Система беспроводной связи и способ управления передачей сигнала подтверждения приема, и беспроводная станция, используемая в них

Изобретение относится к области связи. В системе связи беспроводной LAN скорость передачи АСК (сигнала подтверждения приема) между АР (точкой доступа) и STA (мобильной терминальной станцией) переменно управляется на основании количества повторных передач кадра пользовательских данных. Количество повторно переданных кадров подсчитывается и, если значение является большим, чем заранее заданное значение М, скорость передачи АСК переводится на один уровень вниз. Количество следующих один за другим успешных кадров подсчитывается и, если значение является большим, чем заранее заданное значение N, скорость передачи переводится на один уровень вверх. Технический результат заключается в том, что высокая скорость передачи данных нисходящего канала не зависит от скорости передачи АСК и, соответственно, ограниченная полоса частот беспроводной связи используется эффективно. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе беспроводной связи, способу управления передачей сигнала подтверждения приема и беспроводной станции, используемой в таких системе и способе. В частности, настоящее изобретение относится к схеме управления скоростью передачи кадра ACK (подтверждения) для подтверждения приема в системе беспроводной связи LAN (локальной сети).

Уровень техники

В устройствах беспроводной LAN (включающих в себя точку доступа (AP) и мобильный терминал (STA) и, в общем, указываемых ссылкой как беспроводные станции) в системе связи беспроводной LAN управление скоростью выполняется из условия чтобы, когда сохраняется состояние успешной одноадресной передачи данных, скорость передачи увеличивалась для осуществления быстрой беспроводной связи, а когда, наоборот, сохраняется состояние несостоятельности передачи, скорость передачи снижалась для обеспечения состояния стабильной связи. Это состояние успешной передачи определяется по успешному приему кадра ACK (подтверждения), а состояние несостоятельности передачи определяется по несостоятельности приема кадра ACK (далее просто указываемого ссылкой как ACK).

Способ управления скоростью передачи ACK, определенный согласно IEEE 802.11 (стандарту Института инженеров по электротехнике и электронике), определяет, что когда пользовательские данные передаются при 54 Мбит/с, 48 Мбит/с, 36 Мбит/с, 24 Мбит/с, 18 Мбит/с или 9 Мбит/с, ACK передается на скорости передачи 24 Мбит/с; когда пользовательские данные передаются при скорости 12 Мбит/c, ACK передается на скорости передачи 12 Мбит/с; а когда пользовательские данные передаются при скорости 6 Мбит/с, ACK передается на скорости передачи 6 Мбит/с.

При таком способе управления скоростью ACK, несмотря на то, что нет проблем, когда AP и STA выполняют передачу при одинаковой мощности передачи, проблема возникает в следующем случае. Более точно, для устанавливаемых вне помещения устройств беспроводной LAN и подобных есть необходимость увеличивать мощность передачи AP для расширения покрытия. Здесь, поскольку мощность передачи AP увеличивается, а мощность передачи STA уменьшается, STA может уверенно принимать сигнал от AP, а на AP, сигнал, принимаемый от STA, является слабым. В таком случае, как показано на характеристиках напряженности электрического поля приема по отношению к PER (частоте ошибок пакета) по фиг. 5, когда мощность передачи AP велика, STA пригодна для приема при напряженности электрического поля приема, показной согласно B по фиг. 5, и может выполнять демодуляцию при скорости 54 Мбит/с. С другой стороны, когда мощность передачи STA низка, AP пригодна для приема при напряженности электрического поля приема, показной согласно А по фиг. 5, и может выполнять демодуляцию только при скорости 6 Мбит/с.

По существу, когда мощность передачи AP больше, чем таковая у STA, то есть схема, в которой мощность передачи AP и мощность передачи STA несимметричны, и скорость передачи нисходящих данных от AP составляет 54 Мбит/с, а скорость передачи восходящих данных из STA составляет 6 Мбит/с (когда скорости связи несимметричны), так как в вышеупомянутом способе управления скоростью ACK, определенном согласно IEEE 802.11, скорость передачи ACK определяется скоростью одноадресного приема кадра данных, а управление повторной передачей и управление скорости при одноадресной передаче кадра данных выполняются согласно ответу ACK, скорость передачи одноадресного кадра данных AP приводится к скорости передачи ACK в 6 Мбит/с и, соответственно, скорость передачи одноадресного кадра данных также становится 6 Мбит/с. Как результат, асимметрия скоростей передачи (схема, в которой скорость передачи нисходящих данных больше, чем скорость передачи восходящих данных) не может быть реализована и, таким образом, не может быть достигнуто эффективное использование ограниченной полосы частот связи.

Выложенная заявка № 2001-257715 на выдачу патента Японии (патентный документ 1) раскрывает технологию, при которой в системе, где данные передаются с мобильного терминала на терминал приема, а терминал приема накапливает принятые данные в буфере, а также последовательно считывает и воспроизводит накопленные данные, скорость передачи данных регулируется на основании информации, добавленной в ACK из терминала приема, то есть информации, указывающей количество накопленных данных. Выложенная заявка № 2002-064504 на выдачу патента Японии (патентный документ 2) раскрывает технологию управления при связи между базовой станцией беспроводной LAN и большим количеством терминалов беспроводной LAN, количеством данных передачи для выравнивания соответственных скоростей связи терминалов беспроводной LAN.

Согласно IEEE 802.11 при связи между AP (точкой доступа) и STA (станцией), которая является терминальной мобильной станцией, в системе связи беспроводной LAN, ACK возвращается в ответ на принятый сигнал. Однако когда мощность передачи между AP и STA отличается, скорость восходящей связи и скорость нисходящей связи могут стать несимметричными. При связи между устройствами беспроводной LAN в такой среде, поскольку, как описано выше, скорость передачи кадра данных AP приводится к скорости передачи ACK, скорость передачи кадра данных AP становится таковой у STA, которая является более низкой, чем скорость передачи кадра данных AP. Как результат, асимметрия скоростей передачи не может быть реализована и, таким образом, не может быть достигнуто эффективное использование полосы частот связи. С точки зрения эффективного использования полосы частот при связи между устройствами беспроводной LAN, одноадресная передача кадра данных с использованием стабильной, самой высокоскоростной и стабильной передачи скорости высокоскоростного ACK являются ключевыми вопросами.

Обе технологии, раскрытые в вышеупомянутых патентных документах 1 и 2, включают в себя управление скоростью передачи данных между устройствами связи. Таким образом, как описано выше, обе технологии не основаны на точке зрения эффективного использования полосы частот связи с сосредоточением на скорости передачи ACK при асимметрии скоростей передачи между устройствами связи.

Поэтому настоящее изобретение сделано ввиду эффективного использования полосы частот связи с сосредоточением на такой скорости передачи ACK. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить систему беспроводной связи и способ управления передачей сигнала подтверждения приема и беспроводную станцию, используемую в таких системе и способе, в которых выполняется одноадресная передача кадра данных с использованием стабильной, наиболее интенсивной и стабильной передачи высокоскоростного ACK, в силу чего делается возможным эффективное использование полосы частот связи между устройствами беспроводной LAN, обладающими асимметричными скоростями связи.

Раскрытие изобретения

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предоставлена система беспроводной связи, в которой беспроводная станция передает сигнал подтверждения приема в ответ на кадр данных от другой беспроводной станции, система содержит средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ управления передачей сигнала подтверждения приема в системе беспроводной связи, в котором беспроводная станция передает сигнал подтверждения приема в ответ на прием кадра данных от еще одной беспроводной станции, способ содержит этап управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения предоставлена беспроводная станция, которая передает сигнал подтверждения приема в ответ на кадр данных, переданный с другой беспроводной станции, беспроводная станция содержит средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения предусмотрена программа, которая предоставляет компьютеру возможность выполнять операцию беспроводной станции, которая передает сигнал подтверждения приема в ответ на кадр данных, переданный с другой беспроводной станции, программа содержит последовательность операций управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

Будет описано функционирование настоящего изобретения. Скорость передачи ACK регулируется независимо от скорости передачи одноадресного кадра данных и на основании количества повторных передач одноадресного кадра данных, посредством чего, в системе беспроводной LAN, обладающей асимметрией скоростей связи, может быть оптимизирована скорость передачи кадра ACK с достижением эффективного использования полосы частот связи.

Согласно настоящему изобретению посредством управления скоростью ACK вне зависимости от скорости одноадресного кадра данных, который является пользовательским кадром, но на основании количества повторных передач (количества повторных приемов) одноадресного кадра данных, может регулироваться качество связи ACK, обеспечивая результаты, при которых ограниченная полоса частот беспроводной связи может эффективно использоваться, а качество связи может быть стабилизировано.

Традиционно (IEEE 802.11) скорость передачи ACK задается скоростью приема скорости одноадресного кадра данных, а управление повторной передачей и управление скоростью при передаче одноадресного кадра данных выполняются по ответу ACK и, таким образом, на передачу одноадресного кадра данных оказывает влияние скорость передачи ACK (то есть, качество связи ACK). С другой стороны, согласно настоящему изобретению скорость передачи ACK регулируется независимо от скорости одноадресного кадра данных, обеспечивая результат, при котором делается возможным эффективное использование ограниченной полосы частот беспроводной связи.

Осуществление изобретения

Вариант осуществления настоящего изобретения будет подробно описан ниже со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 - структурная схема системы связи беспроводной LAN, к которой применен вариант осуществления настоящего изобретения. Система включает в себя AP 1 и большое количество STA 2 и 3, существующих под (принадлежащих) AP 1, и является сетью инфраструктуры, которая определена согласно IEEE 802.11. Минимальный узел такой сети беспроводной LAN указывается ссылкой как BSS (базовый набор служб) 4. Посредством AP1, являющейся подключенной через Ethernet 5 (товарный знак) к базовой станции, которая не показана, STA 2 и 3, существующие под AP 1, могут устанавливать беспроводное соединение с сетью Интернет, которая не показана.

Заметим, что AP 1 изображена как «Портал», каковое указывает, что AP 1 является терминалом базовой станции, который предоставляет соединению между STA 2 и 3 и проводной LAN, такой как Ethernet 5(товарный знак), возможность быть установленным посредством добавления к AP 1 функции преобразования протокола между протоколом LAN IEEE 802.11 и другими протоколами LAN.

AP 1 реализует, посредством беспроводной базовой станции 30, последовательность операций более высокоуровневых протоколов, таких как TCP/IP (протокол управления передачей/протокол сети Интернет), и различные приложения, через карту 10 беспроводную LAN и интерфейс 20 верхнего уровня, показанные на фиг. 2. STA 2 и 3 подобным образом реализуют, посредством ядра 30 мобильного терминала (например, портативного устройства обработки информации, такого как персональный компьютер типа «ноутбук»), последовательность операций более высокоуровневых протоколов, таких как TCP/IP, и различные приложения, через карту 10 беспроводной LAN и интерфейс 20 верхнего уровня, показанные на фиг. 2. Фиг. 2 - функциональная структурная схема карты беспроводной LAN, используемой в AP 1 и STA 2 и 3.

Карта 10 беспроводной LAN, показанная на фиг. 2, включает в себя часть 11 беспроводного устройства, которая выполняет передачу/прием кадров в зоне беспроводной связи; часть 12 обработки протокола PHY (физического уровня) IEEE 802.11, которая выполняет последовательность операций модуляции/демодуляции; часть 13 обработки протокола MAC IEEE 802.11, которая выполняет управление доступом на MAC-уровне (управления доступом к среде передачи); и часть 14 обработки верхнего уровня, которая реализует последовательность операций SME (сущности управления станцией), такую как последовательность операций аутентификации на MAC-уровне, посредством встроенного ЦП (центрального процессора, CPU) и памяти 15.

После передачи кадра часть 13 обработки протокола MAC IEEE 802.11 преобразует кадр запроса передачи из части 14 обработки верхнего уровня в формат кадра MAC, который подчиняется протоколу MAC IEEE 802.11. Впоследствии часть 12 обработки протокола PHY IEEE 802.11 выполняет последовательность операций модуляции над кадром MAC и затем отправляет кадр в эфир через часть 11 беспроводного устройства, посредством чего последовательность операций передачи завершается.

Приняв кадр, часть 13 обработки протокола MAC IEEE 802.11 выполняет последовательности операций, такие как расчет CRC 32 (контроля циклическим избыточным кодом) над принятым кадром MAC, пропускавшимся через часть 11 беспроводного устройства и подвергшимся последовательности операций демодуляции посредством части 12 обработки протокола PHY IEEE 802.11, анализ содержания заголовка MAC и определение скорости по принятому кадру, получение порядкового номера кадра, а затем поставляет уведомление касательно поля тела кадра на верхний уровень.

Скорость передачи по связи между AP и STA-станциями выбирается на основании скорости и качества связи из восьми типов (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 [Мбит/с]) для IEEE 802.11а, который является стандартом беспроводной LAN диапазона 5 ГГц, или из четырех типов (1, 2, 5,5 и 11 [Мбит/с]) для IEEE 802.11b, который является стандартом беспроводной LAN диапазона 2,4 ГГц. Кадр ACK возвращается в ответ на принятый сигнал. Для того чтобы реализовать асимметрию скоростей связи, скорости кадра ACK необходимо быть управляемой. В дополнение, посредством оптимизации скорости передачи кадра ACK делается возможным эффективное использование полосы частот связи. Часть, которая реализует функционирование для них, является частью 13 обработки протокола MAC IEEE 802.11 по фиг. 2, чья отдельная функциональная структурная схема и блок-схема последовательности операций оперативной обработки показаны на фиг. 3 и 4 соответственно.

Сначала, со ссылкой на фиг. 3, будет описан функциональный блок управления скоростью передачи ACK согласно варианту осуществления настоящего изобретения в части 13 обработки протокола MAC IEEE 802.11. Часть 41 станции определения кадра станции определяет, для станции ли предназначен одноадресный кадр данных (далее указываемый ссылкой просто как кадр), введенный в станцию. Часть 42 определения повторно переданного кадра определяет, является ли повторно переданным кадром кадр, определенный частью 41 определения кадра станции кадром, предназначенным для станции.

Счетчик 43 подсчитывает количество следующих одной за другой повторных передач кадра, определенного повторно переданным кадром частью 42 определения повторно переданного кадра. Если кадр не определен повторно переданным кадром, счетчик 44 подсчитывает количество следующих один за другим успешных кадров. Заметим, что счетчик 43 сбрасывается, когда кадр не определяется повторно переданным кадром, а счетчик 44 сбрасывается, когда кадр определяется повторно переданным кадром.

Часть 45 сравнения счетчиков сравнивает соответственные значения счетчиков у счетчиков 43 и 44 с предопределенными значениями M и N соответственно. Часть 46 обновления таблицы скоростей ACK осуществляет управление для обновления таблицы 47 скоростей ACK согласно результату сравнения из части 45 сравнения счетчиков. Затем скорость передачи ACK задается значением в таблице 47 скоростей ACK. Заметим, что часть управления (ЦП) 48 управляет каждой из частей с 41 по 47 и выполняет единственную операцию управления согласно этапам программного обеспечения (программы), заблаговременно сохраненного в памяти 49.

Устройство беспроводной LAN, приняв одноадресный кадр данных, передает кадр ACK в качестве ответного кадра. Способ оптимизации скорости кадра ACK посредством изменения скорости будет описан ниже со ссылкой на фиг. 4.

Когда устройство принимает одноадресный кадр (этап S1), устройство считывает MAC-адрес и определяет, для устройства ли предназначен кадр (этап S2). Если кадр предназначен для устройства, устройство проверяет порядковый номер и исходный MAC-адрес в поле управления очередностью, которые определены согласно IEEE 802.11 и, тем самым, определяет, является ли кадр повторно переданным кадром (этап S3).

Если кадр является повторно переданным кадром, устройство подсчитывает количество следующих одна за другой передач (этап S4). Если значение счетчика превышает количество раз M, которое задано произвольно (этап S5), устройство определяет, что ACK не был принят и, соответственно, обновляет таблицу скоростей ACK из условия, чтобы перевести скорость передачи ACK на один уровень вниз (этапы S6 и S10). На основании информации обновления в таблице скоростей ACK устройство определяет скорость передачи ACK.

Если на этапе S3 кадр не определен повторно переданным кадром, устройство подсчитывает количество следующих один за другим успешных кадров (этап S7). Если счетчик превышает произвольное количество раз N, устройство определяет, что ACK было благополучно принято предполагаемым устройством (этап S8). Для того чтобы дополнительно повысить эффективность передачи, устройство обновляет таблицу скоростей ACK из условия, чтобы перевести скорость на один уровень вверх (этапы S9 и S10), и задает скорость передачи ACK.

Таким путем скорость передачи ACK управляется независимо от скорости передачи одноадресного кадра данных и на основании количества повторных передач одноадресного кадра данных. Поэтому в системе беспроводной LAN, обладающей асимметрией скоростей связи, скорость передачи кадра ACK может быть оптимизирована с достижением эффективного использования полосы частот связи.

В вышеупомянутом стандарте IEEE, поскольку скорость передачи одноадресного кадра данных, который является кадром пользовательских данных, приведена (притянута) к скорости передачи ACK, даже когда связь может выполняться со скоростью передачи ACK 54 Мбит/с, если скорость связи одноадресного кадра данных составляет 54 Мбит/с, 48 Мбит/с, 36 Мбит/с, 24 Мбит/с, 18 Мбит/с или 9 Мбит/с, вследствие того факта, что скорость передачи ACK определена как 24 Мбит/с, кадр данных ACK становится продолжительным. Однако, как в вышеупомянутом варианте осуществления, посредством выполнения управления скоростью передачи ACK независимым образом, возможно, например, возвратить ACK при 54 Мбит/с в ответ на одноадресный кадр данных при 54 Мбит/с. Соответственно, период времени, в течение которого полоса частот передачи занята, уменьшается на величину, равную сэкономленному времени, достигая эффективного использования диапазона связи.

Несмотря на то, что в варианте осуществления, показанном на предшествующей фиг. 4, значения N и M счета для повторно переданных кадров и следующих один за другим успешных кадров фиксированы, посредством автоматического обновления значения M на этапе S5 и значения N на этапе S8 на основании условий обновления таблицы ACK по этапу S10, может быть выполнена более стабильная связь. Например, в случае, в котором связь стабильна, когда ACK появляется на 6 Мбит/с, успешные передачи продолжаются, и соответственно, выполняется операция перевода скорости на один уровень вверх, имеющая результатом 9 Мбит/с. При 9 Мбит/с кадр ACK не может приниматься предполагаемой станцией и, таким образом, скорость переводится на один уровень вниз, имея результатом 6 Мбит/с. Эта операция повторяется. Повторение отслеживается на этапе S10 обновления таблицы скоростей ACK, и значения M и N обновляются, каковое может быть реализовано в качестве другого варианта осуществления.

Очевидно, что вышеупомянутая операция, показанная на блок-схеме последовательности операций способа по фиг. 4, может быть сохранена заблаговременно в качестве программы на запоминающем носителе, таком как ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, ROM), а компьютеру (ЦП) может быть предоставлена возможность считывать и выполнять программу.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - структурная схема конфигурации системы по варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - функциональная структурная схема карты беспроводной LAN, используемой в устройстве беспроводной LAN в варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3. - функциональная структурная схема варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая работу в варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - график для пояснения отношения между PER (частотой ошибок принятых пакетов) и напряженностью электрического поля приема для скоростей передачи различных кадров (пакетов) в системе связи беспроводной LAN.

Описание ссылочных позиций

1. AP (точка доступа).

2, 3. STA (терминальная мобильная станция).

10. Карта беспроводной LAN.

11. Часть беспроводного устройства.

12. Часть обработки протокола PHY IEEE 802.11.

13. Часть обработки протокола MAC IEEE 802.11.

14. Часть обработки верхнего уровня.

15, 49. Память.

20. Интерфейс верхнего уровня.

30. Ядро базовой станции или мобильного терминала.

41. Часть определения кадра станции.

42. Часть определения повторно переданного кадра.

43, 44. Счетчик.

45. Часть сравнения счетчиков.

46. Часть обновления таблицы скоростей ACK.

47. Таблица скоростей ACK.

48. Часть управления (ЦП).

1. Система беспроводной связи, в которой беспроводная станция передает сигнал подтверждения приема в ответ на прием кадра данных от другой беспроводной станции, система содержит средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

2. Система беспроводной связи по п.1, в которой средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема делает скорость передачи более низкой, чем текущая скорость передачи, когда количество повторных передач кадра данных является большим, чем первое заранее заданное значение.

3. Система беспроводной связи по п.1, в которой беспроводная станция и другая беспроводная станция являются точкой доступа и терминалом мобильной связи в системе беспроводной LAN.

4. Способ управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема в системе беспроводной связи, в котором беспроводная станция передает сигнал подтверждения приема в ответ на прием кадра данных с другой беспроводной станции, способ содержит этапы определения, является ли принятый кадр повторно переданным кадром, или успешно переданным кадром, в том случае, если принятый кадр является повторно переданным кадром, подсчитывание повторно переданных кадров, причем, когда количество повторных передач кадра данных является большим, чем первое заранее заданное значение, скорость передачи делают более низкой, чем текущая скорость передачи, в том случае, если принятый кадр является успешно переданным кадром, подсчитывание количества следующих один за другим успешно переданных кадров, причем, когда количество следующих один за другим успешно переданных кадров данных является большим, чем заранее заданное значение, скорость передачи делают более высокой.

5. Способ управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема по п.4, в котором скорость передачи делают более низкой, чем текущая скорость передачи, когда количество повторных передач кадра данных является большим, чем первое заранее заданное значение.

6. Способ управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема по любому из пп.4, 5, в котором скоростью передачи сигнала подтверждения приема управляют на основании количества следующих одна за другой успешных передач для кадра данных.

7. Способ управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема по п.6, в котором скорость передачи делают более высокой, чем текущая скорость передачи, когда количество следующих одна за другой успешных передач для кадра данных является большим, чем второе заранее заданное значение.

8. Способ управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема по п.4, в котором беспроводная станция и другая беспроводная станция являются точкой доступа и терминалом мобильной связи в системе беспроводной LAN.

9. Беспроводная станция, которая передает сигнал подтверждения приема в ответ на кадр данных, переданный с другой беспроводной станции, беспроводная станция, содержит средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества повторных передач кадра данных.

10. Беспроводная станция по п.9, в которой средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема делает скорость передачи более низкой, чем текущая скорость передачи, когда количество повторных передач кадра данных является большим, чем первое заранее заданное значение.

11. Беспроводная станция по п.9, в которой беспроводная станция является одним из точки доступа и терминала мобильной связи в системе беспроводной LAN.

12. Система беспроводной связи, в которой беспроводная станция передает сигнал подтверждения приема в ответ на прием кадра данных от другой беспроводной станции, система беспроводной связи содержит средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема на основании количества успешных передач для кадра данных.

13. Система беспроводной связи по п.12, в которой средство управления скоростью передачи сигнала подтверждения приема делает скорость передачи более высокой, чем текущая скорость передачи, когда количество следующих одна за другой успешных передач для кадра данных является большим, чем второе заранее заданное значение.