Патент на изобретение №2378780

(54) СПОСОБ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОТРЕБЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу и сети беспроводной связи. Техническим результатом является увеличение пропускной способности и обеспечение эффективности задержки. Для этого заявленный способ включает в себя отправку сигнального кадра, который включает в себя, по меньшей мере, один элемент информации доступности (AIE). Кроме того, способ также включает в себя планирование передачи и приема трафика среди множества устройств или систем, или обоих, базируясь на AIE от приемников. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

Пропускная способность беспроводной связи значительно увеличилась с успехами технологий модуляции каналов, делая беспроводную среду передачи данных жизнеспособной альтернативой проводным и оптоволоконным решениям. Как таковое, использование беспроводного соединения в передаче данных и речи продолжает увеличиваться. Эти устройства включают в себя мобильные телефоны, портативные компьютеры в беспроводных сетях (например, беспроводных локальных сетях (WLANS), стационарные компьютеры в беспроводных сетях, портативные телефонные трубки, чтобы назвать только несколько.

Каждая беспроводная сеть включает в себя некоторое количество слоев и подслоев, таких как подслой управления доступом к среде (MAC) и физический (PHY) слой. Слой MAC является более низким из двух подслоев слоя линии связи данных в стеке взаимодействия открытых систем (OSI). Слой MAC обеспечивает координацию между многими пользователями, которые требуют одновременного доступа к одному и тому же беспроводному носителю.

Протокол слоя MAC включает в себя некоторое количество правил, управляющих доступом к носителю широковещания, который совместно используется пользователями внутри сети. Как известно, несколько разных технологий множественного доступа (часто указываемые как протоколы MAC) были определены для работы внутри протоколов, которые управляют слоем MAC. Они включают в себя, но не ограничены, многостанционный доступ с контролем несущей (CSMA), множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) и множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA).

Наряду с тем, что стандарты и протоколы предоставляются для значительного улучшения в управлении трафиком речи и данных, продолжающееся увеличение в спросе на сетевой доступ на увеличенных скоростях каналов при поддержке требований качества обслуживания (QoS) потребовало непрерывного оценивания протоколов и стандартов и их изменений. Например, многие известные протоколы, такие как проект 5.0 альянса многополосного множественного доступа с ортогональными частотами (MBOA) MAC, испытывают недостаток поддержки для совместного использования информации доступности для устройств в распределенных беспроводных сетях с асинхронным трафиком, который использует доступ улучшенного распределенного канала, базирующегося на конфликтах доступа (EDCA), или протокол распределенного резервирования (DRP). Одна иллюстративная область, где это дает результатом изъяны, находится в эффективности управления потреблением мощности для устройств сети или отсутствие информации для корректного вычисления соответствующих времен для установки нового DRP соединения. В конечном счете, эти недостатки дают результатом уменьшенную пропускную способность и неэффективность задержки.

Поэтому необходимы способ и устройство, которые существенно преодолевают, по меньшей мере, недостатки известных описанных способов.

В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения способ беспроводной связи включает в себя предоставление, по меньшей мере, одного элемента информации доступности (AIE). Способ также включает в себя планирование передачи и приема трафика среди множества устройств, или систем, или обоих, базируясь на элементах AIE от приемников.

В соответствии с другим иллюстративным вариантом осуществления изобретения беспроводная сеть включает в себя множество беспроводных элементов, при этом сеть адаптирована для предоставления, по меньшей мере, одного элемента информации доступности (AIE), и множество беспроводных элементов планируют передачу и прием трафика, базируясь на AIE.

Это изобретение наилучшим образом будет понятно из последующего подробного описания с сопровождающими чертежами. Следует отметить, что элементы на чертежах не масштабированы. Фактически, размеры могут произвольно увеличиваться или уменьшаться для ясности описания.

Фиг.1 – это диаграмма, представляющая беспроводные сети связи, совместно использующие носитель, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 – это временная шкала суперкадра в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 – это сигнальный кадр в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

Фиг.4A – это элемент информации (IE) доступности сигнального кадра в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

Фиг.4B – это IE доступности сигнального кадра в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

Фиг.5 – это способ установки доступности для устройства в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.

В последующем подробном описании для пояснения и не для ограничения предлагаемые варианты осуществления изобретения, раскрывающие конкретные детали, изложены так, чтобы предоставить их полное понимание. Однако специалисту в данной области техники, ознакомившемуся с предложенными вариантами осуществления изобретения, должны быть ясны и другие варианты его осуществления, которые отходят от конкретных деталей, здесь раскрытых. Более того, описания хорошо известных устройств, способов, систем и протоколов могут быть опущены с тем, чтобы не затемнять сущности предложенного изобретения. Несмотря ни на что, такие устройства, способы, системы и протоколы, которые находятся внутри предметной области специалиста в данной области техники, могут использоваться в соответствии с раскрытыми вариантами осуществления изобретения. Наконец, следует отметить, что одинаковые ссылочные позиции указывают на одинаковые признаки.

Кратко, в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения, описываются способы и устройства, которые улучшают эффективность и пропускную способность в распределенной беспроводной сети. Способы и устройства включают в себя предоставление, по меньшей мере, одного AIE в течение сигнального периода. Элементы AIE включают в себя доступность устройств/систем сети в течение предстоящего суперкадра. Таким образом, каждое устройство предоставляет свою доступность для суперкадра, облегчая обмен трафиком между устройствами/системами сети.

В соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения, здесь описываемыми, распределенные беспроводные сети работают согласно проекту 0.5 MBOA. Конечно, это является просто иллюстрацией, и другие протоколы MAC могут включать в себя совместное использование доступности устройств внутри сети, которая описывается в связи с иллюстративными вариантами осуществления изобретения. Они включают в себя, но не ограничены этим, потомков текущего протокола MBOA MAC, также как другие протоколы многостанционного доступа с контролем несущей с уклонением от конфликтов (CSMA/CA) или протоколы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Следует отметить, что эти протоколы являются просто иллюстративными, и что другие протоколы внутри предметной области специалиста в данной области техники могут реализоваться в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения.

Фиг.1 – это схематическая диаграмма беспроводной сети, которая включает в себя множество беспроводных устройств или систем, совместно использующих среду передачи данных (т.е. совместно существующих), в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Беспроводные устройства/системы 101 могут передавать или принимать (или и то и другое) трафик 104 к/от других беспроводных устройств 101 внутри их диапазона 102 передачи. Более того, могут иметься другие беспроводные устройства/системы 103, которые находятся вне диапазона 102 некоторых беспроводных устройств/систем 101, но внутри диапазона некоторых устройств 101′. Как таковые, пока трафик 105 может передаваться между некоторыми устройствами/системами 101′ и 103, устройства/системы 103 могут быть скрытыми от других устройств 101. Как станет более ясно по мере повествования, можно избегать помех с трафиком 105 посредством способов и устройств предлагаемых вариантов осуществления изобретения.

Фиг.2 – это временная шкала 200 суперкадра между первым сигналом 201 и вторым сигналом 202. Как здесь используется, начальная точка сигналов указывается как начальное время периода сигнала (BPST), и имеется предписанный период времени между сигналами. В предложенном варианте осуществления изобретения суперкадр разделен на множество интервалов 203 доступа к среде (MAS), которые обеспечивают организованную передачу и прием в согласии с предложенными вариантами осуществления изобретения. В предложенном варианте осуществления изобретения имеется 256 интервалов 203, причем каждый интервал имеет продолжительность приблизительно 256 мкс, так что полная продолжительность суперкадра приблизительно равна 65,53 мс в предложенном варианте осуществления изобретения (таким образом, 65,53 мс между временами BPST). Конечно, количество и продолжительность интервалов 203 приводится просто для иллюстрации и не для каких-либо ограничений интервалов 203.

В начале каждого суперкадра имеется сигнальный интервал 204. Как станет более ясно по мере повествования, сигнальный интервал 204 предоставляет транспортное средство для совместного использования информации доступности устройств/систем (например, устройств 101, 103) сети 100, также как потребностей устройств/систем посылать трафик другим устройствам/системам беспроводной сети 100 в предложенных вариантах осуществления изобретения.

Каждый сигнальный интервал содержит некоторое количество интервалов. Это количество может быть статическим по конкретному служебному интервалу, или может быть динамическим по служебному интервалу. Заметим, что в соответствии с предложенным вариантом осуществления изобретения количество интервалов 203 в каждом сигнальном интервале 204 каждого суперкадра служебного интервала может быть фиксированным. Альтернативно, в другом предложенном варианте осуществления изобретения количество интервалов 203 в сигнальном интервале 204 может быть переменным, чтобы вмещать потребности устройств суперкадра служебного интервала. Для иллюстрации сигнальный интервал фиксированной продолжительности может составляться из 8 интервалов MAS 203; и в сигнальном интервале переменной продолжительности количество интервалов MAS может быть самое большее 20 интервалов MAS 203. Конечно, это является только примером предложенных вариантов осуществления изобретения. В заключение, следует отметить, что внутри каждого интервала 203 сигнального интервала 204 имеется некоторое количество сигналов 205. Например, имеется три сигнала 205. Как таковых, в статическом сигнальном интервале может быть 24 сигнала и в динамическом сигнальном интервале может быть 60 сигналов.

Фиг.3 показывает сигнальный кадр 300 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Сигнальный кадр 300 может быть одним из сигналов 205, описанных в связи с вариантом осуществления изобретения по фиг.2. Сигнальный кадр 300 включает в себя заголовок 301, сигнальный кадр 302 управления и множество элементов информации IE₁ 303, IE₂ 304,…, IE_k 305 (k=положительному целому числу) 303-305. Сигнал 300 заканчивается последовательностью проверки кадра (FCS) 306, которая хорошо известна в данной области техники.

Иллюстративно множество элементов IE (IE₁ 303, IE₂ 304, IE_k 305), каждый может являться картой индикации трафика (TIM) или IE доступности. В предложенном варианте осуществления изобретения IE доступности предоставляет информацию доступности устройства/системы, или другой IE. Например, IE доступности может предоставлять информацию об интервале сохранения мощности системы/устройства, резервированиях трафика соседа (например, скрытого соседа), информации планирования сканирования или информации канала сканирования, чтобы назвать только несколько возможностей.

Элементы IE 303-305, каждый включает в себя информацию устройства или системы. Заметим, что IE может включать в себя TIM, которая показывает требуемое планирование передачи от одного устройства/системы к другому. IE также может включать в себя доступность конкретного устройства/системы для приема трафика. Как станет более ясно по мере дальнейшего описания, доступность каждого интервала 203 для каждого устройства/системы, участвующего в суперкадре, может предоставляться внутри IE. Более того, посредством заполнения сигнального элемента с элементами IE информация для планирования трафика среди устройств/систем сети 100 может эффективно осуществляться, давая результатом значительное улучшение в эффективности и пропускной способности, чтобы назвать только несколько преимуществ.

В предложенном варианте осуществления изобретения в течение сигнального периода 204 сигнальный кадр 300 предоставляется через элементы индивидуальной информации (т.е. элементы IE 303-305 сигнального элемента 300). Сигнальный кадр 300 может включать в себя IE 400 доступности, или IE 404 доступности, которые показаны в вариантах осуществления изобретения по фиг.4a и 4b соответственно.

IE 400 доступности включает в себя ID 401 элемента, поле 402 длины и битовую карту 403 доступности. ID 401 элемента включает в себя тип элемента информации, к которому IE 400 принадлежит. Например, ID 401 элемента может быть IE доступности, TIM или другим элементом, который предоставляет информацию об устройстве.

IE 400 доступности также включает в себя поле 402 длины. Поле длины показывает длину в байтах элемента IE. IE 400 доступности также включает в себя битовую карту 403 доступности, которая иллюстративно равна 256 битов в длину. Каждый бит битовой карты 403 включает в себя бинарную цифру (бит), которая показывает доступность устройства/системы для каждого MAS суперкадра. Иллюстративно, бит ‘0’ показывает, что устройство доступно в течение конкретного MAS; и бит ‘1’ показывает, что устройство/система недоступны в течение конкретного MAS. Следует заметить, что MAS может помечаться как недоступный (например, ‘1’) по ряду причин, таких как режимы сохранения мощности, резервирования соседей, другие сигнальные периоды, чтобы назвать только несколько.

Фиг.4b иллюстрирует IE 404 доступности в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. IE 404 совместно использует некоторое количество общих характеристик с IE 400 из варианта осуществления изобретения по фиг.4a; эти общие особенности не будут повторяться для того, чтобы не затемнять описание предложенного варианта осуществления изобретения.

IE 404 включает в себя ID 405 элемента, поле 406 длины, смещение 407 времени начала сигнального периода (BPST) и поле 408 продолжительности, которое равняется полю 402 длины, описанному ранее.

В настоящем варианте осуществления изобретения поле 407 смещения BPST определяет время начала доступного интервала времени для приема трафика. Это – интервал времени в течение суперкадра, когда беспроводное устройство или беспроводная система доступны. Поле 407 смещения BPST устанавливается на номер интервала первого интервала доступного интервала. Поле 408 продолжительности содержит, в кратных интервалах данных, продолжительность доступного интервала. Этот вариант осуществления изобретения предоставляет способ, чтобы сигнализировать доступность, что, среди других преимуществ, обеспечивает эффективность, когда имеется относительно маленькое количество доступных интервалов, так как длина IE 404 может быть сравнительно малой.

Как может быть легко принято во внимание, ссылаясь на сеть 100 варианта осуществления изобретения по фиг.1, через IE 400, 404 доступности иллюстративных вариантов осуществления изобретения каждое устройство/система 101′, 101, 103 сети 100 может заполнять сигнальный кадр 300 своей доступностью для суперкадра. Эта информация передается в течение сигнального периода 204, и, таким образом, каждое устройство/элемент может информировать другие устройства/системы сети 100 об их доступности; и, таким образом, может информироваться о доступности других устройств/систем 101′, 101, 103. Таким образом, в результате планирования, по существу, избегать сетей, известных наплывами, посредством предложенных вариантов осуществления изобретения.

Фиг.5 – это блок-схема последовательности операций способа 500 осуществления связи в беспроводной сети в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Способ 500 начинается на этапе 501, где BPST начинается. В течение сигнального периода, следующего за BPST, различные устройства/системы посылают сигналы с элементами IE для настоящего суперкадра. В течение этапа 502 сигнальный кадр заполняется информацией сигналов, доставленных от различных устройств/систем сети. Заметим, что в течение этапа 502 элементы индивидуальной доступности (например, элементы 400, 404) предоставляются через сигналы и служат для заполнения сигнального кадра 300 информацией о картах TIM и другой доступности в течение суперкадра.

После того, как каждое устройство/система предоставляло свой IE доступности, каждое устройство имеет возможность извлечь IE доступности всех устройств/систем в сети, которые будут участвовать в суперкадре. Как таковые, на этапе 504 выполняются связь в течение суперкадра и процесс согласования для новых резервирований. Это согласование является, например, резервированием полосы пропускания устройствами, требующими изохронных служб. Эти процессы согласования хорошо известны в данной области техники. Например, детали этого процесса согласования предоставляются в протоколе MBOA. По завершении суперкадра процесс повторяется в следующем BPST на этапе 501.

В соответствии с настоящим описанием следует отметить, что различные способы и устройства, здесь описываемые, могут быть реализованы в аппаратном обеспечении и программном обеспечении, известных для достижения эффективного доступа к среде передачи данных и совместного использования в распределенной беспроводной сети. Также, различные способы и параметры включены сюда только в качестве примеров, а не в каком-либо ограничивающем смысле. Используя настоящее описание, специалисты в данной области техники могут реализовывать различные устройства и способы для их собственных технологий и необходимого оборудования, чтобы осуществлять эти технологии, не выходя из объема предлагаемого изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ беспроводной связи, содержащий этапы, на которых передают элемент информации доступности (AIE) (400, 404) от каждого из множества устройств, каждый элемент информации доступности идентифицирует доступность устройства в течение одного или более предстоящих интервалов передачи; и
планирование передачи и приема трафика среди указанного множества устройств (101, 101, 103), в течение одного или более предстоящих интервалов передачи, основываясь на элементах информации доступности.

2. Способ по п.1, в котором AIE включает в себя битовую карту (403) доступности.

3. Способ по п.2, в котором периоды передачи включают в себя интервалы доступа к среде (МАЗ) суперкадра, и битовая карта доступности предоставляет бит для каждого интервала доступа к среде.

4. Способ по п.3, в котором доступность каждого MAS определяется упомянутым битом.

5. Способ по п.3, в котором элементы информации доступности передаются в течение сигнальных интервалов (204) суперкадра.

6. Способ по п.1, в котором AIE включает в себя смещение (407) и продолжительность (406) времени начала сигнального интервала (BPST).

7. Способ по п.1, в котором AIE предоставляет информацию о периоде режима сохранения мощности.

8. Способ по п.1, в котором AIE показывает планирование сканирования.

9. Способ по п.1, в котором AIE показывает передачу данных от скрытых соседей.

10. Способ по п.4, в котором бит ‘0’ показывает доступность в течение MAS и бит ‘1’ показывает отсутствие доступности в течение MAS.

11. Беспроводная сеть (100), содержащая множество беспроводных элементов (101, 101, 103), при этом каждый из беспроводных элементов адаптирован для предоставления элемента информации доступности (AIE) (400, 404), который идентифицирует доступность устройства в течение предстоящего интервала передачи, и беспроводные элементы планируют передачу и прием трафика, основываясь на элементах информации доступности.

12. Беспроводная сеть по п.11, в которой беспроводные элементы включают в себя беспроводные устройства (101, 101, 103), или беспроводные системы (101, 101, 103), или и то, и другое.

13. Беспроводная сеть по п.11, в которой AIE включает в себя битовую карту (403) доступности.

14. Беспроводная сеть по п.13, в которой периоды передачи включают в себя интервалы доступа к среде (MAS) суперкадра, и битовая карта доступности предоставляет бит для каждого интервала доступа к среде.

15. Беспроводная сеть по п.14, в которой доступность каждого МАЗ определяется упомянутым битом.

16. Беспроводная сеть по п.14, в которой элементы информации доступности передаются в течение сигнальных интервалов (204) суперкадра.

17. Беспроводная сеть по п.11, в которой AIE предоставляет информацию о периоде режима сохранения мощности.

18. Беспроводная сеть по п.11, в которой AIE показывает планирование сканирования.

19. Беспроводная сеть по п.11, в которой AIE показывает передачу данных от скрытых соседей.

20. Беспроводная сеть по п.11, в которой AIE включает в себя смещение (407) и продолжительность (406) времени начала сигнального периода (BPST).

РИСУНКИ