用于IEEE802.11WLAN的快速信道切换方案

具体实施方式

在以下的说明中，为了解释而非限制的目的，阐述了诸如特定结构、接口、技术等等的具体细节，以提供对本发明的完全理解。为了简明和清楚起见，省略了对熟知的设备、电路和方法的详细描述，以便不利用不必要的细节而模糊本发明的描述。

本发明涉及快速信道切换方案，用于减少信道切换等待时间以防止干扰其他的位于相同位置的系统的工作，诸如在5GHz频带中执行重大任务的雷达系统。对于本领域的普通技术人员所显而易见的是，本发明能够容易扩展到其他频带，诸如2.4GHz，使用不同的物理层规范，诸如IEEE 802.11b物理规范。

图1表示应用本发明实施例的示意性网络。根据本发明的原理，提供了一种使BSS网络中的接入点(AP)(或IBSS网络中的STA)能够快速信道切换的方案，如图所示，以最小化信道切换等待时间并借此防止干扰其他处于相同位置的系统的操作，诸如执行重大任务功能的特别是位于5GHz频带中的雷达系统。应该注意，图1所示的网络是小的，这只是为了示意的目的。实际上，大多数网络将包括许多大量的移动STA。还应该注意到，尽管都参考BSS网络提供图1和以下的说明，但是本发明的原理可等同地应用于IBSS网络。

本发明通过允许AP响应于其他非相关用户的干扰而对于所有或一些与其BSS相关的站(STA)快速地开始信道切换或信道静噪来应用于无线局域网(WLAN)。例如，BSS₁的STA₃可以位于与相邻BSS₂相互重叠的区域内，因而经历来自相邻BSS₂中的STA₂的争用。替换地，STA₃可能经历来自附近非802.11兼容设备的干扰，而该设备属于其他的主用户，诸如卫星或雷达系统。为此，本发明对802.11MAC规范引入了变化，这将允许快速转变到新的频率信道或迅速静噪当前频率信道。这些变化将有助于满足欧洲无线电通信委员会(ERC)所规定的要求，并将增强5GHz频带或其他频带例如2.4GHz中802.11WLAN操作的性能。本领域的普通技术人员所应显而易见的是，本发明能够容易地扩展到其他频带，诸如2.4GHz，使用不同的物理层规范，诸如IEEE802.11b物理规范。

参考图2，图1所示WLAN内的AP和STA可以包括一个系统，其具有图2的方框图所示的结构。AP和STA可以包括显示器20、CPU22、发射机/接收机(TX/RX)24、输入设备26、存储器模块28、随机存取存储器(RAM)30、只读存储器(32)和公共总线40。尽管本说明可以参照在描述特定计算机系统时通常所使用的术语，但是本说明和概念等同地应用于其他处理系统，包括具有与图2所示的结构不类似的系统。发射机/接收机24被耦合到天线(未示出)，以发送期望的数据，并且其接收机将接收的信号转换为相应数字数据。CPU22在包含在ROM32中的操作系统的控制下工作，并通过使AP能够为一些或所有与其BSS相关的站(STA)提供新的信道或无线链路，使用RAM30在无线局域网(WLAN)内执行频率选择。

在描述根据本发明用于执行快速信道切换的各种实施例之前，将以对MAC层上信道切换通知元素进行修改为上下文来描述用于选择各种实施例的一种实现方式。一种实现本发明的各种“快速信道”切换实施例的方式是修改信道切换通知元素(CSAE)，这是一种类型的信息单元，其可能被包括作为管理帧的组成部分，以便在无线网络上提供服务。如本领域所熟知的，CSAE规定了新的频率信道和何时切换到该新信道，这定义在IEEE标准P802.11/D0.1，Draft Supplement toStandard for Telecommunications and Information ExchangeBetween Systems(电信和系统间信息交换标准的补充草案)中。

参考图3a，示出根据本发明修改的信道切换通知元素(CSAE)31的格式。修改的CSAE31表示为包含两个常规字段和一个附加字段，即，除了“单元ID”和“长度”字段之外的“切换模式”字段。常规字段包括：“信道切换(CHANNEL TO SWITCH)”字段，其指示将移动到的频率信道的数量。还示出了“信道切换计数”，其传统上指示在BSS的信道切换发生之前应该出现多少信标(包括当前信标帧)。但是，根据这里所述的实施例，“信道切换计数”有替换的表示方式，即，正如这里所述的“信道切换计数”，它以微秒表示递减计数时间，在该计数时间期满时，STA必须从工作的当前信道切换到通知的信道。附加字段为“切换模式”字段，它被示为一个单个八比特组，用于选择下面将描述的实施例之一。

图3b表示一种可能的实现方式，用于图3a的“切换模式”字节，其中单个八比特组的比特字段用于选择各种实施例。如所示的，比特字段零用于选择“快速”工作模式，比特字段1用于选择“静噪”工作模式，以及比特字段2用于选择“重复”工作模式。但是，应该理解，本发明并不限制于该特定的硬件或软件实现，而可以使用任何合适的技术来实现在这里公开的实施例的功能。

现在描述每个实施例。

在本发明的一个实施例中，描述“快速”工作模式，在这种模式中，在独立于信标间隔周期的“信道切换计数”时间期满时STA全部迅速地从当前(第一)信道切换到新(第二)信道。

继续参考图1，在STA诸如STA₄例如可能经历来自邻近非802.11兼容设备干扰的情况下，可能出现迅速切换信道的要求，其中该兼容设备属于其他的主用户，诸如卫星和雷达系统。为此，本发明对802.11-MAC规范引入一种修改，通过在以微秒规定的独立于信标间隔的时间周期中从当前信道转换到新信道，能够快速响应检测到的干扰。注意，根据本发明的信道切换克服了现有技术的约束，在现有技术中，切换必须在一定量的信标间隔周期上并且只在信标间隔的边界上发生。

现在描述对802.11-MAC规范的修改，允许从当前信道快速转换为新信道用于网络操作。

在工作时，在“快速”模式中，当检测到当前工作信道中的干扰时，AP利用对应于“快速”模式集合的“切换模式”比特字段(即，1)向网络中的STA广播CSAE31。当在STA上接收到CSAE31时，检测“快速”工作模式并将“信道切换计数”字段解释为递减计数时间(以微秒为单位)，这是在每个STA都递减计数的时间，以便从当前信道切换到广播的信道。信道切换计数时间从一定点起开始递减计数，在该点(参见点“A”)上在STA检测到携带有CSAE31的MPDU的结束。应该注意，根据本实施例的用于切换信道的递减计数时间独立于信标间隔周期。还应该注意，允许帧交换在当前信道中继续，直到“信道切换计数”时间期满为止。也就是说，当接收到CSAE31时不执行当前信道的静噪。相反地，在递减计数时间期满之后，才发生当前信道中的静噪。

在另一个实施例中，描述“静噪”工作模式，其与前一“快速”实施例存在两方面的不同。首先，在当前模式中，当接收到CSAE31时执行当前信道中的静噪。这两个实施例之间的第一点不同之处在于，在当前实施例中，没有等待静噪信道的递减计数时间；如下所述，实质上是立即完成静噪的。与前一实施例还不同的是，信道切换可能在几个信标间隔的周期上发生。即，实质上不是立即完成的，而前一实施例却是立即完成的。可能期望较长的信道切换时间，其理由包括：(1)扫描WLAN中所有工作控制信道以发现“最佳”控制信道，当找到具有好的接收质量的控制信道时，WLAN能够选择切换到该信道；以及(2)网络中的某些STA可能处于节电模式中，并因此不能被立即切换到新的信道。

在工作时，在“静噪”模式中，当检测到当前工作信道中的干扰(即来自主用户的干扰)时，AP利用对应于“静噪”模式集合的“切换模式”比特字段即图3b的比特1向网络中的STA广播CASE31。当在STA上接收到CSAE31时，检测“静噪”工作模式并且将“信道切换计数”字段解释为递减计数时间(以微秒或依赖于比特0的设置的信标间隔为单位)，这是在每个STA上都递减计数的时间，以便切换到新的信道。与上一实施例相反，递减计数时间可能为几个信标间隔的量级。此不同是因为本实施例主要涉及迅速静噪信道并允许在稍晚的时间发生信道切换的事实。

为了迅速静噪当前信道，在STA检测接收的CSAE31的结束。在与CSAE31结束的检测重合的时间点上，在当前信道中不允许任何新的帧交换序列。仅在信道切换计时时间已期满之后，才允许STA在广播的信道中开始发送其他的帧交换序列。换言之，在信道切换计数时间期满之后，只允许广播的信道中的进一步传输。而且，在BSS网络中，在发送任何Class(类别)2或Class3帧之前，STA应该等待以收听来自AP的信标或探测响应。

在另一个实施例中，描述“重复”工作模式。现在参考图1的网络描述该模式。“重复”模式是对上述“静噪”模式的增强，因为它考虑到一个或多个STA即STA₁可能听不到由源节点即AP₁广播的CSAE31以静噪该信道的这种可能性。当发生这种情况时，听不到AP₁广播的CSAE31的STA₁将继续在当前信道中发送MAC帧，从而击败了静噪该信道的目的。为了防止这些MAC帧传输被发送，听不到从源节点AP₁初始广播的CSAE31但也随后从STA₁继续接收MAC帧的任何其他的STA(即，STA₂，STA₃)被允许在通知的信道切换时间到期之前重新广播CSAE31一次。例如，假设STA₂和STA₃听到从源节点AP₁原始广播的CSAE31，则STA₂和STA₃都将试图重新广播该CSAE31。但是，在重新广播CSAE31之前，STA₂和STA₃都应该等待随机补偿间隔，如根据IEEE802.11标准所执行的。在该补偿时间期间，具有较短随机补偿间隔的STA例如STA₂将重新广播CSAE31，而其他STA例如STA₃在听到该重新广播时将暂停其传输。以这种方式，希望STA₁现在将听到从STA₂重新广播的CSAE31。

从上述的说明可以明显看出，本发明的有利之处在于：最小化在频带中与主用户的干扰，或者通过采用上述工作模式之一，即通过迅速静噪信道或通过迅速切换到一个新信道，完全消除了这种干扰。应注意，提供优选实施例的以上描述，以使得本领域的任何普通技术人员都能够作出或使用本发明。对这些实施例以及其他实施例的各种修改对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的，而无需创造性的能力。所以，本发明并不打算被限制于这里所示出的实施例，而是符合这里所公开的原理和新颖特征的最宽广范畴。