用于通信的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于通信的装置和方法，以及计算机程序产品。

背景技术：

基于ieee802.11的无线局域网(wirelesslocalareanetwork，wlan)已经以前所未有的速度流行起来。除了pc和笔记本电脑设备的传统互联网连接之外，大多数wlan网络设备都是诸如智能手机等的移动设备。在不久的将来，由于新兴的物联网(internetofthings，iot)设备市场，wlan设备的数量将显著增加。然而，大多数ieee802.11省电机制都没有针对电池有限的小型设备(例如，iot、移动设备等)进行优化，并且限制了功耗要求。

如图1a和图1b所示，通信系统100采用唤醒无线电(wake-upradio，wur)概念以降低移动设备的功耗。该通信系统100包括接入点(accesspoint，ap)102和移动设备104。该移动设备104包括主无线电105和低功耗接收器(示为wur107)。根据wur概念，该主无线电105用于进行包括发送和接收的数据交换，并且能够基于来自该wur107的触发在“开启”状态和“关闭”状态之间切换。该wur107用于唤醒该主无线电105，但不用于进行数据交换。在图1a中，在该ap102和该移动设备104之间没有数据交换。该主无线电105“关闭”，该wur107“开启”。在图1b中，在该ap102和该移动设备104之间有要交换的数据。唤醒信号从该ap102发送到该移动设备104。在接收到该唤醒信号时，该wur107触发该主无线电105。该主无线电105变为“开启”，并准备好进行数据交换。相应地，该wur107变为“关闭”。由于该wur107的开启/关闭占空比，额外的更低的功耗得以实现。

在现有技术中，唤醒信号可以在802.11传统前导码或清除发送(cleartosend，cts)帧之后。唤醒信号可以使用802.11csma/ca接入方案进行发送。图2示出了该802.11传统前导码之后的唤醒信号。该唤醒信号(在图2中被示为唤醒帧)包括前导码、报头、主体以及帧校验序列(framechecksequence，fcs)。该传统前导码是现有技术中根据802.11协议的前导码，并且包括非高吞吐量(highthroughput，ht)短训练字段(shorttrainingfield，l-stf)、非ht长训练字段(longtrainingfield，l-ltf)和非ht信号字段(signalfield，l-sig)。该传统前导码是在仲裁帧间间隔(arbitrationinterframespace，aifs)和退避(backoff)过程之后使用二进制指数退避(binaryexponentialbackoff，beb)算法发送的。图3示出了cts帧(在图2中被示为ctsmac字段)和可能的短帧间间隔(shortinterframespace，sifs)之后的唤醒信号。

在现有技术中，在唤醒信号的多次发送之间或者在来自不同的移动设备的唤醒信号和wlan信号的发送之间可能发生冲突。与该冲突有关的所有移动设备可能必须执行重传。因此，当发生冲突时，通信效率降低，并且通信延迟增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于通信的装置和方法，特别是用于wi-fi通信的装置和方法，以提高通信效率和/或减少通信延迟。

本发明的上述目的通过独立权利要求中所提供的解决方案来实现。此外，在从属权利要求中定义了实现方式。因此，由于冲突的可能性更低，通信效率提高，并且通信延迟减少。

本发明的第一方面提供了一种通信设备，包括：

处理器，用于在一个时间段内执行传输介质是否可用于通信的确定；以及

发送器，用于如果该传输介质可用，在该传输介质上发送信号，例如，唤醒信号。

该通信设备可以特别地用于wi-fi通信。该通信设备可以是诸如接入点(accesspoint，ap)或终端的任何wlan设备。术语“介质”可以指可以被配置或调度以用于通信的信道或任何通信资源。术语“可用”是该传输介质的状态，并且可以指该传输介质上没有冲突、业务或传输的情况。

与现有技术相比，配置了一个时间段，使得该通信设备可以确定传输介质的状态(例如，是否可用)，并进一步基于所确定的该传输介质的状态在该传输介质上发送唤醒信号。因此，可以避免发送该唤醒信号期间的可能的冲突，而不增加该通信设备由于冲突而必须执行的可能的重传。此外，该唤醒信号可以可靠地传送给接收设备。这也可以使在该通信设备休眠时的低效传输和传输延迟最小化。

在根据第一方面的通信设备的第一种实现方式中，该通信设备还包括：

检测器，用于检测在该时间段内该传输介质是否可用于通信；

并且，其中该确定是基于该检测器的该传输介质是否可用的结果的。

该通信设备执行的检测可以为该通信设备的确定提供及时且准确的基础。如果有从其他设备发送的任何信号，则可以通过侦听该传输介质来执行该检测。该检测也可以包括发送测试信号，以及确定该测试信号是否与来自另一设备的信号冲突。该通信设备不必与另一个设备进行通信来执行该确定，由此在发送该唤醒信号之前减少了必要的开销。也减少了在该确定的基础上由于与另一个设备的可能的通信而导致的该确定的任何延迟。

在根据第一方面的通信设备的第二种实现方式中，该通信设备还包括：

接收器，用于接收来自另一个设备的通知，其中该通知可以包括关于该传输介质是否可用的信息或某个资源分配的信息，特别是对于网络的其他设备而言。

该传输介质是否可用的确定是基于该接收器的该通知的。

该通信设备可以接收信息，并且相应地执行该确定。因此，不需要该通信执行检测。降低了该通信设备中的处理复杂度。

在根据第一方面以及第一方面的任何前述实现方式的通信设备的第三种实现方式中，该处理器还用于：如果该传输介质不可用，将该通信设备切换到空闲模式。

该通信设备返回到该空闲模式，相应地，在该传输介质上的计划的该唤醒信号的发送被中止。由此，避免了在该传输介质上的该通信设备的传输与其他传输(来自其他设备)之间的有利冲突。此外，可以降低该通信设备的功耗，因为在空闲模式下可以停用该通信设备的功耗部件。

在根据第一方面以及第一方面的任何前述实现方式的通信设备的第四种实现方式中，该发送器还用于发送前导码。该时间段在该前导码被该发送器发送之后开始。

该时间段是在发送前导码之后配置的。该时间段可以在该前导码完全发送后直接开始。这有利于该通信设备及时且准确地确定该传输介质的状态。在通信使用802.11标准的场景中，该前导码可以包含通知其他设备整个发送(包括该前导码和任何发送的数据)的持续时间是多少的字段。这种信息被用来避免其他设备在该传输介质上进行发送。在发送该前导码之后配置的该时间段可以给该通信设备足够的时间来执行该确定，同时其他设备在该时间段内不能在该传输介质上触发新的传输。

在根据第一方面以及第一方面的任何前述实现方式的通信设备的第五种实现方式中，该时间段的长度是在该通信设备中预定义的，或者是由该处理器决定的。

该时间段使用特定的长度定义。该时间段的该长度的区域可以从12到25微秒。该通信设备可以获得该时间段的预定义长度。例如，该通信设备从存储器读取该时间段的该长度或者从其他设备接收该时间段。该通信设备的内部处理过程比较简单。可替代地，该通信设备可以自己决定该时间段的长度。这样，该通信设备可以根据实际需要决定何时以及如何确定该时间段的该长度。

在根据第一方面以及第一方面的任何前述实现方式的通信设备的第六种实现方式中，该时间段的该长度是由该处理器基于发送-接收切换时间、用于该检测器执行该检测的时间、和/或接收-发送切换时间决定的。该发送-接收切换时间(即发送-接收转换时间)可以指从发送模式(发送)到接收模式(接收)的切换的折返时间(turn-roundtime)。该接收-发送切换时间(即接收-发送转换时间)可以指从接收状态到发送状态的切换的折返时间。

在决定该时间段的该长度时，该通信设备考虑诸如发送-接收切换时间、用于该检测器执行该检测的时间、以及接收-发送切换时间等若干个实际参数。这样，该通信设备可以根据实际需要动态决定该时间段的该长度。例如，用于该检测器执行该检测的时间的长度可以基于唤醒某个设备的预定义的紧急程度。如果执行该检测的时间很短，则发送唤醒信号的可能性更高，因为检测该传输介质被另一个设备占用的时间更短。因此，可以预期地降低冲突的可能性，同时很有可能可以唤醒设备。

在根据第一方面的第六种或第七种实现方式的通信设备的第七种实现方式中，该处理器还用于随机选择包含在该时间段内的时隙的个数。该时间段的该长度是由该处理器基于所选择的时隙的个数决定的。

通过随机选择用于一个时间段的时隙的个数，该通信设备增加了其检测与另一个设备的冲突的能力，因为若干个设备的时间段同时开始和结束的可能性(这意味着这些设备不能检测彼此的任何冲突)降低。

在根据第一方面以及第一方面的任何前述实现方式的通信设备的第八种实现方式中，该通信设备为接入点(accesspoint，ap)。

例如，该ap可以是wi-fiap，其是能够提供wi-fi接入的接入点，例如，家庭网关。该ap可以是能够支持其他设备的wi-fi接入的软ap，例如，配置有提供wi-fi接入的软件功能的智能手机。该ap可以是使用自组织协议连接到其他设备的wlan设备，例如，两台互相通信的笔记本电脑。

本发明的第二方面提供了一种通信方法，包括：

通信设备在一个时间段内执行传输介质是否可用于通信的确定；以及

如果该传输介质可用，该通信设备在该传输介质上发送唤醒信号。

与现有技术相比，配置了一个时间段，使得该通信设备可以确定传输介质的状态(例如，是否可用)，并进一步基于所确定的该传输介质的状态在该传输介质上发送唤醒信号。因此，可以避免发送该唤醒信号期间的可能的冲突，而不增加该通信设备由于冲突而必须执行的可能的重传。这也使在该通信设备休眠时的低效传输和传输延迟最小化。

在根据第二方面的基站的第一种实现方式中，该方法还包括：

该通信设备检测在该时间段内该传输介质是否可用于通信；

并且，其中该确定是基于检测结果的。

该通信设备执行的检测可以为该通信设备的确定提供及时且准确的基础。该通信设备不必与另一个设备进行通信来执行该确定，由此在发送该唤醒信号之前减少了必要的开销。也减少了在该确定的基础上由于与另一个设备的可能的通信而导致的该确定的任何延迟。

在根据第二方面的第一种实现方式的基站的第二种实现方式中，该方法还包括：

如果该传输介质不可用，则在传输过程中将该通信设备切换到空闲模式。

处于发送模式并准备好进一步发送的该通信设备返回到该空闲模式，以避免该通信设备的发送与该传输介质上的其他发送之间的冲突。

在根据第二方面的任何前述实现方式和根据第二方面的基站的第三种实现方式中，该方法还包括：

该通信设备发送前导码；

并且，其中该时间段在该前导码被发送之后开始。

该时间段是在发送前导码之后配置的。这有利于该通信设备及时且准确地确定该传输介质的状态。在通信使用802.11标准的场景中，该前导码包含通知其他设备整个发送(包括前导码和任何发送的数据)的持续时间是多少的字段。这种信息被用来避免其他设备在该传输介质上进行发送。在发送该前导码之后配置的该时间段给了该通信设备足够的时间来执行该确定，同时其他设备在该时间段内不能在该传输介质上触发新的传输。

在根据第二方面的任何前述实现方式和根据第二方面的基站的第四种实现方式中，该方法还包括：

该通信设备获得该时间段的预定义长度，或者

该通信设备决定该时间段的长度。

该时间段使用特定的长度定义。该通信设备可以获得该时间段的预定义长度。例如，该通信设备从其存储器或者其他设备读取该时间段的该长度。该通信设备的内部处理过程比较简单。可替代地，该通信设备可以自己决定该时间段的长度。这样，该通信设备可以根据实际需要决定何时以及如何确定该时间段的该长度。

本发明的第三方面提供了一种计算机程序，包括当其在计算机上运行时，用于执行根据本发明的第二方面的方法的程序代码。

附图说明

在以下具体实施例的描述中，将联系附图对本发明的上述方面以及实施方式进行阐述，其中：

图1a和图1b示出了采用wur概念的通信系统。

图2示出了传统前导码之后的唤醒信号。

图3示出了cts帧之后的唤醒信号。

图4示出了根据本发明一实施例的通信设备的框图。

图5和图6示出了根据本发明一实施例的通信设备的可替代处理方法的框图。

图7示出了根据本发明一实施例的传统前导码和唤醒信号之间的时间段。

图8示出了根据本发明另一实施例的cts帧和唤醒信号之间的时间段。

图9示出了根据本发明一实施例的时间段的结构。

图10示出了根据本发明另一实施例的时间段的结构。

图11和图12示出了根据本发明一实施例的其中检测到并避免了冲突的两种可替代场景的示例。

具体实施方式

图4示出了根据本发明一实施例的通信设备400。该通信设备400可以是例如用于wi-fi通信的接入点(accesspoint，ap)。例如，该通信设备400是诸如家庭网关的wi-fiap。该通信设备可以是集成有提供wi-fi接入功能的设备，即特别是由移动通信设备所包括的软ap。该通信设备可以是能够与其他设备(例如，另一个wlanibss设备)一起以独立基本服务集(independentbasicserviceset，ibss)模式工作的wlan设备。在一个示例中，该通信设备400是使用自组织协议与另一个笔记本电脑通信的笔记本电脑。

该通信设备400可以基于802.11协议与其他设备(例如，电池有限的小型设备)通信。该通信可以是数据或信号的任何传输。例如，该通信设备400可以被用作图1a和图1b中所示的ap102，并且将唤醒信号(也就是唤醒分组或唤醒帧)和随后的数据发送给该移动设备104。

在本发明的一个实施例中，该通信设备400能够在该时间段内对该传输介质进行分析或处理，以检查其是否可用，并决定应该继续还是中止信号传输。例如，如图4所示，该通信设备400可以包括处理器401。该处理器401可以用于在一个时间段内执行传输介质是否可用于通信的确定。此外或可替代地，该处理器401还可以用于：如果该传输介质不可用，将该通信设备400切换到空闲模式。

该通信设备400也可以包括发送器403。该发送器403用于：如果该处理器401确定该传输介质可用，在该传输介质上发送信号，例如，唤醒信号。

如图4所示，该通信设备还可以包括检测器405和/或接收器407。该通信设备400还可以包括存储器409，其提供对该通信设备400中的一个或多个元件的访问。可选地，数据总线(未在图4中示出)可以连接该通信设备400中的所有元件，包括该处理器401、该发送器403、该检测器405、该接收器407和该存储器409。

根据本发明的一个实施例，该检测器405用于检测在该时间段内该传输介质是否可用于通信。该处理器401可以基于该检测器405的输出执行该确定。该检测器405的输出向该处理器401指示在该时间段内该传输介质是否可用于通信。只要能被该处理器401实现，该检测器405的输出不限于单一格式。

如图5所示，在根据本发明一实施例的通信设备400的处理方法中，该检测器405在步骤501中执行介质状态检测，例如，空闲信道评估(clearchannelassessment，cca)检测。基于该介质状态检测的输出，该处理器401可以在步骤503中确定在该时间段内该传输介质是(否)可用于通信。该cca检测是本发明实施例中的一个示例。在本发明实施例中，任何导致检查该介质状态(例如，检查该传输介质是否可用)的输出的检测，都可以替代或补充该cca检测。

如果在该时间段内该传输介质不可用，例如，被其他传输占用，则该处理器401执行步骤505a，该通信设备400返回到空闲模式。尽管该通信设备400仍然处于传输模式并且准备好执行预期的传输，但是该传输将被停止，并且该通信设备400处于该空闲模式而不是传输模式。该发送器403不在该传输介质上执行任何发送，从而可以避免由该通信设备400发起的传输和由另一个设备发起的传输之间的可能的冲突。

可替代地，如果在该时间段内该传输介质可用，例如，其没有被其他传输占用，则该处理器401执行步骤505b，该发送器403发送唤醒信号。该唤醒信号是该传输介质上唯一的传输。在该通信设备400发送完该唤醒信号之前，没有其他设备在该传输介质上启动新的传输。因此，由于该唤醒信号的发送而导致冲突的可能性降低。

根据本发明的一个实施例，该通信设备400中的该接收器407用于接收来自其他设备的信息。该信息指示在该时间段内该传输介质是否可用于通信。该处理器401可以基于该信息(例如，在图6中被示为指示符)执行该确定，而不必如图中5所示自己对该传输介质执行检测。图6中的步骤503、503a和503b与图5中的步骤503、503a和503b相同或相似。

根据本发明的一个实施例，在检查该介质状态之前，在步骤500中，该发送器403可以发送前导码，例如，802.11传统前导码和/或cts帧。唤醒信号预期在该前导码之后发送。换言之，该唤醒信号的发送可以从唤醒信号前导码(例如，图7中所示的802.11传统前导码或图8中所示的cts帧)的发送开始。需要说明的是，术语“传统”是用来命名前导码的，不能被视为前导码的技术限制。本发明实施例中的该传统前导码可以是与现有技术中使用的前导码相同或相似的前导码。例如，802.11传统前导码可以是802.11协议中的前导码，其与图2中所示的前导码相同或相似。

如图7所示，该唤醒信号的发送是由该处理器401基于cca检测的结果确定的。假设该cca检测的输出“0”指示该传输介质上已经有传输，则该处理器401阻止该发送器403执行计划的该唤醒信号的发送。该唤醒信号的发送可以延迟，特别是直到该处理器401，例如通过采用另外的计时器周期分析该传输介质的状态，已经确定该传输介质可用于来自该通信设备400的新的传输。此外或可替代地，该cca检测的输出“1”指示该传输介质可用。该处理器401控制该发送器403执行计划的该唤醒信号的发送。

如图7所示，该时间段(也称为静默周期，因为该通信设备400在此周期内保持沉默)在802.11传统前导码之后开始，特别是在该前导码之后直接开始。该时间段持续一段时间，这被称作该时间段的长度。输出“0”可以阻止该检测器405在该时间段内执行进一步的介质状态检测。例如，该处理器401可以从该时间段开始时执行该cca检测，并连续执行该cca检测，直到在该时间段内的某个时间点获得输出“0”或者在整个时间段内没有获得输出。然后，该处理器401可以在该时间段结束之前控制该通信设备400，以便将该通信设备返回到该空闲模式。可替代地，如果在该时间段结束时获得输出“1”，则该检测器405不执行进一步的cca检测。例如，该检测器401可以在整个时间段内连续执行该cca检测。如果在该时间段结束时该传输介质依然可用，则该处理器401可以立即控制该发送器403发送该唤醒信号。如图7中所示的持续时间指示不允许其他设备在该传输介质上触发新的传输的时长。与该持续时间相比，该时间段持续时间越短，发送该唤醒信号的可能性越高。

与图7类似，图8示出了对唤醒信号发送的不同确定。图7和图8中描述的实施例的区别在于，图8中的实施例中的该时间段在cts帧的发送之后直接开始。该cts帧可以包括填充有其发送节点的地址(即根据本发明实施例的通信设备400的地址)的ctsmac字段。格式802.11a/b/g/n/ac被示为该cts帧的示例。可以在该cts帧之前发送诸如前导码的信息。这与图3相同或相似。

该时间段的长度可以在该通信设备400中预定义或者由该处理器401决定。如图7和图8所示，该时间段在该唤醒帧与传统前导码发送或cts发送之间。该时间段使得该发送器403能够执行cca过程(例如，该cca检测)，并且使得该处理器401能够确定该传输介质是否确实可用。

根据本发明的一个实施例，(计划的)该唤醒信号的发送之前的时间段的长度可以基于以下得出：

该通信设备的能力，特别是：

——发送(例如，发送前导码或cts)到接收(例如，执行介质状态检测)并且特别是返回到发送(例如，发送唤醒信号)之间的切换时间；和/或

——从发送到接收的切换和/或从接收到发送的切换所需的最短时间，例如，短于sifs。

该介质状态检测的特点，特别是测量cca所需的最短时间，例如，小于一个时隙(即9微秒)。

csma-协议的特点，特别是：

在传输介质“空闲”之后wlan设备访问该传输介质的持续时间，例如，当设备以2.4ghz(简称@2.4ghz)工作时至少点协调功能帧间间隔(pointcoordinationfunctioninterframespace，pifs)＝19微秒、或者当该设备以5ghz(简称@5ghz)工作时至少pifs＝25微秒。在本发明的一个实施例中，这个考虑可以指该处理器401开始控制该发送器403发送该唤醒信号的第一时间点和在该传输介质上发送该唤醒信号的第二时间点之间的持续时间。

冲突避免策略(例如，wur之间的冲突、和/或wur与wlan无线电之间的冲突)特别是：

——为了避免不同通信设备之间的冲突而为不同的通信设备设置的不同的时间段。

如图9所示，该cts帧或该传统前导码之后的时间段的长度比pifs短。该时间段包括发送-接收转换时间、cca测量的持续时间和接收-发送转换时间。

根据本发明的一个实施例，可以在一个区域内确定时间段。假设实际的rf解决方案为：发送-接收的折返时间小于4微秒，并且cca测量需要4微秒。可以获得该时间段的以下区域。

@2.4ghz：

下限为：2×rf切换+cca测量持续时间＝2×4+4＝12微秒。

上限为：pifs＝19微秒。

因此，该时间段的局域为[12，19]微秒。

@5ghz：

下限为：2×rf切换+cca测量持续时间＝2×4+4＝12微秒。

上限为：pifs＝25微秒。

因此，该时间段的局域为[12，25]微秒。

该时间段的长度的上限是根据使得其他设备在该介质上开始其传输的最小“可用”介质时间来设置的。这样，该通信设备不需要等待很长时间，就对该传输介质的状态有了最终确定。因此，可以提高传输效率，同时可以降低该通信设备的功耗。

为了防止该通信设备400与在该传输介质上发送数据或信号的其他通信设备冲突，每个通信设备可以使用该时间段的随机持续时间。如图10所示，cts或传统前导码之后的时间段包括发送-接收转换时间、cca测量的持续时间和/或接收-发送转换时间。该cca测量的持续时间包括k个时隙。k可以由每个通信设备随机选择。

根据本发明的一个实施例，该处理器401还用于随机选择一个整数。所选择的整数指示包含在该时间段内的时隙的个数。相应地，该处理器401决定该时间段的长度。假设一个时隙为4微秒，则可以得到k的以下集合：

@2.4ghz：{0，1，2}

例如，该处理器401选择k＝2。该时间段内包含两个时隙。因此，该时间段为4+2×4+4＝16微秒。

@5ghz：{0，1，2，3，4}

例如，该处理器401选择k＝4。该时间段内包含四个时隙。因此，该时间段为4+4×4+4＝24微秒。

图11和图12示出了根据本发明一实施例的其中检测到并避免了冲突的两种可替代场景。

如图11所示，有两个接入点：使用普通wi-fi无线电的ap1和使用wur的ap2。ap1可以通过wi-fi无线电发送wi-fi帧(例如，数据帧，其在图11中被示为ppdu)。ap2可以通过wur发送唤醒信号。同时，ap1启动该ppdu的发送，ap2启动该前导码的发送。两个发送之间发生冲突。根据本发明的一个实施例，ap2检测到该传输介质不可用，这在技术上意味着ap检测到该冲突。ap2在该前导码之后停止其预期的唤醒信号的发送。因此，ap1可以继续成功地发送该ppdu，并且避免了冲突。

如图12所示，有两个接入点：ap1和ap2。ap1和ap2同时启动该前导码的发送。两个发送之间发生冲突。根据本发明的一个实施例，在发送该前导码之后，ap1和ap2均开始检测该传输介质是否可用。ap2的时间段比ap1的时间段短。因此，ap2继续成功地发送计划的唤醒信号。因为ap2发送其唤醒信号，所以ap1在其时间段内检测到该传输介质不可用。ap2延迟该唤醒信号的发送，并返回到空闲模式。因此，避免了两个唤醒信号之间的冲突。

已经结合包括诸如接入点的通信设备的实施例对本发明进行了描述。然而，在实践所要求保护的发明时，本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求可以理解和实现其他应用。

在该通信设备400中被描述为分离部分的元件可以是或者也可以不是物理上分离的。例如，该发送器403和该接收器405可以被集成在收发器中。该检测器407可以(部分地)与该发送器403和/或该接收器405集成。

计算机程序可以存储或分布在合适的介质上，例如，光学存储介质、或与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的固态介质，但也可以以其他形式分布，例如，通过因特网、或其他有线或无线通信系统。