CN103763735A - 混合控制器、无线数据通信系统、无线站以及对应方法 - Google Patents

Abstract

在用于IEEE802.11无线数据通信系统100的混合控制器（HC）或无线站（WSTA）106、109内部，站管理实体（SME）202和/或介质访问控制（MAC）子层管理实体（201）采用了与调度服务质量（QoS）动作帧相结合的原语。这些原语包括：一个由HC的SME202使用来自调度QoS动作帧的WSTA106、109地址和调度单元制定以用于发送到HC的MLME201的请求原语；一个由HC的MLME201使用结果代码制定以用于发送到HC的SME202的确认原语；以及一个由WSTA的MLME201使用调度单元制定以用于发送到WSTA的SME202的指示原语。

Description

混合控制器、无线数据通信系统、无线站以及对应方法

本申请是申请号为200380102634.8名为“混合控制器、无线数据通信系统、无线站以及对应方法”的PCT发明专利申请的分案申请。原申请的申请日为2003年10月27日，最早优先权日为2002年11月08日，进入中国国际阶段日期为2005年04月30日。

本申请要求2002年11月8日提交的临时美国专利申请序列号60/425,093的提交日的权益。

技术领域

本发明总体涉及无线数据通信系统，尤其是确保无线数据通信系统中的服务质量（QoS）。

背景技术

当前，在大多数情况下，用于数据通信的无线局域网（WLAN）是依照电气与电子工程师协会（IEEE）的802.11-1999标准来实现的，这种标准通常称为“无线保真”或“WiFi”。当前，出于不同目的，很多工作组都在开发关于所述标准的修改和扩展版本。特别的，IEEE 802.11工作组的介质访问控制（MAC）增强任务组（任务组E）正在着手将服务质量（QoS）引入无线局域网，以便高质量地传递视频、语音和多媒体（参见IEEE 802.11e QoS草案D3.3）。

在各个超帧的争用周期（CP）的分布式协调功能（DCF）模式中，IEEE 802.11系统采用了一个基于具有冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）的争用访问方案，该方案是一个不太适合时间敏感业务的随机访问协议。在每个超帧的可选无争用周期（CFP）的点协调功能（PCF）模式中，IEEE 802.11系统采用了利用与接入点（AP）同处一地的点协调器（PC）的轮询访问机制来对带宽分配进行集中控制。

为了支持QoS应用，IEEE 802.11e添加了一种名为混合协调功能（HCF）的全新模式。HCF合并了以下两种访问机制：增强的分布式协调功能（EDCF），该模式基于CSMA/CA并且为具有QoS功能的站（QSTA）提供了对于介质的访问的（基于优先级的）区分式控制；以及一种基于轮询的模式，在这种模式中，混合控制器（HC）通常与具有QoS功能的接入点（QAP）同处一地，并且所述混合控制器利用最高介质访问优先级和轮询，以便基于业务量以及每个有效连接的QoS需求而在CP和CFP周期期间提供集中调度。

发明内容

对借助集中调度轮询而不是随机访问的介质访问控制而言，它简化了对等（peer-to-peer）通信并且向站提供了对预期的发送和接收。因此，在本领域中需要对在增强服务质量的介质访问控制内部所进行的调度加以改进。

为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明的一个主要目的是提供那些用在与调度服务质量（QoS）动作帧有关的服务质量（QoS）调度单元管理程序中的原语，以便在IEEE 802.11无线数据通信系统的混合控制器（HC）或无线站（WSTA）内部的站管理实体（SME）和/或介质访问控制（MAC）子层管理实体（MLME）中加以使用。这些原语包括：一个由HC的SME使用来自调度QoS动作帧的WSTA地址和调度单元制定以用于发送到HC的MLME的请求原语；一个由HC的MLME使用结果代码制定以用于发送到HC的SME的确认原语；以及一个由WSTA的MLME使用调度单元制定以用于发送到WSTA的SME指示原语。对本领域技术人员来说，从以下附图、说明书和权利要求书中很容易了解到其他技术优点。

在开始进行“关于本发明的详细描述”之前，较为有利的是给出在本专利文献中所使用的某些词汇或短语的定义：术语“包含”、“包括”及其派生词汇是指不受限制地包含；术语“或”是包含性的，因此它是指“和/或”；短语“与……相关联”、“与之关联”及其派生词汇可以表示包含、包含在……内部、与……进行互连、含有、含在……内部、连接到……或者与……相连、耦合到……或者与……耦合、可以与……进行通信、与……进行协作、交错、并置、与……紧接、受限于……、具有、具有……属性等等；术语“控制器”指的是对至少一个操作进行控制的任何设备、系统或其一部分，这种设备可以采用硬件、固件或软件的方式实现，也可以以至少两者的某种组合实现。应该指出的是，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的，也可以是本地或远端分布式的。在本专利文献中还提供了某些词汇和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，即使不是大多数实例，但在很多实例中，这种定义都适用于如此定义的词汇和短语的先前和未来应用。

附图说明

为了更为全面地理解本发明及其优点，现在将结合附图来参考下面的说明书，其中相同的附图标记表示相同的对象，并且其中：

图1描述的是依照本发明一个实施例的、采用了介质访问控制信令来支持调度服务质量动作帧的发送/接收的无线通信系统；

图2更详细地描述了依照本发明一个实施例而在对调度服务质量动作帧的发送/接收提供支持的介质访问控制信令中使用的无线通信系统元件；以及

图3A-3C是描述依照本发明一个实施例的、支持调度服务质量动作帧的发送/接收的介质访问控制信令过程的高层级流程图。

具体实施方式

对以下论述的图1～3C以及用于在本专利文献中用于描述本发明原理的不同实施例而言，它们仅仅是作为例示给出的，在这里不应该将其解释成是对本发明的范围进行任何限制。本领域技术人员将会了解，本发明的原理可以在任何一种经过适当安排的设备中实现。

图1描述的是依照本发明一个实施例的、采用了介质访问控制信令来支持调度服务质量动作帧的发送/接收的无线通信系统。无线通信系统100是依照IEEE 802.11标准并且利用了IEEE 802.11e标准规定的以及在下文中更详细描述的附加服务质量（QoS）功能和/或修改来实现的。相应地，示范性实施例中的无线通信系统100包括多个无线网络101、102和103，其中每一个网络都包括一个基本服务集（BSS）网络，基本服务集网络分别包含了相互之间进行无线通信的多个站（STA）104-105、106-107以及108-109。无线通信网络101只包括彼此进行无线通信的站104-105，并且每一个站都提供站服务（SS），例如（开放式系统或共享密钥）认证服务、去认证服务、以及利用了有线等效隐私（WEP）算法和数据传递的（可选）隐私服务。这样一来，无线网络101构成了一个独立的基本服务集（EBSS）网络。

另一方面，无线网络102和103分别包含了至少一个充当到分布式系统（DS）110的接入点（AP）的站107和108，其中所述分布式系统链接了两个无线网络102和103。分布式系统110可以是任何一种适当装置，其中借助于所述装置，接入点相互之间可以进行通信，以便为其相应的基本服务集网络中的站交换帧，并且为了跟随从一个基本服务集网络移动到另一个网络的移动站而转发帧，此外还可选地与一个外部/有线网络交换帧（综合服务）。由此举例来说，分布式系统110可以是诸如IEEE 802.X网络或IEEE 803.2网络之类的有线局域网（LAN），其中X表示一个适用于有线网络的非IEEE 802.11标准。

虽然无线网络102和103中的站106和109只提供了与无线网络101中的站104-105相类似的站服务，但是结合分布式系统110，无线网络102和103中的站107和108不但提供了站点服务，而且还提供了分布式系统服务（DSS），例如关联、去关联、重新关联、分发和集成。这样一来，无线网络102和103构成了底层结构的基本服务集网络，并且与分布式系统110一起构成了扩展服务集（ESS）网络111。

依照IEEE 802.11，无线网络101-103内部的无线通信采用了介质访问控制（MAC）层和物理（PHY）层来提供异步的、尽力而为的无连接数据传递，其中所述数据传递利用了具有冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）。如上所述，本发明中的无线网络102-103也符合IEEE 802.11e草案3.3标准，其中包含了在文献IEEE 802.11-02/650r0（2002年11月）中规定的修改。相应地，站107和108是具有QoS功能的接入点（QAP），而站106和109则是具有QoS功能的站（WSTA）。

本领域技术人员将会发现，在这里并未就所有细节而对无线系统的整个结构和操作进行说明或描述。取而代之的是，为了简明起见，在这里仅仅说明和描述了那些本发明特有的或者理解本发明所必需的无线网络结构和操作。

图2更详细地描述了依照本发明一个实施例而在对调度服务质量动作帧的发送/接收提供支持的介质访问控制信令中使用的无线通信系统元件。为在示范性实现例中实现在QAP 107-108的其中之一中的混合控制器（HC）以及为所关心的无线站（WSTA）采用了分层系统200，该系统包括一个MAC子层管理实体（MLME）201和一个站管理实体（SME）202。SME 202是一个能与网络栈中的所有层（即物理（PHY）层、MAC层等等）进行通信的逻辑实体。MLME 201对MAC层进行管理并且控制与SME 202的交互，从而通过站内通信与SME 202进行通信，并且通过站间通信而与其它站的MLME进行通信。

作为调度QoS发送的一部分，如在上述文献IEEE 802.11-02/650r0中规定的那样（该文献的内容在此引入作为参考），HC将包含了调度单元的调度QoS动作帧发送到相应的WSTA。如下文更详细描述的那样，依照本发明，与制定和/或作用于这些调度QoS动作帧内部的QoS调度单元相关联的管理处理包括使用一个或多个信令原语MLME-SCHEDULE.request、MLME-SCHEDULE.confirm以及MLME-SCHEDULE.indication。

MLME-SCHEDULE.request原语在HC上有效，它请求发送一个调度QoS动作帧并且包含了以下参数：

MLME-SCHEDULE.request（

　　　　　　　　　　　　　WSTA Address（WSTA地址）

　　　　　　　　　　　　　Schedule Element（调度单元）

　　　　　　　　　　　　　）

其中在表I中概括了可以允许的参数值：

名称	类型	有效范围	描述
				WSTA Address	MAC地址	任何有效的单独地址	调度QoS动作帧所应被发送到的WSTA的MAC地址
Schedule Element	由帧格式定义	由帧格式定义	规定了关于WSTA的调度，其中包括服务间隔（最小和最大）、TXOP持续时间（最小和最大）以及规定间隔

　　　　　　　　　　　　　　表I。

在关于WSTA的调度信息发生变化的时候，HC处的SME 202会生成MLME-SCHEDULE.request信令原语，以便以调度QoS动作帧的形式将调度信息从MLME 201发送到指定的WSTA。

MLME-SCHEDULE.confirm原语报告MLME-SCHEDULE.request的结果，并且其中包含了以下参数：

MLME-SCHEDULE.confirm（

　　　　　　　　　　　　　ResultCode（结果代码）

　　　　　　　　　　　　　）

其中在表II中概述了可以允许的参数值：

名称	类型	有效范围	描述
				ResultCode	枚举	SUCCESS（成功）INVALID PARAMETERS（无效参数）UNSPECIFIED FAILURE（未规定的失败）	表示相应的MLME-SCHEDULE.request的结果

　　　　　　　　　　　　　　表II。

MLME-SCHEDULE.confirm信令原语是在动作完成时作为MLME-SCHEDULE.request的结果而由MLME 201产生的，以便向SME 202通知MLME-SCHEDULE.request的结果（举例来说，如果结果是SUCCESS，则HC已经在调度QoS动作帧中向WSTA正确发送了调度单元）。

MLME-SCHEDULE.indication原语在WSTA处有效，它报告的是WSTA以调度QoS动作帧的形式接收了新的调度，并且所述原语包括以下参数：

MLME-SCHEDULE.indication（

　　　　　　　　　　　　　　Schedule Element（调度单元）

　　　　　　　　　　　　　　）

其中在表III中概述了可以允许的参数值：

名称	类型	有效范围	描述
				Schedule Element	由帧格式定义	由帧格式定义	规定了用于WSTA的调度，其中包括服务间隔（最小和最大）、TXOP持续时间（最小和最大）以及规定间隔

　　　　　　　　　　　　　　表III。

MLME-SCHEDULE.indication信令原语是作为对具有调度QoS动作帧的形式的新调度的接收结果而由MLME 201产生的，以便以调度QoS动作帧的形式向SME 202通知接收到了QoS调度。新的调度单元参数将会重写先前存储的值。

图3A-3C是描述依照本发明一个实施例的、支持调度服务质量动作帧的发送/接收的介质访问控制信令过程的高层级流程图。图3A描述的是请求原语（MLME-SCHEDULE.request）的使用。过程300是以由于无线站参与包含了混合控制器的数据通信网络的而发生的调度变化为开始的（步骤301）。HC的SME生成请求原语（步骤302）并且将该原语发送到HC的MLME（步骤303）。然后，HC的MLME制定一个调度单元和一个包含该调度单元的调度QoS动作帧，并且将所制定的调度QoS动作帧从HC的MAC发送到WSTA（步骤304）。然后，在出现关于参与无线站的另一个调度变化之前，过程300变为空闲。

图3B描述的是确认原语（MLME-SCHEDULE.confirm）的使用。过程306是以由HC的SME发送请求原语并且由HC的MLME接收该原语为开始的（步骤307）。确定由该请求所产生的结果（步骤308），随后，HC的MIME制定一个包含该结果的确认原语（步骤309）并且将所述原语发送到HC的SME（步骤310）。然后，在接收到另一个请求原语之前，过程306变为空闲。

图3C描述的是指示原语（MLME-SCHE-DULE.indication）的使用。过程312是以由WSTA的MLME接收到调度QoS动作帧为开始的（步骤313）。指示原语包含了来自所接收的调度QoS动作帧的调度单元，并且该原语由WSTA的MLME制定（步骤314）并被发送到WSTA的SME（步骤315）。然后，在接收到另一个调度QoS动作帧之前，过程312变为空闲。

本发明为HC或WSTA的MLME内部所必需的管理处理提供了信令原语，其中HC或WSTA的MLME是处理调度QoS动作帧内部的调度单元所必需的。

非常重要的是，应该指出，虽然在功能完整的系统情境中描述了本发明，但是本领域技术人员将会了解，本发明的至少部分机制可以以包含多种形式的指令的机器可用介质的形式来进行分发，并且无论实际执行所述分发的信号承载介质具有何种特定类型，本发明都是适用的。机器可用介质的实例包括：诸如只读存储器（ROM）或可擦、电可编程只读存储器（EEPROM）这样的非易失性硬编码类型的介质，诸如软盘、硬盘驱动器以及光盘只读存储器（CD-ROM）或数字通用盘（DVD）这样的可记录类型的介质，以及诸如数字和模拟通信链路以及帧或分组这样的传输类型的介质。

虽然在这里已经详细描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在没有脱离本发明的最广泛形式的实质和范围的情况下，可以对这里公开的本发明进行多种变化、替换、改变、增强、微调、分级、简化、变更、修订、改进以及删减。

Claims (21)

1.一种支持服务质量（QoS）增强的用于IEEE 802.11无线数据通信系统（100）的混合控制器，包括：

一个处于混合控制器内部的站管理实体（202）；以及

一个处于混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201），所述介质访问控制子层管理实体以可通信方式耦合到参与IEEE 802.11无线数据通信系统（100）的无线站（106、109）的站管理实体（202）以及介质访问控制子层管理实体（201），

其中混合控制器内部的站管理实体（202）生成一个请求原语以用于发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201），

其特征在于所述混合控制器内部的站管理实体被安排成，响应于所述参与的无线站（106、109）之一的调度变化生成一个请求原语以用于发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201），所述请求原语包含所述参与的无线站之一的地址以及一个规定所述无线站的调度的调度单元。

2.根据权利要求1的混合控制器，其中站管理实体（202）将请求原语发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201）。

3.根据权利要求2的混合控制器，其中响应于对来自站管理实体（202）的请求原语的接收，介质访问控制子层管理实体（201）制定一个包含了调度单元的调度QoS动作帧，并且发送所制定的调度QoS动作帧。

4.根据权利要求1的混合控制器，

其中响应于一个涉及该参与的无线站（106、109）之一的调度改变的请求原语，该混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201）确定针对该请求原语的结果，并且生成一个确认原语以用于发送到混合控制器内部的站管理实体（202）。

5.根据权利要求4的混合控制器，其中确认原语包括一个与该请求原语的结果相对应的结果代码。

6.根据权利要求5的混合控制器，其中混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201）向混合控制器内部的站管理实体（202）发送确认原语。

7.一种包含了根据权利要求3的混合控制器的无线数据通信系统（100），所述无线数据通信系统还包括：

一个处于该参与的无线站（106、109）之一内部的介质访问控制子层管理实体（201），

其中处于该参与的无线站（106、109）之一内部的介质访问控制子层管理实体（201）对由该参与的无线站（106、109）之一接收到调度QoS动作帧做出响应，从而生成一个指示原语以用于发送到该参与的无线站（106、109）之一内部的站管理实体（202）。

8.根据权利要求7的无线数据通信系统（100），其中指示原语包括调度单元。

9.一种支持服务质量（QoS）增强的用于IEEE 802.11无线数据通信系统（100）的无线站（106、109），包括根据权利要求1的混合控制器，

其中响应于在无线站接收到一个调度QoS动作帧，无线站内部的介质访问控制子层管理实体（201）生成一个指示原语以用于发送到无线站（106、109）内部的站管理实体（202），该指示原语包含一个来自调度QoS动作帧、为所述无线站规定调度的调度单元。

10.根据权利要求9的无线站（106、109），其中无线站（106、109）内部的介质访问控制子层管理实体（201）将指示原语发送到无线站（106、109）内部的站管理实体（202）。

11.一种支持用于IEEE 802.11无线数据通信系统（100）的混合控制器内部的服务质量（QoS）增强的方法（300），包括：

操作混合控制器内部的一个站管理实体（202）；

操作混合控制器内部的一个介质访问控制子层管理实体（201），所述介质访问控制子层管理实体以可通信方式耦合到参与IEEE 802.11无线数据通信系统（100）的无线站（106、109）的站管理实体（202）以及介质访问控制子层管理实体（201）；以及

生成一个请求原语以用于从混合控制器内部的站管理实体发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体，

其特征在于所述方法包括，

响应于涉及该参与的无线站（106、109）之一的调度变化，生成一个请求原语以用于发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201），所述请求原语包括关于所述参与无线站之一的地址以及一个为所述无线站规定调度的调度单元。

12.根据权利要求11的方法（300），还包括：

将请求原语从站管理实体（202）发送到混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201）。

13.根据权利要求11的方法（300），还包括：

响应于对来自站管理实体（202）的请求原语的接收，制定一个包含了调度单元的调度QoS动作帧；以及

发送所制定的调度QoS动作帧。

14.根据权利要求13的方法（300、306），还包括：

响应于由该参与的无线站（106、109）之一接收到调度QoS动作帧，生成一个指示原语以用于发送到该参与的无线站之一内部的站管理实体（202）。

15.根据权利要求14的方法（300、306），其中指示原语包括调度单元。

16.根据权利要求11的方法，还包括，

响应于一个涉及该参与的无线站（106、109）之一的调度改变的请求原语，确定一个针对该请求原语的结果，并且生成一个确认原语以用于从混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体（201）发送到混合控制器内部的站管理实体（202）。

17.根据权利要求16的方法（306），其中确认原语包括一个与请求原语的结果相对应的结果代码。

18.根据权利要求17的方法（306），还包括：

将确认原语从混合控制器内部的介质访问控制子层管理实体 （201）发送到混合控制器内部的站管理实体（202）。

19.根据权利要求11的方法（300，306），还包括：

响应于在无线站（106、109）处接收到一个调度QoS动作帧，生成一个指示原语以用于从无线站（106、109）内部的介质访问控制子层管理实体（201）发送到无线站（106、109）内部的站管理实体（202）。

20.根据权利要求19的方法（312），其中指示原语包含一个来自调度QoS动作帧的调度单元。

21.根据权利要求20的方法（312），还包括：

将指示原语从无线站（106、109）内部的介质访问控制子层管理实体（201）发送到无线站（106、109）内部的站管理实体（202）。

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