本发明涉及用于无线通信的系统和方法，尤其涉及用于无线网络中上行链路传输的系统和方法。
背景技术：
目前，ieee802.11ah定义了针对低于1ghz的载波频率的局域网协议。ieee802.11ah的主要要求包括：更大的覆盖面(例如，半径达1km)、至少100kbps的物理(phy)层数据速率、最大20mbps的多个通信台合计数据速率、正交频分复用(ofdm)phy调制的使用以及支持用于室外应用的超过2007(通信台与接入点的)关联。
然而，随着覆盖范围和关联数目的增加，会有更大的机会出现藏节点问题。例如，即使两个通信台处于同一接入点的覆盖范围下，且这两个通信台都可以在接入点传输时正确接收，但由于这两个通信台之间相距较远，当其中一台通信台传输时，另一个通信台可能无法正确接收(到它的信号)。因此，正因为当两者中的一台通信台传输数据时，另一台通信台认为介质处于空闲状态，这两个通信台有可能同时传输上行链路数据。
为了避免发生这种冲突，ieee802.11定义了请求发送(rts)/允许发送(cts)过程。通信台首先广播rts报文，该rts报文指示通信台在指定的时长内将该报文发送给指定的接入点。在接收到rts报文之后，接入点还广播cts报文以确认通信台的报文传输。所有其他接收到rts或cts报文的通信台会知道在指示的时长结束之前不传输它们的报文。按照这个过程，可避免冲突。
技术实现要素：
根据本发明的实施例，无线网络中进行通信的方法包括网元传送包括第一短训练字段和第一长训练字段的短允许发送(cts)帧。此外，所述段cts帧包括第一信令字段，其中包括第一时长字段以及通信台的第一地址。
根据本发明的另一实施例，提供了一种网元传送指示无线介质空闲的第一非数据帧的方法，其中所述第一非数据帧包括第一短训练字段和第一长训练字段。此外，所述第一非数据帧包括第一信令字段，其中包括第一报文类型字段和指示多个目标通信台的地址的第一字段。
根据本发明的又一实施例，网元包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括传送包括短训练字段和长训练字段的短允许发送(cts)帧的指令。此外，所述短cts帧包括信令字段，其中包括时长字段和接入点的地址。
根据本发明的额外实施例，网元包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质。所述程序包括传送指示无线介质空闲的第一非数据帧的指令，其中所述第一非数据帧包括第一短训练字段和第一长训练字段。此外，所述第一非数据帧包括第一信令字段，其中包括第一报文类型字段和指示多个目标通信台的地址的第一字段。
上文相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，目的是让人能更好地理解下文对本发明的详细描述。下文中将描述本发明的实施例的额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
图1示出了两个通信台之间的上行链路冲突；
图2示出了rts报文和cts报文；
图3示出了用于无线网络中上行链路传输的实施例系统；
图4示出了实施例报文格式；
图5示出了由通信台进行的上行链路数据传输的实施例方法；
图6示出了由接入点进行的上行链路数据传输的实施例方法；
图7示出了选择部分bssid的实施例方法；
图8示出了用于无线网络中上行链路传输的实施例方法；
图9示出了用于无线网络中上行链路传输的另一实施例方法；
图10示出了用于无线网络中上行链路传输的又一实施例方法；
图11示出了用于无线网络中上行链路传输的额外实施例方法；以及
图12示出了根据实施例的图示一种可用于实施如本文所述的设备和方法的计算平台的方框图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
当两个通信台都位于单个接入点的范围之内，但是两个通信台不在彼此的范围之内时，会发生冲突。图1示出了由接入点覆盖的两个通信台之间的上行链路冲突110。通信台1和通信台2都位于单个接入点的范围之内，但是它们不在彼此的范围之内。因此，两个通信台有可能会同时将上行链路数据传输给接入点，因为各个通信台不知道另一通信台的存在。
图2示出了请求发送(rts)报文122和允许发送(cts)报文124，其可用于避免冲突。基于rts报文和cts报文的报文传输具有相对较大量的开销。rts报文122包含用于报文控制的两个八位字节、用于时长的两个八位字节、用于接收器地址的六个八位字节、用于发射器地址的六个八位字节以及用于帧效验序列(fcs)的四个八位字节。因此，rts报文122中总共有二十个八位字节。rts的介质接入控制(mac)帧头包含帧控制、时长、接收器地址以及发射器地址。类似地，cts报文包含用于帧控制的两个八位字节、用于时长的两个八位字节、用于接收器地址的六个八位字节以及用于fcs的四个八位字节，总共14个八位字节。cts报文124的mac帧头包括帧控制、时长以及接收器地址。cts报文122和rts报文124通常通过最低调制编码方案(mcs)级别传输，因为靠近请求通信台的其他通信台必须解码这些报文。通过最低mcs级别传输报文使得净荷大小变大。相比于数据报文，rts报文122和cts报文124的开销非常大，这样减少了整体效率。
图3示出了用于无线网络中上行链路传输的系统100，该系统包括第一通信台104、第二通信台106以及接入点102。第一通信台104和第二通信台106不能直接相互进行通信，因为它们相距太远。然而，第一通信台104和第二通信台106都可以与接入点102进行通信。第一通信台104和第二通信台106都传输短rts帧给接入点102。然后，如果存在可用的介质信道，接入点102用短cts帧来响应。接入点102每次只提供一个短cts帧到一个通信台，使得每次只有一个通信台向接入点102传输。
在上行链路传输中，在通信台有数据传输时，通信台最初传输短rts帧，其为指示通信台地址和接入点地址的非数据报文。在接入点接收短rts帧，以及接入点自由接收报文时，接入点传输短cts帧，其也为非数据报文，包括发送短rts帧的通信台的地址。图4示出了可用作短rts帧和短cts帧的报文130的示例。在示例中，报文130可仅由物理(phy)层前导组成。帧130包括短训练字段(stf)、长训练字段(ltf)以及信令字段(sig)。短训练字段和长训练字段组成物理层前导。短训练字段用于初始帧同步、粗略频率偏移补偿以及自动增益控制(agc)设置。另外，长训练字段用于精细频率偏移补偿和信道估计。
在帧130为短请求发送(rts)帧的示例中，信令字段包含36个信息比特。信令字段可包括报文类型字段、目标接入点地址、请求通信台地址、时长字段，和/或循环冗余校验(crc)。时长字段可等于或大于当前上行链路报文传输的预期时长。当前上行链路报文传输的时长可包括通信台的上行链路传输的时长和额外时隙。额外时隙可包括接入点的确认帧传输的时间、接入点的短cts帧的时间以及传输之间的时间间隙。在示例中，时长字段为当前上行链路报文传输的期望时长的大小的一个或多个最高有效位(msb)。另外，短rts帧的信令字段还可包括用于维特比解码的尾比特。在示例中，时长字段包括用于整个上行链路传输过程的估计时间。报文类型字段可包括该报文传送的特定消息，使得接入点可以理解签名字段。在示例中，报文类型字段指示该报文为短rts帧。报文类型字段可包含两个部分，其中第一部分为一个比特指示该签名字段用于正常用途或作为特殊报文类型，第二部分指示签名字段表示哪种特殊报文类型。第二部分可指示签名字段是用于短允许发送(cts)帧或短rts帧。在一项示例中，报文类型字段包含四个比特，其中一个比特指示其是否为特殊报文，剩下的三个比特指示八种不同类型的特殊报文。短rts帧可以在最低mcs级别中进行编码。
为了指示使用了短rts帧，信令字段可包含，例如，一个指示特殊签名类型的比特。例如，如果特殊签名类型包含1，则信令字段用于特殊用途，例如，作为短rts帧，以及如果特殊签名类型包含0，则信令字段提供信息用于解码该信令字段之后的净荷。在另一示例中，长度字段在签名字段中定义。长度字段为非零时指示(所携带的净荷是)一个具有该长度的正常报文，而长度字段的值为零时指示信令字段用于特殊用途，例如，作为短rts帧。在一项示例中，存在多个不同类型的特殊报文。例如，特殊签名字段可能用作短确认或信标报文。
类似地，短cts帧的信令字段包括报文类型字段、目标通信台的地址以及crc。在示例中，报文类型字段指示该报文传送的特定消息，使得接收器可以理解签名字段。例如，报文类型字段可指示该报文为短cts帧。目标通信台的地址可包括所有或部分关联标识(aid)。此外，短cts帧中的传输通信台的地址可与对应的短rts帧中的请求通信台的地址匹配。
短cts帧的信令字段还可包括关于当前上行链路报文传输的预期时长的信息，该信息可以是等于或大于当前上行链路报文传输的预期时长。当前上行链路报文传输的时长可包括通信台的上行链路数据报文传输时间和其他相关时间，例如，接入点的确认帧传输时间以及传输之间的时间间隙。在示例中，时长字段为当前上行链路报文传输的期望时长的大小的一个或多个最高有效位。在另一示例中，时长字段的取值是与之对应的短rts帧中的时长字段值减去传输一个短rts帧与传输一个短cts帧所需的时间的差值。该时长字段可包括完成整个上行链路传输过程的估计时间。另外，短cts帧的信令字段还可包括用于维特比解码的尾比特。在示例中，短cts帧在最低mcs级别中进行编码。在另一实施例中，签名字段还可包括关于当前传输接入点的标识的信息。
报文类型字段可指示短cts帧。例如，信令字段可包含一个指示特殊签名类型的比特。当特殊签名类型中的一个比特为1，可指示该信令字段用于特殊用途，例如，作为短cts帧，以及如果特殊签名类型中的一个比特为0，其指示信令字段提供信息用于解码该信令字段之后的净荷。另外，长度字段在签名字段中定义。长度字段为非零时指示(所携带的净荷是)一个具有该长度的正常报文，而长度字段的值为零时指示特殊签名字段。可存在多个不同特殊类型的报文。例如，特殊签名字段可能用作短确认或信标报文。在示例中，报文类型字段设置成一个指示短cts帧的唯一值。在另一示例中，报文类型字段指示接入点是否要传输自己的具有另一唯一id的报文。报文类型字段可设置成指示每个通信台可传输上行链路报文的又一唯一id。在示例中，短cts帧在最低mcs级别中进行编码。
图5示出了由通信台执行的上行链路传输的方法。最初，在步骤132，通信台向接入点传输短rts帧。然后，在步骤134，通信台试图接收短cts帧。该短rts帧用作传输请求报文，以及该短cts帧用作传输准许报文。如果通信台接收有效的短cts帧，该通信台在步骤136传输数据。在一项示例中，只有当短rts帧中的通信台地址匹配短cts帧的通信台地址时，短cts帧才是有效的。在另一示例中，只有当短cts帧的时长字段匹配短rts帧的时长字段时，短cts帧才是有效的。匹配不要求时长字段完全相同，因为传输一个短rts报文和传输一个短cts报文之间存在一个时间差值，因而在匹配时需要考虑到这点。或者，为了使短cts帧有效，短rts帧和短cts帧的时长和通信台地址必须匹配。然而，如果通信台没有接收短cts帧，该通信台传输另一短rts帧。
相反地，图6示出了由接入点执行的上行链路数据接收方法。最初，在步骤112，接入点接收来自通信台的短rts帧。然后，在步骤114，该接入点向请求通信台传输短cts帧。最后，在步骤116，接入点接收来自通信台的由短rts帧准许的数据。
传统的rts报文包括用于bssid的六个八位字节以识别接入点。然而，唯一地识别范围内的接入点可能不需要六个八位字节。可以根据部分bssid生成接入点地址以识别接入点。图7示出了设置部分bssid以识别接入点的方法。当接入点开启时，在步骤180，接入点扫描使用相同载波频率的其他附近接入点，以及监控这些其他接入点的部分bssid。然后，在步骤182，接入点设置其部分bssid，使得这些部分bssid不与其他附近接入点的bssid相冲突。其次，在步骤184，接入点广播其部分bssid。例如，可以在信标报文中周期性地广播该部分bssid。在步骤186，附近通信台监控附近接入点的bssid。在步骤188，如果通信台确定一个以上的接入点在使用相同的部分bssid，该通信台通知其中一个接入点。然后，在步骤182，该接入点设置其部分bssid为一个不同的部分bssid，该bssid不与附近接入点相冲突。
类似地，传统的rts报文或传统的cts报文的通信台地址是用六个八位字节(来表示的)。然而，唯一地识别通信台往往不要求六个八位字节。在示例中，根据部分aid生成通信台地址以识别范围内的通信台。在另一示例中，使用随机数字识别通信台。如果一个随机数字用于通信台地址，每次通信台传输短rts帧，则通信台地址可以不同，这可能导致接入点不能正确识别与短rts帧对应的通信台。然而，当接入点广播短cts帧时，接入点会使用相同的通信台地址以指示目标通信台标识。如果通信台未能接收短cts帧时，如果接收到的目标通信台地址与自己的通信台地址不同，或，可选地，如果接收到的时长信息与自己的时长字段不同，通信台使用不同的随机生成的地址重新传输短rts帧。
接入点可能使用短cts帧用于其他用途，例如，当接入点想要传输自己的下行链路报文，或防止通信台传输数据报文时。此外，接入点可能使用短cts帧以指示当前无线介质是空闲的因而每个关联的通信台可以尝试传输上行链路数据报文以防止通信台等待上行链路报文。针对这些额外用途，可以分配报文类型字段中的特定比特以指示这些用法，或专门用一个或多个特定的目标通信台地址来指示这些用途。
在实施例中，当通信台从休眠模式中唤醒到活动状态，以及通信台准备好传输上行链路数据时，通信台等待接收来自接入点的报文。报文可能为由接入点广播的用于指示介质是空闲的非数据报文、针对另一通信台的传输的确认报文、包括上行链路调度信息的接入点管理报文、带有关于报文时长的下行链路业务报文，该报文时长包括来自接收器的上行链路确认(帧)的传输时间，以及假设当前时间不早于上行链路确认传输的估计结束时间，或该报文时长包括其他时长。在示例中，接入点所发出的用于指示介质是空闲的广播报文是通过短cts帧来实现的。
图8示出了上行链路传输的方法，其中通信台等待由接入点广播到所有通信台的短cts帧。该方法包括来自通信台144的消息和来自接入点142的消息。最初，当通信台从休眠状态转为活动状态并有报文要在上行链路传输时，通信台一直等待，直到接入点广播短cts帧。通信台等待分布式协调功能(dcf)帧间间隔(difs)加随机退避时长，并且随后向接入点发送短rts帧。在接入点接收短rts帧之后，接入点等待最短帧间间隔(sifs)，并且随后向请求通信台发送短cts帧。在通信台接收短cts帧之后，通信台等待sifs，并且随后开始向接入点的数据报文传输。如果传输成功，通信台可接收来自接入点的确认报文。
类似地，图9示出了上行链路数据传输的方法，其中通信台等待来自接入点的信标信号。该方法包括来自通信台154的消息和来自接入点152的消息。最初，当通信台从休眠状态转为活动状态并有报文要在上行链路传输时，通信台一直等待，直到接入点广播信标报文。一旦接收到信标报文，通信台等待difs加随机退避时长，并且随后向接入点发送短rts帧。在接入点接收短rts帧之后，接入点等待sifs，并且随后只向请求通信台发送短cts帧。然后，在通信台接收短cts帧之后，通信台等待sifs，并且随后开始向接入点的数据报文传输。如果传输成功，通信台可接收来自接入点的确认报文。
图10示出了上行链路传输的方法，其中通信台等待从接入点到另一通信台的确认消息。该方法包括来自请求通信台166的消息，来自已经发送过的通信台164的消息以及来自接入点162的消息。最初，当请求通信台从休眠状态转为活动状态并有报文要在上行链路传输时，该已经发送通信台向接入点传输数据报文。在数据报文的传输结束之后，接入点等待sifs，并广播确认报文。此外，当请求通信台接收到确认报文，通信台等待difs加随机退避时长，并向接入点传输短rts帧。然后，当接入点接收到短rts帧时，接入点等待sifs，并向请求通信台传输短cts帧。其次，当请求通信台接收到短cts帧时，请求通信台等待sifs，并且随后向接入点传输数据报文。如果传输成功，接入点可广播确认报文。
图11示出了上行链路数据传输的方法，其中请求通信台等待来自发送通信台的确认消息。该方法包括来自接入点172的消息、来自已经发送通信台174的消息以及来自请求通信台176的消息。最初，请求通信台从休眠状态转为警戒状态，并有要传输的报文。同时，接入点向已经接收通信台传输数据。在传输结束后，接收通信台等待sifs并广播确认消息。在接收到确认消息之后，请求通信台等待difs加随机退避时长，并向接入点发送短rts帧。一旦接收到短rts，接入点等待sifs并向请求通信台发送短cts帧。请求通信台等待sifs，并开始向接入点传输数据。如果传输成功，接入点可广播确认报文。
通信台可，例如，接收包括上行链路调度信息的管理报文，以及当前时间为指定给通信台传输的时间。此外，接入点通过指示当前无线介质是空闲的且通信台允许传输上行链路数据报文来改变那些允许在上行链路做多个报文的连续传输的用户组。
图12是处理系统270的方框图，可以用来实现下文公开的设备和方法。特定设备可以利用所示的所有组件，或仅组件的子集，而集成水平随设备的不同而不同。而且，设备可包含组件的多个实例，如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理系统可包括配备一个或多个输入设备(如麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘等)的处理单元。此外，处理系统270可配备一个或多个输出设备，例如，扬声器、打印机、显示器等。处理单元可以包括中央处理器(cpu)274、存储器276、大容量存储器设备278、视频适配器280以及连接至总线的i/o接口288。
所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线以及视频总线等等。cpu274可包括任意类型的电子数据处理器。存储器276可包括任何类型的系统存储器，比如静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、同步dram(sdram)、只读存储器(rom)或其组合等等。在实施例中，存储器可包括在开机时使用的rom以及执行程序时使用的程序和数据存储器的dram。
大容量存储器设备278可以包括任任意类型的存储器设备，其用于存储数据、程序和其他信息，并使这些数据、程序和其他信息通过总线访问。大容量存储器设备278可以包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
视频适配器280和i/o接口288提供接口以耦合外部输入输出设备至处理单元。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器的显示器和耦合至i/o接口的鼠标/键盘/打印机。其它设备可以耦合到处理单元，可以利用附加的或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。
处理单元还可包括一个或多个网络接口284，其可包括以太网电缆等有线链路和/或接入节点或不同网络的无线链路。网络接口284允许处理单元通过网络与远程单元通信。例如，所述网络接口可通过一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元耦合到局域网或广域网用于数据处理并与远程设备(比如，其他处理单元、互联网、远程存储设施等等)进行通信。
实施例的优点包括通信台可以不需要在传输数据之前等待信标报文。另一实施例的优点包括在短rts帧和短cts帧中使用较少的比特。实施例可以避免隐藏节点问题。在实施例中，减少了报文传输开销。此外，在实施例中，附近接入点可以避免使用相同的部分bssid并可以利用部分bssid减少开销。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、装置或中间部件间接地耦接或通信。其他变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。