專利名稱：半雙工無線通信的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半雙工無線消息傳送或通信的方法和系統(tǒng)，它可以使移動站與基站的之間來往的消息發(fā)生碰撞的概率最小。
無線消息傳送(messaging)和無線通信系統(tǒng)應(yīng)用于辦公室、大建筑物和其它類似場合中是很有利的。此類無線消息傳送和通信系統(tǒng)的安裝很方便，因為它不象許多普通類型LAN(局域網(wǎng))和e-mail(電子郵件)系統(tǒng)中那樣是需要硬聯(lián)線的系統(tǒng)。無線消息傳送和通信系統(tǒng)還能夠連接至辦公室或建筑物(premises)內(nèi)的幾乎任何地方。
按照本發(fā)明，無線通信或消息傳送系統(tǒng)是一個半雙工系統(tǒng)，建筑物有基站，該基站對一個確定的通信小區(qū)諸如一個辦公室場所提供服務(wù)?；九c移動站之間來往地發(fā)送和接收“請求發(fā)送”和“清除發(fā)送”通知，用以指明基站可以與移動站之間來往地發(fā)送和接收諸如消息之類的數(shù)據(jù)。多個移動站根據(jù)各自的時段，在與基站之間來往地發(fā)送和接收“請求發(fā)送”和“清除發(fā)送”通知之后，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，也即在不同的時段內(nèi)基站從各別的移動站上接收“請求發(fā)送”和“清除發(fā)送”通知。
按照本發(fā)明的一個方面，基站向包含在一個無線通信小區(qū)內(nèi)的多個移動站發(fā)送READY(準備)通知，以指明基站準備接收上行信道中來自移動站的數(shù)據(jù)。對每個移動站設(shè)定一個隨機的初始放棄(backoff)時間。在該放棄時段消逝過去后，可從每個移動站向基站發(fā)送出“請求發(fā)送”通知。然后，基站向各移動站發(fā)送“清除發(fā)送”通知，指明在其它移動站進行發(fā)送之前基站已接收到一個第一移動站發(fā)送的“請求發(fā)送”通知，該第一移動站現(xiàn)在可以發(fā)送數(shù)據(jù)。于是，該移動站便發(fā)送其數(shù)據(jù)。隨后，其它移動站在預(yù)定的放棄時段消逝過去后再發(fā)出它們的“請求發(fā)送”通知。放棄時段相應(yīng)于這樣一個時段，在此時段內(nèi)第一移動站可以向基站發(fā)送其數(shù)據(jù)。
與從移動站向基站發(fā)送消息用的上行協(xié)議相比，從基站往移動站發(fā)送消息用的下行協(xié)議較為簡單。基站要向諸移動站發(fā)送“請求發(fā)送”通知。然后，基站將等待“清除發(fā)送”通知，然后再開始發(fā)送。
從參照附圖的下面的說明中，可以較充分地理解本發(fā)明的上述特性和優(yōu)點以及其它特性和優(yōu)點；附圖中

圖1是一個建筑物概略圖，示明一系列的大辦公室場所，每個場所中包含一個獨立的蜂窩系統(tǒng)，它具有一個基站和多個移動站。
圖2示出按照本發(fā)明用于移動站運行的一個狀態(tài)解；圖3示出按照本發(fā)明用于基站運行的一個狀態(tài)解。
現(xiàn)在參看圖1，它示明一個建筑物，其中包含一個大的辦公中心10，它有著各別的大辦公室場所12、14、和16。每個辦公室場所12、14和16中包括有各個辦公室18。按照本發(fā)明的雙向消息傳送系統(tǒng)示明于20，它們應(yīng)用于每個辦公場所12、14和16中。系統(tǒng)20是基于蜂窩結(jié)構(gòu)的，包括基站22和諸移動站24，每個移動站使用了半雙工硬件。因此，各個移動站與有關(guān)基站不能夠在同一時間上發(fā)送和接收。本發(fā)明中應(yīng)用的此種半雙工硬件可以由本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員針對具體用途作出構(gòu)造。
當數(shù)據(jù)(消息)在上行信道25和下行信道26兩個方向上發(fā)送時，需要解決優(yōu)先權(quán)問題。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中，給予移動站24以優(yōu)先權(quán)。通常，從功率源諸如儲能器和電池而言，移動站24一般功率不足夠強，不大能延長傳輸時間。此外，就移動站的本性而言，它們不會在所有時間內(nèi)保持著，因此，應(yīng)容許它們盡可能快地發(fā)送其數(shù)據(jù)。一般地，基站22有較強的功率和較大的儲能器容量。
如所示，本系統(tǒng)還是基于蜂窩結(jié)構(gòu)的，使用兩個不同的頻率，在每個小區(qū)中一個頻率用于下行，另一個頻率用于上行。每個小區(qū)由單一個基站22予以覆蓋，覆蓋范圍通常為一個辦公室場所的大小，它包含若干個各別的辦公室18或工作區(qū)域。當然，來自鄰近小區(qū)的同信道干擾是小的，不予考慮。系統(tǒng)在設(shè)計上為室內(nèi)裝置，有對稱的正向和反向信道帶寬。由于無線電硬件為半雙工的，所以無線電設(shè)備或是工作于接收狀態(tài)，或是工作于發(fā)送狀態(tài)。當它處于接收狀態(tài)時，就不能夠發(fā)送，反之亦然。因此，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以確保，在向目的無線電設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包之前，該目的無線電設(shè)備處于接收狀態(tài)。否則，此數(shù)據(jù)包將失落掉。本發(fā)明的一種主要用途是消息傳送。所以，與雙向交互式應(yīng)用相比，性能要求(例如帶寬和延時)的嚴格性低些。一種簡單的隨機訪問方案就可以滿足上行信道需要。在小區(qū)內(nèi)的通信總是同基站22交換消息，同一小區(qū)內(nèi)諸移動站之間沒有直接的對等通信。在移動站24中所需的任何軟件可以包含在它們的軟件或固件內(nèi)。如下面所述，基站22和移動站24各有合適的應(yīng)用于工作中的硬件和定時器。
按照本發(fā)明，描述了用于本發(fā)明的一種媒體訪問協(xié)議，它由兩半組成移動站一側(cè)和基站一側(cè)。移動站側(cè)協(xié)議由所有的移動站執(zhí)行，基站側(cè)協(xié)議由基站執(zhí)行。兩半部分相互合作，協(xié)調(diào)訪問由具體辦公室場所12、14和16確定的小區(qū)內(nèi)的信道資源(也即廣播用空氣媒介)。對于在諸辦公室18之間自由移動的用戶，指配給一個移動站24。
在此信道上，下行信道是單址聯(lián)接，基站是唯一的發(fā)送者，上行信道是多址聯(lián)接，它由小區(qū)內(nèi)的所有移動站共用?？赡馨l(fā)生碰撞，可由本發(fā)明的協(xié)議確定選址。
由于在無線環(huán)境下碰撞檢測是不可行的，所以按照本發(fā)明采用了碰撞避免方法。當基站22準備接受數(shù)據(jù)時，它在下行信道26上宣告其可應(yīng)用性。在接收到“準備”通知后，有數(shù)據(jù)要發(fā)送的諸移動站24便在上行信道25上給出它們的傳輸請求?；?2許可其接收到的第一個傳輸，并將該結(jié)果在下行信道上發(fā)出通知。其傳輸請求未被接受的任何移動站24在已接受的傳輸期間放棄著，并在放棄期之后再發(fā)出它們的請求。
圖2示明用于移動站側(cè)協(xié)議的狀態(tài)解，表1給出與圖2中狀態(tài)轉(zhuǎn)移(transition)相關(guān)聯(lián)的動作的描述。
表1中的各標號對應(yīng)于圖2中所示各狀態(tài)之間的數(shù)字。
表1和圖2中，A指執(zhí)行協(xié)議的移動主機的名稱，B指同一小區(qū)中任意的不同移動主機的名稱。并假定，對于沒有明顯的中止轉(zhuǎn)移的每一狀態(tài)，存在著向IDLE(空閑)狀態(tài)的隱含的中止轉(zhuǎn)移。特別地，對應(yīng)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瓿?，SDATA(發(fā)送數(shù)據(jù))和RDATA(接收數(shù)據(jù))狀態(tài)兩者都有向IDLE狀態(tài)的隱含中止轉(zhuǎn)移。適用下列定義
a)函數(shù)random(T)返回到0與T之間一個均勻的隨機值上(包括0與T值)。
b)IB指初始的放棄，這是對移動主機來的初始傳輸請求予以隨機化所必需的，由之可減少碰撞。
c)RW指請求窗口，它表示基站在其宣告準備好后等待著傳輸請求時間窗口，需要注意到，IB≤RW。
d)RTS和CTS分別為“請求發(fā)送”和“清除發(fā)送”的縮略詞。在數(shù)據(jù)能夠于雙方向上發(fā)送之前，要求進行RTS-CTS交換。
現(xiàn)在，對協(xié)議和方法作如下的簡要說明。
標號1中，移動站接收READY通知，根據(jù)RW(請求窗口)將初始放棄(IB)定時器設(shè)定于一個隨機值。
標號2中，初始放棄定時器現(xiàn)在中止，移動站發(fā)送出RTS(請求發(fā)送)通知，然后設(shè)定CTS(清除發(fā)送)定時器。
標號3中，移動站接收從基站來的CTS通知，并清除CTS定時器。如果需要，調(diào)整BACKOFF-MAX值。
標號4中，CTS定時器中止，根據(jù)BACKOFF-MAX將BACKOFF定時器設(shè)定于一個隨機值。
標號5中，BACKOFF定時器中止。
標號6中，移動站接收RTS，然后發(fā)送出CTS通知。
標號7中，移動站接收用于另一個移動站的CTS，或者接收RTS通知。然后，清除IB定時器，并將WAIT(等待)定時器設(shè)定于所通知的傳輸時間。
標號8中，移動站接收CTS，它清除BACKOFF定時器，并可選項地調(diào)整CTS定時器。
現(xiàn)在參看表2和圖3，它們表明了關(guān)于基站方面用于本發(fā)明中方法和系統(tǒng)的協(xié)議。
適用下面的詳細說明a)由于下行信道中無碰撞，所以在下行信道中發(fā)送的消息應(yīng)由小區(qū)內(nèi)的全部移動站接收。例外的只是(1)消息變壞；(2)移動站關(guān)斷；或者，(3)移動站已離開該小區(qū)。因此，當轉(zhuǎn)移2a啟動時，指明發(fā)生了上述這些例外之一，應(yīng)通知鏈路層作例外處理，它可以是再嘗試、去掉登記等。
b)應(yīng)當將RW設(shè)定為來回傳輸時間，RTT的某個倍數(shù)。特別地，必須有RTT≤RW
c)轉(zhuǎn)移1和4代表一種非決定性的選擇。也就是，當基站處于IDLE狀態(tài)，并有下行數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它可以隨機選擇轉(zhuǎn)移1或4加以運行。通過變更指配給每個轉(zhuǎn)移的概率，可以改變移動站與基站之間的傳輸優(yōu)先權(quán)。例如，如果選取任一個轉(zhuǎn)移的概率為0.5，則移動站和基站兩者在發(fā)送它們的數(shù)據(jù)中有同等的優(yōu)先權(quán)。
基站側(cè)協(xié)議要簡單得多，所以從基站到移動站的下行發(fā)送方面沒有什么問題。它不是一個多址聯(lián)接系統(tǒng)。
標號1中，將RTS發(fā)送給移動站，然后設(shè)定CTS定時器。
標號2中，CTS定時器中止，并發(fā)生選項鏈路層處理。
標號3中，接收到CTS通知，并清除CTS定時器。
標號4中，發(fā)送出READY通知，并設(shè)定RW定時器。
標號5中，RW定時器中止。
標號6中，發(fā)送出READY通知，并設(shè)定RW定時器。
標號7中，RW定時器中止。
標號8中，接收到RTS，發(fā)送出CTS。
標號9中，調(diào)整RW定時器。
顯然，應(yīng)用此種類型協(xié)議的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)防止了上行至基站22的消息的碰撞，因為這里產(chǎn)生和施加了隨機時間值(數(shù))，使得基站對它接收到的第一傳輸請求給出許可，并在下行信道上通知該結(jié)果。如果任何移動站的傳輸請求不被接受，于是這些移動站在該傳輸期間放棄著。此循環(huán)重復(fù)下去，直至該消息傳送完成。
本發(fā)明也能夠?qū)崿F(xiàn)其它的特性方面。例如，某些控制消息，比如確認(ACK)消息，可用來告示數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瓿桑纱嗽鰪娏藚f(xié)義。應(yīng)考慮到可能的誤碼控制。由于是無線鏈路，故媒體訪問協(xié)議中必須包含某種機理，用于誤碼檢知和糾正。特別希望采用前向誤碼糾正(FEC)、還可以引入冗余來改善無線鏈路的可靠性。在無線環(huán)境中，實現(xiàn)冗余的一種途徑是在同一小區(qū)內(nèi)裝設(shè)多個基站。因此，一個移動主機的消息廣播的多個拷貝將由網(wǎng)絡(luò)接收，能將它們合適地“組合”起來以恢復(fù)出原來的消息。
此外，媒體-訪問層可以與鏈路層緊密結(jié)合地工作。在媒體-訪問層中得到的測量或統(tǒng)計可以提供出有用的反饋用于鏈路層的工作中。
應(yīng)當理解到，上面的說明僅僅是本發(fā)明的一個實施例。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員可以設(shè)想出無數(shù)其它的布置，它們偏離不開本發(fā)明的精神實質(zhì)。
權(quán)利要求
1．一種半雙工無線通信的方法，包括步驟自基站向包含在一個無線通信小區(qū)內(nèi)的多個移動站發(fā)送＂準備＂通知，該小區(qū)由該基站提供服務(wù)，該“準備”通知指明基站準備好了在上行信道上接收來自移動站的數(shù)據(jù)；對每個移動站設(shè)定一個隨機的初始放棄時間，并在該放棄時間消逝過去之后自每個移動站向基站發(fā)送RTS(請求發(fā)送)通知；自基站向諸移動站發(fā)送CTS(清除發(fā)送)通知，它指明第一移動站的RTS通知已在基站中接收到，第一移動站現(xiàn)在可以發(fā)送數(shù)據(jù)；在預(yù)定的放棄時段消逝之后，自其它的移動站上再發(fā)出RTS通知，此預(yù)定的放棄時段對應(yīng)于這樣一個時段，在其間該第一移動站可將其數(shù)據(jù)發(fā)送給基站；和對來自移動站的任何消息給以優(yōu)先權(quán)，使之有較高的概率，移動站可以在基站之前先發(fā)送出消息。
2．按照權(quán)利要求1的方法，包括有步驟將移動站來的CTS通知發(fā)送至基站，指明諸基站清除好，可接收由移動站給出的數(shù)據(jù)，并根據(jù)基站內(nèi)接收到的第一CTS通知，從基站上向有關(guān)的移動站發(fā)送數(shù)據(jù)。
3．一種半雙工無線通信系統(tǒng)，包括具有基站的一個建筑物，該基站服務(wù)于一個確定的通信小區(qū)，其中，基站與諸移動站之間來往地發(fā)送和接收RTS和CTS通知，以指明基站可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，并包括多個移動站，它們根據(jù)有關(guān)的時段在與基站之間來往地發(fā)送和接收CTS和RTS通知之后，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在該有關(guān)的時段內(nèi)，基站從有關(guān)的移動站上已接收到CTS和RTS通知，又包括使移動站來的任何消息具有優(yōu)先權(quán)的裝置，因而存在較高的概率，以使移動站可在基站之前先發(fā)送出消息。
4．按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，在能夠發(fā)生任何的數(shù)據(jù)交換之前，基站與移動站之間必須先發(fā)生RTS和CTS通知的交換。
5．按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，基站和移動站發(fā)送和接收一個確認消息，用以告示數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瓿伞?br> 全文摘要
一種半雙工無線通信的方法和系統(tǒng),建筑物內(nèi)有一個基站,它服務(wù)于一個確定的通信小區(qū)?；九c諸移動站之間來往地發(fā)送和接收RTS(請求發(fā)送)和CTS(清除發(fā)送)通知,以指明基站能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。根據(jù)有關(guān)的時段,在多個移動站與基站之間來往地發(fā)送和接收CTS和RTS通知之后,移動站可發(fā)送和接收數(shù)據(jù),在該有關(guān)的時段內(nèi),基站已從有關(guān)的移動站上接收到CTS和RTS通知。
文檔編號H04L12/28GK1232358SQ9910098
公開日1999年10月20日 申請日期1999年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月21日
發(fā)明者托馬斯·吳亞鐘 申請人:朗迅科技公司