用于数据转发的系统和方法
【专利摘要】一种用于操作第一通信台的方法包括在获得用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息(方框615)。所述方法还包括通过所述通信介质接收来自第二通信台的预期发往接入点的传输(方框620)，以及通过所述通信介质向所述接入点转发所述传输(方框625)。
【专利说明】用于数据转发的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及数字通信，尤其涉及一种用于数据转发的系统和方法。
【背景技术】
[0002]W1-Fi，也称为无线局域网(WLAN)，使用IEEE802.11标准作为空中接口(包括物理层和媒体接入控制(MAC)层)。在IEEE802.11中，通信信道(通常也称为通信介质)在使用一种称为分布式协调功能(DCF)的分布信道接入(DCA)下由通信台共享，分布式协调功能基于载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)机制。
[0003]DCF使用物理和虚拟载波侦听功能来确定通信介质的状态。物理载波侦听驻留在物理层(PHY)并使用能量检测和前导检测来确定通信介质是否繁忙。虚拟载波侦听驻留在MAC层并使用MAC帧头的时长字段中的预留信息，例如网络分配矢量(NAV)，从而通告即将使用通信介质。只有当物理和虚拟载波侦听机制都指示通信介质空闲时，通信介质才被确定为空闲。
【发明内容】
[0004]本发明的示例实施例提供一种用于数据转发的系统和方法。
[0005]根据本发明的示例实施例，提供一种用于操作第一通信台的方法。所述方法包括所述第一通信台在获得用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息。所述方法还包括所述第一通信台通过所述通信介质接收来自第二通信台的预期发往接入点的传输，以及所述第一通信台通过所述通信介质转发所述传输到所述接入点。
[0006]根据本发明的另一示例实施例，提供一种用于操作第二通信台的方法。所述方法包括所述第二通信台在竞争周期期间获取通信介质的访问权，所述通信介质用于传输消息，以及所述第二通信台确定第一通信台是否可用于消息转发。所述方法还包括如果所述第一通信台可用于消息转发，则所述第二通信台向所述第一通信台传输预期发往接入点的消息，以及如果所述第一通信台不可用于消息转发，则所述第二通信台直接向所述接入点传输预期发往所述接入点的所述消息。
[0007]根据本发明的另一示例实施例，提供一种用于操作接入点的方法。所述方法包括所述接入点通过用于传输消息的通信介质接收来自第一通信台的消息，所述第一通信台临时访问所述通信介质，所述消息最初由第二通信台传输。所述方法还包括所述接入点向所述第二通信台传输所述消息的确认。
[0008]根据本发明的另一示例实施例，提供一种转发器通信台。所述转发器通信台包括发射器和可操作地耦合到所述发射器的接收器。所述发射器在获取用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息，以及通过所述通信介质向将预期发送接入点的传输从第二通信台转发给所述接入点。所述接收器通过所述通信介质接收来自所述第二通信台的预期发往所述接入点的所述传输。
[0009]根据本发明的又一示例实施例，提供第二通信台。所述第二通信台包括处理器和可操作地耦合到所述处理器的发射器。所述处理器在竞争周期期间获取用于传输消息的通信介质的访问权，以及确定第一通信台是否可用于消息转发。如果所述第一通信台可用于消息转发，则所述发射器向所述第一通信台传输预期发往接入点的消息，以及如果所述第一通信台不可用于消息转发，则所述发射器直接向所述接入点传输预期发往所述接入点的所述消息。
[0010]实施例的一个优点在于，具有严格的功率约束的非转发通信台或许能够通过向转发通信台进行传输以节省能量，从而例如，增加它们的电池寿命。
[0011]实施例的进一步的优点在于，所述转发通信台的使用有助于缓解位于接入点很近的通信台和位于所述接入点很远的通信台之间的功率消耗失衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0013]图1示出了根据本文所述示例实施例的示例通信系统；
[0014]图2a示出了根据本文所述示例实施例的IEEE802.11的示例信道接入机制；
[0015]图2b示出了根据本文所述示例实施例的单个成功的包传输对多种通信距离处的传输功率的能量消耗的示例图；
[0016]图2c示出了根据本文所述示例实施例的位于多种通信距离处的通信台对位于100米处的通信台对传输功率的能量消耗比率的示例图；
[0017]图3示出了根据本文所述示例实施例的F-STA的操作的示例概要图；
[0018]图4示出了根据本文所述示例实施例的提供数据转发中的操作的示例流程图；
[0019]图5示出了根据本文所述示例实施例的支持F-STA操作的协议的示例时间结构；
[0020]图6示出了根据本文所述示例实施例的当通信台作为F-STA运作时发生在通信台上的操作的示例流程图；
[0021]图7示出了根据本文所述示例实施例的当通信台作为NF-STA运作时发生在通信台上的操作的示例流程图；
[0022]图8示出了根据本文所述示例实施例的当AP与F-STA和NF-STA —起运作时发生在AP上的操作的示例流程图；
[0023]图9示出了根据本文所述示例实施例的示例第一通信设备；
[0024]图10示出了根据本文所述示例实施例的示例第二通信设备；以及
[0025]图11示出了根据本文所述示例实施例的示例第三通信设备。
【具体实施方式】
[0026]下文将详细讨论对当前示例实施例及其结构的操作。但应了解，本发明提供了许多可以在多种具体环境中实施的适用的发明概念。所论述的具体实施例仅仅说明本发明的具体结构以及用于操作本发明的具体方式，而不应限制本发明的范围。
[0027]本发明的一项实施例涉及数据转发。例如，在转发通信台处，该转发通信台在获取了用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息，并通过该通信介质接收来自第二通信台的预期发往接入点的传输。该转发通信台还通过通信介质向接入点转发该传输。又例如，在非转发通信台处，该非转发通信台获取用于传输消息的通信介质的访问权，以及确定第一通信台是否可用于消息转发。如果第一通信台可用于消息转发，则非转发通信台也向第一通信台传输预期发往接入点的消息，以及如果第一通信台不可用于消息转发，则非转发通信台直接向该接入点传输预期发往该接入点的消息。又例如，在接入点处，该接入点通过通信介质接收来自第一通信台的消息，该消息最初由第二通信台传输。该接入点还向第二通信台传输该消息的确认。
[0028]将结合特定背景中的示例实施例来描述本发明，该特定背景是指支持简化的电池供电设备的符合IEEE802.1lah的通信系统。然而，本发明还可应用于支持简化的电池供电设备的符合标准(包括那些符合IEEE802.11其他版本的)和不符合标准的其他通信系统。
[0029]近来，新的IEEE802.11任务组TGah已经形成从而为I千兆赫WiFi下的规范做准备。由TGah指定的I千兆赫WiFi主要针对传感器网络，传感器网络具有从二次使用场景的蜂窝网络卸载的流量。该规范的要求是在覆盖例如半径达I千米的大区域的单个基本服务集(BSS)中支持超过6000个通信台。在具有大半径的BSS中，相比位于AP较近的内部通信台，位置远离AP的郊区通信台或者等同的远程通信台实现较低的传输速率且数据传输时消耗更多的能量。而且，当远程通信台和内部通信台同时传输时，可能只有远程通信台需要重传数据，因为鉴于内部通信台较高的信号强度，AP或许能够解码内部通信台的数据。由于捕获效应导致的重传降低了远程通信台的能量消耗。因此，远程通信台的电池通常会比内部通信台的电池消耗更快。因此，当一些通信台过早消耗完时，网络将无法提供令人满意的服务覆盖，这被认为是能量消耗失衡的问题。
[0030]图1示出了通信系统100。注意的是，通信系统100还可称为BSS。通信系统100可符合TGah指定的技术规范。通信系统100包括服务于多个通信台的接入点(AP) 105。AP105服务于多个通信台。如图1所示，多个通信台中的通信台可划分为两种类型的一种:第一类型，称为转发通信台(F-STA)，包括可从其他通信台转发消息到AP105的通信台，以及第二类型，称为非转发通信台(NF-STA)，包括不转发消息的通信台。
[0031]一般而言，F-STA可以是不具有严格的功率约束的通信台，例如由电网供电、拥有非常大的电池、能够自己发电以及诸如此类的通信台。F-STA的示例可包括个人电脑、多媒体服务器、信息服务器、专用中继以及诸如此类。另一方面，NF-STA可以是具有功率约束的通信台，例如具有小电池、传感器以及诸如此类的便携式通信台。NF-STA的示例可以包括传感器(如气象传感器、安全传感器、近距离传感器以及诸如此类)、手机、个人数字助理以及诸如此类。另一个通常用于指示NF-STA的术语是功率受限的设备。应注意，尽管通信台可能没有进行功率限制，但它未必是F-STA。例如，个人电脑可能不会有必要的硬件和/或软件来作为F-STA进行运作。
[0032]如图1所示，AP105服务于多个F-STA，例如F-STA110至114，以及多个NF-STAjiJ如 NF-STA120 至 132。一些 NF-STA 可直接向 AP105 传输而非通过 NF-STA124、NF-STA126,NF-STA128等F-STA进行传输。此外，一些NF-STA可直接向AP105传输且通过F-STA进行传输，例如进行直接传输(不为传输140)和通过F-STAllO进行传输(不为传输142)的NF-STA120以及NF-STA130。当F-STA有传输要转发时，其可直接向AP105传输，例如来自F-STAl 14的传输144。另外，一些F-STA可能没有要转发的传输或者可能不作为转发通信台进行运作，其仅向AP105传输自身的传输，例如F-STAl 12。
[0033]尽管应理解通信系统可采用能够与许多通信台进行通信的多个AP，但为了简洁只示出有限的数量。
[0034]图2a示出了 IEEE802.11的信道接入机制。图2a示出了竞争通信介质访问权的通信台进行的传输的时序图200。对通信介质访问权的竞争通常也被称为获取通信介质的所有权。总体而言，通信台在尝试传输帧之前，通过在指定的时长(例如，分布式协调功能(DCF)帧间间隔(DIFS))内侦听通信介质来进行空闲信道评估(CCA)。如果通信介质被侦听为忙碌，则该通信台延迟其传输并持续侦听该通信介质直到DIFS内该通信介质被侦听为空闲。一旦侦听到DIFS内通信介质已经空闲，该通信台则设置一个随机退避计数器。该退避计数器每过一个空闲时隙减一，且当通信介质被侦听为忙碌时保持不变。只有当退避计数器到达零时，通信台才能获取通信介质的访问权并进行传输。
[0035]之前讨论过的与位于不同位置的通信台相关联的能量消耗失衡问题可以通过示例进行更详细地讨论。在该示例中，假设所有的通信台使用相同的传输功率Pt(其范围通常为20-30dBm)和背景噪声N(N通常大约为90dBm)。无线通信中，信号随着通信距离d而衰减，且通常使用的路径损耗衰减模型可表示为匕=8+37.6*log10 (d)。通信台可根据接收到的信号干扰噪声比(SNR)适配数据传输率。基本上，成功传输的能量消耗包括用于数据传输的能量、确认消息的接收、信道侦听以及数据处理。用于信道侦听和数据处理的能量在同一类型的不同通信台间差别不大，为简化分析，本文中该能量表示为各个包的常量Ep =IO-5J0那么，对于数据包给定的净荷和传输功率，传输能量Et可由取决于传输距离的传输时间或传输速率确定并表示为
【权利要求】
1.一种操作第一通信台的方法，其特征在于，所述方法包括: 所述第一通信台在获得用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息；所述第一通信台经所述通信介质接收来自第二通信台的预期发往接入点的传输；以及 所述第一通信台经所述通信介质转发所述传输到所述接入点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在获得用于传输消息的所述通信介质的访问权之后，在所述竞争周期期间广播选择信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择信息包括所述第一通信台和所述接入点间的信道状态信息。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择信息包括所述第一通信台的多输入多输出能力、所述第一通信台的功率能力和所述第一通信台的缓冲能力的至少一个。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择信息包括所述第二通信台的访问过滤器以指示可由所述第一通信台服务的所述第二通信台的条件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在接收所述传输后，向所述第二通信台发送确认。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在广播所述标识信息之前，作为转发通信台与所述接入点关联。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，作为所述转发通信台的关联包括传输具有转发指示符的关联请求。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括接收来自所述接入点的所述竞争周期的时长。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括接收来自所述接入点的活动转发器指示符。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述活动转发器指示符和所述时长一起进行传输。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述传输发生在所述竞争周期结束之后。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信台接收预期发往所述接入点的多个传输，且所述方法进一步包括:聚合所述多个传输的子集以产生聚合的传输；以及 向所述接入点传输所述聚合的传输。
14.一种操作第二通信台的方法，其特征在于，所述方法包括: 所述第二通信台在竞争周期期间获取通信介质的访问权，所述通信介质用于传输消息； 所述第二通信台确定第一通信台是否可用于消息转发； 如果所述第一通信台可用于消息转发，所述第二通信台向所述第一通信台传输预期发往接入点的消息；以及 如果所述第一通信台不可用于消息转发，所述第二通信台直接向所述接入点传输预期发往所述接入点的所述消息。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括向所述第一通信台传输触发消息以发起所述第一通信台传输标识信息。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括: 接收来自包括所述第一通信台的多个转发器通信台的标识信息；以及 从所述标识信息中生成包括所述第一通信台的候选转发器通信台的列表。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括选择所述第一通信台以最小化所述第二通信台的能量消耗和所述第二通信台的传输时间中的一个。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括根据访问过滤器选择所述第一通信台。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括根据访问过滤器选择所述第一通信台并最小化所述第二通信台的能量消耗和所述第二通信台的传输时间。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括根据访问过滤器选择所述第一通信台并最大化所述第二通信台的吞吐量。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括根据访问过滤器选择所述第一通信台并最大化所述第一通信台的转发能力和所述第一通信台的最大缓冲能力中的一个。
22.根据权利要 求16所述的方法，其特征在于，进一步包括对所述候选的转发器通信台的列表进行分类。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述候选转发器通信台的列表根据与各个所述转发器通信台关联的信道质量信息进行分类。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括根据访问过滤器和选择信息中的至少一种对所述候选转发器通信台列表进行分类。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括从所述转发器通信台列表中选择所述第一通信台。
26.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括接收来自所述第一通信台的所述消息的确认。
27.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括接收来自所述接入点的所述消息的确认。
28.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述消息包括一个指示符，其表示所述消息将由所述第一通信台进行中继。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述指示符包括三个媒体接入控制层地址。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述指示符位于包括所述消息的包的字段中。
31.一种操作接入点的方法，其特征在于，所述方法包括: 所述接入点通过用于传输消息的通信介质接收来自第一通信台的消息，其中所述第一通信台临时访问所述通信介质，且所述消息原本由第二通信台传输；以及 所述接入点向所述第二通信台传输所述消息的确认。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，进一步包括在接收所述消息之前与所述第一通信台关联，其中所述第一通信台被标记为转发通信台。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，在接收所述消息之前，与所述接入点关联的被标记为转发通信台的多个通信台进一步包括: 根据所述多个通信台确定转发通信台竞争周期；以及 向所述多个通信台的子集广播信标和所述转发通信台竞争周期的信息。
34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述消息通过多个信道传输。
35.一种转发器通信台，其特征在于，包括: 发射器，用于在获取了用于传输消息的通信介质的访问权之后，在竞争周期期间广播标识信息，并通过所述通信介质向所述接入点转发来自第二通信台的预期发往接入点的传输；以及 可操作地耦合到所述发射器的接收器，所述接收器用于通过所述通信介质接收来自所述第二通信台的预期发往所述接入点的所述传输。
36.根据权利要求35所述的转发器通信台，其特征在于，所述发射器用于向所述第二通信台发送确认。
37.根据权利要求35所述的转发器通信台，其特征在于，进一步包括可操作地耦合到所述发射器和所述接收器的处理器，所述处理器作为转发通信台用于与所述接入点关联。
38.根据权利要求35所述的转发器通信台，其特征在于，所述接收器用于接收来自所述接入点的所述竞争周期的时长。
39.根据权利要求35所述的转发器通信台，其特征在于，所述接收器用于接收来自所述接入点的活动转发器指示符。
40.根据权利要求35所述的转发器通信台，其特征在于，所述接收器用于接收预期发往所述接入点的多个传输，其中所述转发器通信台进一步包括可操作地耦合到所述发射器和所述接收器的处理器，所述处理器用于聚合所述多个传输的子集以产生聚合的传输，以及所述发射器用于向所述接入点传输所述聚合的传输。
41.第二通信台，其特征在于，包括: 处理器，用于在竞争周期期间获取通信介质的访问权，所述通信介质用于传输消息，以及确定第一通信台是否可用于消息转发；以及 可操作地耦合到所述处理器的发射器，如果所述第一通信台可用于消息转发，所述处理器用于向所述第一通信台传输预期发往接入点的消息，以及如果所述第一通信台不可用于消息转发，则所述发射器用于向所述接入点直接传输预期发往所述接入点的所述消息。
42.根据权利要求41所述的第二通信台，其特征在于，进一步包括可操作地耦合到所述处理器的接收器，所述接收器用于从包括所述第一通信台的多个转发器通信台接收标识信息，并且所述处理器用于从所述标识信息生成包括所述第一通信台的候选转发器通信台列表。
43.根据权利要求42所述的第二通信台，其特征在于，所述处理器用于对所述候选转发器通信台列表进行分类。
44.根据权利要求42所述的第二通信台，其特征在于，所述处理器用于从所述转发器通信台列表中选择所述第一通信台。
45.根据权利要求41所述的第二通信台，其特征在于，进一步包括可操作地耦合到所述处理器的接收器，所述接收器用于从所述第一通信台接收所述消息的确认。
46.根据 权利要求41所述的第二通信台，其特征在于，进一步包括可操作地耦合到所述处理器的接收器，所述接收器用于从所述接入点接收所述消息的确认。
【文档编号】H04W4/00GK103959824SQ201280054374
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2011年11月8日
【发明者】蔡林, 陈斌, 乔治·卡尔切夫, 李志明 申请人:华为技术有限公司