CN103299686B - 在无线局域网***中发送管理信息帧的方法和设备 - Google Patents

在无线局域网***中发送管理信息帧的方法和设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种在无线局域网***中由接入点（AP）执行的发送管理信息的方法。该方法包括以下步骤：向站发送包括BSS负载信息单元的帧，所述BSS负载单元包括能够多用户（MU）多输入多输出（MIMO）的STA计数字段和多个带宽利用率字段，其中，所述能够MU‑MIMO的STA计数字段指示当前与由所述AP管理的候选BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数，并且所述多个带宽利用率字段指示多个工作信道宽度是否繁忙。

Description

在无线局域网***中发送管理信息帧的方法和设备
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地讲，涉及在无线局域网（WLAN）***中发送管理信息的方法以及支持该方法的设备。
背景技术
随着信息通信技术的进步，近来已经开发出各种无线通信技术。在这些无线通信技术当中，无线局域网（WLAN）是在家中或公司中或者在提供特定服务的区域中利用便携式终端（例如，个人数字助理（PDA）、膝上型计算机、便携式多媒体播放器（PMP）等）以无线方式允许互联网接入的技术。
自从电气和电子工程师协会（IEEE）802（即，WLAN技术的标准化组织）于1980年2月建立以来，已经进行了许多标准化工作。在初始的WLAN技术中，根据IEEE 802.11使用2.4GHz的频率以利用跳频、扩频、红外通信等来支持1Mbps至2Mbps的数据速率。近来，WLAN技术可利用正交频分复用（OFDM）支持最高达54Mbps的数据速率。另外，IEEE802.11是各种技术（例如服务质量（QoS）提高、接入点协议兼容性、安全性增强、无线电资源测量、车载环境中的无线接入、快速漫游、网状网络、与外部网络的互通、无线网络管理等）的开发中或商业化的标准。IEEE802.11n是近来为了克服有限数据速率（这在WLAN中被视作缺点）而引入的技术标准。IEEE 802.11n设计用于增大网络速度和可靠性并扩展无线网络的操作距离。
IEEE 802.11n支持最高达540Mbps或更高的高吞吐量（HT）（即，数据处理速率），并且是基于多输入多输出（MIMO）技术的，该MIMO技术在发送机和接收机中均使用多个天线，以使传输误差最小化并优化数据速率。另外，此标准可使用发送多个副本以增加数据可靠性的编码方案，并且还可使用OFDM以支持更高的数据速率。
随着WLAN的广泛使用以及使用WLAN的应用的多样化，近来需要一种支持比IEEE802.11n所支持的数据处理速率更高的吞吐量的新的WLAN***。然而，IEEE802.11n介质访问控制（MAC）/物理层（PHY）协议无法提供1 Gbps或更高的吞吐量。这是因为IEEE802.11n MAC/PHY协议是针对单个站（STA）（即，具有一个网络接口卡（NIC）的STA）的操作而设计的，因此在遵循传统IEEE802.11n MAC/PHY协议的同时帧吞吐量增大时，所导致的附加开销也增加。因此，对在遵循传统IEEE802.11n MAC/PHY协议（即，单STA架构）的同时增大无线通信网络的吞吐量有限制。
因此，为了在无线通信***中实现1Gbps或更高的数据处理速率，需要不同于传统IEEE802.11n MAC/PHY协议（即，单STA架构）的新***。甚高吞吐量（VHT）WLAN***是IEEE802.11n WLAN***的下一版本，是近来为了在MAC服务接入点（SAP）中支持1Gbps或更高的数据处理速率而提出的一种IEEE 802.11WLAN***。
VHT WLAN***允许多个VHT非AP STA的同时信道接入以便有效使用无线电信道。为此，支持使用多个天线的基于多用户多输入多输出（MU-MIMO）的传输。VHT接入点（AP）可将空间复用的数据同时发送给多个VHT非AP STA。当通过经由多个天线将多个空间流分发给所述多个非AP STA来同时发送数据时，WLAN***的总吞吐量可增加。
在WLAN***中，非AP STA对提供服务的AP执行扫描、验证和关联程序。如果作为非AP STA所执行的AP扫描的结果，发现多个AP，则非AP STA可选择要关联的AP。在这种情况下，当非AP STA选择AP时，优先考虑整个网络的负载平衡。
随着WLAN终端的普及及其利用率的增加，安装了多个AP。因此，交叠的基本服务集（OBSS）环境增加，其中使用相同信道的基本服务集（BSS）的基本服务区域（BSA）部分交叠或完全交叠。另外，在支持MU-MIMO的WLAN的情况下，在选择要与非AP STA关联的AP时可能有更多的考虑。因此，就管理WLAN的总效率而言，可能非常重要的是向非AP STA提供可在选择要与非AP STA关联的AP的处理中使用的信息。
为了增大WLAN的总效率，需要一种产生可由非AP STA在选择要与非AP STA关联的AP时使用的控制信息并将该控制信息发送给非AP STA的方法，并且还需要一种由非AP STA基于该控制信息选择AP的方法。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种在无线局域网（WLAN）***中发送接入点（AP）的负载信息的方法。
本发明还提供了一种确定要与非AP站（STA）关联的AP的方法以及执行该方法的设备。
技术方案
在本发明的一方面中，一种在无线局域网***中由接入点（AP）执行的发送管理信息的方法包括以下步骤：向站发送包括BSS负载信息单元的帧，所述BSS负载单元包括能够多用户（MU）多输入多输出（MIMO）的STA计数字段和多个带宽利用率字段，其中，所述能够MU-MIMO的STA计数字段指示当前与由所述AP管理的候选BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数，并且所述多个带宽利用率字段指示多个工作信道宽度是否繁忙。
各个利用率字段可指示各个工作信道宽度是否繁忙。
所述多个带宽利用率字段可包括与所述AP的40MHz工作信道宽度对应的第一利用率字段、与所述AP的80MHz工作信道宽度对应的第二利用率字段以及与所述AP的160MHz工作信道宽度对应的第三利用率字段。
所述方法还可包括以下步骤：从所述站接收用于扫描与所述站关联的候选BSS的探测请求帧，并且其中，所述帧是响应于所述探测请求帧而发送的探测响应帧。
所述多个带宽利用率字段中的每一个可被定义为各个工作信道宽度处于繁忙的时间百分比。
所述时间百分比可用255线性标度。
所述方法还可包括以下步骤：执行载波侦听机制以确定用于配置所述多个带宽利用率字段中的每一个的各个工作信道宽度的状态。
所述站可基于由所述BSS负载信息单元指示的信息确定与所述站关联的目标BSS。
所述帧可以是周期性地广播的信标帧。
在本发明的另一方面中，一种无线局域网***中的接入点（AP）包括处理器，该处理器被配置为：向站发送包括BSS负载信息单元的帧，所述BSS负载单元包括能够多用户（MU）多输入多输出（MIMO）的STA计数字段和多个带宽利用率字段，其中，所述能够MU-MIMO的STA计数字段指示当前与由所述AP管理的候选BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数，并且所述多个带宽利用率字段指示多个工作信道宽度是否繁忙。
有益效果
根据本发明，可将接入点（AP）的可用资源信息报告给非AP站（STA），非ATSTA可在选择要与该非AP STA关联的AP时使用AP的可用资源信息，从而能够增大无线局域网（WLAN）的效率。
附图说明
图1示出IEEE802.11物理层架构。
图2示出通过包括在管理帧中发送的BSS负载信息单元格式的示例。
图3示出根据本发明的实施方式的包括信道相关性信息的BSS负载IE的示例。
图4示出由AP将图3的BSS负载IE提供给非AP STA的程序的示例。
图5是根据本发明的另一实施方式的BSS负载IE格式的示例。
图6示出从AP的角度使用的信道的利用率。
图7示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法。
图8示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法的另一示例。
图9示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法的另一示例。
图10示出根据本发明的实施方式的包括MU-MIMO利用率的BSS负载IE格式的示例。
图11、图12和图13示出BSS负载IE格式的示例。
图14和图15示出以度量方式计算平均空间流计数的示例。
图16示出当特定频带中发生干扰时的传输的示例。
图17示出根据本发明的实施方式的BS负载IE格式。
图18示出当针对各个带宽报告信道效用信息时，根据本发明的实施方式的BSS负载IE的示例。
图19示出当报告BW空闲度量和BW繁忙度量这两者时BSS负载IE格式的示例。
图20是示出实现本发明的实施方式的无线电设备的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。
根据本发明的实施方式的无线局域网（WLAN）***包括至少一个基本服务集（BSS）。BSS是成功同步以彼此通信的站（STA）的集合。STA是包括满足电气和电子工程师协会（IEEE）802.11标准的介质访问控制（MAC）和无线介质物理层（PHY）接口的任何功能介质。STA可以是AP或非AP STA。
AP是具有STA功能并针对关联的STA提供经由无线介质（WM）对分发服务（DS）的接入的任何实体。AP还可称为其它术语，例如集中控制器、基站（BS）、调度器等。
非AP STA是除AP之外的STA，可称为其它术语，例如用户设备（UE）、移动台（MS）、移动终端（MT）、便携式终端、接口卡等。
BSS可分为独立型BSS（IBSS）和中控型BSS。中控型BSS包括至少一个非APSTA和AP。
图1示出IEEE802.11物理层架构。
IEEE802.11物理（PHY）层架构包括PHY层管理实体（PLME）、物理层会聚程序（PLCP）子层110和物理介质相关（PMD）子层100。PLME与MAC层管理实体（MLME）协作提供PHY层管理功能。位于MAC子层120与PMD子层100之间的PLCP子层110在MAC层120的指示下向PMD子层100递送从MAC子层120接收到的MAC协议数据单元（MPDU），或者向MAC子层120递送从PMD子层100接收到的帧。PMD子层100是PLCP子层的下层，用于通过无线电介质实现两个STA之间的PHY层实体的发送和接收。
PLCP子层110在从MAC子层120接收MPDU并且将MPDU递送给PMD子层100的处理中，将包括PHY收发器所需的信息的附加字段附着到MPDU。在这种情况下附着的附加字段可以是PLCP前导码、PLCP头、数据字段上所需的尾比特等。PLCP前导码用于使得接收机能够在发送PLCP服务数据单元（PSDU=MPDU）之前准备好同步功能和天线分集。PLCP头包括包含接收方STA接收和恢复帧所需的基本信息的字段。
PLCP子层110通过将上述字段附着到MPDU来产生PLCP协议数据单元（PPDU），并经由PMD子层将产生的PPDU发送给接收方STA。接收方STA接收PPDU，从PLCP前导码和PLCP头获取数据恢复所需的信息，并恢复数据。
为了使非AP STA加入WLAN，必须识别兼容网络。扫描程序被定义为非AP STA识别存在于特定区域中的网络的处理。换言之，扫描程序是寻找要在关联或重新关联程序中与非AP STA关联的候选AP的处理。
扫描程序具有两种类型，即，被动扫描和主动扫描。被动扫描是一种使用由AP周期性地发送的信标帧的方法。非AP STA可接收由管理BSS的AP周期性地发送的信标帧，以寻找可接入的BSS。
主动扫描是一种通过由非AP STA发送探测请求帧来寻找可接入的BSS的方法。在使用主动扫描的情况下，当非AP STA发送探测请求帧时，接收到探测请求帧的AP向非AP STA发送探测响应帧，该探测响应帧包括诸如由AP管理的BSS的服务集ID、AP所支持的能力等的信息。利用所接收到的探测响应帧，非AP STA可获知有关候选AP的各种信息以及候选AP的存在。
非AP STA可利用在扫描程序中接收到的信标帧或探测响应帧来获知是否存在可加入的BSS。
扫描程序之后是验证程序，该验证程序在参与无线通信的实体之间协商验证方案和加密方案。例如，非AP STA可与在扫描程序中找到的一个或更多个AP当中的要关联的AP执行验证程序。验证程序可使用各种方案，例如开放***验证、共享密钥验证、预验证、基于由供应商开发的算法的专有公钥验证等。进一步增强的验证方案的示例包括基于IEEE802.1x的可扩展验证协议-传输层安全（EAP-TLS）、可扩展验证协议-隧道传输层安全（EAP-TTLS）、可扩展验证协议-经由安全隧道的灵活验证（EAP-FAST）和受保护的可扩展验证协议（PEAP）。
在验证程序中成功完成验证之后，非AP STA可与AP执行关联程序。关联程序意指在非AP STA与AP之间建立可识别的连接（即，无线电链路）。
在关联程序中，非AP STA将关联请求帧发送给成功完成验证程序的AP，响应于该请求帧，AP将具有状态码“成功”的关联响应帧发送给非AP STA。关联响应帧包括能够标识与特定非AP STA的关联的标识符（如，关联ID（AID））。
即使在关联程序成功完成之后，在非AP STA与AP之间的连接状态由于变化的信道状态而劣化的情况下，非AP STA可与具有良好信道状态的另一AP再次执行关联程序，这称为重新关联程序。重新关联程序非常类似于上述关联程序。更具体地讲，在重新关联程序中，非AP STA将重新关联请求帧发送给除了当前与非AP STA关联的AP之外的不同AP（如，在上述扫描程序中找到的候选AP当中的成功完成验证程序的AP），所述不同AP将重新关联响应帧发送给非AP STA。然而，重新关联请求帧包括关于先前关联的AP的信息。利用此信息，重新关联的AP可将先前AP中缓冲的数据递送给非AP STA。
以下，将更详细地描述当非AP STA作为上述扫描程序的结果找到多个可加入的BSS时，确定要加入的特定BSS的方法。确定非AP STA将加入的特定BSS也可表达为确定将执行验证和关联程序的特定AP。
当非AP STA选择非AP STA可加入的多个候选BSS中的一个，进而确定要加入的BSS时，可能优选的是通过考虑各个候选BSS的负载来确定BSS。可使用各个候选BSS的非AP STA群和业务水平来确定要加入的BSS，以防止负载集中于特定BSS，从而能够增大WLAN***的总效率。为此，需要将可由非AP STA使用的各个候选BSS的负载信息报告给非AP STA。
AP可发送包括BSS的负载信息单元的管理帧，以便向STA报告AP的状态信息。包括负载信息单元的管理帧可在扫描程序中单播给执行扫描的非AP STA，或者可广播给BSS的基本服务区域（BSA）内的所有STA。另选地，包括BSS负载IE的管理帧可周期性地广播给BSA内的非AP STA。
图2示出通过包括在管理帧中发送的BSS负载信息单元格式的示例。
BSS负载信息单元包含关于BSS中的当前STA群和业务水平的信息。此信息单元可由非AP STA在漫游时用于AP选择算法。
图2的BSS负载信息单元包括：单元ID字段，其包括信息单元（IE）的标识信息)；长度字段，其包括IE的长度信息；STA计数字段；信道利用率字段；以及可用许可容量字段。
STA计数字段被解释为无符号整数，该无符号整数指示当前与此BSS关联的STA的总数。
信道利用率字段被定义为如物理或虚拟载波侦听（CS）机制所指示，AP侦听到介质繁忙的时间百分比（线性标度为以255表示100%）。当BSS使用一个以上信道时，仅针对主要信道计算信道利用率字段值。此百分比利用式1计算。
[式1]
信道利用率=
Integer((channel_busy_time/(dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals×dot11BeaconPeriod×1024))×255)，
其中channel_busy_time被定义为CS机制指示出信道繁忙指示期间的微秒数，dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals表示测量信道繁忙时间期间的连续信标间隔数。
可用许可容量字段可为2个八位字节长，并且包含指定经由显式许可控制可用的剩余介质时间量（以32μs/s为单位）的无符号整数。该字段有助于漫游非AP STA选择可能接受将来的许可控制请求的AP，但其并不保证HC将准许这些请求。
在图2的BSS负载信息单元格式中，支持MIMO传输的WLAN***中不包括与MIMO传输有关的AP负载信息（如，STA的空间重复使用因子、STA之间的信道相关性等）。旨在选择支持MIMO传输的WLAN***中的AP的非AP STA优选地能够通过还考虑候选AP的空间重复使用因子、非AP STA之间的信道相关性等信息来选择AP。以下，将通过举一个具体示例来详细描述在支持MU-MIMO的WLAN***中的传输信息以及发送可由AP发送给非AP STA的各种BSS负载信息的方法。
在本发明的以下描述中，BSS负载IE是包括由AP发送给BSA中的非AP STA的控制信息的IE，其名称仅是为了示例性目的。以下，通过包括在BSS负载IE中来发送的信息可通过包括在一个IE中来发送，或者可作为单独的IE发送。
AP可利用控制帧和/或管理帧来发送BSS负载IE。控制帧和/或管理帧可单播给非AP STA，或者可广播给BSA内的所有非AP STA。AP可应信息提供请求发送BSS负载IE，或者可独立于信息提供请求，发送非请求BSS负载IE。管理帧可以是信标帧或探测响应帧。非AP STA可基于利用BSS负载IE获得的信息选择最优AP。
图3示出根据本发明的实施方式的包括信道相关性信息的BSS负载IE的示例。
AP将BSS负载IE发送给非AP STA。这里，BSS负载IE包括诸如信道相关性阈值、相关STA数量、不相关STA数量、相关STA的信道利用率和不相关STA的信道利用率的信息。
图4示出由AP将图3的BSS负载IE提供给非AP STA的程序的示例。
在图4的示例中，在主动扫描程序中，非AP STA向AP发送请求图3的信道相关性相关信息的请求帧以请求信道相关性IE。此后，响应于该请求帧，通过接收包括（图3的）BSS负载IE（包含信道相关性相关信息）的响应帧来获得信道相关性相关信息。非AP STA可在AP选择中使用所获得的信息。如上所述，在没有请求帧的情况下，也可发送响应帧。
以下，将针对两种情况（即，基于探测PPDU的主动扫描程序和基于空数据分组（NDP）的主动扫描程序）描述主动扫描程序。将首先描述基于探测PPDU的主动扫描程序。当非AP STA发送探测请求帧时，接收探测请求帧的AP响应于该探测请求帧发送探测响应帧。在这种情况下，探测响应帧可包括训练请求（TRQ）消息以用于请求非AP STA发送探测PPDU。在确认包括在探测响应帧中的TRQ消息时，非APSTA向AP发送请求信道相关性相关信息的请求帧。在这种情况下，所述请求帧可用作探测PPDU。即，AP可利用该请求帧执行信道估计。AP响应于请求信道相关性相关信息的请求帧向非AP STA发送包括BSS负载IE的响应帧。非AP STA接收该响应帧，并可使用利用BSS负载IE获得的信息来确定要验证并与非AP STA关联的AP。
在基于NDP的主动扫描程序中，可如下提供BSS负载IE。非AP STA和AP交换探测请求帧和探测响应帧。非AP STA向AP发送请求信道相关性相关信息的请求帧。该请求帧包括NDP公告消息，该NDP公告消息报告将随后发送NDP。非AP STA在请求帧之后将NDP发送给AP。AP利用NDP执行信道估计，并向非AP STA发送包括BSS负载IE（其包含信道相关性相关信息）的响应帧。信道估计结果可被视作在通过包括在BSS负载IE中而发送的信息中。
又如，AP可广播BSS负载IE，而不管非AP STA的请求。非AP STA可通过考虑广播的BSS负载IE来选择AP。由AP广播的BSS负载IE可包括天线利用率和带宽利用率以及信道利用率的信息。
天线利用率可具有指示MU-MIMO空间流的使用量的利用率的值。带宽利用率可以是指示使用中的信道带宽的利用率的值。
图5是根据本发明的另一实施方式的BSS负载IE格式的示例。图5的BSS负载E使得接收BSS负载IE的非AP STA能够使用支持MU-MIMO的非AP STA之间的信道相关性以及支持MU-MIMO的非AP STA被联合调度的情况下的性能。
AP发送包括STA计数字段、信道利用率字段和可用许可容量字段的BSS负载IE。非AP STA可在AP选择中考虑BSS负载IE以实现整个网络的负载平衡。
在一个实施方式中，AP可通过包括BSS负载IE来发送信标帧。在这种情况下，BSS负载IE可包括STA计数字段、信道利用率字段和可用许可容量字段。
仅支持SU-MIMO的非AP STA和支持MU-MIMO的非AP STA可在BSS内共存。从AP的角度，必须同时支持由仅支持SU-MIMO的非AP STA利用信道发送和接收数据的情况以及由支持MU-MIMO的STA利用信道发送和接收数据的情况。
图6示出从AP的角度使用的信道的利用率。
AP测量负载状态的时间窗口可包括在PHY层测量的遗留或SU-MIMO格式的信道繁忙周期和空闲周期，并且可包括支持MU-MIMO的AP利用MU-MIMO提供数据的持续时间。
在AP利用MU-MIMO发送数据的持续时间中，根据情况，由AP发送的空间流（SS）的数量可能并非最大可发送数量。例如，假设仅存在一个支持MU-MIMO的STA，该STA仅支持一个SS。在这种情况下，AP无法在MU-MIMO传输的持续时间内使用一个以上的SS，因此***以低于AP实际上可提供的容量的***容量来工作。结果，无线电资源的使用效率降低。需要一种通过使得支持MU-MIMO的AP能够充分利用可用容量来有效使用MU-MIMO的方法。
根据本发明的实施方式，可通过将MU-MIMO利用率或MU-MIMO未充分利用率报告给非AP STA来增大无线电资源的使用效率。在根据本发明的实施方式的MU-MIMO（未充分）利用率中，类似于BSS负载IE，利用AP所使用（或未使用）的空间流计数信息来计算报告中的考虑负载的（未充分）利用率度量。即，当计算MU-MIMO（未充分）利用率时，可利用MU-MIMO的空间流信息、载波侦听（SS）繁忙时间、用于计算报告的持续时间信息等来执行报告。
以下，将通过举一个示例来更详细地描述MU-MIMO（未充分）利用率的计算。
图7示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法。
在根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法中，代替仅表达信道是繁忙还是空闲，将繁忙程度分为多个级别。例如，当存在剩余可用空间流时，可用低繁忙级别来表达，当没有可用剩余空间流时，可用最大繁忙级别来表达。当信道空闲时，可用最小繁忙级别来表达，AP不执行MU-MIMO传输的载波侦听（CS）繁忙时间可用最大繁忙级别来表达，利用率用这两个级别之间的平均繁忙级别来表达。繁忙级别可通过式2来计算。
[式2]
MUMIMO_Channel_Utilization=
Integer((channel_busy_level_time/(maximum_busy_level×dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals×dot11BeaconPeriod×1024))×255)
其中
channel_busy_level_time被定义为CS机制（如IEEE802.11-2007规范的9.2.1节中所定义的）指示出信道繁忙指示期间的微秒数乘以channel_busy_level。
对于空闲CS时间，channel_busy_level被定义为0，对于AP不以MU-MIMO数据传输来进行发送的CS情形，被定义为maximum_busy_level。对于AP以MU-MIMO数据传输来进行发送的CS情形，channel_busy_level介于0与maximum_busy_level之间，并线性标度为所利用的空间流的数量。
（例1：channel_busy_level等于利用的空间流，maximum_busy_level等于在MU-MIMO传输模式下针对STA最大可支持的空间流）
图8示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法的另一示例。
在设置MU-MIMO未充分利用率值的另一示例性方法中，代替仅用空闲级别来表达未充分利用率，用当AP由于MIMO数据传输而繁忙时的多个空闲级别来计算未充分利用率。换言之，MU-MIMO未充分利用率值可被定义为对于无线介质的繁忙时间，AP未充分利用空间域资源（空间流）的时间百分比（或分数）。当BSS使用一个以上信道时，可仅针对主要信道计算空间流未充分利用率值。例如，当存在剩余可用空间流时，用高空闲级别来表达。当没有可用空间流时，用最小空闲级别或繁忙级别来表达。未充分利用率用这两个级别之间的平均空闲级别来表达。空闲级别可通过式3来计算。
[式3]
MUMIMO_Channel_Under_Utilization=Integer((channel_idle_level_time/channel_MUMIMO_busy_time)×255)
其中
channel_MUMIMO_busy_time被定义为AP处的用于MU-MIMO传输的CS机制期间的微秒数。
channel_idle_level_time被定义为CS机制（如IEEE802.11-2007规范的9.2.1节中所定义的）指示出信道繁忙指示期间的微秒数乘以channel_idle_level。
（例1：channel_idle_level等于最大支持的空间流-利用的空间流，maximum_idle_level等于在MU-MIMO传输模式下针对STA最大可支持的空间流）
（例2：channel_idle_level等于min{单个MU-MIMO STA最大支持的空间流，最大支持的空间流-利用的空间流}，maximum_idle_level等于在MU-MIMO传输模式下针对单个STA最大可支持的空间流）
图9示出根据本发明的实施方式的表达MU-MIMO利用率的方法的另一示例。
在表达MU-MIMO未充分利用率的另一示例性方法中，代替仅用空闲级别表达未充分利用率，MIMO未充分利用率用当CS空闲时以及当AP由于MIMO数据传输而繁忙时的多个空闲级别来计算未充分利用率。例如，当存在剩余可用空间流时，用高空闲级别来表达。当没有可用空间流时，用最小空闲级别或繁忙级别来表达。未充分利用率用这两个级别之间的平均空闲级别来表达。空闲级别可通过式4来计算。
[式4]
MUMIMO_Channel_Under_Utilization=Integer((channel_idle_level_time/(channel_idle_time+channel_MUMIMO_busy_time)×255)
其中
channel_MUMIMO_busy_time被定义为AP处的用于MU-MIMO传输的CS机制期间的微秒数。
channel_idle_time被定义为CS机制不繁忙（即，空闲）期间的微秒数。
channel_idle_level_time被定义为CS机制（如IEEE802.11-2007规范的9.2.1节中所定义的）指示出信道繁忙指示期间的微秒数乘以channel_idle_level。
（例1：channel_idle_level等于最大支持的空间流-利用的空间流，maximum_idle_level等于在MU-MIMO传输模式下针对STA最大可支持的空间流，对于空闲时间情形，利用的空间流为零）
（例2：channel_idle_level等于min{单个MU-MIMO STA最大支持的空间流，最大支持的空间流-利用的空间流}，maximum_idle_level等于在MU-MIMO传输模式下针对单个STA最大可支持的空间流，对于空闲时间情形，利用的空间流为零）
以下，将描述将上述MU-MIMO利用率信息发送给非AP STA的方法。
图10示出根据本发明的实施方式的包括MU-MIMO利用率的BSS负载IE格式的示例。
不支持MU-MIMO传输的非AP STA和支持MU-MIMO传输的非AP STA可在BSS内共存。为了使不支持MU-MIMO传输的非AP STA和支持MU-MIMO传输的非AP STA均能够获得关于BSS的负载状态的信息，AP可发送如图2的示例中所示的BSS负载单元，并可在MU-MIMO传输情形下另外发送包括关于BSS的负载状态的信息的支持的BSS负载单元。
图11和图12示出BSS负载IE格式的示例。
MU-MIMO传输中的信道利用率信息被包括在图11的MU-MIMO信道利用率字段和图12的MU-MIMO信道未充分利用率字段中。信道利用率信息可通过使用中的空间流的数量或者剩余可用空间流的数量来表达。这将在下面更详细地描述。
图13示出BSS负载IE格式的另一示例。
另外，在根据本发明的实施方式的BSS负载单元中，MU-MIMO信道未充分利用率信息可与MU-MIMO信道利用率信息一起发送。
此外，任一个信道可由多个AP使用。例如，可假设使用相同信道的不同BSS的BSA部分交叠或完全交叠的交叠BSS（OBSS）环境。在此环境中，当任何AP计算信道负载时，其可被计算为使得信道在另一AP使用信道的周期中繁忙。AP可仅在AP执行MU-MIMO传输的繁忙时间持续时间内将关于MU-MIMO负载状态的信息（即，未使用的空间流计数或使用的空间流计数）报告给AP的BSA内的非AP STA。
即使AP执行SU-MIMO传输，也可在实现SU-MIMO传输的持续时间内将关于未使用的空间流计数或使用的空间流计数的信息报告给AP的BSA内的非AP STA。当AP向不支持MU-MIMO的STA发送数据时，所述持续时间可被确定为繁忙时间。
要由支持MU-MIMO的BSS中的AP发送的BSS负载IE还可包括当前吞吐量、利用的空间流、平均发送带宽（BW）和能够MU-MIMO的STA数量。
当前吞吐量是一种负载状态信息，可如下定义。
“Load=num_transmit_bytes/max_num_transmit_bytes”
num_transmit_bytes和max_num_transmit_bytes均为类似于BSS负载单元信道效用定义中所定义的观测时间窗口中的字节数。
“transmit_bytes”可对字节计数，而无论特定分组是否被ACK（确认）。
Load是介质有多繁忙的指示符，因此即使所发送的分组没有成功，其仍占用一大块介质接入时间。
在当前吞吐量的定义中，即使未接收到ACK，仍对分组进行计数。这是为了指示当信道介质被消耗时所使用的吞吐量。然而，由于在一些情况下可请求精确的AP吞吐量信息，所以实际上在吞吐量计算中可通过仅对接收到ACK并且在接收到ACK时成功接收的分组进行计数来表达吞吐量。
在利用的空间流中，可通过在AP将数据PPDU发送给能够MU-MIMO的STA的时间内以度量方式计算平均空间流计数来表达平均发送空间流信息。图14示出其示例。
“Load=average_num_transmit_ss1/max_num_transmit_ss”
为了深入了解MU-MIMO能力，可仅利用AP向能够MU-MIMO的STA提供数据的信道介质繁忙时间计算“average_num_transmit_ss1”。
在利用的空间流的另一示例中，平均发送空间流信息可通过在AP将数据PPD发送给能够MU-MIMO的STA的时间内以度量方式计算平均空间流计数来表达，并且可通过对AP不向能够MU-MIMO的STA发送数据PPDU的介质繁忙周期内定义的最大空间流计数取平均来表达。图15示出其示例。
“Load=average_num_transmit_ss2/max_num_transmit_ss”
为了深入了解MU-MIMO能力，“average_num_transmit_ss2”在所有信道介质繁忙时间上计算，并且当由于其它STA使用介质或者AP向不能MU-MIMO的STA提供数据而导致信道介质繁忙时，可等于“max_num_transmit_ss”。
对于STA，将有利的是，获得STA处于SU或MU-MIMO传输模式下的比率以及关于AP一侧预期的未充分利用空间维度的信息。
图14中的效用测量方法缺少关于未充分利用繁忙介质状态与充分利用繁忙介质状态之间的比率的信息。图14中接近0的SS效用测量并非必然表示能够MU-MIMO的STA频繁地提供服务，也不表示任何将来的STA将频繁地以MU-MIMO提供服务。
当前吞吐量可不给出空间域利用率信息，可示出错误画面。由于特定STA信道条件而可能发生吞吐量损失（链路自适应问题）。低吞吐量在能够MU-MIMO的STA与信道效用之间没有关系。
平均发送带宽（BW）是有关AP所使用的信道的带宽的信息。可将BSS中使用的发送带宽的平均信息递送给STA，这有利于由STA选择BSS的处理。这是因为，即使存在相同BSS负载单元的信道利用率信息，在各个BSS中平均起来，使用信道效用的发送带宽也可能不同。具体地讲，当特定频带中发生干扰时，无法一直使用全部带宽，将通过带宽的部分调节来执行发送和接收。各个BSS可具有不同的可用带宽。图16示出其示例。如果主要子信道不受干扰的影响，则主要子信道的介质接入和负载不受影响。即使遗留BSS负载效用相同，平均BW利用率也可能不相同。
AP的发送BW可不仅受到不同子信道中的其它BSS的限制，而且受到5GHz频带中的第三方无线信号的限制。想要更多吞吐量的STA可能想要给定BSS的信息典型BW使用。
能够MU-MIMO的STA的数量是指支持MU-MIMO的非AP STA的数量。能够MU-MIMO的STA可能想要将自己与具有更多能够MU-MIMO的高级STA的BSS关联，以便充分利用潜在MU-MIMO益处。
图17示出根据本发明的实施方式的BS负载IE格式。这里，空间流效用度量是MU-MIMO信道效用度量。在这种情况下，由AP针对能够MU-MIMO的STA使用的介质繁忙时间可被计算为实际使用的空间流信息。另外，在计算中，剩余繁忙时间可被假设为最大空间流信息。
BSS负载IE格式可包括空间流效用度量字段、带宽效用度量字段和能够MU-MIMO的STA计数字段。图17的各个字段的长度仅是出于示例性目的，因此在实现时可根据需要增大或减小。图17的BSS负载IE格式中所包括的字段发送顺序和信息是可包括在本发明中的BSS负载IE中的信息，并且可全部或部分地包括举例说明的信息。
以下，将更详细地描述各个字段。
空间流效用度量可如下表示。
空间流效用度量=((spatial stream busy level time/(max-spatial-stream-busy-level*channel busy time))*255)
“spatial stream busy level time”被定义为CS机制指示出信道繁忙指示期间的微秒数乘以“number-of spatial-streams”的总和。
“number-of spatial-streams”在AP占据介质以将PPDU发送给能够MU-MIMO的STA期间可等于发送的空间流数量，否则（即，其它信道繁忙情形）可等于“max-spatial-stream-busy-level”。
带宽效用度量可如下表示。
带宽效用度量=((transmit bandwidth busy time/(max-transmit-bandwidth*BSSmedium busy time))*255)
“transmit bandwidth busy time”被定义为检测到BSS中的装置（即，AP或者与AP关联的非AP STA）占据介质期间的微秒数乘以“transmit-bandwidth”的总和。
“transmit-bandwidth”可等于发送的PPDU带宽，其中“BSS medium busy time”被定义为检测到BSS中的装置（即，AP或者与AP关联的非AP STA）占据介质期间的微秒数。
能够MU-MIMO的STA的数量可被解释为无符号整数，该无符号整数指示当前与此BSS关联的具有MU-MIMO发送接收能力的STA的总数。
在报告关于任何BSS中可用的带宽的信息的处理中可能出现多个测量问题。例如，在AP发送特定信号时无法进行测量。另外，根据实现方式，存在在对接收到的PPDU进行解码时无法同时执行测量的情况。为了解决这些问题，将定义带宽相关度量，以下将根据本发明的实施方式描述利用所述度量的方法。
可在信道介质空闲（这里，空闲是指在特定BSS中，主要信道空闲）的状态下，通过针对各个可用带宽（可由特定BSS在空闲状态下使用）测量信道是否空闲来报告根据本发明的实施方式的带宽效用度量。在这种情况下，可由BSS使用的可用带宽可为20MHz、40MHz、80MHz、160MHz或80+80MHz。例如，通过信道载波侦听，针对诸如20/40/80/160的各种带宽通过包括主要子信道来计算各个空闲时间，针对各个带宽报告计算结果。各个带宽的报告可以是指示空闲状态下的最大带宽的方式。
在计算中，较宽带宽的带宽效用值可完全包括以较小带宽效用计算的空闲时间。例如，如果确定40MHz的带宽空闲，则自然20MHz的带宽也空闲。因此，在计算20MHz空闲时间时可包括40MHz空闲时间。另选地，20MHz空闲时间可不包括40MHz空闲时间，以便递送指示除20MHz之外的信道介质对于其它可用带宽而言繁忙的度量。可通过计算各个带宽的空闲的度量的平均值来报告带宽效用度量。.
根据另一实施方式，可利用就在BSS中的AP发送特定PPDU之前发送的PLCP协议数据单元（PPDU）的带宽来计算带宽效用度量。
在除了执行发送的频带之外的特定频带中，AP无法获知在发送PPDU的同时另一BSS是否使用所述特定频带。因此，难以在发送PPDU的同时计算精确的带宽效用。
基于在发送PPDU的同时维持信道介质的各个带宽的状态（即，是否空闲）的假设，可利用PPDU的发送中所使用的带宽来计算带宽效用度量。
当BSS中的AP接收到特定PPDU时，可使用测量接收到的PPDU所跨越的带宽并且针对各个带宽计算介质是否繁忙的方法。可报告各个带宽的繁忙的度量的平均值。
根据实施方式，可报告通过上述两个方法获得的带宽效用度量二者，或者可报告带宽效用度量之和。通过发送两个带宽效用度量或者报告带宽效用度量之和，要关联的STA可根据对应信息完全识别有关空闲和繁忙时间的完整信息，从而能够选择合适的AP。
图18示出当针对各个带宽报告信道效用信息时，根据本发明的实施方式的BSS负载IE的示例。
BSS负载IE可包括能够MU-MIMO的STA计数字段、空间流效用字段以及多个BW效用字段。能够MU-MIMO的STA计数字段指示当前与BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数。具有MU接收能力的STA支持MU-MIMO发送和/或接收。空间流效用字段指示资源利用状态。可通过图6至图17所描述的各个方法来计算资源利用状态。
针对各个带宽报告BW效用。针对各个带宽报告对应信息为空闲的状态下的时间信息。在BSS负载IE的产生程序或发送程序中可省略包含关于对应BSS中不支持的带宽的信息的字段。
带宽空闲效用度量可如下表示。
带宽空闲效用度量=((idle_time_per_bandwidth/(BSS medium idle time))*255)
“idle_time_per_bandwidth”被定义为任一20/40/80/160MHz带宽被检测为空闲期间的微秒数。
其中“BSS medium idle time”被定义为AP检测到主要信道的介质空闲期间的微秒数。
当BW效用是关于各个信道带宽的繁忙时间的信息时，带宽繁忙效用度量可如下表示。
带宽繁忙效用度量=((busy_time_per_bandwidth/(BSS medium busy time))*255)
“busy_time_per_bandwidth”被定义为针对任一20/40/80/160MHz带宽检测到BSS中的装置（即，AP或与AP关联的非AP STA）占据介质期间的微秒数。
其中“BSS medium busy time”被定义为检测到BSS中的装置（即，AP或与AP关联的非AP STA）占据介质期间的微秒数。
图19示出当报告BW空闲度量和BW繁忙度量时BSS负载IE格式的示例。
图20是示出实现本发明的实施方式的无线电设备的框图。无线电设备2000可以是AP或非AP STA。
无线电设备2000包括处理器2010、存储器2020、收发器2030以及多个天线2050。收发器2030被配置为发送和/或接收本发明的管理帧。处理器2010在功能上连接到收发器2030，并被配置为产生并处理管理帧。处理器2010和收发器2030实现IEEE802.11的PHY层和MAC层。处理器2010和/或收发器2030可包括专用集成电路（ASIC）、单独的芯片组、逻辑电路和/或数据处理单元。存储器2020可包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存、存储卡、存储介质和/或其它等同存储装置。当本发明的实施方式以软件实现时，上述方法可用执行上述功能的模块（即，进程、函数等）来实现。所述模块可存储在存储器2020中，并可由处理器2010执行。存储器2020可位于处理器2010的内部或外部，并可利用各种熟知手段连接到处理器2010。
上述实施方式包括各个示例性方面。尽管无法描述表示各个方面的所有可能的组合，但是本领域技术人员将理解，其它组合也是可能的。因此，所有替换、修改和改变应该落在本发明的权利要求的精神和范围内。

Claims (7)

1.一种在无线局域网***中由接入点AP执行的发送管理信息的方法，该方法包括以下步骤：
向站STA发送包括基本服务集BSS负载信息单元的帧，所述BSS负载单元包括能够多用户MU多输入多输出MIMO的STA计数字段、空间流效用字段和多个带宽利用率字段，
其中，所述能够MU-MIMO的STA计数字段指示当前与由所述AP管理的候选BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数，
其中，所述空间流效用字段指示资源利用状态，所述资源利用状态由时间的百分比所限定，并且所述资源利用状态基于由所述AP实际使用的空间流的数目以及所述AP支持的空间流的最大数目而获得，
其中，所述多个带宽利用率字段中的每一个包括关于各个对应的信道宽度处于繁忙的时间的信息，并且
其中，所述多个带宽利用率字段包括：
与40MHz信道宽度对应的第一利用率字段；以及
与80MHz信道宽度对应的第二利用率字段。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
从所述STA接收用于对与所述STA关联的所述候选BSS进行扫描的探测请求帧；并且
其中，所述帧是响应于所述探测请求帧而发送的探测响应帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，各个带宽利用率字段的信息被定义为所述各个对应的信道宽度处于繁忙的时间百分比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述帧是被周期性地广播的信标帧。
5.一种无线局域网***中的接入点AP，该AP包括处理器，该处理器被配置为：
向站STA发送包括基本服务集BSS负载信息单元的帧，所述BSS负载单元包括能够多用户MU多输入多输出MIMO的STA计数字段、空间流效用字段和多个带宽利用率字段，
其中，所述能够MU-MIMO的STA计数字段指示当前与由所述AP管理的候选BSS关联的具有MU接收能力的STA的总数，
其中，所述空间流效用字段指示资源利用状态，所述资源利用状态由时间的百分比所限定，并且所述资源利用状态基于由所述AP实际使用的空间流的数目以及所述AP支持的空间流的最大数目而获得，
其中，所述多个带宽利用率字段中的每一个包括关于各个对应的信道宽度处于繁忙的时间的信息，并且
其中，所述多个带宽利用率字段包括：
与40MHz信道宽度对应的第一利用率字段；以及
与80MHz信道宽度对应的第二利用率字段。
6.根据权利要求5所述的AP，其中所述处理器还被配置为：
从所述站接收用于对与所述站关联的所述候选BSS进行扫描的探测请求帧；并且
其中，所述帧是响应于所述探测请求帧而发送的探测响应帧。
7.根据权利要求5所述的AP，其中，各个带宽利用率字段的信息被定义为所述各个对应的信道宽度处于繁忙的时间百分比。
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