CN100380886C

CN100380886C - 在基础结构模式无线网络环境中的数据无线发送的方法

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Publication number: CN100380886C
Application number: CNB2005100935838A
Authority: CN
Inventors: 尹硕振; 辛世英; 李镐锡; 崔亨旭
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: DE602005010348D1; CN1744549A; KR100678939B1; KR20060019309A; EP1631012B1; EP1631012A2; US20060045059A1; EP1631012A3

Abstract

一种在基础结构模式下通过使用接入点的无线网络通信的包括无竞争周期的无线数据发送方法。该方法包括设置接收点以在无竞争周期操作，当接入点向指定的无线网络设备发送第一数据帧时产生包括用于占用信道的第二数据帧的信道占用信息的第一数据帧，和无线网络设备向接入点发送第一数据帧的接收的确认帧，从无竞争周期释放接入点。

Description

在基础结构模式无线网络环境中的数据无线发送的方法

技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及数据的无线发送。更特别地，本发明涉及一种在基于协调器的无线网络中用于向指定的多媒体播放器发送大量多媒体数据的协调器的方法。

背景技术

近来在通信和网络技术中的发展已经完成了从使用如同轴电缆或光缆的有线媒介的有线网络到使用在各种频带下的信标的无线网络的网络环境的改变。因此，包括无线网络接口模块和通过处理多种数据来执行特别功能的移动计算设备(下文称为“无线网络设备”)已经发展起来。另外，用于在无线网络设备之间的有效通信的无线网络技术也已经被引入。

无线网络可被分成两种类型。一种类型是包括接入点的，如图1所示的被称为“基础结构模式无线网络”的无线网络；另一类型是无接入点的，如图2所示的被称为“对等(ad-hoc)模式的无线网络”的无线网络。在图2中描述的无线网络中，无线网络装置200a、200b和200c通过无线网络被互相连接而无接入点协调它们。

图1描述了用于协调多个无线装置101a、101b、和101c的接入点100。并且，接入点100被连接到有线网络的装置102a和102b。在基础结构模式中，接入点管理关于数据发送的进度，从而将无线网络连接到有线网络或者在属于无线网络的无线网络设备之间执行通信。因此，所有的无线网络设备可通过由接入点所分配的信道来发送和接收数据。以下，其中如接入点的协调器所在的网络的类型将被称为“基于协调器的网络”。

在多个无线网络设备存在于基于协调器的网络中的情况下，协调器会通过使用多种用于介质接入的方法来向每个无线网络设备发送数据和从每个无线网络设备接收数据。

最近的对用于发送大量多媒体数据的增加的需求促使了对通过无线局域网(WLAN)的有效数据发送的研究，基于参考其中包含的对无线LAN定义标准的IEEE 802.11规范(ISO/IEC 8802-11：1999(E)ANSI/IEEE Std 802.11，1999版)的所述研究将要被描述。在IEEE 802.11规范中，无线网络设备被称为“工作站”并且协调器被称为“点协调器”。

为了发送各种多媒体数据，可通过两种办法完成无线LAN的性能的改善。一种方法是基于其中单一信道被多个工作站共享的当前的无线LAN，保证MAC(介质访问控制)层的QoS(服务质量)以在给定的时期内发送数据。IEEE 802.11e组正努力统一标准以改善QoS。另一方法是在BSS(基本服务组)中通过允许工作站使用多信道而不是单一信道来增加带宽以保护物理信道。

在传统的IEEE 802.11MAC协议中，几个节点通过已知的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的机制来共享信道。为了共享信道，使用了用于减少冲突可能性的随机补偿(random backoff)算法的分布式协调功能(DCF)。可被用于共享信道的另一机制是点协调式功能(PCF)，该功能基于轮询进度来指定使用信道的工作站的顺序，其中，接入点(AP)作为点协调器服务。

在IEEE 802.11的对等模式中，因为没有用于协调和管理节点的AP，所以可使用DCF机制来共享信道。相反，在IEEE 802.11的基础结构模式中，因为AP作为点协调器服务，所以除了DCF机制之外PCF机制(由此机制，可以无竞争使用信道)可被使用。

图3示出根据DCF规则在工作站之间的数据的发送。发送工作站STA1310在发送数据之前将请求发送(RTS)帧311发送到接收工作站STA2 320，并且确定存在于相同BSS中的接收工作站STA2 320是否可用于接收数据。由于STA2 320可接收帧，因此它将作为控制帧的清除发送(CTS)帧321发送到STA1 310，以表示因为接收工作站STA2 320可用于接收数据，数据312可以被发送。当STA1 310接收到CTS帧321时，STA1 310向STA2 320发送数据312。在这个过程链中，假定在周期331和332期间所述信道繁忙，那么在相同BSS中存在的除了STA1 310和STA2 320以外的如工作站STA3330的工作站设置它们的网络分配矢量(NAV)并且不发送数据。

图4示出根据PCF规则在工作站之间的数据的发送。一般地，PCF和DCF一起被使用。DCF区域开始于PCF区域结束的位置，因此总体上组成单一重复的区域(重复的无竞争周期(CFP))。在图4中，D1、D2等表示从点协调器发送的帧，U1、U2等表示从已经接收到的轮询的工作站发送的帧。当点协调器最初发送信标时遵循PCF规则的无竞争周期(CFP)开始。存在于AP中的点协调器用来询问是否任意工作站有数据要发送的轮询操作被每个工作站以循环的方式来进行。当点协调器进行轮询时，已经接收到轮询的工作站向点协调器发送数据和确认(ACK)。然后，点协调器向目标工作站发送数据和ACK，并且对工作站进行轮询以接收数据。已经接收到轮询的工作站向点协调器发送另一ACK和任何将被发送的数据。如此，在无竞争周期期间数据在工作站之间被接收和发送。当点协调器开始向工作站发送CF-End帧时，无竞争周期结束。在无竞争周期期间，信标帧中的NAV值被设置，从而每个工作站不独立地操作，而是受点协调器控制。

然而，当大量的多媒体数据被发送时可产生问题。

如在DCF机制中，当数据在工作站之间发送时，通过竞争使用信道会引起冲突，并且用于防止此冲突的二进制随机补偿算法会根据情况产生相当长时期的延迟。即使可能维持发送速度，但是例如高清晰度电视(HTDV)的运动图像的多媒体数据可能不可靠。

为了消除这些缺点，已提议PCF机制。但是，在PCF机制中，需要根据创建的轮询列表对所有的工作站进行轮询操作，甚至是没有数据要发送的工作站，因此产生不必要的开销。并且，由于轮询的固有性质，很难制定与要被发送的数据的数量成比例的进度表，也很难在几个工作站同时操作的环境下保证大量的多媒体数据的发送质量。另外，因为PCF机制的固有复杂性，并且缺少统一的标准，所以PCF机制未在商业产品中实现，并且工作站仅使用作为公用的竞争机制的DCF机制操作。

最近，IEEE 802.11e规范(草案6.0)已被提议用于补充IEEE 802.11无线LAN规范的弱QoS。

改善IEEE 802.11e的QoS的方法基本上允许点协调器管理使用信道的时间和节点发送数据的顺序。即，根据要被发送的数据的类型，每个节点被分配优先级，根据优先级确定轮询的顺序，或者根据信道竞争确定顺序。每个想要使用信道的节点从点协调器分配被称为发送机会(TXOP)的用于使用信道的时间，并且在此TXOP期间节点发送数据，因此克服了在IEEE 802.11标准中仅一帧被发送的问题并且支持多帧的发送。然而在IEEE 802.11e中所描述的方法可在发送数据中增加复杂性。

发明内容

提出本发明在于解决上文所描述的问题。因此，本发明的一方面提供用于大容量多媒体数据的发送的机制，在所述机制中在基础结构模式无线网络环境中可更可靠地保证发送的质量，其中，用于数据发送的信道通过协调器被分配。

本发明将不限于上文所描述的技术方面。从如下的详细描述中，其中未描述的其他方面将被本领域的技术人员更明确地理解。

根据本发明的一方面，提供了一种在基础结构模式下通过使用接入点的无线网络通信的包括无竞争周期的无线数据发送方法，包括：设置接收点以在无竞争周期操作，当接入点向指定的无线网络设备发送第一数据帧时产生包括用于占用信道的第二数据帧的信道占用信息的第一数据帧，和无线网络设备向接入点发送关于第一数据帧的确认帧。然后，从无竞争期间释放接入点。

附图说明

通过参照附图进行的对说明性的、无限制的实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出基础结构模式无线网络系统；

图2示出对等模式无线网络系统；

图3示出根据传统DCF规则的在工作站之间的数据发送；

图4示出根据传统PCF规则的在工作站之间的数据发送；

图5示出根据本发明的示例性实施例的在工作站之间的数据发送；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的接入点通过参照CFP标志来设置DurationID的值的流程图；

图7示出根据本发明的示例性实施例的当信标帧被发送时的信道的占用；

图8是示出根据本发明的示例性实施例的当信标帧被发送时设置参数以占用信道的流程图；

图9示出根据本发明的示例性实施例的用于设置CFP标志的队列结构；和

图10是根据本发明的示例性实施例的用于设置CFP标志的流程图。

具体实施方式

将通过本发明的详细的描述和附图来覆盖所述实施例的主题。

通过参照如下示例性实施例的详细描述和附图，本发明的优点和特点和实现其的方法将更易于理解。但是，本发明会以许多不同的形式体现，并且不应该被理解为限于其中阐述的实施例。并且，提供这些实施例由此本公开将更完整和透彻，并且向本领域的其他技术人员充分地传达本发明的构思，本发明将仅由所附的权利要求限定。贯穿说明书，相同的标号表示相同部件。

以下，参照在附图中示出的方框图和流程图，根据本发明的示例性实施例的无线数据发送方法将被描述。流程图的每块的组合和整个流程图可被计算机程序指令所执行。因为这些计算机程序指令可被安装在通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装备上，所以任何工具能够被创建，从而通过计算机或其他可编程数据处理装备的处理器执行的指令可产生在流程图和/或方框图中描述的执行功能的方法。这些计算机程序指令可被存储在计算机可用的/可读的存储器中，以执行功能。

在计算机可用的或计算机可读的存储器中存储的指令可被作为包括用于执行在流程图和方框图中描述的功能的指令方法的产品来制造。计算机程序指令可被安装到计算机或其他可编程数据处理装备上。通过在计算机或其他可编程数据处理装备上执行一系列操作和操作计算机或其他可编程处理装备而创建由计算机执行的过程的指令还可提供用于执行在流程图和/或方框图中描述的功能的操作。

本发明涉及在基础结构模式无线网络环境下用于在特定的无线网络设备之间的数据发送和接收的无线介质的连续占用，而不在由接入点管理的数据发送和接收的信道的无竞争周期执行帧分段。为了更简单地描述本发明的示例性实施例，IEEE 802.11规范的PCF模式将作为示例被使用。在描述本发明的示例性、非限制实施例中，由IEEE 802.11规范定义的术语将被使用。控制PCF模式的工作站(STA)将作为接入点服务，并且用来计算DurationID的值的数据帧的长度与最大数据帧(2304字节)的大小相等，因为要被发送的下一帧的数据大小未知。

图5示出根据本发明的示例性实施例的无线数据发送。

根据队列的上层或者状态(参照图9和10更详细的描述)，接入点确定占用它自己的信道并且专门独占地向特定的工作站(STA)发送如音频/视频流的实时数据。为了发送实时数据，接入点将CFP标志设置成“开”然后进入CFP模式。CFP标志可被处理为用于表示接入点是否出于PCF模式的参数。CFP标志可被存储在接入点中的存储器中。

当接入点出于CFP模式下时，转换后的数据帧不遵循补偿过程并且以SIFS(短帧隙)为单位来传送，以及在MAC帧的头中的DurationID被设置，如在下文中被更详细地描述。

当向工作站(STA)发送第一数据帧(frame_1)时，接入点将它的DurationID设置足够长以保证下一帧的发送(frame_2+2*Ack+3*SIFS)，就好像帧被分段。由此，直到下一数据帧的发送完成，工作站(STA)才能使用信道。接入点通过保持无线介质的全部所有权才可避免竞争。DurationID值可以是用于连续占用信道的接入点的信道占用信息。

当接入点要连续地占用它自己的信道时，在数据帧的发送期间如上所述在MAC头中设置它的DurationID值。

在此过程中，其他工作站(STA)基于NAV值来确定信道仍繁忙，因此它们不尝试使用该信道。

当接入点决定远离无竞争周期时，接入点将CFP标志设置成“关”(从“开”)。然后，接入点仅用时间(Ack+SIFS)来设置DurationID值以接收收到最后数据帧的确认(Ack)，然后发送数据帧。

当从工作站(STA)接收确认(Ack)时，接入点将它的模式转变成竞争周期(CP)模式并且在转变之后要被发送的数据帧遵循补偿过程。因此，DurationID值被设置成“Ack+SIFS”。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的接入点通过参照CFP标志设置DurationID的值的流程图。

首先，在S610，接入点检查CFP标志值以确认它的值。

在操作S620和S640，当将CFP标志值设置成“开”时，MAC头的DurationID字段被设置成值：dur(下一帧+2*Ack+3*SIFS)。Dur(x)表示在发送(或处理)x中消耗的时间。在操作S630和S640，如在IEEE 802.11a中所述，当CFP标志被设置成“关”时，MAC头的DurationID字段被设置成值：dur(ACK+SIFS)。在设置DurationID之后，在S650，接入点设置MAC头的另一字段。

图7示出根据本发明的示例性实施例的当信标帧被发送时的信道占用。

信标帧表示在基础结构模式无线网络环境的相关的BSS下被接入点周期性广播的用于时间同步的帧。在无竞争周期下为了广播信标帧，接入点首先广播该信标帧，然后发送下一数据帧。接入点应该持续地保持信道提前占用-在广播信标帧之前，以发送还没被发送的数据帧。

如在图7中所示，由frame_2设置的NAV值是：dur(frame_3+2*Ack+3*SIFS)。当目标信标发送时间(TBTT)的事件发生时，在STA_1已接收frame_2之后，接入点广播信标帧，而不是发送frame_3。

在已广播信标帧之后，当frame_3要被发送时，剩余占用时间将是dur(Ack+α)，其中α＝dur(具有2304字节长度的frame_3)-dur(具有500字节最大长度的信标帧)。

因为NAV值即dur(Ack+α)在当前BSS中仍然有效，其他工作站(STA)不进入竞争周期来执行DIFS(分布帧隙)和补偿，相反它们等待，直到NAV值变成0。

然而，不能保证当接入点发送frame_3时消耗的时间总小于dur(Ack+α)。如果在frame_3到达目的工作站(STA)之前，NAV值变成0，那么其他工作站(STA)进入竞争周期，并且在补偿之后可获得信道。

为了防止此现象，为了发送信标帧，接入点首先检查它的CFP标志。当CFP标志是“开”时，接入点在信标帧的CFP最大持续时间字段中设置dur(frame_4+2*Ack+3*SIFS)，因此补偿用于信标帧的发送所消耗的NAV值。

在信标帧中设置的dur(frame_4+2*Ack+3*SIFS)期间保证了向STA_1的frame_3的发送，并且在当前BSS中的工作站被由frame_3发送的Nav_3值所控制，因此，接入点可连续地占用信道。

图8是根据本发明的示例性实施例的当信标帧被发送时的设置用于占用信道的参数的流程图。

首先，在S810，当TBTT事件发生时，接入点检查CFP标志的值。在S820，如果CFP标志的值是“开”，那么接入点产生将在信标帧的净荷(payload)中设置的CF参数设置元素。其后，在S830，在产生的CF参数设置元素中的CFP最大持续时间字段被设置成值：dur(下一帧+2*Ack+3*SIFS)。在S840，接入点设置由该信标帧需要的另一字段的值，并且在S850广播该信标帧。当在步骤S820中CFP的值是“关”时，接入点跳过步骤S820和S830而直接移到步骤S840。

可有各种用于接入点设置CFP的值的方法。然而，使用队列存储器结构的设置CFP标志的方法将在下文描述。

图9示出根据本发明的示例性实施例的用于设置CFP标志的队列结构，图10是根据本发明的示例性实施例的用于设置CFP标志的流程图。以下，音频/视频多媒体数据流将被称为“AV数据”并且除了AV数据以外的数据将被称为“IT数据”。

在图10的操作S1010，假设CFP标志的值当前是“开”，并且接入点在无竞争周期下向特定的工作站发送AV数据。

接入点的OS(操作系统)通过它自己的介质或另一介质接收数据，并确定数据的类型。当接收的数据是AV数据时，它被插入到AV队列910中，并且当接收的数据是IT数据时，它被插入到IT队列920中。AV队列910和IT队列920可用在MAC层中的软件来实现。

如在图10的S1020中所述，接入点的OS或用于管理存储器的模块检查AV队列的状态然后检查在AV队列910中的AV数据的数量是否大于图9的CFP_Enable_Threshold 930的值。当CFP_Enable_Threshold 930的值太大或太小时，IT数据的发送可被切断或在AV队列910和IT队列920之间的运动可能很频繁，因此，CFP_Enable_Threshold 930的适当的值可用实验方法来确定。

在图10的步骤S1020中，当在AV队列910中的数据的数量大于CFP_Enable_Threshold 930时，在S1050，CFP标志被设置成“开”并且在S1060从AV队列输出AV数据。

在步骤1020中，当在AV队列910中的数据的数量小于CFP_Enable_Threshold 930时，在S1030，CFP标志被设置成“关”并且在S1040从IT队列输出IT数据。

其后，输出的数据通过MAC层(如在图9中描述的使用硬件体现的)被发送到工作站(STA)。接入点的OS通过它自己的介质或其他介质接收数据并执行步骤S1020再执行S1070。

因为在无竞争周期，接入点可发送大量多媒体数据而不执行帧分段，所以本发明的实施例是有效的。通过连续地占用基础结构模式无线网络环境的无线介质，发送的质量和可靠性可被保证。

本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节上进行各种代替、修改和改变。因此，可以理解上文描述的实施例仅是示例的目的并不能解释为本发明的限制。

Claims

1.一种在基础结构模式下通过使用接入点的无线网络通信的包括无竞争周期的无线数据发送方法，包括：

设置接入点以在无竞争周期操作；

当接入点向指定的无线网络设备发送第一数据帧时产生包括用于占用信道的第二数据帧的信道占用信息的第一数据帧；

由无线网络设备向接入点发送确认第一数据帧的接收的确认帧；

从无竞争周期释放接入点，其中，由接入点向无线网络设备发送最后数据帧，其中根据确认帧信息和帧间隔信息来设置所述最后数据帧的信道占用信息；和

由无线网络设备向接入点发送确认所述最后数据帧的接收的另一确认帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据帧根据IEEE 802.11规范来构造。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括在MAC头的DurationID字段中设置信道占用信息。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括基于在第二数据帧中的信息、在确认帧中的信息和无线网络设备的帧间隔信息来设置信道占用信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，帧间隔信息包括在IEEE 802.11规范中定义的短帧隙SIFS信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，设置接入点以在无竞争周期操作包括：

检查当前存储在接入点的存储器中的音频/视频流数据的数量；和

当数据的数量超过预定的参考数量时，设置接入点以在无竞争周期操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，存储器包括队列结构。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，帧间隔信息包括短帧隙SIFS信息，并且，其中，短帧隙SIFS信息的格式在IEEE 802.11规范中被定义。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，由无线网络设备向接入点发送确认帧包括：

当接入点广播信标帧时，在第三数据帧被连续地发送以占用信道的情况下，将用于第三数据帧的信道占用信息包括在信标帧中；

当接入点向无线网络设备广播第二数据帧时，将用于占用信道的第三数据帧的信道占用信息包括在第二数据帧中；和

由无线网络设备向接入点发送第二数据帧的接收的确认帧。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括在MAC头的DurationID字段中设置信道占用信息。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括基于第三数据帧信息、确认帧信息和无线网络设备的帧间隔信息设置用于占用信道的第三数据帧的信道占用信息。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，帧间隔信息包括短帧隙SIFS信息，其中，短帧隙SIFS信息的结构在IEEE 802.11规范中被定义。