使用短頭幀進行通信的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于傳送來自功率受限設備的信息的方法包括所述功率受限設備配置具有比全長MAC幀更少字段的短媒體接入控制(MAC)幀。所述方法還包括所述功率受限設備傳輸所述短MAC幀。
【專利說明】使用短頭幀進行通信的系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請案交叉申請
[0002]本發(fā)明要求2011年12月15日遞交的發(fā)明名稱為“用于無線局域網(wǎng)短數(shù)據(jù)幀的系統(tǒng)和方法”的第61/576237號美國臨時專利申請案和2012年I月13日遞交的發(fā)明名稱為“用于無線局域網(wǎng)短數(shù)據(jù)幀的系統(tǒng)和方法”的第61/586581號美國臨時專利申請案的在先申請優(yōu)先權，并要求2012年10月12日遞交的發(fā)明名稱為“使用短頭幀進行通信的系統(tǒng)和方法”的第13/651363號美國專利申請案的在先申請優(yōu)先權，這些在先申請的內容以引用的方式并入本文中，如同全文再現(xiàn)一般。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明大體涉及數(shù)字通信，尤其涉及一種使用短數(shù)據(jù)幀進行通信的系統(tǒng)和方法?！颈尘凹夹g】
[0004]W1-Fi是用于連接電子設備的無線標準。W1-Fi也可以稱為IEEE802.11。通常，當連接到服務提供商的W1-Fi網(wǎng)絡的覆蓋范圍內時，啟用W1-Fi的設備(通常也稱為通信臺)，例如，個人計算機、平板電腦、個人數(shù)字助理、游戲機、電視、智能電話、數(shù)字媒體播放器等可以連接到服務提供商。
[0005]IEEE802.11的目標在于支持新設備或通信臺集。IEEE802.1lah工作組是一個致力于這種目標的組織。IEEE802.1lah工作組中感興趣的新設備集的主要特征在于這些設備的功耗受限。新設備通常由電池供電，其目標在于多年無需更換電池進行工作。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的示例實施例提供一種使用短頭幀進行通信的系統(tǒng)和方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，提供一種用于傳送來自功率受限設備的信息的方法。所述方法包括所述功率受限設備配置具有比正常MAC幀更少字段的短媒體接入控制(MAC)幀。所述方法還包括所述功率受限設備傳輸所述短MAC幀。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，提供一種存儲在存儲器中的短幀。所述短幀包括緊鄰第一地址字段的幀控制字段，緊鄰所述第一地址字段的第二地址字段以及緊鄰所述第二地址字段的序列控制字段。所述短幀還包括鄰近所述序列控制字段的幀校驗序列字段，其中所述短幀具有比正常幀更少的字段。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施例，提供一種通信設備。所述通信設備包括發(fā)射器，以及可操作地耦合到所述發(fā)射器的處理器。所述發(fā)射器傳輸短媒體接入控制(MAC)幀，所述短MAC幀具有比正常MAC幀更少的字段。所述處理器生成所述短MAC幀。
[0010]實施例的一個優(yōu)點在于短頭幀降低了對延長電池壽命感興趣的電池供電設備的通信開銷。這些設備無需接收和/或傳輸同樣多的信息。因此，電池可以支持這些設備運行更長時間。
[0011]實施例的另一優(yōu)點在于短頭幀包括通常在全長頭幀中出現(xiàn)的控制信息集。因此，短頭幀的處理被縮短，并且由于處理要求放寬，設備制作更為簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下文結合附圖進行的描述，其中:
[0013]圖1示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例通信系統(tǒng)；
[0014]圖2 示出 了全長 IEEE802.1lMAC 幀；
[0015]圖3示出了 MAC幀中的全長幀控制字段；
[0016]圖4示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的第一示例縮短的MAC幀；
[0017]圖5示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例縮短的幀控制字段；
[0018]圖6示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PF1DU)；
[0019]圖7示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例修改的幀控制字段，該字段用于支持指示縮短的MAC幀和幀控制字段中的接入類別(AC)；
[0020]圖8示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的第二示例縮短的MAC幀；
[0021]圖9圖示了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例通信設備；以及
[0022]圖10示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的短幀傳輸過程中的操作的示例流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下文將詳細討論對當前示例實施例及其結構的操作。但應了解，本發(fā)明提供了可以在多種具體環(huán)境中實施的許多適用的發(fā)明概念。所論述的具體實施例僅僅說明本發(fā)明的具體結構以及用于操作本發(fā)明的具體方式，而不應限制本發(fā)明的范圍。
[0024]本發(fā)明的一項實施例涉及使用短頭幀進行通信。例如，通信設備傳輸短媒體接入控制幀，其具有比全長媒體接入幀更少的字段。例如，短幀包括緊鄰第一地址字段的幀控制字段，緊鄰第一地址字段的第二地址字段，緊鄰第二地址字段的序列控制字段，以及鄰近序列控制字段的幀校驗序列字段。
[0025]將結合特定背景中的示例實施例來描述本發(fā)明，該特定背景是指支持簡化的電池供電設備的符合IEEE802.1lah的通信系統(tǒng)。然而，本發(fā)明還可應用于支持簡化的電池供電設備的其他符合標準和不符合任何標準的通信系統(tǒng)。
[0026]圖1示出了示例通信系統(tǒng)100。通信系統(tǒng)100可包括能夠通過接入點(AP) 105彼此通信的多個啟用W1-Fi的裝置(通常也稱為通信臺或STA)。此外，通信臺還可與AP105進行通信。通常，第一通信臺(例如照相機110)可以通過向AP105進行傳輸與第二通信臺(例如家用計算機112)和/或第三通信臺(例如平板電腦114)進行通信,而反過來AP105向第二通信臺或第三通信臺進行傳輸。應注意在圖1中并未示出到達AP105和來自AP105的傳輸。
[0027]通信系統(tǒng)100還可包括一類新型設備，例如電池受限設備(譬如傳感器120)，這類設備主要用于收集信息并且將這些信息提供給信息聚合器。電池受限設備的示例包括溫度傳感器、雨量傳感器、濕度傳感器、風傳感器、火警傳感器、安全傳感器、近距離傳感器、汽車狀態(tài)傳感器、熱傳感器等。
[0028]一般而言，電池受限設備無需傳輸大量信息(高帶寬通信)或在延長的時間段內保持活動狀態(tài)。通常，電池受限設備蘇醒、進行測量并且偶爾將測量結果發(fā)給信息聚合器。因而，電池受限設備一般不會利用功能齊全的先進通信方式(例如，多入多出(MMO)、多用戶(MU)等)以及與之關聯(lián)的關聯(lián)控制信令。
[0029]其他類型的與電池受限設備的性能要求和需求類似的設備可包括傳感器設備、尺寸受限設備、熱受限設備等。在不失一般性的情況下，電池受限設備以及這些其他類型的設備可稱為功率受限設備。這些功率受限設備可用于權衡通過復雜通信技術、多條天線等可實現(xiàn)的通信性能來延長電池壽命、降低復雜度、尺寸和/或散熱。
[0030]由于由電池供電并且設計用于最大化電池壽命，與支持功率受限設備相關的問題是需要在傳輸和接收媒體接入控制(MAC)幀期間維持功率。一般而言，MAC幀越短，傳輸和/或接收MAC幀的功率受限設備的電池壽命越長。
[0031]圖2示出了全長IEEE802.1IMAC幀200。MAC幀200包括2字節(jié)的幀控制字段205、2字節(jié)的持續(xù)時間標識(ID)字段207、6字節(jié)的第一地址字段209、6字節(jié)的第二地址字段211、6字節(jié)的第三地址字段213、2字節(jié)的序列控制字段215、6字節(jié)的第四地址字段217、2字節(jié)的服務質量(QoS)字段219、4字節(jié)的更高吞吐量(HT)控制字段221、可變長度(O至7951字節(jié))幀體223、4字節(jié)的幀校驗序列(FCS)字段225。加起來，控制信息(除了幀體223的MAC幀200的所有字段)總長為40字節(jié)。對于100至300字節(jié)的幀體，控制信息開銷占設備總傳輸?shù)?2%至29%。此外，由于設備可能不利用全功能通信形式，傳輸和/或接收控制信息的過程中消耗的大量功率可能不承載有用信息。
[0032]通過剔除一些字段和/或給其它字段分配更短的長度可能可以縮短MAC幀頭。縮短的MAC幀頭(以及從而相應縮短的MAC幀)可由希望最小化功耗以延長電池壽命的設備，以及無需利用全長MAC幀(即，MAC幀200)支持的全功能通信形式的設備使用。
[0033]圖3示出了 MAC幀中的全長幀控制字段300。幀控制字段300是一個2字節(jié)長的字段，其包括可能與設備(例如，功率受限設備)無關的信息。幀控制字段300包括2位的協(xié)議版本字段305、2位的類型字段307、4位的子類型字段309、I位的去往分配系統(tǒng)(DS)字段311、I位的來自DS字段313、I位的更多分片字段315、I位的重試字段317、I位的功率管理字段319、I位的更多數(shù)據(jù)字段321、I位的保護幀字段323以及I位的順序字段325。
[0034]幀控制字段300中的一些信息可能與功率受限設備使用的傳輸無關。例如，對于適合單幀的短傳輸(例如，具有長度范圍為100字節(jié)到200字節(jié)的數(shù)據(jù)字段的傳輸)，更多分片字段315是多余的。此外，功率受限設備的傳輸很有可能局限于功率受限設備及其AP。因此，由于不再需要使用DS，可剔除四個幀地址格式，以及去往DS字段311和來自DS字段313。
[0035]在各項實施例中，全長MAC幀中的一些信息可移除和/或與其它信息合并產生短MAC幀。例如，HT控制字段221通常用于發(fā)射器和接收器之間的鏈路自適應。然而，可使用用于鏈路自適應的其他技術，這些技術無需在MAC幀中增加4個字節(jié)。類似地，QoS字段219包括許多子字段，這些字段與功率受限設備操作無關。因此，將QoS字段219的大小例如從2字節(jié)縮為僅2位是有可能的，這2位可用于指示接入類別(AC) ,AC表示幀的優(yōu)先級。
[0036]圖4示出了第一示例縮短的MAC幀400。MAC幀400包括I字節(jié)的幀控制字段405、6字節(jié)的源地址字段407 (源地址字段407還可稱為地址I字段407)、6字節(jié)的目標地址字段409 (目標地址字段409還可稱為地址2字段409)、I字節(jié)的序列控制字段411、可變長度幀體413以及2字節(jié)或4字節(jié)的FCS字段415。如圖4所示，MAC幀400包括兩個地址，而不是先前所示的四個地址。源地址字段407可包括傳輸MAC幀400的功率受限設備的MAC地址，而目標地址字段409可包括MAC幀400的目標設備的MAC地址。應注意，盡管在圖4中示為6字節(jié)長，源地址字段407和目標地址字段409中的一個或兩個可為任意大小，包括O字節(jié)(即，不存在這兩個字段)。例如，源地址字段407和目標地址字段409中的一個或兩個可為0、1、2、3、4、5、6、7等字節(jié)長的字段。還應注意，MAC幀400不包括QoS字段和HT控制字段，以及與幀控制字段405中包含的AC相關的信息。
[0037]FCS字段415可為例如2字節(jié)或4字節(jié)長。例如，當FCS字段415為2字節(jié)長時，其可包含IEEE802.1116位的循環(huán)冗余校驗(CRC)或16位的前向糾錯(FEC)碼。又例如，當FCS字段415為4字節(jié)長時，其可包含IEEE802.1132位的CRC。
[0038]應注意，MAC幀400的字段長度僅用作示例性目的，其他長度也是可能的。因此，對MAC幀400的字段的示例長度的論述不應被解釋成限制了這些示例實施例的范圍或精神。此外，MAC幀400中的字段順序示為說明性示例。MAC幀400中的字段可能存在其它順序。
[0039]圖5示出了示例縮短的幀控制字段500。幀控制字段500可為MAC幀400的幀控制字段405的示例實施例。幀控制字段500可被縮短為I字節(jié)的字段(與上述MAC字段的幀控制字段的2字節(jié)的字段相比)。幀控制字段500包括I位的協(xié)議版本字段505、2位的AC字段507、2位的幀類型字段509以及3位的子類型字段511。例如，幀類型字段509可指示幀類型:數(shù)據(jù)、管理或控制幀。子類型字段511可指示特定類型中的幀的子類型，例如，確認(ACK)幀、請求發(fā)送(RTS)幀等。應注意，幀控制字段500的示例長度及其相應字段僅用作說明性目的，其他長度也是可能的。此外，幀控制字段500中的字段順序示為說明性示例。幀控制字段500中的字段可能存在其它順序。
[0040]由于縮短的MAC幀(例如，MAC幀400)與全長MAC幀(例如，MAC幀200)不同，可能需要一種機制來區(qū)分縮短的MAC幀和全長MAC幀。根據(jù)示例實施例，可使用指示符區(qū)分縮短的MAC幀和全長MAC幀。例如，物理層(PHY)頭中的I位可用于區(qū)分縮短的MAC幀和全長MAC幀。
[0041]圖6示出了 PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PTOU)600。PPDU600包括PPDU頭605和數(shù)據(jù)區(qū)610。PPDU頭605包括短訓練字段(STF) 615、第一長訓練字段(LTF) 617、信號字段619以及第二 LTF字段621。信號字段619中的短幀指示(SFI) 625可指示數(shù)據(jù)區(qū)610中的MAC幀為縮短的MAC幀。SFI625可為單一位值，但是可使用多位(例如2、3、4等)。應注意，ProU600是PHY控制元素的示例，PHY控制元素可用于攜帶縮短的MAC幀指示。
[0042]可能存在其它用于指示不利用PPDU頭的縮短的MAC幀的技術。例如，縮短的MAC幀指示還可包括在幀的MAC頭中。又例如，幀控制字段(例如幀控制字段500)的子類型字段(例如子類型字段511)中的值可用于指示縮短的MAC幀?；蛘撸尚薷膸刂谱侄?00，這樣子類型字段309可用于指示縮短的MAC幀(請參見下述圖7對幀控制字段300進行示例修改)。使用幀控制字段來指示縮短的MAC幀可能是有利的，因為不需要PHY頭資源。
[0043]圖7示出了修改的幀控制字段700，用于支持指示縮短的MAC幀和幀控制字段中的接入類別。幀控制字段700包括2位的協(xié)議版本字段705、2位的類型字段707、4位的子類型字段709、I位的去往DS字段711、I位的來自DS字段713、2位的AC字段715、I位的功率管理字段717、I位的更多數(shù)據(jù)字段719、I位的保護幀字段721以及I位的順序字段723。子類型字段709可用于攜帶縮短的MAC幀的指示符。為了避免增加QoS字段，幀控制字段700(即，AC字段715)的兩位可用于AC指示。盡管示為2位字段，AC字段715的長度可為任意位數(shù)，例如1、3、4等。此外，AC字段715可位于MAC頭中的任意位置。
[0044]圖8示出了第二示例縮短的MAC幀800。MAC幀800包括2字節(jié)的幀控制字段805、6字節(jié)的源地址(或地址I)字段807、6字節(jié)的目標地址(或地址2)字段809、1字節(jié)的序列控制字段811、可變長度幀體813以及2或4字節(jié)的FEC字段815。應注意，盡管在圖8中示為6字節(jié)長，源地址字段807和目標地址字段809中的一個或兩個可為任意大小，包括O字節(jié)(即，這兩個字段不存在)。
[0045]圖9示出了通信設備900的圖解。通信設備900可以是功率受限設備的實施方案，例如傳感器設備或用于權衡尺寸、復雜度、電池壽命等的設備，用于延長通信系統(tǒng)的電池壽命，降低復雜度、尺寸和/或散熱。通信設備900可用于實施本文所論述的各種實施例。如圖9所述，發(fā)射器905用于發(fā)送縮短的MAC幀、縮短的MAC幀的指示、信息等，而接收器910用于接收縮短的MAC幀、縮短的MAC幀的指示、信息等。發(fā)射器905和接收器910可具有無線接口、有線接口或其組合。
[0046]幀生成單元920用于生成MAC幀進行傳輸，例如縮短的MAC幀和/或全長MAC幀，以及MAC幀指示符。幀處理單元922用于處理接收的MAC幀，例如縮短的MAC幀和/或全長MAC幀，以及MAC幀指示符。存儲器930用于存儲MAC幀、用于填充MAC幀的信息等。
[0047]通信設備900的元件可實施為特定的硬件邏輯塊。在替代性實施例中，通信設備900的元件可實施為在處理器、控制器、專用集成電路等中執(zhí)行的軟件。在又一替代性實施例中，通信設備900的元件可實施為軟件和/或硬件的組合。
[0048]例如，發(fā)射器905和接收器910可實施為專用硬件塊，而幀生成單元920和幀處理單元922可以是在處理器915 (例如微處理器、數(shù)字信號處理器、定制電路、或者現(xiàn)場可編程邏輯陣列的定制編譯邏輯陣列)中執(zhí)行的軟件模塊。
[0049]圖10示出了短幀傳輸過程中的操作1000的流程圖。當設備傳輸具有比全長幀更少字段的短幀時，操作1000可表示發(fā)生在設備(例如功率受限設備、AP等)中的操作。短幀傳輸有助于降低設備中的功耗以及接收設備處的功耗。操作1000可包括傳輸短幀的設備(方框1005)。
[0050]盡管已詳細描述本發(fā)明及其優(yōu)點，但應理解，在不脫離所附權利要求書界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在本文中進行各種改變、替代和更改。
【權利要求】
1.一種用于傳送來自功率受限設備的信息的方法，其特征在于，包括:所述功率受限設備配置具有比全長MAC幀更少字段的短媒體接入控制(MAC)幀；以及 所述功率受限設備傳輸所述短MAC幀。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀包括至少一個字段，所述字段的長度短于所述全長MAC幀中的字段長度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀包括幀控制字段、2個MAC地址字段、序列控制字段以及幀校驗序列字段。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述幀控制字段為I字節(jié)長和2字節(jié)長的字段中的一個，2個MAC地址字段均為可變長度字段，序列字段為I字節(jié)長的字段，以及幀校驗序列字段為2字節(jié)長和4字節(jié)長的字段中的一個。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，幀接入類別由所述短MAC幀中的一位或多位指示。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述幀接入類別為所述短MAC幀提供了與服務質量標準相關的信息。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀包括幀控制字段、2個MAC地址字段、序列控制 字段以及前向差錯校驗字段。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述幀控制字段為I字節(jié)長和2字節(jié)長的字段中的一個，2個MAC地址字段均為可變長度字段，序列字段為I字節(jié)長的字段，以及前向差錯校驗字段為2字節(jié)長和4字節(jié)長的字段中的一個。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀具有短幀指示。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述短幀指示位于物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的信號字段中。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述短幀指示包括I位。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀具有幀控制字段中的子類型字段，所述子類型字段區(qū)分所述短MAC幀和所述全長MAC幀。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述短MAC幀是縮短的IEEE802.11幀。
14.一種存儲在存儲器中的短幀，其特征在于，包括: 緊鄰第一地址字段的幀控制字段； 緊鄰所述第一地址字段的第二地址字段； 緊鄰所述第二地址字段的序列控制字段；以及 鄰近所述序列控制字段的幀校驗序列字段，其中所述短幀具有比全長幀更少的字段。
15.根據(jù)權利要求14所述的短幀，其特征在于，所述幀校驗序列字段與所述序列控制字段通過幀體隔開。
16.根據(jù)權利要求14所述的短幀，其特征在于，所述幀控制字段為I字節(jié)長和2字節(jié)長的字段中的一個，所述第一地址和所述第二地址字段均為可變長度字段，所述序列控制字段為I字節(jié)長的字段，以及所述幀校驗序列字段為2字節(jié)長和4字節(jié)長的字段中的一個。
17.根據(jù)權利要求14所述的短幀，其特征在于，進一步包括緊鄰所述幀控制字段和所述幀校驗序列的數(shù)據(jù)字段。
18.—種通信設備，其特征在于，包括:發(fā)射器，用于傳輸短媒體接入控制(MAC)幀，所述短MAC幀具有比全長MAC幀更少的字段；以及 可操作地耦合到所述發(fā)射器的處理器，所述處理器用于生成所述短MAC幀。
19.根據(jù)權利要求18所述的通信設備，其特征在于，所述短MAC幀包括至少一個字段，所述字段的長度短于所述全長MAC幀中的字段長度。
20.根據(jù)權利要求18所述的通信設備，其特征在于，所述短MAC幀包括幀控制字段、2個MAC地址字段、序列控制字段以及幀校驗序列字段。
21.根據(jù)權利要求18所述的通信設備，其特征在于，所述短MAC幀包括幀控制字段、2個MAC地址字段、序列控制字段以及前向錯誤校驗字段。
22.根據(jù)權利要求18所述的通信設備，其特征在于，所述處理器用于使用短幀指示區(qū)分所述短MAC幀和所述全長MAC幀。
23.根據(jù)權利要求18所述的通信設備，其特征在于，所述處理器用于使用所述全長MAC幀的幀控制字段中的子類型字段區(qū)分所述短MAC幀和所述全長MAC幀。
【文檔編號】H04W40/08GK103999509SQ201280061193
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權日:2011年12月15日
【發(fā)明者】奧薩馬·阿布勒·馬格德, 區(qū)國琛 申請人:華為技術有限公司