CN1233107C - 转发中继的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种转发中继数据的方法，通过它，具有中继信息的中继数据帧被处理，一种用于执行该方法的移动终端，和一种用在该方法中的、具有中继帧的媒体访问控制数据结构。在该方法中，经由一个或多个移动终端，或预先设置的种子，信息被转发，而不是在接入点和移动终端之间直接通信。因而，由于AP的覆盖范围能够被扩展，***可以被更加经济地建立，频率资源的浪费可以被减少。

Description

转发中继的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种转发中继(multi-hop)数据的方法，通过该方法，具有中继信息的中继数据帧被处理，一种用于执行该方法的移动终端，和在本方法中使用的含有中继帧(multi-hop frame)的媒体访问控制数据结构。
背景技术
中继转发是一种方法，通过其信息通过一个或多个移动终端、或预设的种子终端(seed terminal)的通信被转发，而不是通过AP(Access Point，接入点)和MT(Mobile Terminal，移动终端)之间的直接通信转发信息。
图1是解释转发中继方法的示意图。参考图1，移动终端1(MT1)101远离AP 102或由于衰减导致信道质量恶化而不能与AP 102直接通信。因而，MT1 101将需要发送给AP 102的信息转发给在MT1周围的、具有最高信道质量的MT2 103，然后，MT2 103将接收的信息发送给AP 102。
如果在MT1周围不存在转发中继的其它MT，或信道质量很差，从而不能转发中继，种子(seed)104将被设立来转发中继。
假设MT4 105不能与AP 102直接通信，并且在MT4 105周围不存在具有高信道质量的MT。在这种情况下，MT4 105将信息发送给种子104，然后，种子104将信息再转发给AP 102。因而，虽然MT超出了AP 102的覆盖范围，但是MT能与AP 102通信。结果，AP 102的覆盖范围能够被扩展。
在现有的中继转发方法中，由于特定时间或特定频率被安排来转发中继，在中继传输信号和直接传输信号之间的干扰可以被消除。
然而，当分配了另外的新频率，每个MT需要另外的使用所分配频率的发送器和接收器。同时，使用另外的频率浪费了频率资源。而且，当特定时间被分配时，其它MT不能直接发送信息给AP，从而降低了整个***的效率。
当LAN被推广之后，人们对无线局域网的兴趣增加。当办公空间和生产设备被重新布置时，无线局域网不需要重新铺设电缆。无线局域网允许各种控制信息的发送和接收，并且数据库经由移动终端搜索，例如，工厂中的自导运载工具(automatic guided vehicle)、在股票交易中的手持计算机终端等设备。
在无线局域网的情况下，重新布置终端很容易，甚至可能在终端的移动过程中可以保持通信，并可以在很短的时间内建立LAN。然而，在这种情况下，与有线LAN相比，传输速度可能相对较低，并会发生干扰。
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers，电子和电气工程师协会)802委员会认识到需要标准化无线局域网，为了开始进行无线局域网的标准化，1991年5月，组建了IEEE802.11委员会，到1996年，制定了标准草案，并最终建立了无线局域网标准IEEE 802.11。由于这些，在保证MT之间的互操作，相关元件的发展等等的基础上，无线局域网市场将会变得更加活跃。
无线局域网的标准可以分为IEEE 802.11和由ETSI(EuropeanTelecommunication Standards Institute，欧洲电信标准化协会)制定的HiperLAN标准RES10。IEEE 802.11的目标是无线局域网在ISM(Industrial/Scientific/Medical，工业/科技/医学)频带提供最高2M的传输速度，而HiperLAN标准在5.2GHz的频带上提供的最大传输率是15M。
HiperLAN2网络一般由多个AP组成。在HiperLAN2网络中，MT被连接到具有最好的无线连接的AP。这里，MT可以随便移动，并且当无线连接的性能恶化时，通过切换的方法，连接到其它的AP。
从AP来看，HiperLAN2的协议模型包括汇聚层(convergence layer)，DLC(Data Link Control，数据链路控制)层，和物理层。其中，DLC层由MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)子层、错误控制子层和无线链路控制子层组成。
由于HiperLAN2的MAC帧使用了TDM(Time Division Multiplex，时分复用)的连接结构，而不是IEEE 802.11的CSMA/CD(Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance，载波侦听多址访问/碰撞回避)的无连接结构，MAC帧提供了诸如带宽、时延、误码率等的QoS(Quality of Service，服务质量)。由于QoS，各种数据，例如，图象、语音等等可以同时发送。MAC帧有2ms的长度和6个信道。
图2表示HiperLAN2的MAC帧的结构。参考图2，MAC帧201有2ms的周期，并由BCH(Broadcast Channel，广播信道)202、FCH(Frame Channel，帧信道)203、ACH(Access feedback Channel，访问反馈信道)204、下行链路205、上行链路206、和RCH(Random Channel，随机信道)207组成。
BCH 202的格式有120比特，并存储BCCH(Broadcast Control CHannel，广播控制信道)信息。BCCH是广播对应于当前MAC帧的广播控制信息的逻辑信道。
当FCH 203被广播时，FCCH(Frame Control Channel，帧控制信道)信息被发送。FCCH包括定义***资源如何分配给当前MAC帧的信息。
在先前的MAC帧的随机访问期间获得的结果被发送到ACH 204。
下行链路205从AP发送数据到MT，同时上行链路从MT发送数据到AP。
在不可能经由SCH(Short Transport Channel，短传输信道)传输控制信息的情况下，RCH 207允许MT发送控制信息到AP。
下行链路205和上行链路206分别由LCH(Long Transport Channel，长传输信道)207和SCH 208组成。使用的数据发送到LCH 207，控制信息发送到SCH 208。
图3是表示具有N个分区(sector)天线(Sectored antenna)的HiperLAN2的MAC帧的结构。这里，MAC帧的基本结构与图2的MAC帧相同。然而，由于MAC帧具有N个分区，BCH1(Broadcast Channel l，广播信道1)301到BCHN 302、FCH1(Frame Channell，帧信道1)303、ACH1(Access feedbackChannel 1，访问反馈信道1)304到ACHN、下行链路1(Down1)310到下行链路N(DownN)311、上行链路1(Up1)320到上行链路N(UpN)321，和随机信道1(RCH1)330到RCHN 331按照分区的顺序放置。信道的功能与参考图2的描述相同。
图4表示具有N个分区天线的每个分区的传输信号串。
如图3和图4所示，分别对应于分区的信道被分配给天线。当不同分区使用信道时，信号不发送给其它分区。因而，可以仅仅使用一个包含在AP中的发送机来执行分区(sectoring)。然而，由于其它分区不工作，频率效率降低。
图5是表示传统的用于转发中继的MAC帧的结构。如图5所示，中继转发正好在上行链路501开始之前的处理MH(Muti-hop，中继)502期间被执行。
MH 502包括具有F-BCH(Forward-Broadcast Channel，转发广播信道)503、F-FCH(Forward-Frame Channel，转发帧信道)504、和F-ACH(Forward-Accessfeedback Channel，转发访问反馈信道)505、F-DL(Forward-Downlink，转发下行信道)510、F-UL(Forward-Uplink，转发上行信道)511、和F-RCH(Forward-Random Channel，转发随机信道)512的F-BC(Forward-BroadcastChannel，转发广播信道)。F-BCH 503广播所有有关能够播种(seeding)的终端或种子(seed)的MAC帧信息。F-FCH 504发送存储有关能够播种(seeding)的终端或种子(seed)的备用数据的MAC帧信息。尝试访问MAC帧的结果发送给F-ACH 505。然后，通过MT或种子，F-RCH 512A发送控制信息给能够作为种子的终端。
由于在不同的终端之间或终端和种子之间所要求的时间与AP和终端之间的数据的接收和发送所要求的时间不同，在直接发送的信号和中继转发信道之间的干扰可以消除。然而，由于转发中继所要求的时间，传输效率降低了。因而，需要能够解决上述问题的中继转发方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种方法和一种装置，用于转发中继，其中通过转发中继，具有与中继相关的信息的中继数据帧被处理，和一种在本方法中使用的含有中继帧的媒体访问控制数据结构。
因此，为了达到上面目的，这里提供了一种在含有接入点、不能直接与接入点通信的第一移动终端、可以与接入点直接通信的第二移动终端的***中转发中继的方法。第一移动终端的数据发送给第二移动终端，同时，接入点发送数据到超出第二移动终端所属的扇区的移动终端，或从超出第二移动终端所属的扇区的移动终端接收数据。通过现有的发送和接收方法，第二移动终端发送第一移动终端的数据到接入点。接入点接收第一移动终端的数据。
为了实现上述目的，这里提供了一种在含有接入点、不能直接与接入点通信的第一移动终端、能够直接与接入点通信的第二移动终端的***中转发中继的方法。接入点通过现有的发送和接收方法，发送第一移动终端的数据到第二移动终端。第二移动终端发送数据到第一移动终端，同时，接入点发送数据到超出第二移动终端所属扇区的移动终端，或从超出第二移动终端所属扇区的移动终端接收数据。第一移动终端接收发送的数据。
为了达到上面的目的，提供了一种用于转发中继的移动终端。移动终端包括通信信道设定器、状态判决器、和中继数据发送器。通信信道设定器建立用于与不能和接入点通信的第一移动终端通信的信道。状态判决器判定是否接入点正在发送数据到超出第二移动终端所属扇区的移动终端，或从超出第二移动终端所属扇区的移动终端接收数据。如果确定接入点正在发送数据到超出第二移动终端所属扇区的移动终端，或从超出第二移动终端所属扇区的移动终端接收数据，中继数据发送器发送第一移动终端的数据到第二移动终端，或从第二移动终端接收第一移动终端的数据。
为了达到上面目的，提供了一种计算机可读记录介质，用于记录当不能与接入点直接通信的移动终端经由另一移动终端与接入点通信时使用的媒体访问控制数据结构。媒体访问控制数据结构包括广播信道信息值、帧信道信息值、访问反馈信道信息值、下行数据值、第一中继数据值、上行数据值、第二中继数据值、和随机信道值。广播信道信息值广播对应于当前媒体访问控制帧的信息。帧信道信息值存储定义***的资源如何分配给当前媒体访问帧的帧控制信道信息。访问反馈信道信息存储当先前的媒体访问控制帧被随机访问时得到的结果。下行数据值从访问点发被送到移动终端。第一中继数据值从不能直接与接入点通信的移动终端发出。上行数据值从移动终端被发送到接入点。第二中继数据值从不能与接入点直接通信的移动终端发出。随机信道值，通过它，当短传输信道不能使用时，移动终端发送控制信息到接入点。
附图说明
通过参考下列附图，详细说明优选实施例，本发明的上面目的和优点将会变得更加清楚：
图1是解释转发中继的传统方法的示意图；
图2是表示传统的HiperLAN2的MAC(Media Access Control，媒体访问控制)帧的结构的示意图；
图3是表示具有N个分区天线的HiperLAN2 MAC帧的结构的示意图；
图4是表示具有N个分区天线的每个分区中的传输信号串的示意图；
图5是表示传统的用于转发中继的MAC帧的结构的示意图；
图6是表示根据本发明的用于转发中继的网络的结构的示意图；
图7A是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，在中继转发网络中AP接收中继数据；
图7B是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，在中继转发网络中AP发送中继数据；
图8是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，不能直接与AP通信的MT将数据发送给AP；
图9是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，其它MT播种(seed)不能直接与AP通信的MT的数据；
图10是用于解释一种通过AP处理中继数据的方法的流程图；
图11是表示根据本发明的在每个分区中的传输信号串的示意图；
图12是表示当转发数据给AP时，不能直接与AP通信的MT的方块图；
图13是表示转发不能与AP直接通信的MT的数据到AP的MT的方块图；
图14是表示处理中继数据的AP的方块图；
图15是表示通过使用根据本发明的发送中继的方法，对应于用户数目的改善的通信范围的图表；
图16是表示用户个数固定在12，当路径损耗指数变化时，通信范围变化的图表；
图17表示用户的数目固定在12，当路径损耗指数变化时，在使用或不使用中继时的范围比率(range rate)；
图18表示当只有一个种子被用于根据本发明的中继转发方法时，依据用户数目的改善的范围；
图19表示用户数目固定在12，当只有一个种子被使用并且路径损耗指数变化时，范围的变化；及
图20表示用户数目固定在12，当只有一个种子被使用并且路径损耗指数变化时，使用和不使用中继时的范围比率。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，详细描述本发明的优选实施例。
图6表示根据本发明的、用于转发中继的网络的结构。参考图6，当移动终端1(MT1)601与接入点(AP)602通信时，MT3 603转发信息到种子1 604或MT2 605。这里，MT5 606可能也转发信息给MT4 607或种子2608。MT2 605或MT4将从MT3 603或MT5 606接收的信息发送到AP 602。
虽然MT3 603或MT5 605使用种子1 604或种子2 608，上述处理被执行。
图7A是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，AP在中继转发网络中接收中继数据。
中继转发网络包括能够直接与AP通信的MT和位于中继转发网络之外、不能与AP直接通信的MT。
不能直接与AP通信的MT发送数据到能够直接与AP通信的MT或种子。
能够直接与AP通信的MT或种子，发送MT或种子的数据到AP。然而，由于AP不能一直保持与它的扇区中MT通信，出现AP与其它扇区的MT通信需要的时延。
在步骤710，MT或种子发送中继数据到不能直接与AP通信的MT或种子，或从不能直接与AP通信的MT或种子接收中继数据。在步骤711，接收中继数据的MT或种子通过通用方法发送中继数据到AP并从AP接收中继数据。
在步骤712，AP处理接收的中继数据。
图7B是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，AP在中继转发网络中发送中继数据。
在步骤720，通过现有的发送和接收方法，AP将不能直接与AP通信的MT的数据发送到能够直接与AP通信的MT。
在步骤721，当AP发送数据到能够直接与AP通信的MT的扇区之外的MT，或从该MT接收数据时的时间内，发送的数据被发送到不能直接与AP通信的MT。
在步骤722，不能与AP直接通信的MT接收步骤721发送的数据。
图8是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，不能直接与AP通信的MT发送数据到AP。
在步骤810，能与AP通信的、邻近的MT被选择。
在步骤820，判决AP是否正在发送数据到所选MT所属的扇区之外的MT，或从所选MT所属的扇区之外的MT接收数据。
如果确定AP正在发送数据到所选MT所属的扇区之外的MT，或从所0选MT所属的扇区之外的MT接收数据，在步骤840，中继数据被发送到所选的MT。如果不是这种情况，在步骤830，正常数据的传输被执行。换句话说，如果选择的MT发送它自己的数据到AP，或从AP接收自己的数据，传输处理被执行。
图9是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，MT播种(seed)来自不能直接与AP通信的MT的数据。
在步骤910，用于能够与邻近的、在与AP通信的扇区之外的MT通信的信道被建立。
在步骤920，判决AP是否正在发送数据到位于邻近MT所属的扇区之外的另一MT，或从邻近位于MT所属的扇区之外的另一MT接收数据。如前面描述，由于AP发送数据到另一扇区的MT，或从在另一扇区的MT接收数据，步骤920被执行来使用用于在AP和另一扇区中的MT之间的发送和接收数据所需的时间。
如果确定AP正在发送数据到位于邻近MT所属的扇区之外的另一MT，或从位于邻近MT所属的扇区之外的另一MT接收数据，在步骤930，邻近MT接收不能直接与AP通信的邻近MT的数据。如果确定不是，在步骤940，正常数据的传输被执行。换句话说，如果MT正在发送它自己的数据到AP，或从AP接收自己的数据，传输处理被执行。
图10是用于解释一种方法的流程图，其中通过该方法，AP处理中继数据。
如果AP正在发送数据到MT所属扇区之外的MT，或从MT所属扇区之外的MT接收数据，在步骤1010，AP经由能够与AP通信的MT接收不能与AP通信的、邻近的MT的数据。如果不是，在步骤1020，AP发送正常数据到位于AP正在通信的扇区中的MT，或从位于AP正在通信的扇区中的MT接收正常数据。
图11表示根据本发明的、在每个分区中的传输信号串。除了中继帧被分配给AP不能通信来转发中继的分区之外，基本结构与图4的传输信号串相同，并且当中继帧不是连续地存在，用于与AP通信的资源被分配给给定分区时，普通下行链路或上行链路通信被执行，然后处理结果返回初始中继帧。
为了将上述方法应用到HiperLAN2，图5的中继帧结构被使用。中继转发帧由广播控制信道组成，其含有广播有关扇区的所有MAC帧信息的转发广播信道(F-BCH)503、转发帧信道(F-FCH)504，用于转发存储有关扇区的备用数据的MAC帧信息、转发访问反馈信道(F-ACH)505，试图访问MAC帧的结果被转发到该单元、转发下行链路510、转发上行链路511、转发随机信道(F-RCH)512，通过它，发送控制信息到AP。
图12是表示当转发数据给AP时，不能与AP直接通信的MT的方块图。参考图12，MT选择器1210选择能与AP通信的邻近的MT。
状态判决器1220判决AP是否正在发送数据到所选MT所属的扇区之外的MT，或从所选MT所属的扇区之外的MT接收数据。
中继数据发送器1230，根据状态判决器1220判决的结果，在AP发送数据到所选MT所属的扇区之外的MT，或从所选MT所属的扇区之外的MT接收数据的时间内，发送和接收中继数据。因而，不能与AP直接通信的MT可以和AP通信。
图13是表示MT将不能直接与AP通信的MT的数据转发到AP的方块图。
通信信道设定器1310建立信道，用于与邻近的、不能直接与AP通信的MT通信。
状态判决器1320判决AP是否正在发送数据到另一扇区的MT，或从另一扇区的MT接收数据。
如果确定AP正在发送数据到另一扇区的MT，或从另一扇区的MT接收数据，发送器1330发送数据到邻近的、不能直接与AP通信的MT并从邻近的、不能直接与AP通信的MT接收数据。
图14是表示处理中继数据的AP的方块图。
如果AP正在发送数据到MT所属扇区之外的MT，或从在MT所属扇区之外的MT接收数据，中继数据处理器1410经由能与AP通信的MT，接收不能直接与AP通信的邻近的MT的数据。
如果不是，正常数据收发器1420发送正常数据到位于与AP通信的扇区中的MT，或从位于与AP通信的扇区中的MT接收正常数据。
图15到图20是表示通过使用根据本发明的中继发送方法的改善的通信范围的图表。执行中继发送的条件如下所述。首先，假设信道是对数距离模型(log distance model)和对数正态衰减模型(lognormal fading model)。这里，路径损耗由公式1给出。
      Path loss＝46.67+α10log(d)+Fading                …(1)
其中“d”是发送机和接收机之间的以米为单位的距离，“α”是路径损耗指数。
目标故障概率(target outage probability)是10％，信噪比(SNR)是10-7误码率(BER)。发送和接收小区呈均匀分布(uniform distribution)，用户数目呈泊松分布(Poisson distribution)。
图15表示对应于用户个数的、通过使用根据本发明的中继转发方法的改善的通信范围。这里，假设路径损耗指数“α”是3。
如从图15看到的，如果不提供中继，范围不随用户的平均数目变化。然而，如果提供了中继，可以获得增益。特别是，如果对数正态衰减(lognormalfading)存在，由于在对数正态衰减上的分集效果，范围会加倍。
图16表示用户的数目固定在12，当路径损耗指数变化，通信范围的改变。
图17表示用户的数目固定在12，当路径损耗指数变化，在使用或不使用中继时的范围比率(range rate)。
如在图16和图17中看到的，当对数正态衰减很大时，范围能够增加到三倍。同时，可以看到，范围与路径损耗指数成反比。
图18到20表示除了MT不支持中继并只使用一个种子之外，与图15和图17的那些条件相同的情况下得到的结果。
图18表示当只有一个种子被用于根据本发明的中继转发方法时，依据用户数目的改善的范围。
在图18中，由于可以看出，范围随着种子的数目的增加而增加，所以，范围的增加与用户的增加无关。
图19表示用户数目固定在12，当只有一个种子被使用并且路径损耗指数变化时，通信范围的变化。
图20表示用户数目固定在12，当只有一个种子被使用并且路径损耗指数变化时，使用和不使用中继的范围比率。
可以看出，改善的通信范围不比当所有的MT支持中继的情况时大。但是，如果种子的数目是4，改善的范围与当所有MT支持中继的情况时相同。
如上所述，与AP通信的多个扇区中的扇区通过下行链路和上行链路发送数据到AP，同时，不与AP通信的扇区处理具有中继信息的中继数据帧。因而，由于AP的覆盖范围可以被扩展，***可以被更加经济地建立，并且可以减少对频率资源的浪费。
上述的本发明的实施例可以被编制成计算机程序，通过使用计算机可读介质，可以在通用计算机上实现。
同时，通过多种方式，在本发明的实施例使用的数据结构可以记录在计算机可读记录介质上。
计算机可读介质包括存储介质，例如，磁性存储介质(如ROM、软盘、硬盘等等)、光可读介质(如CD-ROM、DVD等等)、和载波(如，经由因特网传输)。
虽然，这里参照优选实施例，对本发明作了详细的说明和展示，但是，本领域的技术人员应当理解，在没有脱离所附权利要求定义的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1、一种在含有接入点、与接入点不能直接通信的第一移动终端和可以与接入点直接通信的第二移动终端的***中，转发中继的方法，该方法包括：
(a)发送第一移动终端的数据到第二移动终端，同时接入点正在发送数据到第二移动终端所属的分区之外的移动终端，或从第二移动终端所属的分区之外的移动终端接收数据；
(b)通过现有的发送和接收方法，第二移动终端发送第一移动终端的数据到接入点；及
(c)接入点接收第一移动终端的数据。
2、如权利要求1所述的方法，其中，第二移动终端是将不能与接入点直接通信的移动终端的数据发送到接入点的种子。
3、如权利要求1所述的方法，其中，第二移动终端
(a)建立用于与第一移动终端通信的信道；
(b)确定接入点是否正在发送数据到位于第二移动终端所属分区之外的移动终端，或从位于第二移动终端所属分区之外的移动终端接收数据；
(c)如果确定接入点正在发送数据到位于第二移动终端所属的分区之外的移动终端或从位于第二移动终端所属的分区之外的移动终端接收数据，则接收第一移动终端的数据。
4、一种在含有接入点、与接入点不能直接通信的第一移动终端和可以与接入点直接通信的第二移动终端的***中，转发中继的方法，该方法包括：
(a)通过现有发送和接收方法，接入点发送第一移动终端的数据到第二移动终端；
(b)第二移动终端发送数据到第一移动终端，同时接入点正在发送数据到第二移动终端所属的分区之外的移动终端，或从第二移动终端所属的分区之外的移动终端接收数据；及
(c)第一移动终端接收步骤(b)发送的数据。
5、一种用于转发中继的移动终端，该移动终端包括：
通信信道设定器，用于建立与不能和接入点通信的第一移动终端通信的信道；
状态判决器，用于确定接入点是否正在发送数据到第二移动终端所属的分区之外的移动终端，或从第二移动终端所属的分区之外的移动终端接收数据；及
中继数据发送器，如果确定接入点正在发送数据到位于第二移动终端所属的分区之外的移动终端，或从位于第二移动终端所属的分区之外的移动终端接收数据，用于发送第一移动终端的数据到第二移动终端，并从第二移动终端接收第一移动终端的数据。
CNB031038522A 2002-04-11 2003-02-13 转发中继的方法和装置 Expired - Fee Related CN1233107C (zh)

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