CN104471987B - 用于使用fils信标的ap发现的***和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种使用快速初始链路建立(FILS)发现帧由手机/通信台(STA)支持接入点(AP)发现的***和方法。实施例方法包括以比指定给传输标准AP信标更快的时间间隔传输多个FILS发现帧，其中所述FILS发现帧比标准AP信标更小。实施例部件包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，所述程序包括可进行如下操作的指令：以后续时间间隔重复广播用于通告基础服务集(BSS)的标准AP信标；和以比广播所述标准AP信标的时间间隔更快的后续时间间隔重复广播用于通告所述BSS的FILS发现帧，其中所述FILS发现帧比所述标准AP信标更小。

Description

用于使用FILS信标的AP发现的***和方法

相关申请案交叉申请

本发明要求2012年1月9日递交的发明名称为“用于使用FILS信标的TGai AP发现的***和方法”的第61/584584号美国临时申请案的在先申请优先权，以及2012年9月25日递交的发明名称为“用于使用FILS信标的AP发现的***和方法”的第13/626482号美国专利申请案的在先申请优先权，这些在先申请的内容以引用方式并入本文本中，如同全文再现一般。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及用于使用快速初始链路建立(FILS)信标的接入点(AP)发现的***和方法。

背景技术

电气和电子工程师协会(IEEE)802.11是一套用于实施无线局域网(WLAN或Wi-Fi)通信的标准。工作组正在开发IEEE 802.11ai FILS的标准，其旨在大幅减少Wi-Fi手机/通信台(STA)连接Wi-Fi AP的时间，Wi-Fi AP有时还称为无线接入点(WAP)。STA的示例包括配备无线通信能力的台式电脑、笔记本电脑、平板电脑和智能手机。AP的示例包括无线调制解调器和无线路由器，例如IEEE 802.11调制解调器/路由器。IEEE 802.11ai的工作组还称为TGai。IEEE 802.11ai利用Wi-Fi接入点为Wi-Fi手持设备的快速认证和关联提供了媒体接入控制(MAC)。

TGai要求AP中的FILS支持。在WLAN中，AP定期广播标准信标帧以通告基础服务集(BSS)的存在。广播周期通常为约100毫秒(ms)，等于频率中的10赫兹。在IEEE 802.11ai中，应在约100ms内在STA和AP之间建立FILS，包括STA检测来自AP的信标，随后关联相应AP，以及建立链路。该FILS时间要求相当于来自AP的典型信标广播周期。由于检测信标之后仍需要额外时间来关联STA和AP，符合FILS成功总关联时间要求是当前实施方式中的挑战的体现。

发明内容

在一项实施例中，公开了一种用于支持接入点(AP)发现的方法。所述方法包括以比指定给传输标准AP信标更快的时间间隔传输多个快速初始链路建立(FILS)发现帧，其中，所述FILS发现帧根据定义的传输阶段和非传输阶段的顺序以随机广播模式传输；以及，所述FILS发现帧比标准AP信标更小。

在一个可能的实现中，所述根据定义的传输阶段和非传输阶段以随机广播模式传输，具体包括：预定义多个传输模式，每个传输模式包括传输和非传输阶段的顺序，所述传输和非传输阶段以任意顺序安排；以及，在不同的时间从所述预定义的传输模式中选择不同的传输模式，随机广播模式增加了更快检测FILS发现帧的机会并避免了多个AP情况下的广播冲突。

在另一项实施例中，公开了一种用于支持AP发现的装置。所述装置包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，所述程序包括可进行如下操作的指令：以比指定给标准AP信标更快的时间间隔传输多个FILS发现帧，其中所述FILS发现帧比标准AP信标更小。

在又一项实施例中，公开了一种用于支持AP发现的网络部件。所述网络部件包括处理器和存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，所述程序包括可进行如下操作的指令：以后续时间间隔重复广播用于通告基础服务集(BSS)的标准AP信标；和以比广播所述标准AP信标的时间间隔更快的后续时间间隔重复广播用于通告所述BSS的FILS发现帧，其中所述FILS发现帧比所述标准AP信标更小。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：

图1示出了使用FILS信标支持TGai AP发现的***的示例。

图2示出了使用FILS信标的TGai AP发现的实施例方法。

图3为可用于实施各种实施例的处理***的方框图。

具体实施方式

下文将详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

在WLAN中，存在两种方案使Wi-Fi手机/通信台(STA)能够发现AP。在第一方案中，STA等待从AP接收信标，其可持续约100ms。该方案称为被动扫描。在第二方案中，STA发送探测请求并随后从检测到该请求的AP接收响应。该方案称为主动扫描且通常比第一方案更快。探测请求帧以广播模式从STA发送，且能够引起来自多个监听AP的多个探测响应。

在典型802.11ai场景中，存在多个需要与AP关联的STA。如果多个STA被动地等待来自AP的信标，那么***会变得低效。另一方面，如果STA发送探测请求，这将使网络泛洪。如果AP更为频繁地发送信标，那么AP会占用大量广播时间。在主动扫描的情况下，探测请求帧可产生若干探测响应帧，因此，当存在多个STA时，探测请求/响应帧可使网络泛洪。进一步地，主动扫描比被动扫描更耗电，这可能不适合移动设备等以电池消耗为关键的STA。

本文所公开的为使用FILS发现信标启动AP发现的***、方法和装置。FILS发现信标可以是帧或报文，且在本文中还称为FILS发现帧。本文中的术语“FILS发现信标”和“FILS发现帧”可以互换使用。该实施例通过以比典型信标更短或更快的后续时间间隔(例如，较高频率)检测从AP重复传输的信标来允许STA发现AP，典型信标通常根据IEEE802.11标准以100ms周期或其它频率传输。使用标准或典型信标传输FILS发现信标或帧。FILS发现帧具有修改后的格式，该修改后的格式包括比典型信标格式(例如，IEEE802.11或TGai格式)更少的信息。与典型或常规传输的信标相比，FILS发现帧大小有所缩减，避免了AP占用大量广播时间。实施更快的传输时间间隔和更小的格式以加快AP发现和符合FILS总关联时间要求，例如允许在约100ms内的信标检测和AP与STA之间的关联。进一步地，如下文所述，(例如，根据预定义的传输和非传输阶段的顺序)以随机广播模式传输FILS发现帧。随机广播模式增加了更快检测FILS发现帧的机会并避免了多个AP情况下的广播冲突。在另一实施例中，在不使用任何预定义的传输和非传输阶段的顺序情况下传输FILS发现帧，以按比标准信标相对更高的频率定期进行广播。

图1示出了包括一个或多个AP110和一个或多个STA120的***100。使用FILS发现信标或帧来配置AP110和STA120以支持AP发现。AP110包括用于允许STA120接入一个或多个通信网络和/或服务提供商网络的任意设备，例如，因特网、WLAN、蜂窝网络、其它网络或其组合。AP110包括无线或无线电发射器/接收器，其例如根据(Wi-Fi的)802.11ai标准或其它802.11标准与STA120通信。例如，AP110包括无线路由器和/或调制解调器，例如802.11调制解调器/路由器。STA120包括任意移动或个人通信设备，该设备用于通过AP110以无线方式与一个或多个网络交换数据。STA120还包括无线或无线电发射器/接收器，无线或无线电发射器/接收器例如根据(Wi-Fi的)802.11ah标准或其它802.11标准与AP110通信。例如，STA120包括手提电脑、平板电脑和/或智能手机。

进一步地，STA120用于(在STA120关联AP110和建立通信之前)通过检测由AP110广播的信标(例如，帧)来发现AP110。AP110用于以小于100ms的后续时间间隔或比根据802.11标准的典型信标更快的时间间隔重复传输FILS发现帧。STA120用于监听或扫描AP110广播的FILS发现帧。由于FILS发现信标或帧的更快的传输间隔，STA120可检测信标或帧，且因此在更短时间(可小于100ms)内发现广播AP110。因此，在根据TGai的100ms的FILS总关联时间要求内，STA110仍可具有足够的时间来进行与发现的AP110的关联和链路建立。使用FILS发现帧比使用标准或典型较低速率(或较慢间隔)信标(被动扫描)的AP发现方案更高效，且使用FILS发现帧的AP发现方案不需要从STA传输探测请求以检测AP(主动扫描)。

AP110还可例如，定期以100ms为周期传输标准或典型信标。在标准或典型周期内，AP110可传输多个更快间隔FILS信标。配置AP110以传输标准信标和FILS信标确保后向***兼容性且不妨碍根据当前WLAN或802.11标准的现有AP发现方案。

与典型或标准信标相比，FILS发现信标还具有修改的MAC帧格式。该MAC帧可以是广播MAC管理帧，其用于支持FILS的更快AP和/或网络发现。修改后的格式可携带更少的数据元素从而比典型或标准信标更小(或更短)，这允许STA120在比典型或标准信标更短的时间内检测和处理FILS发现信标或帧。较小的FILS发现帧还防止了AP110占用大量广播时间，因此提高了总体***性能。与标准信标类似，广播FILS发现帧以通告BSS的存在。在一项实施例中，FILS发现帧包括服务集标识(SSID)和可选的网络标识。在另一项实施例中，FILS发现帧包括SSID和可选的包括以下项的任意组合：健壮的安全网络(RSN)指示、BSS负载和一个或多个BSS标识(BSSID)。FILS发现帧还可选地包括网络标识。在又一项实施例中，FILS发现帧包括SSID和可选的包括以下项的任意组合：一个或多个支持的速率、功率限制、RSN指示、BSS负载、BSS平均接入延迟以及一个或多个BSSID。FILS发现帧还可选地包括网络标识。

在以上任意格式中，可以将FILS发现帧中的至少一些数据元素压缩，这进一步缩减了FILS发现帧的大小或长度，从而允许更快的检测并更好地利用广播时间。例如，可以截短或散列SSID(例如，少于32位)以减少FILS发现帧中用于指示SSID的位数。或者，可以使用位图而非直接值(位序列)来指示数据元素。

在实施例中，AP110用于以随机模式传输FILS发现帧。可以预定义多个传输模式，其中每个传输模式都定义了传输和非传输阶段的顺序，可以按随机顺序安排传输和非传输阶段的顺序。通过在不同时间从预定义的传输模式中选择不同的传输模式，(随时间推移)以随机模式传输FILS发现帧。在一项示例中，9个传输模式的集合预定义如下：[1 0 1 0 00][1 0 0 1 0 0][1 0 0 0 1 0][0 1 0 1 0 0][0 1 0 0 1 0][0 1 0 0 0 1][0 0 1 0 10][0 0 1 0 0 1][0 0 0 1 0 1],其中1指示传输阶段，0指示非传输阶段。每个传输阶段对应于FILS信标的定期传输的时间间隔，FILS信标的定期传输具有比传输标准信标频率的频率更小的周期，例如根据IEEE802.11规范的100ms。每个非传输阶段对应于无FILS信标传输的相应时间间隔。

在一项实施例中，每个AP110可从预定义传输模式的集合中任意选择传输模式。在所选传输模式的末端，AP110可从该集合中任意选择下一传输模式。或者，AP110被分配预定义传输模式集合的不同集合并以各集合指示的顺序选择传输模式。两种场景都导致来自不同AP110的FILS发现帧的异步和随机传输。这还允许异步STA120随机苏醒以更快地检测广播的FILS发现帧，从而更快地与相应AP110关联。

在另一项实施例中，在不使用上文所述的传输模式的情况下，至少一些AP110仅用于以比(例如，具有小于100ms、为50ms、20ms、10ms、5ms等周期的)标准信标相对更高的频率定期广播FILS发现帧。在(使用和不使用传输模式的)两个实施例中，如果FILS发现信标的传输时间与标准信标的重叠，那么仅传输标准信标(以保持后向兼容性)。在另一项实施例中，由不同AP110或同一AP110在不同时间实施(使用和不使用传输模式的)两个传输方案。

图2示出了使用FILS发现信标或帧的AP发现的实施例方法200。由AP实施方法200以向一个或多个周边STA广播FILS发现帧以允许AP发现，从而建立STA和AP之间的关联和通信。例如，在***100中由AP110实施方法200以向一个或多个STA120广播FILS信标。在步骤210处，AP从传输模式的集合中选择随机广播模式的第一传输模式。实施后可随机预定义或生成传输模式。在步骤220处，AP根据所选的传输模式传输多个FILS发现帧。对于所选传输模式中的各传输阶段，AP以比标准信标更高的频率传输多个FILS发现帧，标准帧可具有约100ms的传输周期。对于传输模式中的各非传输阶段，AP停止传输FILS发现帧。或者，可不定期地(例如，根据预定义或确定的随机顺序)传输FILS发现帧。AP还可定期(例如，以100ms为周期)传输常规或标准信标。在步骤230处，AP确定是否从STA接收了请求以与AP关联。STA从AP检测到FILS发现帧或常规信标之后发送请求。如果没有接收到该请求，方法200返回步骤210，在步骤210处，AP为FILS发现帧选择另一传输模式。如果接收了该请求，方法200前进到步骤240，在步骤240处，AP开始与STA的关联。为了允许其它STA发现AP，方法200可以返回步骤210并继续广播FILS发现帧和常规信标。

图3为可用于实施各种实施例的处理***300的方框图。特定设备可以利用所示的所有部件，或仅部件的子集，且集成水平随设备的不同而不同。此外，设备可以包含部件的多个实例，如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。处理***300可以包括配备有一个或多个输入/输出设备的处理单元301，所述输入/输出设备包括扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、小键盘、键盘、打印机、显示器等等。处理单元301可包括中央处理单元(CPU)310、存储器320、大容量存储设备330、视频适配器340，以及连接到总线的I/O接口360。所述总线可以为任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或者存储控制器、外设总线以及视频总线等等。

CPU310可包括任意类型的电子数据处理器。存储器320可包括任意类型的***存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器320可包括在开机时使用的ROM以及执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。在实施例中，存储器320是非瞬时的。大容量存储器设备330可包括任意类型的存储器设备，其用于存储数据、程序和其它信息，并使这些数据、程序和其它信息通过总线访问。大容量存储器设备330可包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。

视频适配器340和I/O接口360提供接口以将外部输入输出设备耦合到处理单元。如图所示，输入输出设备的示例包括耦合至视频适配器340的显示器390和耦合至I/O接口360的鼠标/键盘/打印机370。其它设备可以耦合至处理单元301，可以利用附加的或更少的接口卡。例如，可使用串行接口卡(未示出)将串行接口提供给打印机。

处理单元301还包括一个或多个网络接口350，其可包括以太网电缆等有线链路，和/或接入节点或者一个或多个网络380的无线链路。网络接口350允许处理单元301通过网络380与远程单元通信。例如，网络接口350可以通过一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在实施例中，处理单元301耦合至局域网或广域网用于数据处理并与远程设备进行通信，远程设备可包括其它处理单元、互联网、远程存储设施等等。

尽管已详细描述本发明及其优点，但应理解，在不脱离所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，可在本文中进行各种变更、替代和更改。此外，本发明的范围不应限于说明书中描述的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将从本发明的披露内容中容易了解到，可根据本发明利用执行与本文本所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文本所述对应实施例大致相同的效果的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤，包括目前存在的或以后将开发的。因此，所附权利要求书既定在其范围内包括此类过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤。

Claims (22)

1.一种用于支持接入点(AP)发现的方法，其特征在于，所述方法包括：

以比指定给传输标准AP信标更快的时间间隔传输多个快速初始链路建立(FILS)发现帧，

其中，所述FILS发现帧根据定义的传输阶段和非传输阶段的顺序以随机广播模式传输；以及，

所述FILS发现帧比所述标准AP信标更小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FILS发现帧包括用于建立AP和手机/或通信台(STA)之间的成功关联的关联信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述FILS发现帧至少包括服务集标识(SSID)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以比所述FILS发现帧更慢的时间间隔传输多个标准AP信标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述FILS发现帧的传输在时间上与所述标准AP信标的传输重叠时，不传输所述FILS发现帧。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准AP信标依照电气和电子工程师学会(IEEE)802.11标准并具有约100毫秒的传输周期。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以随机广播模式传输所述FILS发现帧包括：

预定义多个传输模式，每个传输模式包括传输和非传输阶段的顺序，所述传输和非传输阶段以任意顺序安排；以及，

在不同的时间从所述预定义的传输模式中选择不同的传输模式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FILS发现帧由AP传输，其中至少一些所述FILS发现帧在少于100毫秒的传输周期的时间间隔期间传输，并且所述传输周期根据FILS的IEEE 802.11ai任务组(TGai)要求允许手机/通信台(STA)在约100毫秒内发现所述AP、关联所述AP和与AP建立链路。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FILS发现帧通告基础服务集(BSS)。

10.一种用于支持接入点(AP)发现的装置，其特征在于，所述装置包括：

处理器；以及

计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括如下指令：

以比指定给标准AP信标更快的时间间隔传输多个快速初始链路建立(FILS)发现帧，

其中，所述FILS发现帧根据定义的传输阶段和非传输阶段的顺序以随机广播模式传输；以及，

所述FILS发现帧比所述标准AP信标更小。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述FILS发现帧包括服务集标识(SSID)。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述FILS发现帧进一步包括网络标识。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述FILS发现帧进一步包括以下项的任意组合：健壮的安全网络(RSN)指示、可选的基础服务集(BSS)负载以及可选的一个或多个BSS标识(BSSID)。

14.根据权利要求11的所述装置，其特征在于，所述FILS发现帧进一步包括以下项的任意组合：一个或多个支持速率、功率限制、健壮的安全网络(RSN)指示、基础服务集(BSS)负载、BSS平均接入延迟以及一个或多个BSS标识(BSSID)。

15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述程序进一步包括进行如下操作的指令：

以比所述FILS发现帧更慢的时间间隔传输多个标准AP信标；以及

当所述FILS发现帧的传输在时间上与所述标准AP信标的传输重叠时，停止传输所述FILS发现帧。

16.一种支持接入点(AP)发现的网络部件，其特征在于，所述网络部件包括：

处理器；以及

计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括如下指令：

以后续时间间隔重复广播用于通告基础服务集(BSS)的标准AP信标；以及

以比广播所述标准AP信标的更快的后续时间间隔重复广播用于通告所述BSS的快速初始链路建立(FILS)，

其中，所述FILS发现帧根据定义的传输阶段和非传输阶段的顺序以随机广播模式传输；以及，

所述FILS发现帧比所述标准AP信标更小。

17.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，所述FILS发现帧包括压缩的一个或多个数据元素，所述一个或多个数据元素包括通过散列将服务集标识(SSID)的大小截短。

18.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，所述FILS发现帧包括指示一个或多个数据元素的位图，所述一个或多个数据元素包括服务集标识(SSID)。

19.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，在时间上以第一随机模式传输所述FILS发现帧，并且第二网络部件以与所述FILS发现帧类似的后续时间间隔并且在时间上以第二随机模式重复广播第二FILS发现帧以避免所述FILS发现帧和所述第二FILS发现帧之间的冲突。

20.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，以第一周期定期传输所述FILS发现帧和以第二周期定期传输所述标准AP信标，其中所述第一周期比所述第二周期短。

21.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述以随机广播模式传输所述FILS发现帧的指令包括进行如下操作的指令：

预定义多个传输模式，每个传输模式包括传输和非传输阶段的顺序，所述传输和非传输阶段以任意顺序安排；以及，

在不同的时间从所述预定义的传输模式中选择不同的传输模式。

22.根据权利要求16所述的网络部件，其特征在于，所述以随机广播模式传输所述FILS发现帧的指令包括进行如下操作的指令：

预定义多个传输模式，每个传输模式包括传输和非传输阶段的顺序，所述传输和非传输阶段以任意顺序安排；以及，

在不同的时间从所述预定义的传输模式中选择不同的传输模式。