯特大学