專利名稱：無線網(wǎng)絡(luò)中控制與數(shù)據(jù)的分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線網(wǎng)絡(luò)，更具體地說，涉及在無線網(wǎng)絡(luò)中將控制與數(shù)據(jù)分離。
背景
用戶正在接觸到越來越多種類的可以用來實(shí)現(xiàn)越來越多種的目的的設(shè)備。比
如，用戶會(huì)使用無線電話通話、使用個(gè)人數(shù)字助理安排約會(huì)、在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)
上編輯文檔、在游戲控制臺(tái)上玩游戲、用數(shù)字視頻記錄器觀賞記錄的電視節(jié)目， 等等。盡管這些設(shè)備各自可能是旨在用來執(zhí)行專門的任務(wù)的，但是通?？偸窍Ｍ?br> 能夠?qū)⑦@些設(shè)備彼此通信地耦合。例如，可將個(gè)人數(shù)字助理與臺(tái)式PC通信地耦
合以共享日程表。
此外，這些設(shè)備中各自可能具有能進(jìn)一步擴(kuò)充其功能的外圍設(shè)備。比如，無
線電話可以使用耳機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理可以使用全球定位系統(tǒng)(GPS)、個(gè)人計(jì)算 機(jī)可以使用打印機(jī)、游戲控制臺(tái)可以連接另一個(gè)游戲控制臺(tái)以使得玩家能進(jìn)行雙 人游戲，等等。
連接這些設(shè)備的一種越來越流行的技術(shù)是無線通信。正如其名字所意味的， 無線通信的應(yīng)用使得這些設(shè)備不需要被實(shí)體連接就能夠互相通信。但是，隨著這 些設(shè)備的功能的持續(xù)增加，設(shè)備之間共享的信息量也會(huì)增加，因此會(huì)消耗無線連 接上可用的帶寬。類似地，隨著這些設(shè)備的數(shù)量持續(xù)增加，這些設(shè)備整體所消耗 的無線帶寬的總量也在增加。
因此，總是存在對(duì)于改進(jìn)的無線通信技術(shù)的需求。
概述
描述了將控制與數(shù)據(jù)分離的無線通信技術(shù)。在一種實(shí)現(xiàn)中，描述了一種方法， 該方法包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā)送數(shù)據(jù)分組，并且在至少一個(gè)數(shù)據(jù)率低于 所述一個(gè)或多個(gè)無線信道的其他無線信道上發(fā)送與這些數(shù)據(jù)分組相關(guān)的控制數(shù)據(jù)。例如，所述的一個(gè)或多個(gè)無線信道可在大約卯OMHz的頻率上工作，而所述 的至少一個(gè)信道在900 MHz以下的頻率上工作。
在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，描述了一種方法，該方法包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā) 送一組數(shù)據(jù)分組，并且在該組數(shù)據(jù)分組的發(fā)送期間；在至少一個(gè)其他無線信道上 發(fā)送控制數(shù)據(jù)。該控制數(shù)據(jù)被配置成在該一個(gè)或多個(gè)無線信道上保留出用于發(fā)送 另一組數(shù)據(jù)分組的時(shí)間。
在又一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，描述了一種方法，該方法包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā) 送一組數(shù)據(jù)分組，并且在該組數(shù)據(jù)分組的發(fā)送期間，同時(shí)在至少一個(gè)其他無線信 道上發(fā)送與另一組數(shù)據(jù)分組相關(guān)的發(fā)送競(jìng)爭(zhēng)控制數(shù)據(jù)。
附圖簡(jiǎn)述


圖1是可使用一具有分離的數(shù)據(jù)和控制信道的無線協(xié)議來工作的示例性實(shí) 現(xiàn)中的環(huán)境的圖示。
圖2是一示例性實(shí)現(xiàn)中可使用圖1的數(shù)據(jù)信道和控制信道來執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸 的圖示。
圖3是一示例性實(shí)現(xiàn)中可使用圖1的數(shù)據(jù)信道和控制信道來執(zhí)行且不使用預(yù) 留(advance reservation)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱D示。
圖4是一示例性實(shí)現(xiàn)中可使用圖1的數(shù)據(jù)信道和控制信道且結(jié)合預(yù)留技術(shù)來 執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱D示。
圖5是描述一示例性實(shí)現(xiàn)中數(shù)據(jù)和控制信息同時(shí)在各自的數(shù)據(jù)和控制信道 上通信的過程的流程圖。
相同的附圖標(biāo)記在本討論中的各處表示相似的結(jié)構(gòu)和組件。
詳細(xì)描述 縱覽
描述了將控制與數(shù)據(jù)分離以便于在無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信。分配給各無執(zhí)照無 線網(wǎng)絡(luò)使用的無線電頻譜通?？绮贿B續(xù)的頻帶分布，這些不連續(xù)的頻帶在以下也 稱為頻片(slice)、分片(sliver)以及信道(channel)。然而，傳統(tǒng)的媒體訪問 控制(MAC)協(xié)議，比如正EE 802.11，只能在連續(xù)的頻帶上工作，這是低效率
6的并且導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸帶寬的減少。在一種實(shí)現(xiàn)中，描述了一種分離式信道
(split-channel)協(xié)議，該協(xié)議通過將處于較低頻帶的未使用頻譜中的，先前被認(rèn) 為是不適合用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆制糜诳刂颇康?，從而來增加無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和 多跳(multi-hop)無線網(wǎng)絡(luò)的容量。由此，該協(xié)議可通過將競(jìng)爭(zhēng)解決開銷移到分 離的，速率比用于傳輸接收自"更高層"，比如應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信道低(比 如，位于900MHz或者以下)的信道來增加吞吐量。該協(xié)議可納入各種用于將控 制與數(shù)據(jù)的傳輸分離的技術(shù)。例如，該協(xié)議可通過在控制信道上納入"預(yù)留"特 征并在數(shù)據(jù)信道上納入"數(shù)據(jù)聚合"特征來允許同時(shí)進(jìn)行信道競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)傳輸， 等等，對(duì)其進(jìn)一步的討論可在以下相關(guān)的章節(jié)中找到。
在下面的討論中，描述了一個(gè)配置成采用該協(xié)議的示例性環(huán)境。然后描述可 在該示例性環(huán)境以及其他環(huán)境中工作的示例過程。
示例環(huán)境
圖1是可采用一具有分離的數(shù)據(jù)和控制信道的無線協(xié)議來工作的示例性實(shí) 現(xiàn)中的環(huán)境100的圖示。該環(huán)境包括使用無線架構(gòu)104通信地彼此耦合的第一客 戶端102 (1)和第二客戶端102 (2)?？蛻舳?02 (1) 、 102 (2)可以用各種 方式配置，以通過無線架構(gòu)104通信。例如，客戶端102 (1) 、 102 (2)中的一 個(gè)或多個(gè)可被配置為諸如臺(tái)式計(jì)算機(jī)的計(jì)算設(shè)備、移動(dòng)站、娛樂設(shè)施、無線電話、 游戲控制臺(tái)，等等。此外，客戶端102 (1) 、 102 (2)中的一個(gè)或多個(gè)可被配置 成諸如無線打印機(jī)的外圍設(shè)備。由此，客戶端102 (1) 、 102 (2)的范圍可從具 有實(shí)際存儲(chǔ)器和處理器資源的全資源設(shè)備(比如，個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲控制臺(tái))到 具有有限存儲(chǔ)器和/或處理資源的低資源設(shè)備(比如，外圍設(shè)備)。為了下面的討
論，客戶端102 (1) 、 102 (2)在無線架構(gòu)104中也可被稱為"節(jié)點(diǎn)"。
無線架構(gòu)104被進(jìn)一步示為分別在客戶端102 (1) 、 102 (2)中的每一個(gè) 上包括多個(gè)協(xié)議組件，如所示的，這些協(xié)議組件包括數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106
(2)，信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1) 、 108 (2)，以及數(shù)據(jù)鏈(datatrain) 管理協(xié)議110 (1) 、 110 (2)。數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)代表負(fù)責(zé)將 去往一特定目的地的分組聚合成一分組鏈的功能。數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106
(2)例如會(huì)為每一個(gè)鄰近的節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)單獨(dú)的隊(duì)列以支持每目的地的聚合。
7信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1) 、 108 (2)代表通過在控制信道114上 交換"請(qǐng)求發(fā)送"(RTS)和"清除發(fā)送"(CTS)分組來解決競(jìng)爭(zhēng)并在數(shù)據(jù)信 道112上為從數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)接收到的分組鏈保留時(shí)間的功能。 信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1) 、 108 (2)還實(shí)現(xiàn)"預(yù)留"特征，有關(guān)預(yù)留的 進(jìn)一步討論將在下面的章節(jié)中找到。
數(shù)據(jù)鏈管理協(xié)議110 (1) 、 110 (2)代表在無線架構(gòu)104中管理各客戶端 102 (1) 、 102 (2)上的相應(yīng)緩存116 (1) 、 116 (2)的功能。例如，緩存116 (1) 、 116 (2)可被用于緩存使用相應(yīng)的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)118 (1) 、 118 (2)， 比如無線電波，來發(fā)射或者接收的分組。數(shù)據(jù)鏈管理協(xié)議110 (1) 、 110 (2)還 可以選擇性地為在各分組鏈中接收到的分組發(fā)送確認(rèn)分組(ACK)，并且支持丟 失分組的重發(fā)。這些協(xié)議組件中的每一個(gè)將在下面的章節(jié)中被詳細(xì)地描述。
數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)
數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)可被用于構(gòu)建總長(zhǎng)大于一指定閾值的分 組鏈，并且使用控制信道114上的單個(gè)預(yù)留來發(fā)射該分組鏈。例如，數(shù)據(jù)聚合協(xié) 議106 (1) 、 106 (2)可被配置成使得控制信道114不會(huì)成為影響性能的瓶頸， 因?yàn)榭刂菩诺?14上的每一個(gè)預(yù)留可以為相對(duì)較大的分組，比如分組鏈保留時(shí)間。
RTS-CTS交換將數(shù)據(jù)信道112保留用于發(fā)送方與一接收方之間的通信。由 此，要將保留機(jī)制與分組鏈結(jié)合使用，鏈中的分組需要具有共同的目的地。然而， 來自更高層(例如，應(yīng)用程序模塊120 (1) 、 120 (2))的連續(xù)分組可能具有多 個(gè)目的地。于是，數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)可被用來分別地為每一個(gè)目 的地聚合分組。
數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)可為每一個(gè)已知的鄰節(jié)點(diǎn)——例如另一 個(gè)客戶端——維護(hù)一個(gè)隊(duì)列。當(dāng)從更高層接收到指向當(dāng)前沒有待處理分組存在的 目的地的分組時(shí)，數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)會(huì)組裝一個(gè)新的分組鏈。當(dāng) 分組鏈的長(zhǎng)度等于作為數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)的一個(gè)參數(shù)的閾值(此 后稱為"聚合極限")時(shí)，該分組鏈被傳輸?shù)叫诺辣Ａ艏案?jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1)、 108 (2)進(jìn)行調(diào)度以及后續(xù)的傳輸。
為了確保每一個(gè)分組都被傳遞，即使聚合極限沒有達(dá)到，數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106
8(1) 、 106 (2)也可使用稱為"聚合超時(shí)"的另一個(gè)參數(shù)，聚合超時(shí)指定了一
部分地構(gòu)建了的分組鏈可以等待新的分組的最大時(shí)間。由此，即使不存在要發(fā)送 到單個(gè)目的地的多個(gè)分組，該分組也會(huì)如聚合超時(shí)參數(shù)所規(guī)定地被發(fā)送。
例如，可將一定時(shí)器與每一個(gè)構(gòu)建中的分組鏈相關(guān)，并且在每次有新的分組 被加入到該鏈中時(shí)被復(fù)位為聚合超時(shí)值。當(dāng)定時(shí)器期滿時(shí)，即使分組鏈的長(zhǎng)度小 于聚合極限，與該定時(shí)器相關(guān)的分組鏈也會(huì)被"換手"給信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)
議108(1) 、 108(2)進(jìn)行調(diào)度。因此，超時(shí)機(jī)制確保了由數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106(1)、 106 (2)引入的最大延遲具有上限。
除了使用一基于分組鏈中的分組數(shù)目的閾值之外，數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1)、 106 (2)還可以被增強(qiáng)為使用一基于分組鏈中分組的總長(zhǎng)的閾值。該擴(kuò)展在各個(gè) 分組的長(zhǎng)度會(huì)顯著變化時(shí)會(huì)很有用。
在一實(shí)現(xiàn)中，為每次競(jìng)爭(zhēng)解決嘗試發(fā)送的數(shù)據(jù)的平均長(zhǎng)度大到足以實(shí)現(xiàn)將多 個(gè)分組聚合成一分組鏈并以單個(gè)競(jìng)爭(zhēng)解決操作為整個(gè)鏈保留數(shù)據(jù)信道的顯著的 性能提升。因此，通過使用數(shù)據(jù)聚合技術(shù)，分組鏈的長(zhǎng)度有效地增大了在數(shù)據(jù)信 道上通信的"分組"的長(zhǎng)度。例如，利用數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)可使 得平均分組鏈長(zhǎng)度大于一閾值，從而數(shù)據(jù)信道112的吞吐量的增長(zhǎng)大于控制信道 114的數(shù)據(jù)率。
信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1) 、 108 (2)
信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議可包括兩部分保留協(xié)議和競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議。保留協(xié)議在 發(fā)送方與接收方之間交換控制分組(例如，RTS和CTS分組)以保留數(shù)據(jù)信道。
保留協(xié)議具有一參數(shù)"提前保留極限"，它表示在任何時(shí)候可為傳輸保留的 分組鏈的最大數(shù)目，即，預(yù)留。當(dāng)數(shù)據(jù)聚合協(xié)議106 (1) 、 106 (2)將一分組鏈 移送給保留協(xié)議時(shí)，如果已經(jīng)保留的等待傳輸?shù)姆纸M的數(shù)目小于該提前保留極 限，則發(fā)起一個(gè)新的保留。否則，該分組鏈被緩存(例如，通過相應(yīng)的緩存116 (1) 、 116 (2))直到之后出現(xiàn)保留的機(jī)會(huì)。
各客戶端101 (1) 、 101 (2)上的每個(gè)信道保留及競(jìng)爭(zhēng)解決協(xié)議108 (1)、 108 (2)也可以維護(hù)一張保留表來跟蹤已經(jīng)為在數(shù)據(jù)信道112上通信而調(diào)度的保 留。發(fā)起該保留的發(fā)送方首先計(jì)算用于發(fā)射相關(guān)的分組鏈并接收確認(rèn)(ACK)的
9時(shí)間"T"。發(fā)送方之后檢查保留表以尋找從估計(jì)的RTS-CTS交換結(jié)束開始，數(shù) 據(jù)信道連續(xù)空閑時(shí)間歷時(shí)T的最早時(shí)間"E" 。 (E,T)對(duì)在RTS中發(fā)送。接收 方也檢查其保留表以核實(shí)歷時(shí)(E，T)確實(shí)是空閑的。如果信道在(E，T)期間空 閑，則(E,T)在CTS中被回發(fā)。否貝lj， E之后的下一個(gè)可能的時(shí)間(記為"E1") 被選擇，對(duì)此，信道空閑歷時(shí)為T并且(E1,T)在CTS中被回發(fā)。接收方將在 CTS中發(fā)送的(E,T)對(duì)添加到其保留表中。當(dāng)發(fā)送方接收到具有某個(gè)(E,T)對(duì) 的CTS時(shí)，它核實(shí)該(E，T)對(duì)是否與保留表中的條目相沖突。如果沒有沖突， 那么此保留是成功的，并且(E,T)被添加到保留表中。否則，發(fā)起一個(gè)新的保 留嘗試。
RTS或者CTS分組可能由于出錯(cuò)或者沖突而被丟失。因此，保留協(xié)議可使 用一重發(fā)過程，它在遇到?jīng)_突時(shí)將競(jìng)爭(zhēng)窗加倍。當(dāng)發(fā)送方完成成功的保留時(shí)，分 組鏈被調(diào)度為于時(shí)間E在數(shù)據(jù)信道上發(fā)射。該協(xié)議將在下面的討論中被更加詳細(xì) 地描述。
可利用預(yù)留來"隱藏"競(jìng)爭(zhēng)解決和數(shù)據(jù)傳輸歷時(shí)中的變化。例如，預(yù)留能通 過在控制分組中指定與該分組的接收相關(guān)的項(xiàng)目來提供節(jié)點(diǎn)之間寬松的同步。保 留間隔可被設(shè)置的足夠大，以使得用于發(fā)射數(shù)據(jù)鏈的時(shí)間量慮及了傳播延遲，但 是該保留間隔又并沒有大到會(huì)遭遇時(shí)鐘漂移誤差的地步。比如，預(yù)先保留極限可 被設(shè)為等于用于發(fā)射有限多個(gè)數(shù)據(jù)分組的歷時(shí)，從而避免由于兩個(gè)傳輸互相重疊 而造成的數(shù)據(jù)分組沖突。
數(shù)據(jù)鏈管理協(xié)議110 (1) 、 110 (2)
數(shù)據(jù)鏈管理協(xié)議110 (1) 、 110 (2)可被用于在單個(gè)傳輸機(jī)會(huì)期間發(fā)射一 串分組。然而，因?yàn)橄聦拥臄?shù)據(jù)信道可能并不是無錯(cuò)的，所以分組鏈中的一些分 組可能會(huì)丟失或者損壞。因此，這寫分組被重發(fā)。在一實(shí)現(xiàn)中，使用一種選擇性 確認(rèn)技術(shù)，其中在分組串的結(jié)尾處使用單個(gè)確認(rèn)分組(ACK)。該確認(rèn)分組可以 利用諸如位圖來指示哪些分組被正確地接收了?；谒邮盏降拇_認(rèn)分組，分組 鏈中丟失的和/或損壞的分組被組裝成一個(gè)新的分組鏈，并在從前面所描述的保留 協(xié)議獲得保留后被重發(fā)。在于分組鏈傳輸?shù)慕Y(jié)尾處沒有接收到確認(rèn)分組的情況 下，該分組鏈可被重發(fā)。在一實(shí)現(xiàn)中，每一個(gè)分組鏈可被重發(fā)一指定閾值以下的次數(shù)，該指定閾值稱 為"重發(fā)閾值"。每一個(gè)分組鏈具有一序列號(hào)，并且該分組鏈中的各個(gè)分組可由 與該分組鏈相關(guān)的數(shù)字來識(shí)別。由此，該分組鏈傳輸管理可被實(shí)現(xiàn)為不為每一個(gè)
單獨(dú)的分組發(fā)送一個(gè)單獨(dú)的確認(rèn)(即，ACK)，而僅僅發(fā)送描述分組鏈中的多個(gè)
分組的單個(gè)確認(rèn)。
在一實(shí)現(xiàn)中，所接收的分組被按序發(fā)送到更高層(例如，應(yīng)用程序模塊120 (1) 、 120 (2))。當(dāng)分組鏈中的一分組丟失，但是后續(xù)的分組卻被正確地接 收到時(shí)，所接收到的分組可被緩存。在該丟失的分組繼重發(fā)被接收到之后，每一 個(gè)被緩存的分組被一個(gè)接一個(gè)地按序通信?？蓪⒁怀瑫r(shí)與該緩存相關(guān)，以確保如 果鏈中的一個(gè)或多個(gè)分組始終沒有被接收到，則后續(xù)接收到的分組在超時(shí)期滿后 被亂序地傳送到更高層。
圖2是一示例實(shí)現(xiàn)中可使用圖1所示的數(shù)據(jù)信道112和控制信道114執(zhí)行的 數(shù)據(jù)傳輸200的圖示。如前面所描述的，該協(xié)議提供分離的數(shù)據(jù)和控制信道112、 114。該協(xié)議可使用具有沖突避免機(jī)制的載波偵聽多址(CSMA/CA)協(xié)議來控制 對(duì)信道的接入，并使用諸如請(qǐng)求發(fā)送(RTS)和清除發(fā)送(CTS)等的控制分組 進(jìn)行信道保留。
如前面所描述的，之前的無線通信技術(shù)僅僅在數(shù)據(jù)信道上實(shí)現(xiàn)的。因此，用 于避免在信道上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突的競(jìng)爭(zhēng)解決也是在數(shù)據(jù)信道上執(zhí)行的。然 而，競(jìng)爭(zhēng)解決產(chǎn)生占用信道的可用帶寬卻不傳輸"有用"數(shù)據(jù)的開銷，比如，來 自發(fā)送應(yīng)用程序的對(duì)接收應(yīng)用程序有用的數(shù)據(jù)相對(duì)于駐留在協(xié)議自身內(nèi)部的用 于傳輸該數(shù)據(jù)的控制數(shù)據(jù)。因此，如果競(jìng)爭(zhēng)解決階段如前面所述的那樣被移到控 制信道114，則高速率數(shù)據(jù)信道上的吞吐量可以增加。在一實(shí)現(xiàn)中，控制信道114 上的競(jìng)爭(zhēng)解決階段是與數(shù)據(jù)信道112上的數(shù)據(jù)傳輸平行地(即同步地行)執(zhí)行的， 就如圖2的示例性數(shù)據(jù)傳輸200中所示。當(dāng)分組"i"在數(shù)據(jù)信道112上被傳輸時(shí) (在圖2中用數(shù)據(jù)傳輸分組(i)202圖示)，針對(duì)"i+l"分組的競(jìng)爭(zhēng)解決在控制信 道114上被執(zhí)行，其在圖2中使用"分組"i+l"的競(jìng)爭(zhēng)解決204 "圖示。由此， 數(shù)據(jù)傳輸可在相對(duì)較高帶寬的數(shù)據(jù)信道上執(zhí)行而競(jìng)爭(zhēng)解決在相對(duì)較低帶寬、之前 沒有被用于控制或者數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信道上執(zhí)行。
圖3是一示例性實(shí)現(xiàn)中可使用圖1的數(shù)據(jù)信道112和控制信道U4執(zhí)行且不使用預(yù)留技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸200的圖示。如果控制信道114上針對(duì)分組"i+l"的競(jìng)
爭(zhēng)解決在數(shù)據(jù)信道上分組"i"的傳輸結(jié)束時(shí)還沒有完成，則數(shù)據(jù)信道112可保持 空轉(zhuǎn)狀態(tài)302直到競(jìng)爭(zhēng)解決完成。
競(jìng)爭(zhēng)解決所花的時(shí)間量是可變的，因?yàn)槠淇扇Q于所選擇的"退避"值、以 及RTS和/或CTS沖突(若有)。另外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臍v時(shí)取決于數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度， 而每個(gè)分組的長(zhǎng)度可能是不同的。再者，用于競(jìng)爭(zhēng)解決的時(shí)間可能部分地由控制 信道114的數(shù)據(jù)率決定；然而，在一實(shí)現(xiàn)中，該協(xié)議對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)解決和數(shù)據(jù)分組傳 輸?shù)臍v時(shí)中的變化并不敏感。此外，控制信道也可能會(huì)遭遇空轉(zhuǎn)期304，該空轉(zhuǎn) 期304會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信道空轉(zhuǎn)306的后續(xù)空轉(zhuǎn)期。為了避免空轉(zhuǎn)期并應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)解決 的歷時(shí)的變化，可采用預(yù)留技術(shù)來限制甚至消除數(shù)據(jù)信道112和控制信道114的 空轉(zhuǎn)時(shí)間，更加詳細(xì)的討論會(huì)在下面結(jié)合附圖進(jìn)行。
圖4是一示例實(shí)現(xiàn)中可結(jié)合預(yù)留技術(shù)使用圖1的數(shù)據(jù)信道112和控制信道 114執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸400的圖示。預(yù)留是允許每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如，客戶端102(1)、 102 (2))為"k"個(gè)分組"提前保留"的技術(shù)，其中"k"是一協(xié)議參數(shù)。因此， 在數(shù)據(jù)信道上傳輸分組"i"的節(jié)點(diǎn)可以通過在控制信道上交換的改進(jìn)的RTS-CTS 分組來為另外多達(dá)"k"個(gè)分組保留該數(shù)據(jù)信道。因此，預(yù)留可以用于通過使用 分離的信道將競(jìng)爭(zhēng)解決和數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)間上解耦。例如，當(dāng)沒有使用預(yù)留時(shí)，如 果針對(duì)分組"i+2"的競(jìng)爭(zhēng)解決所花的時(shí)間大于平均值，則數(shù)據(jù)信道112將會(huì)空轉(zhuǎn) 直到針對(duì)分組"i+2"的競(jìng)爭(zhēng)解決完成。另一方面，如果針對(duì)分組"i"的數(shù)據(jù)傳 輸所花的時(shí)間長(zhǎng)于針對(duì)分組"i+l"的競(jìng)爭(zhēng)解決，那么控制信道上的空轉(zhuǎn)時(shí)間無法 被利用，除非使用圖4的數(shù)據(jù)傳輸400中所示的預(yù)留技術(shù)。預(yù)留技術(shù)可使用經(jīng)過 仔細(xì)選擇的"k"值，以確保只要用于競(jìng)爭(zhēng)解決的平均歷時(shí)小于數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄?歷時(shí)，控制信道就不會(huì)成為性能的瓶頸。
針對(duì)定向天線的擴(kuò)展
定向通信可被用于增加無線網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，該協(xié)議可以與全向天線一起 使用，也可以與定向天線一起使用以利用定向通信的優(yōu)勢(shì)。例如，可使用其中 RTS和CTS分組被全向發(fā)送、而數(shù)據(jù)和確認(rèn)分組被定向交換的全向RTS-CTS技 術(shù)。在另一個(gè)例子中，可使用其中RTS和CTS分組被定向發(fā)送的定向RTS-CTS
12技術(shù)。用于通信的方向可被"先驗(yàn)"地發(fā)現(xiàn)。當(dāng)使用定向RTS和CTS時(shí)，空間 復(fù)用度增加。然而，定向RTS-CTS在某些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中會(huì)因稱為"失聰"的問題 而導(dǎo)致不良性能，下面將對(duì)其示例進(jìn)行描述。
假設(shè)節(jié)點(diǎn)A和B在先前的定向RTS-CTS交換之后進(jìn)行通信。節(jié)點(diǎn)C希望與 節(jié)點(diǎn)B迸行通信并發(fā)起了一個(gè)定向RTS。但是B的波束形成為指向A的，因而 未能接收到這個(gè)RTS。節(jié)點(diǎn)C會(huì)將沒有收到CTS的情況錯(cuò)誤地解釋為因擁塞而 導(dǎo)致的RTS沖突的征兆，并增加其退避，因此降低了吞吐量。由此，可能會(huì)產(chǎn)生 "失聰"的情況，因?yàn)槎ㄏ騌TS-CTS的使用會(huì)導(dǎo)致鄰近的一些節(jié)點(diǎn)不知曉正在 發(fā)生的通信。
在一實(shí)現(xiàn)中，在控制信道114上使用全向傳輸，而在數(shù)據(jù)信道U2上使用定 向傳輸。因此，可以實(shí)現(xiàn)定向天線的空間復(fù)用優(yōu)勢(shì)而不會(huì)遭受到前面所描述的失 聰問題。當(dāng)節(jié)點(diǎn)C在控制信道上發(fā)起一至節(jié)點(diǎn)B的RTS傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可用CTS 來進(jìn)行響應(yīng)，因?yàn)榕cA的數(shù)據(jù)通信正在數(shù)據(jù)信道上進(jìn)行。這樣，控制信道架構(gòu)提 供了利用定向天線的空間復(fù)用優(yōu)勢(shì)而不會(huì)招致失聰?shù)男阅軗p失的解決方案。這些 優(yōu)勢(shì)是對(duì)于之前描述的使用控制信道方案所獲得的優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)充。全向控制信道的 使用還簡(jiǎn)化了鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的問題。
在一實(shí)現(xiàn)中，控制信道114的全向RTS-CTS的范圍至少與數(shù)據(jù)信道112上 的定向傳輸?shù)姆秶粯哟?。?yīng)當(dāng)注意的是，如前面所描述的，當(dāng)控制信道114在 比數(shù)據(jù)信道122低的頻率上工作時(shí)，控制信道114可支持相應(yīng)較大的范圍。此外， 如果希望有額外的范圍，則可以適當(dāng)增大控制信道上的發(fā)射功率，其進(jìn)一步的討 論可以在下面的章節(jié)中找到。
控制信道范圍
除了具有不同的數(shù)據(jù)率之外，數(shù)據(jù)和控制信道112、 114還可能具有不同的 范圍。盡管范圍上的確切區(qū)別取決于數(shù)個(gè)因素，比如功率電平和環(huán)境因素，但是 很有可能控制信道的范圍要比數(shù)據(jù)信道的范圍大。
預(yù)期控制信道被設(shè)置在較低頻帶上，因此，對(duì)于固定的發(fā)射功率來說，控制 信道會(huì)經(jīng)歷較小的路徑損耗，從而減小隱藏終端的效應(yīng)。例如，傳輸可能與另一 個(gè)傳輸發(fā)生干擾的范圍(即"干擾范圍")比傳輸范圍更加長(zhǎng)。通過使用接近數(shù)
13據(jù)新道的干擾范圍的控制信道范圍，干擾區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可被告知一個(gè)即將 發(fā)生的傳輸，由此來避免數(shù)據(jù)分組沖突并還允許最大的空間利用率。例如，當(dāng)控 制信道范圍顯著大于數(shù)據(jù)信道范圍時(shí)，控制信道可能會(huì)保留不必要地大的空間， 從而降低空間復(fù)用度。
例如，采用分離信道方案，RTS-CTS傳輸在一與DATA-ACK傳輸不同的信 道上執(zhí)行。因此，使用較長(zhǎng)距離的RTS-CTS傳輸將不會(huì)與數(shù)據(jù)信道上的數(shù)據(jù)傳 輸相干擾。具有較長(zhǎng)范圍的控制信道在使用前面所描述的定向天線時(shí)同樣十分有 利。
示例性過程
下面的討論描述了可以使用前面描述的系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)的無線通信技術(shù)。每 一個(gè)過程的各個(gè)方面可以用硬件、固件、軟件或者它們的組合實(shí)現(xiàn)。這些過程被 示為指定由一個(gè)或多個(gè)設(shè)備執(zhí)行的操作的一組塊，并且，不必被限定于所示的由 各個(gè)塊執(zhí)行這些操作的次序。在下面的討論的各個(gè)部分中，將會(huì)參考圖1的環(huán)境 100和圖2的系統(tǒng)200。
圖5是描述示例性實(shí)現(xiàn)中數(shù)據(jù)和控制信息在各自的數(shù)據(jù)和控制信道上被同 時(shí)通信的過程500的流程圖。在協(xié)議層從更高層接收到要在一無線網(wǎng)絡(luò)上通信的 數(shù)據(jù)(塊502)。例如，該無線架構(gòu)104可在協(xié)議層次實(shí)現(xiàn)，并且應(yīng)用程序模塊 120 (1) 、 120 (2)并不知道數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行通信的細(xì)節(jié)。
從更高層接收到的數(shù)據(jù)被形成為一個(gè)或多個(gè)分組鏈，每一個(gè)分組鏈具有多個(gè) 分組(塊504)。例如，數(shù)據(jù)聚合協(xié)議可被用于形成多個(gè)分組，然后如前面所描 述地將這些分組形成為一個(gè)或多個(gè)分組鏈。
控制數(shù)據(jù)在控制信道上被發(fā)送，來為這些分組鏈中的至少一個(gè)的通信執(zhí)行預(yù) 留及競(jìng)爭(zhēng)解決(塊506)。例如，發(fā)送方可在控制信道上發(fā)送RTS分組，該RTS 分組被一接收方用來確認(rèn)期間該分組鏈將被通信的一特定時(shí)間的調(diào)度。
指示期間該至少一個(gè)分組鏈將被通信的一特定時(shí)間的響應(yīng)通過該控制信道 被接收(塊508)。繼續(xù)前面的例子，發(fā)送方可通過控制信道接收確認(rèn)該特定時(shí) 間、建議一個(gè)不同的時(shí)間等等的一CTS分組。
在該例子中，該至少一個(gè)分組鏈在該特定時(shí)間在一數(shù)據(jù)信道上被發(fā)送，該數(shù)據(jù)信道與該控制信道是分離的(塊510)。例如，該分組鏈可在配置成具有大約
900MHz頻率的數(shù)據(jù)信道112上發(fā)送，而控制信道具有低于900MHz的頻率。因 此，數(shù)據(jù)信道112可比控制信道具有更高的數(shù)據(jù)吞吐率。
當(dāng)該至少一個(gè)分組鏈在數(shù)據(jù)信道上被發(fā)送時(shí)，控制數(shù)據(jù)在控制信道上被發(fā)送 以為這些分組鏈中的另一個(gè)的通信執(zhí)行預(yù)留和競(jìng)爭(zhēng)解決(塊512)。例如，這些 分組鏈中的該另一個(gè)可由該協(xié)議層從"更高"層接收到的數(shù)據(jù)形成(塊502)。 對(duì)于形成該另一個(gè)分組鏈的數(shù)據(jù)的接收可在先前描述的發(fā)送、接收和發(fā)送(即， 塊506 - 510)之前和/或期間執(zhí)行。
指示期間該另一個(gè)分組鏈被通信的另一個(gè)具體時(shí)間的響應(yīng)被接收(塊514)。 該另一個(gè)分組鏈之后在該另一個(gè)時(shí)間在數(shù)據(jù)信道上被發(fā)送(塊516)。該過程500 可隨著從更高層接收要在無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)母鄶?shù)據(jù)而被重復(fù)。
一般而言，這里描述的任何功能可以使用軟件、固件(例如，固定邏輯電路)、 人工處理，或者這些實(shí)現(xiàn)的組合來實(shí)現(xiàn)。這里所使用的術(shù)語(yǔ)"模塊"、"功能性" 和"邏輯"泛指軟件、固件、或者軟件和固件的組合。在軟件實(shí)現(xiàn)的情況中，模 塊、功能性或者邏輯表示當(dāng)在處理器(例如， 一個(gè)或多個(gè)CPU)上執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)指 定的任務(wù)的程序代碼。該程序代碼可被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器設(shè)備 中。所描述的通信技術(shù)的各個(gè)特征是獨(dú)立于平臺(tái)的，這就意味著這些技術(shù)可在具 有各種處理器的各種商用計(jì)算平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。
結(jié)論
在一實(shí)現(xiàn)中，該協(xié)議將IEEE 802.11協(xié)議分割成工作于低頻、低數(shù)據(jù)率信道 上的控制部分和工作于高頻、高數(shù)據(jù)率信道上的數(shù)據(jù)部分。發(fā)生在低速率信道 (即，"數(shù)據(jù)信道")上的競(jìng)爭(zhēng)解決是用于交換數(shù)據(jù)分組。該協(xié)議也可以被用于 執(zhí)行分組預(yù)留和數(shù)據(jù)聚合以確?？刂菩诺啦粫?huì)成為數(shù)據(jù)信道的瓶頸。進(jìn)一步，該 協(xié)議可同時(shí)執(zhí)行信道仲裁和數(shù)據(jù)傳輸。
盡管本發(fā)明以結(jié)構(gòu)特征和/或方法步驟專用的語(yǔ)言進(jìn)行了描述，但是需要理 解，在所附的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明并不需要被限于所描述的這些具體的特征 或者步驟。確切而言，這些具體的特征和步驟是作為實(shí)現(xiàn)要求保護(hù)的發(fā)明的示例 性形式揭示的。
1權(quán)利要求
1. 一種方法，包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)分組；以及在數(shù)據(jù)率比所述一個(gè)或多個(gè)無線信道的數(shù)據(jù)率低的至少一個(gè)其他無線信道上發(fā)送與所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組相關(guān)的控制數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)指定一預(yù)留。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)被配置成提供競(jìng) 爭(zhēng)解決。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是使用一 無線電執(zhí)行的，而所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是使用一個(gè)或多個(gè)其它的無線電執(zhí)行 的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是使用全向天線執(zhí)行的，而所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是使用定向天線執(zhí)行的。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是在900 MHz 以下的頻率上執(zhí)行的，而所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是在900 MHz以上的頻率上執(zhí)行的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組的 發(fā)送期間同時(shí)發(fā)送與一個(gè)或多個(gè)其它分組相關(guān)的控制數(shù)據(jù)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括 從一應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)；以及將來自所接收的數(shù)據(jù)的多個(gè)數(shù)據(jù)分組形成一分組鏈，所述分組鏈被配置成在 由所述控制信道上通信的單個(gè)保留指定的時(shí)間段期間在所述一個(gè)或多個(gè)無線信 道上通信。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括接收指示所述分組鏈中 所包括的所述多個(gè)數(shù)據(jù)分組中是否有哪些數(shù)據(jù)分組沒有被接收到的單個(gè)確認(rèn)。
10. —種方法，包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組；以及在至少一個(gè)其他無線信道上發(fā)送控制數(shù)據(jù)，其中所述控制數(shù)據(jù)被配置成在所述一個(gè)或多個(gè)無線信道上保留用于發(fā)送另一組數(shù)據(jù)分組的時(shí)間。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括在所保留的時(shí)間期間 發(fā)送所述另一組數(shù)據(jù)分組。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述另一組數(shù)據(jù)分組被配置 成在所述一組數(shù)據(jù)分組發(fā)送之后在所述一個(gè)或多個(gè)無線信道上被發(fā)送。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是在900 MHz以下的頻率上執(zhí)行的，而所述數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是在900 MHz以上的頻率上 執(zhí)行的。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是使用 全向天線執(zhí)行的，而所述數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是使用定向天線執(zhí)行的。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，還包括將所述數(shù)據(jù)分組形成為一分組鏈，所述分組鏈被配置成在所保留的時(shí)間期間 在所述一個(gè)或多個(gè)無線信道上通信；以及接收指示所述分組鏈中所包括的數(shù)據(jù)分組中是否有哪些沒有被接收到的單 個(gè)確認(rèn)。
16. —種方法，包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組；以及在所述一組數(shù)據(jù)分組發(fā)送期間，在至少一個(gè)其他無線信道上同時(shí)發(fā)送與另一 組數(shù)據(jù)分組相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)控制數(shù)據(jù)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述競(jìng)爭(zhēng)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送是 使用全向天線執(zhí)行的，而所述一組數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是使用定向天線執(zhí)行的。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)無線信道在 900 MHz以上的頻率上工作，而所述至少一個(gè)信道在卯0 MHz以下的頻率上工 作。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括 從一應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)；以及將來自所接收的數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)分組形成為一分組鏈，所述分組鏈被配置成 在由所述控制信道上通信的單個(gè)保留指定的時(shí)間段期間在所述一個(gè)或多個(gè)無線 信道上通信。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括接收指示所述分組 鏈中所包括的數(shù)據(jù)分組中是否有哪些數(shù)據(jù)分組沒有被接收到的單個(gè)確認(rèn)。
全文摘要
描述了將控制與數(shù)據(jù)分離的無線通信技術(shù)。在一種實(shí)現(xiàn)中，描述了一種方法，該方法包括在一個(gè)或多個(gè)無線信道上發(fā)送數(shù)據(jù)分組，并且在至少一個(gè)數(shù)據(jù)率低于所述一個(gè)或多個(gè)無線信道的其他無線信道上發(fā)送與這些數(shù)據(jù)分組相關(guān)的控制數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04W76/04GK101502164SQ200680017572
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者J·D·帕德葉, P·亞薩紐, P·巴爾 申請(qǐng)人:微軟公司