CN106850130A - 在无线个人网络中执行高效的链路适配的技术 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行无线网络中无线链路的链路适配的方法（300）。所述方法包括：由所述发射机生成第一增强链路适配（ELA）信息元素（100）（S310）；将所述第一ELA信息元素发送至至少一个接收机（S320）；当在所述发射机处接收到第二ELA信息元素时，为所述发射机确定最佳的传输参数，其中所述第二ELA信息元素由所述至少一个接收机响应于所述第一ELA信息元素而生成并发送（S370）。

Description

在无线个人网络中执行高效的链路适配的技术
本申请是申请日为2009年11月21日、申请号为2009801523850、发明名称为“在无线个人网络中执行高效的链路适配的技术”的发明专利申请的分案申请。
本申请要求2008年12月24日提交的第61/140,801号美国临时申请的权益。
本发明主要涉及WiMedia介质接入控制（MAC）协议，更具体地涉及MAC链路适配技术。
用于超宽带（UWB）***的WiMedia规范1.0版本定义了一种用于无线个人区域网络（WPAN）的完全分布式的介质接入控制（MAC）协议。WPAN被设计为在一个非常短的范围（例如，大约10米）内允许各设备之间的通信。WiMedia MAC协议提供了一种在所述网络中的设备之间进行并行通信的机制。
WiMedia规范支持多个不同的发射（信道）速率，包括53.3Mbps、80 Mbps、106.7Mbps、160 Mbps、200 Mbps、320 Mbps、400 Mbps以及480 Mbps。新一代的WiMedia规范1.5版本正在被开发，用来允许上至1Gbps的更多的传输速率。
可以利用UWB上可用的带宽以及被支持的传输速率，来使得能够实现高级的应用，例如，实时多媒体流和医疗应用。然而，这样的应用具有严格的服务质量（QoS）和等待时间要求，当在两个设备之间的无线链路上利用固定的传输速率来传送数据时，该要求不能被满足。进一步地，无线链路的质量根据情况动态地变化，并且在移动的对象在该链路的周围的情况下其质量可能明显地变差。例如，两个设备之间的视线上走动或站立的人降低所述设备之间的无线链路的质量。
为此，WiMedia MAC实现链路适配技术，其使得接收机（即接收数据的设备）能够考虑当前的链路情况来选择最佳的传输参数（诸如速率）并且将这些传输参数转发至发射机（即发射数据的设备）。该发射机继而能够相应地修改其传输参数。然而，由于该接收机不能获得有关进入的数据流的流量模式/负载和QoS要求的确切信息，该接收机可能不能选择所述最佳的参数。
此外，当前的WiMedia MAC协议提供了对于链路适配的有限的支持。具体地，仅仅设计了链路反馈信息元素来支持所述链路适配。接收机能够使用所述链路反馈信息元素来为所述发射机提供所建议的传输速率和功率。没有办法适配其他传输参数，例如物理层分组大小，这可以大大地影响WiMedia网络的总体性能。
因此，提供一种高效的链路适配技术以便被WiMedia MAC 协议利用将是有利的。
本文中，特定实施例包括一种用于执行发射机和至少一个接收机之间的无线链路的链路适配的方法。该方法包括：由所述发射机生成第一增强链路适配（ELA）信息元素；发送所述第一ELA信息元素到至少一个接收机；当在所述发射机处接收到第二ELA信息元素时，为所述发射机确定最佳的传输参数，其中所述第二ELA信息元素是由所述至少一个接收机响应于所述第一ELA信息元素而生成和发送的。
本文中，特定的实施例进一步包括一种设备，该设备可在无线网络中操作，并且能够形成ELA信息元素的帧结构以用于通过该无线网络进行传输。所述ELA信息元素包括元素标识字段，用于指定所述ELA信息元素大小的长度字段、以及多个用于在所述发射机和所述接收机之间提供链路适配反馈机制的链路字段，其中所述多个链路字段中的每一个包括：目标设备地址（DevAddr）子字段，其指定目标设备的地址；控制子字段，用于至少指定操作模式、数据流模式、所述链路字段的即时反馈模式；流位图子字段；链路质量信息子字段，用于包含对所述接收机和所述发射机之间的无线链路的链路质量的量度；非确认（Non-ACK）子字段，用于为在所述流位图子字段中所指定的每一数据流，至少指定被正确接收的数据分组的数目。
被视作本发明的主题在说明书结尾处的权利要求中被具体地指出并且明确地请求保护。根据以下结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将显而易见。
图1是一个示意图，其图示根据一个实施例的增强的链路适配（ELA）信息元素的结构。
图2是一个示意图，其图示所述ELA信息的链路字段的结构。
图3是一个流程图，其图示根据一个实施例的反馈链路适配技术。
重要的是，所公开的实施例仅仅是本文创新教导的很多有利的应用的示例。大体上，在本公开的说明书中作出的陈述并不必要地限制各个所请求保护的发明的任一个。并且，一些陈述可以应用于一些发明特征，而不应用于其它发明特征。总体上，除非另外说明，不丧失一般性地，单数元素可以为复数个，反之亦然。在附图中，贯穿各附图类似的标号指代类似的部分。
根据特定的原理，提供一种由WiMedia MAC协议执行的链路适配技术。该公开的技术是基于新的信息元素（以下称为“增强的链路适配”或（ELA）信息元素）、以及由所述接收机和发射机执行的反馈过程。因此，所述接收机反馈链路质量信息至所述发射机，所述发射机基于要被传输的数据流的要求和所述链路质量信息来选择其传输参数（例如，速率和功率）。作为所述反馈过程的一部分而被利用的信息被封装到所述ELA信息元素中，所述ELA信息元素在图1中示意性地图示。
所述ELA信息元素100包括如下字段：元素标识符（ID）字段110，用于指定为所述ELA信息元素100分配的ID；长度字段120，用于指定所述ELA信息元素100的长度，优选地指定为八位位组(octet)的数目；以及N个LINK（链路）字段130-1至130-N（其中N是大于或等于1的整数），以下分别称为LINK字段130。LINK字段130对应于目标设备而且具有可变的长度，所述目标设备既可以是接收机，也可以是发射机。所以，当所述ELA信息元素包括多个LINK字段130时，每个可被指引到不同的目标设备。所述ELA信息元素100能够在设备的信标周期中被传输，从而执行周期性的链路适配，或者作为探查（probe）命令帧被传输，以使得发射机能够发起所述链路适配。
图2提供了LINK字段130的示例性但非限制性的图。所述LINK字段130包括如下子字段：目标设备地址（DevAddr）210、控制220、流位图230、链路质量信息（LQI）240、非确认（Non-ACK）250。所述目标DevAddr 210指定所述LINK字段130应当被发送到的设备的地址。
所述控制子字段220指定所述LINK字段130的操作模式，其可以是请求或响应模式。在所述请求模式下，发起所述LINK字段130以请求在所述目标DevAddr 210中指定的目标设备来发送所需要的适配链路信息。这一信息包括要被分别包括在子字段LQI 240和Non-ACK 250中的所述链路质量信息以及非确认分组的数目。在所述响应模式下，所述LINK字段130是对于先前接收的LINK字段请求的响应。所述控制子字段220也指定所述LINK字段130的数据流模式，其可以被使能或被禁止。当所述数据流模式被禁止时，所述LINK字段130不包括所述流位图230和Non-ACK 250子字段。
根据一个实施例，当所述LINK字段130被设置为响应模式时，所述数据流模式应该像先前从所述目标设备接收的其相应的LINK字段130请求那样被设置。当所述数据流模式被使能时，所述流位图子字段230被包括进来，以及所述子字段230的至少一个位被设置为1。在那种情况下，如果所述流位图子字段230的第i位被设置为1，则其指定在该当前的设备和被请求的（在所述请求模式下）或被报告的（在所述响应模式下）目标设备之间、在所述第i个数据流的先前的超帧中所接收的分组的数目。正如下面将描述的那样，在所述Non-ACK子字段250中指定相应的数据流的被正确接收的分组的数目。这一信息例如可以被MAC层链路适配机制使用，以进一步提高性能。
所述控制子字段220也指定是否请求即时的反馈。典型地，当所述ELA信息元素100在探查命令帧中、而不是在所述信标周期期间被传输时，请求即时反馈。在请求模式下，当请求即时反馈时，所述接收机立即以包括ELA信息元素的探查命令帧来响应，以便将需要的链路质量信息反馈至所述发射机。如果LINK字段130被设置为所述请求模式，并且未请求所述即时反馈，所述接收机以在其信标周期中不晚于X（其中X是常数）个超帧而被传输的ELA信息元素100来响应，以反馈所需要的链路质量信息至所述发射机。需要注意的是，当所述ELA信息元素100包括多个目标为多个不同设备的LINK字段130时，每一个LINK字段130可以被设置有不同的操作模式（即，请求或响应）、数据流模式、和反馈策略。
所述LQI子字段240用于反馈所述链路质量信息。该信息是由所述接收机产生的，而且可以包括但不限于接收到的信号的平均信噪比（SNR）、接收到的信号的强度指示符（RSSI）、或者任何其他链路质量参数、或者它们的组合。所述接收机利用所述链路质量信息来执行链路适配。如果所述LQI子字段240被设置为响应模式，那么所述LQI子字段240被包括在该LINK字段130中。
所述Non-ACK子字段250包含被正确接收的数据分组的数目，该数据分组对应于在所述流位图子字段230中指定的每一个数据流。也就是说，对于在所述子字段230中每一个设置为1的第i位，所述Non-ACK子字段250为第i个数据流指定被正确接收的数据分组的数目。例如，如果所述流位图子字段230包括了设置为1的K（K大于等于1）位并且所述K位的相应的位索引被表示为ek>…>e2>e1，则所述Non-ACK子字段250的长度等于ceil（WK/8）个八位位组(octet)，其中ceil(.)是上限函数(ceiling function)。因此，在所述子字段250中的所述位包括由所述接收机接收的所述第ei个数据流的被正确接收的数据分组的数目。所述参数W是大于1的整数，并且在优选实施例中等于10。根据本发明的一个实施例，所述Non-ACK子字段250可以包括对于所述传输参数或者任何其他对应于在所述流位图子字段230中指定的每个数据流的数据流特定参数的推荐值。当所述LINK字段130被设置为响应模式并且所述数据流模式被使能时，包括所述Non-ACK子字段250。
图3表示非限制性的并且示例性的流程图300，其描述了根据本发明的一个实施例的链路适配反馈方法。所述方法将参照特定的、但非限制性的示例予以描述，其中选择传输参数以在发射机和单个接收机之间的无线链路上提供最佳的传输。所述接收机和发射机是无线网络中相邻的设备。所述发射机可以通过信标帧或探查命令帧来发起所述链路适配反馈过程。应当注意的是，该方法可以用于执行无线网络中任何数目的相邻设备的无线链路的链路适配反馈。进一步地，该方法可以由WiMedia规范所定义的MAC协议或者由任何其他被设计为支持在WPAN中通信的MAC协议执行。
在步骤S310，所述发射机生成第一ELA信息元素（例如，ELA信息元素100）。具体地，所述第一ELA信息元素被构建为包括元素ID字段（例如，字段110）和它的值、长度字段（例如，字段120）和它的值、以及根据目标设备的数目的LINK字段（例如，字段130）。正如上面提到的那样，参照当仅有单个接收机是目标设备时的示例实施例描述此方法。因此，所述第一ELA信息元素仅仅包括一个LINK字段。在S320，所述LINK字段的子字段被设置。具体地，所述目标DevAddr子字段（例如，子字段210）被设置为所述接收机的MAC地址，所述控制子字段（例如，子字段220）被设置为为所述发射机预先确定的操作模式、数据流模式、以及即时反馈模式。特别地，由于所述发射机应当知道所述链路质量，因此所述操作模式被设置为请求模式，并且所述LINK字段在没有LQI和Non-ACK子字段的情况下被构建。在S330，所述第一ELA信息元素作为周期性的信标的一部分或者作为探查命令帧而被传输至所述接收机。该传输是根据所选择的即时反馈模式被调度的。
在S340，在接收到所述第一ELA信息元素时，所述接收机测量在两个设备之间的无线链路的质量。正如上面提到的那样，所述测量可以包括但不限于SNR、RSSI等等。在S350，通过所述接收机构建第二ELA信息元素以包括元素ID字段、长度字段、以及LINK字段。所述LINK字段被设置为在目标DevAddr中包括发射机的地址。所述控制子字段的操作模式被设置为响应模式，根据为所述接收机预先确定的策略选择所述数据流和即时反馈模式。如果所述数据流模式被使能，则所述第二ELA信息元素的所述LINK字段被构建为在所述Non-ACK子字段中包括针对在所述流位图子字段中指定的每个数据流的被正确接收的数据分组的数目。此外，所述LINK字段包括LQI子字段以指定测量到的链路质量值。在S360，所述第二ELA信息元素作为周期性信标的一部分或者作为探查命令帧而被传输至所述发射机。该传输是根据所选择的即时反馈模式被调度的。
在S370，在接收到所述第二ELA信息元素时，所述发射机基于要被传输的数据流的要求以及在所接收到的第二ELA信息中嵌入的链路质量信息和/或嵌入的被接收到的分组的数目，来确定最佳的传输参数（至少包括速率和功率）。所述数据流要求可以包括QoS、数据类型、等待时间等等。
根据本发明的一个实施例，最佳的传输参数利用查找表来确定，该查找表被用于基于所述接收到的链路质量信息（例如，SNR或RSSI）为每个数据速率模式和每个可能的分组大小选项估计分组错误率（PER）。所述查找表的数值可以基于仿真或现场测量而预先确定。基于数据流的要求，所述发射机能够计算PER阈值（PER_TH），其是满足所述数据流的所有要求的所允许的最大的PER。所述发射机可以将所估计的PER与所述PER_TH比较，并且在能够达到比PER_TH更好的PER性能的所有选项中选择具有大分组大小的最高的数据率。
根据本发明的另一个示例实施例，可以由所述发射机通过估计实际的PER值来确定所述最佳的传输参数。由于所述发射机知道所传输的分组的数目以及被正确接收的分组的数目（在所述Non-ACK子字段中指定），因此所述发射机可以基于被正确接收的分组的数目和传输的分组的数目的比率来估计所述实际的PER值（PER_e）。
如果PER_e小于或等于PER_TH，则所述发射机可以保持或降低它的发射功率。如果PER_e大于PER_TH，所述发射机可以增加它的发射功率以提高性能。
这里描述的反馈过程可以周期性地执行，或者根据请求（例如，当所述链路的质量降级时）执行。根据另一个实施例，所述接收机也可以例如在所述接收机检测到所述链路的质量变化时发起链路适配反馈方法。在这一实施例中，所述接收机生成ELA信息元素，它包括所测量到的链路信息以及被正确接收的分组的数目中的至少一个。其后，ELA信息被发送到所述发射机，所述发射机确定传输参数，如上面所详细描述的。
上面的详细描述已经阐明了本发明可以采用的许多形式中的几个。上面的详细描述预定被理解为本发明可以采取的所选择的形式的例示，而不是理解为对于本发明的定义的限制。仅权利要求书（包括所有的等效物）意在限定本发明的范围。
最优选地，将本发明的原理实施为硬件、固件和软件的任意组合。此外，所述软件优选地被实施为确实包含在程序存储单元或者计算机可读介质上的应用程序。所述应用程序可被上载到包括任何合适结构的机器，并由其执行。优选地，所述机器在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器、以及输入/输出接口的硬件的计算机平台上被实现。所述计算机平台也可包括操作***和微指令代码。这里所描述的各种处理和功能可以是可由CPU执行的微指令代码的部分、或应用程序的部分、或它们的任意组合，无论这样的计算机或者处理器是否被明确示出。另外，诸如附加数据存储单元和打印单元之类的各种其它的外设单元可以与计算机平台连接。

Claims (14)

1.一种用于执行发射机和至少一个接收机之间的无线链路的链路适配的方法（300），包括：
由所述发射机生成第一增强链路适配ELA信息元素（100）（S310）；
将所述第一ELA信息元素发送至所述至少一个接收机（S320）；
当在所述发射机处接收到第二ELA信息元素时，为所述发射机确定最佳的传输参数，以增加无线链路的效率，其中所述确定部分地基于要被传输的数据流的要求、链路质量信息、以及正确接收到的分组的数目，其中由所述至少一个接收机生成的所述链路质量信息以及对于流位图子字段中指定的每个数据流的被正确接收到的分组的数目被分别包括在接收到的第二ELA信息元素中链路字段的链路质量信息子字段和Non-ACK子字段中，其中所述第二ELA信息元素由所述至少一个接收机响应于所述第一ELA信息元素而生成并发送（S370）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述第一ELA信息元素进一步包括：
设置所述ELA信息元素的元素标识ID字段（110），用于指定为所述ELA信息元素分配的ID；
将长度字段（120）设置为所述第一ELA信息元素的长度；以及
设置所述ELA信息元素的至少一个LINK字段（130-1）的子字段，
其中设置所述至少一个LINK字段（130-1）的子字段进一步包括：
将目标设备地址DevAddr子字段（210）设置为所述至少一个接收机的地址；
设置控制子字段（220）以指定请求模式、使能或禁止数据流模式、以及使能或禁止即时反馈模式，其中使能的即时反馈模式用信号通知接收机立即以探查命令帧中的第二ELA信息元素来响应，以及在其信标周期中以不晚于常数数目的超帧的第二ELA信息元素来响应；以及
设置流位图子字段（230）中的至少一个位。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述数据流模式和所述即时反馈模式根据预先确定的策略被设置。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一ELA信息元素在根据所述即时反馈模式调度的时间被发送至所述至少一个接收机。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二ELA信息元素进一步包括元素ID字段、长度字段，且所述链路字段进一步包括目标DevAddr（210）子字段、控制子字段（220）、流位图子字段（230）。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：
设置所述控制子字段以指定响应模式和数据流模式，以及使能或禁止即时反馈模式；
将所述目标DevAddr子字段设置为所述发射机的地址。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述链路质量信息包括下面的至少一个：接收到的信号的平均信噪比SNR以及接收到的信号强度指示符RSSI。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述数据流的要求包括下述至少一个：保证的服务质量QoS，要被传输的数据流的类型，以及等待时间。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括计算分组错误率PER阈值，其是满足数据流的要求的所允许的最大的PER；以及将所述PER阈值与估计的PER进行比较以确定最佳的传输参数。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
计算分组错误率PER阈值，其是满足所述数据流的要求的所允许的最大的PER；
由所述发射机将实际的PER计算为被正确接收到的分组的数目和被传输的分组的数目的比率；以及
将所述PER阈值和所述实际的PER进行比较，以确定最佳的传输参数。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一ELA信息元素或者在所述发射机的信标周期中被传输以执行周期性的链路适配，或者作为探查命令帧被传输以发起链路适配。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述发射机和至少一个接收机可至少操作在基于WiMedia的无线个人区域网络中。
13.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码当被执行时导致处理器执行发射机和至少一个接收机之间的无线链路的链路适配的过程，所述过程包括：
由所述发射机生成第一增强链路适配ELA信息元素（100）（S310）；
将所述第一ELA信息元素发送至所述至少一个接收机（S320）；
当在所述发射机处接收到第二ELA信息元素时，为了增加无线链路的效率，为所述发射机确定最佳的传输参数，其中所述第二ELA信息元素由所述至少一个接收机响应于所述第一ELA信息元素而生成并发送（S370），其中所述确定部分地基于要被传输的数据流的要求、链路质量信息、以及正确接收到的分组的数目，其中由所述至少一个接收机生成的所述链路质量信息以及对于流位图子字段中指定的每个数据流的被正确接收到的分组的数目被分别包括在接收到的第二ELA信息元素中链路字段的链路质量信息子字段和Non-ACK子字段中。
14.一种发射机，适于执行在所述发射机和至少一个接收机之间的无线链路的链路适配的过程，所述过程包括：
生成第一增强链路适配ELA信息元素（100）；
将所述第一ELA信息元素发送至所述至少一个接收机（S320）；
接收第二ELA信息元素，其中该第二ELA信息元素由所述至少一个接收机响应于所述第一ELA信息元素而生成并发送（S370）；
当接收到所述第二ELA信息元素时，为所述发射机确定最佳的传输参数，其中所述确定部分地基于要被传输的数据流的要求、链路质量信息、以及正确接收到的分组的数目，其中由所述至少一个接收机生成的所述链路质量信息以及对于流位图子字段中指定的每个数据流的被正确接收到的分组的数目被分别包括在接收到的第二ELA信息元素中链路字段的链路质量信息子字段和Non-ACK子字段中。
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