CN102457919A

CN102457919A - 一种后向兼容的大带宽无线网络工作模式切换方法及系统

Info

Publication number: CN102457919A
Application number: CN2010105299647A
Authority: CN
Inventors: 孙波; 吕开颖; 李楠; 李峰; 张力
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: EP2632200A4; WO2012058996A1; EP2632200A1; US9491640B2; CN102457919B; EP2632200B1; US20130286891A1

Abstract

本发明公开了一种后向兼容的大带宽无线网络工作模式切换方法及系统，用于解决大带宽无线网络中存在多种基于不同信道化集合的兼容模式时，在各个工作模式间切换的技术问题。本发明中，接入站点通过系统配置消息指示其当前的工作模式，接入站点通过模式切换消息或帧交换序列指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换；非接入站点接收到模式切换消息或帧交换序列后，根据模式切换消息或帧交换序列所包含的指示信息执行工作模式切换。通过本发明的上述方案，无线站点可以实现大带宽无线网络中存在多种基于不同信道化集合的兼容模式时，在各个工作模式间的切换，从而建立支持后向兼容的大带宽无线网络。

Description

一种后向兼容的大带宽无线网络工作模式切换方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种后向兼容的大带宽无线网络工作模式切换方法及系统。

背景技术

目前，在无线网络领域，无线局域网(WLAN)快速发展，对WLAN覆盖的需求日益增长。电气和电子工程师协会工业规范IEEE802.11组中，先后定义了802.11a，802.11b，802.11g等一系列标准最普通的WLAN技术，随后又陆续出现了其他任务组，致力于发展涉及现有802.11技术改进的规范，例如，802.11n任务组提出高吞吐量(High throughput，简称HT)的要求，支持高达600Mbps的数据速率，802.11ac任务组进一步提出VHT(Very High throughput)的概念，将数据速率提升到1Gbps。新的协议需要后向兼容之前的协议。

802.11中，一个接入站点(Access Point，AP)以及与AP相关联的多个非AP站点(Non-AP Station，STA)组成了一个基本服务集(Basic Service Set，BSS)。IEEE802.11所定义的WLAN利用带有冲突避免的载波侦听多路访问机制CSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance)使多个站点共享无线信道。

在IEEE802.11技术中，一个信道化集合指的是在一个给定的频段内，从一个预定义或固定的起始频点开始定义的多个20MHz信道，和由这些20MHz信道组成的多个大带宽信道，如40MHz、80MHz、120MHz、160MHz信道等，组成的集合。其中，组成集合的20MHz信道也称为基本信道，其他由这些基本信道组成的信道也称为大带宽信道。一个大带宽信道中包含一个称为主信道的基本信道，该信道用于广播控制信息。在一个信道化集合中，所有的基本信道都有唯一的信道编号。

在发明说明书内，可用信道指在一个信道化集合内定义的一组相互不重叠的基本信道或这些基本信道的组合，工作信道指无线设备当前正在使用或将要使用的一个可用信道。

在IEEE802.11系列标准定义的技术中，一个免授权的ISM频段按照20MHz的基本信道带宽被信道化为多个20MHz信道。每个相邻的信道中心频点间隔5MHz，并按照给定的或预定义的起始频点对信道进行编号。其中，IEEE802.11利用了上述定义中的多个信道作为工作信道。例如，在2.4GHz频段上，IEEE802.11定义了14个相邻的20MHz信道作为可用信道，这些可用信道与相邻的可用信道中心频点间隔5MHz并相互交叠。又如在5GHz频段上，IEEE802.11定义了5.735GHz～5.835GHz之间5个20MHz信道作为可用信道，这些可用信道与相邻的可用信道中心频点间隔20MHz，相互不交叠。

在某些情况下，一些国家的频率规划在上述信道化定义下并不能被充分的利用。例如在中国的5GHz频段上，可用于WLAN的频段为5.725GHz～5.850GHz间共125MHz频段，一个更有效的信道化方案可以将其划分为6个20MHz可用信道或可以定义一个120MHz带宽的信号。然而更有效的信道化方案与现有的5GHz信道化方案间存在中心频点偏移的问题，使得WLAN设备无法将高效的信道化方案按照现有的信道化方案进行简单的扩展处理，尤其当一个WLAN网络中存在以不同信道化方案工作的设备时，设备之间无法按现有方式相互通信。在这种情况下，可能存在多个工作模式共存的情况。其中工作模式指的是数据传输信号以某个信道化集合定义的信道和对应带宽进行传输，或一个帧交换序列以某个或多个信道化集合定义的信道和对应带宽进行传输。其中，一个帧交换序列指的是为完成一次数据传输所需要进行的一系列无线帧发送和对应的无线帧反馈。例如，一般一个发送的数据帧会紧随一个发自接收方的确认帧；在发送一个长的数据帧前，收发双方会先进行两个短的无线帧的交换用于为随后的数据帧的发送预约信道。

因此，如何设计更有效的信道化方案并可兼容现有信道化方案，并提供在不同工作模式下相互切换的方法是基于大带宽的新一代802.11协议中亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种后向兼容的大带宽无线网络工作模式切换方法及系统，用于解决大带宽无线网络中存在多种基于不同信道化集合的兼容模式时，在各个工作模式间切换的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种后向兼容的大带宽无线网络模式切换方法，包括：

接入站点通过系统配置消息指示其当前的工作模式；

所述接入站点通过模式切换消息或帧交换序列指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换；

所述非接入站点接收到所述模式切换消息或帧交换序列后，根据所述模式切换消息或帧交换序列所包含的指示信息执行工作模式切换。

优选地，所述接入站点指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换的过程具体为：

所述接入站点在工作模式1下向与其关联的非接入站点发送模式切换消息，所述模式切换消息用于指示与所述接入站点关联的非接入站点，所述接入站点将在指定的切换时间内切换到工作模式2；

所述接入站点在指定的切换时间内切换到指定工作模式，与所述接入站点关联的非接入站点在接收到所述模式切换消息后，在指定的切换时间内切换到工作模式2；

所述工作模式1为第一工作模式或第二工作模式，相应地，所述工作模式2为第二工作模式或第一工作模式。

所述接入站点在工作模式1上发送模式切换消息1，所述模式切换消息1用于指示与所述接入站点关联的非接入站点，所述接入站点将在指定的切换时间内切换到工作模式2；

与所述接入站点关联的非接入站点在接收到所述模式切换消息1后，按照指示在指定的时间内切换到工作模式2上；

所述接入站点在工作模式2的信道上完成传输任务后，在工作模式2的信道上发送模式切换消息2，指示关联的非接入站点该接入站点将在指定的时间内切换回工作模式1；

与所述接入站点关联的非接入站点在接收到所述模式切换消息2后，按照指示在指定的时间内切换到工作模式1上；

所述接入站点在工作模式1上通过帧交换序列指示与其关联的非接入站点后续的数据发送将在工作模式2上进行，并通过上述帧交换序列通知在工作模式2上发送数据的最大时长；

所述接入站点及所述非接入站点在完成触发模式切换的帧交换序列后，按照指示在指定的时间内切换到工作模式2上进行数据的传输；

所述接入站点及所述非接入站点在工作模式2上完成数据传输后，立即切换回工作模式1；

进一步地，所述非接入站点在工作模式1上通过帧交换序列指示所述接入站点后续的数据发送将在工作模式2上进行，并通过上述帧交换序列通知在工作模式2上发送数据的最大时长；

所述非接入站点及所述接入站点在完成触发模式切换的帧交换序列后，按照指示在指定的时间内切换到工作模式2上进行数据的传输；

所述非接入站点及所述接入站点在工作模式2上完成数据传输后，立即切换回工作模式1。

所述接入站点在第一工作模式和第二工作模式上分别独立地发送系统配置消息，并分别指示每个工作模式下对媒介接入控制的时间划分；

所述非接入站点在第一工作模式或第二工作模式所对应的信道上，按照第一工作模式或第二工作模式广播的系统配置消息里指示的每个工作模式下对媒介接入控制划分的时间区域，在站点竞争部分与接入站点交互并接入网络，并且以对应的工作模式进行数据传输。

优选地，若所述非接入站点不支持所要切换到的工作模式，则在原有工作模式上保持静默。

优选地，所述指示其当前的工作模式的系统配置消息包含以下信息中的一个或多个：工作模式指示、信道指示、带宽指示、国家区码指示、信道规划类指示。

基于本发明所述方法，本发明还提出用于实现本发明方法的一种后向兼容的大带宽无线网络模式切换系统，该系统包括接入节点及非接入节点，各节点功能参见本发明方法流程及具体实施例中的描述。

通过本发明的上述方案，无线站点可以实现大带宽无线网络中存在多种基于不同信道化集合的兼容模式时，在各个工作模式间的切换，从而建立支持后向兼容的大带宽无线网络。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明所述系统结构示意图；

图2为第一信道化集合和第二信道化集合方案示意图；

图3实施例一的模式切换过程的示意图；

图4实施例二的模式切换过程的示意图；

图5实施例三的模式切换过程的示意图；

图6实施例四的模式切换过程的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明实施例中，所涉及的信道带宽包括20MHz、40MHz、80MHz、120MHz、160MHz，以及其他以20MHz为单位的更大信道带宽。

并且以下实施例以5.725GHz～5.850GHz频段为例进行说明。其中，第一信道化方案对应的第一信道化集合包含符合现有IEEE802.11规定的在5.735GHz～5.835GHz频段内定义的以5GHz为起始频点计算的5个20MHz基本信道及由其组成的两个40MHz，一个80MHz信道。第二信道化方案对应的第二信道化集合包含在5.725GHz～5.850GHz频段内定义的以4.9925GHz为起始频点计算的6个20MHz基本信道及由其组成的三个40MHz，一个或两个80Mhz，一个120MHz信道，如图2所示。

在下述实施例中，定义以下工作模式，但是需要强调的是，本发明所描述内容并不限制于下述两个工作模式。

第一工作模式，站点工作在第一个信道化集合内的信道上，即传统的工作模式。

第二工作模式，站点工作在第二个信道化集合内的信道上，即增强的工作模式。

上述两种工作模式可以共存并相互切换。

接入站点时间上交替地工作在第一个信道化集合内的信道上和第二个信道化集合内的信道上，但接入站点只在第一信道化集合或第二信道化集合的信道上发送系统配置消息并完成非接入站点的接入过程，即混合工作方式。

接入站点时间上交替地工作在第一个信道化集合内的信道上和第二个信道化集合内的信道上，接入站点可在第一信道化集合和第二信道化集合的信道上发送系统配置消息并完成非接入站点的接入过程，即双模工作方式。

实施例一

图3为该实施例的信道切换过程示意图，该实施例的应用场景为，接入站点指令非接入站点由第一工作模式一次性切换到第二工作模式上。该实施例中接入站点支持第一工作模式和第二工作模式，并且接入站点当前工作在第一工作模式上，当接入站点检测到当前与其关联的非接入站点都可以支持第二工作模式，或者由于某些原因需要从第一工作模式切换到第二工作模式时，执行切换的过程如下：

步骤1、接入站点在下发的系统配置消息，如beacon帧，中通过工作信道和信道规划类信息指示当前工作在第一工作模式的信道上；

步骤2、当满足切换条件，例如所有非接入站点都支持第二工作模式，或者当前第一工作模式的信道干扰过大时，接入站点在第一工作模式的信道上发送模式切换消息，例如包含第二个信道化集合的信道的信道切换信息，给关联的非接入站点，指示与其关联的非接入站点该接入站点将在指定的时间内切换到第二工作模式的信道上；

步骤3、接入站点在模式切换消息指示切换时间内切换到第二工作模式的信道上，并在第二工作模式的信道上发送系统配置消息，如beacon帧，建立传输环境；

步骤4、非接入站点在接收到所述模式切换消息后，在指示的切换时间内切换到指定的第二工作模式的信道上，并开始工作；

步骤5、如果非接入站点不支持第二信道化集合，则在所述指定时间内停止与上述接入站点的关联。

上述过程为从第一工作模式切换到第二工作模式；从第二工作模式切换到第一工作模式的过程与上述过程类似，此处不再赘述。

实施例二

图4为该实施例的信道切换过程示意图，该实施例的应用场景为，接入站点工作在工作模式1下，指令非接入站点由工作模式1临时切换到工作模式2上，然后再切换回来，所述工作模式1为本发明定义的第一工作模式或第二工作模式，相应地，所述工作模式2为本发明定义的第二工作模式或第一工作模式。该实施例中接入站点支持第一工作模式和第二工作模式，非接入站点支持第一工作模式和第二工作模式、或仅支持第一工作模式。切换的过程如下：

步骤1、接入站点在下发的系统配置消息，如beacon帧中指示其支持以第一工作模式和/或第二工作模式的信道及对应带宽工作。

步骤2、接入站点在工作模式1上工作时，发送模式切换消息1，指示与其关联的非接入站点，该接入站点将在模式切换消息1中所指定的切换时间内切换到工作模式2上；

所述的模式切换消息可以是一个或多个，也可以是多种消息，例如一个模式切换消息或阶段化共存操作管理帧用于指示与该接入站点关联的非接入站点进行工作模式切换，另一个控制帧，例如CTS-TO-SELF，用于通知在工作模式2上工作的时间长度。

步骤3、如果与上述接入站点关联的非接入站点支持工作模式2，则在接收到上述模式切换消息后，按照指示在指定的时间内切换到工作模式2上工作；如果与上述接入站点关联的非接入站点不支持工作模式2，则所述非接入站点在接收到上述模式切换消息后继续工作在工作模式1上，但是在指定的时间内保持静默，即不发送无线帧。

步骤4、接入站点在工作模式2的信道上完成传输任务后，在工作模式2的信道上发送模式切换消息2或信号，指示关联的非接入站点该接入站点将在指定的时间内切换回工作模式1，或立即切换回工作模式1。

所述的模式切换消息2或信号可以是一个或多个，也可以是多种消息或信号，例如一个消息或信号用于指示工作模式切换，另一个消息或信号用于通知在工作模式1上工作的时间长度。

步骤5、按照步骤3的模式切换消息1切换到工作模式2上的非接入站点，在接收到步骤4中发送的模式切换消息2后，按照模式切换消息2的指示在指定的时间内切换到工作模式1上工作；

步骤6、如果与所述接入站点关联的非接入站点不支持工作模式2，则这些非接入站点在步骤3中发送的模式切换消息指示的时间内保持静默，不进行无线帧的发送，除非所述接入站点在工作模式1的信道上向其发送另外的消息允许其进行无线帧的发送，或者模式切换消息1所述指示的工作模式2的工作时间结束。

实施例三

图5为该实施例的信道切换过程示意图，该实施例的应用场景为，一个发送站点(可以是接入站点或与之关联的非接入站点)和一个接收站点(可以是接入站点或与之关联的非接入站点)工作在工作模式1下，发送站点通过触发一个指示模式切换的帧交换序列通知接收站点临时切换到工作模式2上进行数据传输，然后再切换回来，所述工作模式1为本发明定义的第一工作模式或第二工作模式，相应地，所述工作模式2为本发明定义的第二工作模式或第一工作模式。该实施例中发送站点和接收站点都支持第一工作模式和第二工作模式，切换的过程如下：

步骤1、接入站点在下发的系统配置消息，如beacon帧，中指示其支持以第一工作模式和第二工作模式的信道及对应带宽工作。

步骤2、发送站点在工作模式1上工作并要切换到工作模式2上发送数据时，通过触发一个帧交换序列通知接收站点后续的数据发送将在工作模式2上进行，并通过上述帧交换序列通知在工作模式2上发送数据的最大时长。其中，上述帧交换序列包括一个在工作模式1上的无线帧和一个对上述无线帧的确认。

步骤3、当发送站点与接收站点完成一个触发模式切换的帧交换序列后，立即切换到工作模式2上，在一个指定的时间间隔SIFS后进行数据的传输。其中数据的传输包括数据的发送和确认。其中数据的发送在工作模式2上进行，而数据发送的确认在工作模式1或工作模式2上进行。

步骤4、发送和接收站点在工作模式2上完成数据传输后，立即切换回工作模式1。

或者，发送站点在工作模式2的信道上发送完数据后，立即切换回工作模式1等待接收数据发送的确认；接收站点在工作模式2的信道上发送完数据后，立即切换回工作模式1，在一个规定的时间间隔SIFS后发送对上述数据发送的确认。

实施例四

图6为该实施例的信道切换过程示意图，该实施例的应用场景为，接入站点在时间上周期交替地工作在第一工作模式和第二工作模式上，在每个工作模式下发送的控制信息相对独立，接入站点周期性地在第一工作模式和第二工作模式间进行切换。该实施例中接入站点支持第一工作模式和第二工作模式，非接入站点支持第一工作模式和第二工作模式、或仅支持第一工作模式。切换的过程如下：

步骤1、接入站点在两个工作模式下分别独立地发送系统配置消息，并分别指示每个模式下对媒介接入控制的时间划分，例如将媒介在时间上划分为第一工作模式的接入站点控制部分和站点竞争部分以及第二工作模式的接入站点控制部分和站点竞争部分。其中，两个工作模式在时间上是对齐的，但是其时间划分是交错地，例如第一工作模式的接入站点控制部分在时间上完全包括第二工作模式的站点竞争部分，第二工作模式的情况类同。并且，每个工作模式的接入站点控制部分又分为当前模式静默期和当前模式可传输期。其中第一工作模式的接入点控制部分的当前模式可传输期用于第一工作模式的非竞争发送，第一工作模式的接入点控制部分的当前模式静默期用于第二工作模式的非竞争和竞争发送，第二工作模式的情况类同，如图5所示。

步骤2、接入站点在第一工作模式工作时发送系统配置消息，如beacon消息，用于指示上述媒介接入控制时间的配置。

步骤3、接入站点在第二工作模式工作时发送系统配置消息，如beacon消息，用于指示上述媒介接入控制时间的配置。

步骤4、非接入站点可以支持第一工作模式或第二工作模式，非接入站点在第一工作模式或第二工作模式所对应的信道上，按照第一工作模式或第二工作模式广播的系统配置消息里指示的每个工作模式下对媒介接入控制划分的时间区域，在站点竞争部分与接入站点交互并接入网络，并且以对应的工作模式进行数据传输。

实施例五

本实施例描述在上述实施例中进行模式切换时，接入站点通过消息或帧交换序列显式或隐式地通知与其关联的非接入站点所述接入站点所处的工作模式方式，所述消息(例如系统配置消息)包含以下信息中的一个或多个：工作模式指示、信道指示、带宽指示、国家区码指示、信道规划类指示；所述帧交换序列包括一个或多个无线帧的发送，这些无线帧的发送用于指示后续的工作模式。

例如当前频率规划区域的国家码指示为中国时，有如下几种组合情况：

(1)如果当前支持的信道规划类仅包括第一类信道化集合的信道时，指示支持第一工作模式的操作；

(2)如果当前支持的信道规划类包括第二类信道化集合的信道时，指示支持第二工作模式的操作；

(3)如果当前支持的信道规划类包括第一类和二类信道化集合的信道时，则指示支持第一工作模式和第二工作模式以及二者之间的模式切换；

如下表一所示一种可能的频率规划类识别号的定义。其中，起始频点为5GHz的项属于第一信道化集合，其他起始频点的项属于第二信道化集合。

表一信道规划类识别号

其中信道规划类识别号所指示的信道编号是该信道带宽内所包含的多个20MHz信道中中心频点最低的信道所对应的信道序号。

如下表二所示另一种可能的频率规划类识别号的定义。

表二信道规划类识别号

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种后向兼容的大带宽无线网络模式切换方法，其特征在于，包括：

接入站点通过系统配置消息指示其当前的工作模式；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入站点指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换的过程具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入站点指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换的过程具体为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入站点指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换的过程具体为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述非接入站点在工作模式1上通过帧交换序列指示所述接入站点后续的数据发送将在工作模式2上进行，并通过上述帧交换序列通知在工作模式2上发送数据的最大时长；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入站点指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换的过程具体为：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述非接入站点不支持所要切换到的工作模式，则在原有工作模式上保持静默。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述指示其当前的工作模式的系统配置消息包含以下信息中的一个或多个：工作模式指示、信道指示、带宽指示、国家区码指示、信道规划类指示。

9.一种后向兼容的大带宽无线网络模式切换系统，其特征在于，该系统包括：

接入站点，用于通过系统配置消息向与其关联的非接入站点指示其当前的工作模式；还用于通过模式切换消息或帧交换序列指示与其关联的非接入站点进行工作模式的切换；

非接入站点，用于在接收到所述模式切换消息或帧交换序列后，根据所述模式切换消息或帧交换序列所包含的指示信息执行工作模式切换。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述接入站点在工作模式1下向与其关联的非接入站点发送模式切换消息；所述模式切换消息用于指示与所述接入站点关联的非接入站点，所述接入站点将在指定的切换时间内切换到工作模式2；

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，

所述非接入站点还用于在工作模式1上通过帧交换序列指示所述接入站点后续的数据发送将在工作模式2上进行，并通过上述帧交换序列通知在工作模式2上发送数据的最大时长；

14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述指示其当前的工作模式的系统配置消息包含以下信息中的一个或多个：工作模式指示、信道指示、带宽指示、国家区码指示、信道规划类指示。