CN100481790C - 在用于实时通信的无线局域网中的非调度功率节约传送方法 - Google Patents

Abstract

移动站(106)经接入点(102)建立实时通信链路，用于传送语音或其他时间敏感数据。移动站的WLAN子系统(204)通常处于低功率状态。在启动通信链路后，移动站信号告知接入点将使用非调度功率节约传送模式(614)，以及接入点预留资源来确保必要的服务质量。移动站通过首先启动WLAN子系统(712)，获得WLAN信道(407)和传送轮询帧，启动帧事务。在成功接收轮询帧后，接入点准备以集合响应应答。集合响应通过传送集合缓冲器，包括预留和非预留数据缓冲器中的所有数据开始。在成功接收集合响应后，移动站使WLAN子系统重新处于低功率状态。

Description

在用于实时通信的无线局域网中的非调度功率节约传送方法

技术领域

本发明通常涉及无线局域网，以及更具体地说，涉及用于降低移动站的功耗同时从事时间敏感通信活动的功率节约方法。

背景技术

提供宽带无线接入的无线LAN(WLAN)系统近年来在普及方面经历惊人上升。尽管这些系统的主要应用在向运行数据应用，诸如例如电子邮件和网络浏览的便携式和移动设备提供网络连接性上，但在支持等时服务，诸如电话服务和流式视频有巨大和增长的兴趣。

无线系统设计者当考虑WLAN连接，诸如IEEE802.11规格所述的一种连接上的语音和其他时间敏感服务时面临的一个关键问题是手持设备的功耗。例如，与数字无绳或便携式设备相比，为移交竞争通话时间和待机时间，在语音呼叫期间的能量保存变得必要。几个组织已经建议经用于依赖于集中控制无竞争信道存取方案的系统的传输功率控制和物理层速率适配的功率高效操作。然而，这些方法实现起来很复杂以及不可以提供证明该复杂性有效所需的功率节约。

802.11标准定义能用来在不活动周期期间，实现手持设备中的功率管理的过程。特别地，提供三个不同的构件来支持功率节约：唤醒过程、睡眠过程和功率节约轮询(PS轮询)过程。移动客户机语音站(移动站)能以各种方式组合这些构件以便支持用于不同应用的功率管理。

唤醒过程：通常用两个用于移动站唤醒的原因，即传送未决数据或从服务移动站的固定站，称为接入点检索缓冲数据。传送数据的唤醒是直接操作，由移动站驱动。唤醒和接收数据的决定也由移动站在监视由其接入点传送的定期信标帧中的未决数据位后做出。只要移动站决定从睡眠模式转变到有效模式，其通过发送具有设置成有效的功率节约(PS)位的上行链路帧，通知接入点。在这一传送后，移动站保持有效，因此，此后，接入点能发送任何缓冲的下行链路帧。

睡眠过程：与唤醒过程类似，有效模式中的移动站需要通过设置成睡眠的PS位，完成成功的移动站启动的帧交换序列。在该帧交换序列后，接入点将所有下行链路帧缓冲到该移动站中。

PS-轮询过程：代替等待接入点传送缓冲的下行链路帧，功率节约移动站能通过PS-轮询帧，请求从其接入点立即传送。在接收该PS-轮询后，接入点能立即发送一个缓冲的下行链路帧(即时数据响应)或简单地发送应答消息，稍后通过数据帧响应(延迟数据响应)。对即时数据响应情形，移动站能在完成该帧交换后，保持睡眠状态，因为假定在从移动站接收PS-轮询后，接入点仅发送缓冲下行链路帧，则不需要移动站转变成有效状态。另一方面，对延迟数据响应情形，移动站必须转变成有效状态，直到从接入点接收到下行链路帧为止。

在图1中描述了简单企业WLAN系统的体系结构。现在参考图1，示出了典型的企业WLAN系统的块系统图概述100。包括基础设施接入网101，由接入点102和移动站，诸如数据站104和语音站106组成。移动站经WLAN无线链路108，连接到接入点。接入点经交换机114，有线连接到分布网络，分别包括语音和数据网关110，112。语音站运行IP语音(VoIP)应用，与表示语音呼叫的另一端，并将语音数据路由到语音网络116的语音网关建立对等连接。数据站可以经接入网连接到数据网关以及例如连接到广域网118。应当考虑数据业务量对语音质量的影响。假定语音和数据站采用基于优先竞争的质量的服务机制。

VoIP业务量特性产生特别适合于功率节约操作的WLAN上的语音应用。特别地，VoIP应用定期地生成语音帧，其中，帧间的到达间隔时间由为应用而选择的语音编码器而定。将语音帧封装在IP信息分组中的过程通常称为分组，通常假定每20毫秒发生一次。典型的VoIP会话包含VoIP帧的双向恒定比特率流，包括从手机到语音网关的上行链路流和相反方向中的下行链路流。

由于该站通常预先知道其语音应用的帧到达速率、延迟和带宽要求，因此，能预留资源和与接入点一致，建立用于其语音流的功率管理。移动站可以放弃功率节约模式，以及仍然处于有效模式中，总是等待下行链路语音传输。在这种情况下，当它们到达时，接入点可以传送下行链路语音。然而，如果要求功率节约，移动站可以采用上述功率节约构件，以便唤醒、与其接入点交换VoIP帧，以及回到睡眠。

在共享介质网络中，诸如图1所示的接入网，对仅要求尽力而为(best-effort)发送的业务量，诸如由能适应可用在网络中的带宽量以及不请求或要求最小吞吐量或延迟的应用生成的业务量按优先顺序排列VoIP业务量。优先仅允许系统最小化由延迟敏感的业务量所遭遇的延迟。在IEEE802.11e草案中已经规定提供优先访问，即增强分散式信道存取(EDCA)的基于竞争的信道存取方案，并适合于VoIP应用。其基于在802.11中定义的载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)机制。具有发送的语音帧的站在传送前，必须首先侦听信道的活动性。如果信道空闲至少规定的时间周期，称为判优帧间间隔(AIFS)，移动站能立即开始其传输。否则，移动站回退以及在等于AIFS周期加上零和竞争窗(CW)时间周期值间的均匀分布值的随机时间量内，等待信道空闲。CW进一步以最小竞争窗(CWmin)和最大竞争窗(CWmax)为界。EDCA通过调整竞争参数：AIFS、CWmin和CWmax，提供优化接入控制。通过对不同接入类别，选择不同值的AIFS、CWmin和CWmax，能调节和区分接入介质的优先级。通常，小的AIFS、CWmin和CWmax导致更高接入优先级。

移动站使用诸如下行链路语音帧的到达间隔时间的信息，以及功率节约机制来在两个连续语音帧间，使其自已处于睡眠是可能的。目前，存在在各种论文和WLAN相关说明书中所述的功率节约过程。

第一现有技术功率管理机制利用分组报头中的位。该位指定为功率管理(PM)位以便信号告知接入点该移动站的功率状态的变化。首先，在通过将上行链路语音帧中，将PS位设置成有效，使上行链路数据帧传送后，移动站从睡眠模式转变成有效模式，以便通知其功率状态的变化。已知将存在在接入点缓冲的一个相应的下行链路帧，因为上行链路和下行链路声码器共用相同语音帧持续时间，为下行链路传输，移动站继续处于有效模式。在接收上行链路传输后，然后，接入点将缓冲的下行链路帧发送到移动站。在最后一个下行链路帧中，接入点将“其他数据”位设置成假以便告知下行链路传输结束。最后，移动站需要通过设置成睡眠以便转变到睡眠模式的PS位，完成成功的站启动的帧交换序列。(例如，上行链路帧，或如果没有传送的上行链路数据帧，为空帧，以及设置成睡眠的PS位)。在下文的上下文中，基于PS位的机制在现有技术中称为LGCY6。

第二功率管理机制使用PS-轮询帧来请求下行链路帧。代替无限等待接入点传送下行链路数据，基于PS-轮询的机制利用PS-轮询帧来从接入点检索缓冲的下行链路帧。首先，在传送上行链路数据帧后，移动站转变为有效模式。然后，移动站发出上行链路传输。与基于PS位的机制类似，接入点设置其他数据字段以表示存在任何缓冲的下行链路传输。如果其他数据位为真，移动站将继续发送PS-轮询帧以便检索缓冲的下行链路帧。与基于PS位的机制不同，移动站能继续处于睡眠状态，因为接入点通过即时数据帧响应PS轮询。在下文的上下文中，基于PS轮询的机制在现有技术中称为LGCY5。

在使用当前的WLAN功率节约机制，支持功率高效VoIP操作中，存在两个问题。首先，基于PS位的机制有点低效，因为例如802.11标准当前仅为移动站提供一种方法来转变到睡眠模式，通过用设置成睡眠的PS，启动帧交换序列。因此，每个双向语音传输，需要额外的移动站启动帧交换，以便移动站信号告知功率状态转变。由于语音帧的有效载荷小(例如对20ms成帧和8Kbps声码器的语音应用，为20字节)，由额外的帧交换引起的开销能与移动站和接入点间的业务量的三分之一一样大。相当大的开销导致功耗和系统性能的低效。

第二个问题与服务质量有关。在基于PS轮询的机制中，由于移动站不知道缓冲下行链路帧的优先级，根据为数据业务量模式而不是语音业务量模式的尽力而为接入尝试，发送PS轮询帧。因此，下行链路语音传输实质上使用尽力而为优先级而不是更高语音优先级。当系统加载使用尽力而为优先级的数据业务量和语音业务量，以及移动站使用以与数据业务量相同的优先级传送的功率节约轮询帧，检索下行链路语音业务量时，该系统将不能防止语音业务量与拥挤的尽力而为传送系统有关的延迟。传统的功率节约方法还要求上行链路或轮询帧检索用于该下行链路的每个缓冲帧，或对指定上行链路帧，要求来自接入点的即时响应。提供特别服务质量的一种方法是使用以用于指定移动站的常规间隔的调度(scheduled)服务周期。功率节约传送的该调度模式称为自动功率节约传送(APSD)。该移动站以常规间隔唤醒以及侦听该信道。使接入点与服务周期同步，以及以调度时间传送数据。因此，移动站能在调度服务间隔间的周期期间，使WLAN子系统处于睡眠。然而，该方法限制了WLAN信道的灵活性，因为移动站不能偏离该调度。因此，已知现有技术的这些缺陷，在WLAN系统中，需要一种用于可靠功率管理协议，允许具有有效语音会话的移动站有效地进入和退出功率节约模式，而没有额外的开销并在存在更低优先级业务量的情况下，保持服务质量。

发明内容

根据本发明第一方面，提供一种在执行语音通信同时，由移动站执行无线局域网WLAN中的功率节约操作的方法，包括：在接入点准许预留业务流，包括在接入点建立预留缓冲器，用于缓冲对应于将被传送到移动站的预留业务流的数据；使移动站的WLAN子系统从低功率状态唤醒；在WLAN信道上，将轮询帧传送到接入点，轮询帧识别预留业务流并包括集合指示器；响应于传送轮询帧，在WLAN信道上，在移动站接收集合响应，其中，集合响应包括来自接入点的集合缓冲器的至少一帧数据，集合缓冲器用于缓冲用于移动站的非预留和预留数据，以及其中，接收集合响应继续直到集合缓冲器为空或服务时间周期届满为止；以及在接收集合响应时，使WLAN子系统处于低功率状态。

根据本发明第二方面，提供一种用于在执行语音通信同时，由移动站协助在无线局域网WLAN中的接入点的功率节约操作的方法，包括：在接入点准许预留业务流，包括在接入点建立预留缓冲器，用于缓冲对应于将被传送到移动站的预留业务流的数据，所述预留缓冲器和非预留缓冲器形成接入点的集合缓冲器，其中，在非预留缓冲器中缓冲非预留数据；在WLAN信道上，在接入点从移动站接收轮询帧，该轮询帧识别预留业务流；在集合缓冲器中校验将发送到移动站的缓冲数据；以及在WLAN信道上，将集合响应传送到移动站，集合响应由接入点传送，以及包括集合缓冲器中的数据，传送继续直到集合缓冲器为空为止或达到服务时间周期为止。

附图说明

图1表示可以支持WLAN事务的现有技术方法和根据本发明的方法的典型的企业WLAN系统的系统框图概述；

图2表示根据本发明，用在WLAN系统中的移动站的示意框图；

图3表示根据本发明，用在WLAN系统中的接入点的示意框图；

图4表示根据本发明，示例说明用于支持语音质量通信的WLAN系统中，移动站和接入点间的业务流的概述的流程图；

图5表示本发明使用的服务间隔和轮询计时器图；

图6表示根据本发明，示例说明移动站如何告知接入点有关由移动站使用的功率节约模式的状态转变图；

图7表示根据本发明，示例说明用于使用非调度功率节约传送模式，由移动站使用的过程的流程图；

图8表示根据本发明，移动站帧交换过程的流程图；

图9表示根据本发明，在接入点缓冲数据的方法的流程图；以及

图10表示根据本发明，用于在非调度功率节约传送模式中使用的，不在接入点缓冲数据的流程图。

具体实施方式

尽管该说明书以限定视为新颖的本发明的特征的权利要求书结束，应认为从结合附图，考虑下述描述，将更好理解本发明的，其中，今后包含相同的参考数字。

本发明通过在允许功率节约模式中的移动站从接入点检索帧，而不要求接入点立即响应轮询帧，不要求移动站对每一下行链路帧轮询接入点，以及不要求移动站传送帧来将转变到低功率模式告知接入点的无线局域网(WLAN)系统中，提供非调度功率节约传送(UPSD)模式操作，解决与现有技术有关的问题。此外，允许移动站接收数据的集合传送，包括用于预留流的数据和“尽力而为”数据，或非预留数据。当移动站使用当前UPSD功率节约模式时，首先与接入点建立资源预留，信号告知在功率节约操作期间，使用UPSD模式来从接入点检索数据的意图。该移动站通过从移动站发送到接入点的业务规格准许控制帧中的信息，向接入点表示使用UPSD模式的意图。在呼叫建立协商期间，接入点预留足够的资源来确保语音质量会话，以及通过稍后由移动站使用来触发状态转变成非调度功率节约传送模式的唯一业务流标识符，识别该流。替换地，移动站和接入点可以对整个存取类别，协商资源预留，表示由一个或多个单个的业务流组成的集合业务流。通过存取类别，表示与其他预留流存取类别相比，与预留流有关的业务的优先级。优先级部分地通过将用在存取类别的争用中的最小回退(backoff)周期确定。不管准许控制模块基于业务流还是存取类别进行确定，认为预留资源是准许业务流，以及同样地识别与预留业务流有关的所有数据。只要将使用本功率节约模式的意图告知接入点，移动站开始使WLAN子系统电路处于低功率模式，诸如通过关闭WLAN芯片组及相关电路。在优选实施例中，移动站根据服务间隔时间周期，操作WLAN子系统，同时参加WLAN语音会话。服务间隔限定为数据帧中包含的数据的实时持续时间。典型地，例如，用于语音业务量的服务间隔为约20毫秒。然而，实际上，服务周期间的实际时间由于诸如帧间的到达间隔时间和大的网络中固有的其他小的、波动延迟的因素，稍微偏离所定义的服务间隔。移动站通过唤醒WLAN子系统，启动与接入点的帧交换服务周期。即，WLAN子系统从低功率模式转变成完全有效模式，在此称为WLAN子系统的实际功率电平状态，而不是发送到接入点的帧中的功率节约信号位的状态。如果移动站语音处理器已经产生将传送的数据分组，WLAN子系统开始获得WLAN信道来通过轮询帧，向接入点传送数据，将轮询帧识别为属于预留业务流，或如果通过接入点，准许用于移动站的一个或多个，将其识别为预留业务流的一个。如果没有数据可用，WLAN子系统最好等待直到轮询窗定时器届满为止，此时，如果语音处理器还没有传送数据，WLAN子系统获得WLAN信道以及将空帧传送为轮询帧。在轮询帧中，根据本发明的另外的实施例，移动站可以控制接入点来传送集合响应，表示接入点将不仅将传送用于预留业务流的数据，而且将传送接入点可以为移动站缓冲的任何其他数据。在优选模式中，接入点将响应于接收轮询帧传送应答。此后，接入点将集合响应帧传送到移动站。如果接入点具有在对于预留业务流的预留的缓冲器中缓冲的数据，响应帧将包括那个数据。如果接入点具有其他数据，诸如用于非预留流的，接入点可以传送那个数据和预留流数据。如果接入点没有预留或非预留数据，将空帧传送到移动站，或者，轮询帧的接入点应答可以表示在用于移动站的接入点集合缓冲器中没有数据。如果接入点具有不止一个数据帧，那么接入点在响应帧的报头信息中表示这一信息。或者，接入点可以发送为移动站缓冲的任何类型的数据，而与数据的准许状态无关。移动站使WLAN子系统维持在有效模式中，直到从接入点接收到缓冲数据为止。在优选模式中，移动站通过传送应答，应答每一响应。只要在本服务周期中，从接入点接收到所有缓冲数据，移动站使WLAN子系统回到低功率模式中。

现在参考图2，示出了根据本发明，用在WLAN系统中的移动站的示意框图200。移动站包括用于处理语音信号，包括在数字和模式形式间变换信号的语音处理器202。语音处理器可操作地耦合到WLAN子系统204。WLAN子系统包含数据缓冲器和无线电硬件，以便经天线206，在无线射频链路上发送和接收信息。语音处理器将从WLAN子系统接收的数字语音和音频数据转换成模拟形式，以及在换能器，诸如扬声器208上播放它。语音处理器还从麦克风210接收模拟语音和音频信号，以及将它们转换成数字信号，其将被发送到WLAN子系统。最好，语音处理器还通过使用例如本领域所公知的矢量合激励线形预测编码技术，执行语音编码和解码。使用语音编码允许压缩语音数据。除语音处理外，移动站可以具有其他媒体处理器，抽象为方框212，其可以包括常规数据应用，诸如电子邮件。这些其他数据处理器经例如总线214，同样可操作地耦合到WLAN子系统。当数据到达WLAN子系统时，在WLAN缓冲器216中缓冲它，然后分组以便在IP网络上传输。将数据发送到WLAN子系统的每个处理器表示数据类型，以及格式化用于传输的数据，表示在帧中的数据类型。由控制器218控制所有数据处理器和WLAN子系统。控制器规定WLAN子系统的功率节约操作，当适当时，使其处于更低功率状态，以及当传送或接收数据时，启动它。

现在参考图3，示出了根据本发明，用在WLAN系统中的接入点的示意框图。WLAN收发器302执行经天线304，与接入点附近的移动站通信所需的射频操作。接入点经网关网络接口306，通常经硬布线316，诸如同轴电缆，连接到网络。在接入点处，从移动站接收的数据立即转发到网关，用于路由到适当的网络实体。根据至少三个分类的一个，可以处理从以移动站为目的地的网络，在接入点接收的数据。首先，移动站可以处于有效模式，在这种情况下，仅缓冲数据，直到能传送为止。在这种情况下，不再有必要将意图延迟传输到移动站，以及使用基于优先级的排队规则，通常传送该分类的用于移动站的数据。第二种移动站功率节约状态是处于是非预留或传统功率节约模式中的移动站。对该第二分类，缓冲器管理器308在经总线318，从网关306接收它后，缓冲非预留数据缓冲器310中的数据。非预留数据是不属于预留业务流的数据。当为其缓冲非预留数据的特定移动站向接入点传送非预留数据功率节约轮询帧或使移动站转变成有效状态的帧时，接入点将通过从非预留数据缓冲器，向轮询站传送非预留数据而响应。可以由移动站控制传送方式，其中，响应于特定轮询或触发帧，仅传送非预留数据，或按常规调度或达成协议的时间间隔传送它。接入点可以接收数据的第三种功率节约分类是使用根据本发明的本UPSD功率节约模式，以移动站为目的的预留数据。预留数据是属于预留业务流的数据。对该预留流数据，缓冲器管理器308在UPSD缓冲器，诸如预留缓冲器312中缓冲该数据。关于预留缓冲器，意指该缓冲器用于缓冲属于预留业务流的数据。尽管在此示为两个独立的物理缓冲器，本领域的技术人员将理解到可以使用各种缓冲技术来使预留和非预留数据分开，而不一定要求单独的物理缓冲器。此外，假定接入点将通过集合响应来响应该轮询帧，可以将非预留数据缓冲器和UPSD缓冲器视为集合缓冲器309。本发明的意图是当由移动站轮询接入点时，通过将所有总缓冲数据传送到移动站，清空该集合缓冲器(aggregate buffer)。

由于与预留业务流有关的数据是时间敏感的，接入点最好维持老化策略(aging policy)。在本发明的优选实施例中，老化策略对预留业务流，仅允许缓冲两帧数据。如果有当前缓冲的两帧，那么删除最早帧，以及缓冲新帧。控制器314监控缓冲器管理器308、网关306和收发器302的操作。该控制器还管理资源管理以及控制资源以便根据预留业务流需要，确保服务质量。控制器可操作地连接到存储器315，用来跟踪呼叫状态、移动站功率节约状态和其他参数。

现在参考图4，示出了示例说明在使用本发明的本UPSD模式，支持语音质量通信的WLAN系统中，移动站和接入点间的业务流的概述的流程图400。业务流包括预留业务流，表示移动站和接入点已经协商用于预留业务流的优先级和媒体时间以确保所需通信质量，其中，媒体时间表示每次接入点均分给业务流或存取类别的协商服务间隔的时间量。通过语音业务量，由于其实时发生，期望建立用于通信的预留业务流。执行在图4中所示的流程的系统可以通过根据在此的教导设计的控制软件，由使用与图1-3所示类似的结构和系统部件的系统执行。

移动站传输出现在底部流程线402上，而接入点传输出现在底部流程线404上。如所示，在此所示的事务前，移动站和接入点将确定预留业务流，表示接入点已经预留某些资源来维持业务流的语音质量。即，接入点将能以即时方式服务该流以便维持该流的实时效应。为防止WLAN语音系统中的过载情况，其中，太多高优先级用户使得系统难以满足服务质量需求，对某些服务，诸如实时语音和视频流型，应当要求准许控制。例如，在基于语音WLAN系统的体系结构中，移动站(例如语音用户)应当使用已知业务量规格，建立用于语音的双向业务流，以及接入点应当向移动站应答准许该流。通过准许该流，表示数据流将是具有唯一业务流标识符的预留业务流。预留业务流将具有优先级分类以及将分配最小信道存取时间量。在连接建立周期期间，通过使用业务量规格预留，由移动站隐含地建立UPSD功率节约机制。在包含用于预留业务流的数据的帧中，将包括唯一业务流标识符(TSID)。移动站能选择非功率节约操作、传输功率节约操作或当前的UPSD功率节约操作。在由接入点准许该业务流后，移动站使WLAN子系统处于低功率状态。

在使WLAN子系统处于低功率模式后，移动站最好维持服务间隔定时器以便维持该流的实时操作。最好，在服务间隔开始时，移动站激活WLAN子系统，诸如在时间406。在此之后，在时间周期407期间，移动站开始争用WLAN信道。移动站通过传送轮询帧408，激活该交换。轮询帧可以是语音帧，在优选实施例中，其包含唯一业务流标识符，以及如果移动站的用户当前正在交谈，为语音数据帧，或如果没有当前传送的语音数据，轮询帧将是空帧。轮询帧将识别预留业务流和表示UPSD功率节约模式。轮询帧也可以包括信令以表示接入点使用集合响应方法的愿望，以便可以接收预留和非预留数据。另外，集合响应可以是缺省响应模式。

在优选实施例中，根据IEEE802.11规格，在接入点接收轮询帧后，在短的帧间间隔时间周期412内，传送应答410，其为调度事件。响应于接收轮询帧，接入点将至少一个响应帧416传送到移动站，假定接入点具有用于该移动站的集合缓冲数据。假定在集合缓冲器中，具有非预留数据和预留数据，将传送至少第二响应帧418。接入点将继续传送响应帧，直到集合缓冲器为空为止，或者服务周期时间届满。每个响应帧包括上行链路服务周期结束(EUSP)位，诸如MORE_DATA位，以表示是否有来自接入点的其他数据，或本响应帧是否是用于该服务周期的最后一个响应帧。期望如果接入点当前正服务用于其他移动站的多个预留业务流，接入点可以不完全清空非预留数据的集合缓冲器，以及传送非预留数据会防碍传送预留业务量。

当接入点必须结束参与用于另一移动站的另一流时，接收轮询帧和传送响应帧之间的时间周期能改变。在优选实施例中，通常在应答和响应帧间，存在周转帧间间隔时间周期414。接入点将尽可能快地获得WLAN信道以及传送响应帧或多个响应帧。然而，关于任何预定调度，不发送响应帧。即，移动站保持有效以便在不定时间周期内，接收响应窗。当然，能观察合理的最大时间周期以防止移动站等待响应帧太久或保持有效太久。万一发生最大周期，移动站能采取适当操作，诸如在该服务周期期间，第二次轮询接入点以便校验功率节约缓冲器的状态以及检索等待传送的任何帧。响应帧当包含预留数据时，能识别预留业务流。如果接入点在与预留业务流有关的预留缓冲器中具有数据，接入点将从缓冲器传送数据帧。如果在集合缓冲器中没有数据，接入点将传送空帧。替换地，如果集合缓冲器为空，那么应答410可以表示其。在响应帧中，将存在信令信息，诸如指定来表示本服务周期结束的EUSP位，因为没有传送的其他数据，或因为达到最大服务周期时间这可能发生。在优选实施例中，可以将MORE_DATA位用作EUSP位。如果在响应帧中，清空MORE_DATA位，表示由于成功传送集合缓冲器中的用于该移动站的所有缓冲帧，结束UPSD服务周期，或由于时间考虑，结束该服务周期。如果接入点传送响应帧中的空帧，接入点也可以使用MORE_DATA位来表示没有更多数据或信号告知本服务周期已过。如果预留缓冲器仅具有缓冲的一帧数据，将传送那帧数据，同样地，如果集合缓冲器为空，设置MORE_DATA位来表示没有其他数据，否则也将集合缓冲器中的非预留数据传送到移动站。响应于接收响应帧，在优选实施例中，移动站在短的帧间间隔时间周期418内传送应答420。如果响应帧表示结束当前服务周期，那么，移动站在时间422接收该响应帧后，使WLAN子系统处于低功率状态。

现在参考图5，示出了与本发明一起使用的服务间隔和轮询定时器图500。由于移动站使WLAN子系统处于低功率状态，WLAN子系统不能从接入点接收信号。因此，为确保某些媒体流，诸如语音和视频所需的实时质量，移动站必须保持调度。根据为等于在所考虑的业务流中的数据帧的实时持续时间的时间周期的服务间隔502完成调度。在优选实施例中，对要求通话质量的实时语音应用，服务间隔为约20毫秒，但可以随应用和其他参数，诸如声码器速率改变。即，一帧数据分组含约20毫秒的语音数据，以及每20毫秒产生新帧。

移动站的控制器在服务间隔503开始时，启动WLAN子系统。同时，启动窗口定时器来计时轮询窗时间周期504。如果在启动WLAN子系统后，存在与待传送的本预留业务流有关的数据，WLAN子系统将立即开始争用WLAN信道来传送包括该数据的轮询帧。然而，如果在启动WLAN子系统时，没有当前可用的数据，当窗口定时器进行时，WLAN子系统等待。如果在窗口时间周期届满时(506)，语音处理器将数据帧传送到与预留业务流有关的WLAN子系统，WLAN子系统立即开始争用WLAN信道来传送轮询帧中的数据。然而，如果在506，在窗口时间周期届满时，没有数据到达，WLAN子系统争用WLAN信道以及将空帧传送为轮询帧。将意识到窗口定时器将具有显著地短于服务间隔时间周期的持续时间。

为确保准许或预留业务量的优先级，基于所发送的数据的优先级，修改由移动站使用的争用方案。通常，通过确定LAN信道媒介是空闲还是忙，执行WLAN系统中的争用。如果媒介空闲，那么在信道上目前没有业务量。如果媒介为忙，站目前正在传送。存在站可以确定媒介为空闲还是忙的各种方法，诸如例如信道载波检测，或能量检测。对载波检测，WLAN设备将其接收机调谐到载波频率以及“侦听”载波。载波的存在表示该信道目前正在使用。类似地，如果信道中的能量超出预选择的阈值，那么将媒介视为正在由另一站使用。当信道为忙时，WLAN设备在时间范围内等待伪随机时间周期，并再试。这称为“回退”。在回退时间周期结束时，WLAN设备再次检测信道载波频率直到WLAN设备发现该信道对载波空闲达简短的、预选择的时间周期为止。在发现信道可用时，WLAN设备可以开始传送数据。

存在各种方法，其中当WLAN设备重复地发现被占用的信道时，其降低回退和等待的时间范围。在优选实施例中，其中，向实时应用提供优先级，用在争用中的回退时间周期范围初始地短于用在非预留数据业务流争用中的时间周期范围。通过将更短回退周期用于预留业务流，这些流通常将在非优先级业务量前，获得该信道。

在移动站传送轮询帧后的本发明的UPSD功率节约模式中，移动站保持苏醒，直到接入点传送响应帧为止。根据任何特定调度，不传送响应帧。相反，接入点结束目前从事的任何其他事务，如果有的话，然后，向移动站传送响应帧或多个响应帧。接入点在接收轮询帧后，尽可能快地服务移动站，但不是作为调度响应，或以预定时间间隔。这种非调度功率节约模式操作的一个好处在于移动站不必传送帧来向接入点表示该移动站正在转变成低功率模式-假定由于存在TSID。在现有技术功率节约模式中，诸如LGCY5和LGCY6，移动站在使WLAN子系统再次处于低功率状态前，通常必须进行三次传输来完成与接入点的事务或服务周期。使用本发明的非调度功率节约模式，移动站在从接入点接收响应帧后，传送轮询帧，最好为应答帧。在传送轮询帧中，移动站提供TSID来表示使用UPSD模式操作。当使用TSID时，接入点将总是响应轮询帧，以及当接入点不响应轮询帧时，在该时间期间，将移动站视为正处于低功率模式。因此，接入点不将移动站视为完全有效状态，除非移动站通过转变成有效模式，明确请求退出UPSD功率节约模式，或通过修改其资源预留来禁止UPSD或终止预留业务流，完全地退出UPSD模式。

现在参考图6，示出了状态转变图600，示例说明移动站如何告知接入点有关由移动站使用的功率节约模式。主要存在三种状态：功率节约602，有效604和UPSD605。从有效状态，为转变到睡眠状态，移动站向接入点传送帧606。帧包括报头608和可以包含数据或可以为空有效载荷的有效载荷610。在报头内，为用来表示功率节约状态的位。根据本发明，存在类型位614，用于表示当前帧的帧类型，诸如数据帧、应答帧的空帧。报头可以包括业务量规格标识符613，用于识别该帧所属的特定预留业务流。当移动站正在与接入点交易预留业务流时，将使用TSID。在优选实施例中，报头还包括传统功率节约模式位612，表示使用作为本功率节约模式的替换方案的传统功率节约模式，诸如图4B和4C中所示。设置这些位的任何一个向接入点表示移动站正在使用相应的功率节约模式。清空这些位表示移动站处于有效状态。在传统的功率节约模式中，诸如LGCY5或LGCY6，每次与接入点交易时，移动站必须从功率节约状态转变到唤醒状态。以及当结束与用于指定周期的事务时，必须向接入点表示它正在从有效状态转变成功率节约状态。然而，根据本发明，使用UPSD功率节约模式允许移动站在不必告知移动站的明确状态变化的情况下，与接入点交易。只要在报头中存在TSID，传统功率管理位的状态与从接入点接收TSID业务量无关。

现在参考图7，示出了根据本发明，示例说明用于使用非调度功率节约传送模式，由移动站使用的过程的流程图700。在方法开始时(702)，启动移动站和接入点并准备通信。接着，需要建立呼叫(704)。该呼叫本质是与保证资源的数据会话，以确保在数据会话未决期间包含的信息的实时完整性。可以通过移动站或通过接入点启动呼叫，如本领域所公知的。移动站和接入点协商与呼叫有关的将使用的服务质量，以及在协商期间，移动站表示使用UPSD模式。在设置呼叫中，接入点准许呼叫业务流为预留业务流。只要建立呼叫，移动站启动定时机制，诸如服务间隔中断和轮询窗定时器(706)，如这里参考图5所述。在准许预留业务流和告知接入点该移动站将使用UPSD功率节约模式之后，移动站使WLAN子系统处于低功率状态(708)。低功率状态降低WLAN子系统的功耗人，但也使收发器不起作用。使用低功率模式通常称为使系统处于“睡眠”模式。睡眠模式通过断开系统的某些部件的电源来实现。

只要WLAN子系统处于低功率模式，移动站等待直到与来自语音处理器，或其他实时媒体处理器的预留业务流有关的数据帧到来，或出现服务间隔事件，诸如中断(710)为止。当与预留业务流有关的新数据到来，或服务间隔事件发生时，移动站将电源切换到WLAN子系统上(712)。接着，移动站通过启动帧交换过程，例如通过调用完成服务周期的软件子例程，开始与接入点的帧交换(714)。根据参考图4所述的过程，执行帧交换。只要帧交换结束，移动站校验来查看呼叫是否结束(716)。如果呼叫继续，那么过程返回到设置服务间隔中断(706)。如果呼叫结束，那么停止呼叫以及在接入点释放资源(718)，结束该过程(720)。

现在参考图8，示出了根据本发明，移动站帧交换过程714的流程图。在开始时800，移动站校验以查看是否存在来自语音或其他实时媒体处理器的预留业务流未决的数据。如果没有，那么当轮询窗定时器计时轮询窗时，移动站等待。移动站在该时间期间，还争用WLAN信道。只要获得信道，移动站传送轮询帧(802)。如果数据未决或在未决窗口定时器期间，数据到来，轮询帧将包含数据，否则，轮询帧将是空帧。轮询帧识别预留业务流和UPSD模式。最好由其TSID识别预留业务流，以及业务流标识符的存在向接入点表示移动站正在使用UPSD功率节约模式。在本发明的一个实施例中，来自接入点的集合响应为缺省模式，但也可以选择集合响应模式(aggregate response)，以及在轮询帧中，可以表示接收集合响应的愿望。

在优选模式中，接入点传送由移动站接收的应答(803)。如果未接收到应答(804)，移动站可以通过等待回退，然后重传轮询帧。在传送轮询帧后，以及在优选模式中，接收应答，然后，移动站等待接入点响应。假定接入点应答故障，由于该响应是不调度的，等待时间可用，尽管移动站在承担错误过程前，可以具有等待的预选择最大时间周期。然而，假定正常操作，接入点将传送将由移动站接收的集合响应帧(806)。在从集合缓冲器传送数据中，在集合响应中，在非预留数据前，可以首先传送轮询帧中，属于由移动站使用的TSID识别的业务流的数据。同样，在优选模式中，移动站将传送应答以确保接入点成功传送。在接收响应帧时，移动站校验EUSP位以查看UPSD服务周期是否结束。在优选实施例中，当其他数据来自接入点时(808)，以及当其设置为表示服务周期正在继续直到接收到至少一个其他响应帧为止时，MORE_DATA位可以用来发信号。如果MORE_DATA位表示后续帧正在到来，那么移动站保持有效以便如对第一响应帧一样接收它们。期望后续响应帧可以包含用于正在由移动站使用的不同预留业务流，或用于当前预留的业务流的数据。只要接收到表示没有其他数据来自接入点的响应帧，该过程结束(810)以及移动站使WLAN子系统处于低功率模式。

现在参考图9，示出了根据本发明，在接入点缓冲数据的方法的流程图。在方法的开始时(902)，接入点已经准许用于建立与移动站的呼叫的预留业务流。数据分组来自在为该移动站指定的接入点处的网络。当数据分组到来时，接入点校验以查看该数据分组是否指定用于目前处于功率节约模式的移动站(904)。如果为该到来分组指定的移动站目前不处于功率节约模式，接入点将该分组传送到移动站(906)。如果该移动站目前处于功率节约模式，那么接入点必须确定该移动站正使用传统的功率节约模式还是当前非调度功率节约传送模式(908)。如果该移动站正使用传统的功率节约模式，那么接入点在非预留缓冲器中缓冲该分组(910)以及在例如由接入点传送的定期信标帧中，将信号告知该移动站有关其缓冲器的状态。如果该分组与用于使用UPSD模式的移动站的准许有关，那么将该分组存储在UPSD预留缓冲器中(912)。在优选实施例中，接入点将老化策略应用于UPSD缓冲器，其中，在该缓冲器中，仅保留最近两个接收的分组。如果新分组到来以及在UPSD缓冲器中已经有两个，那么删除较早缓冲的分组以及缓冲该新分组。

现在参考图10，示出了根据本发明，用于在接入点处，不缓冲用于非调度功率节约传送模式1000中的数据的方法的流程图。在该方法开始时(1002)，接入点已经准许用于建立与移动站的呼叫的预留业务流。当接入点从使用UPSD的移动站接收轮询帧(1004)时，该方法继续。在本发明的一个替代实施例中，其中，由移动站选择集合响应，以及非缺省响应模式，接入点校验轮询帧中的集合响应信令位(1005)以便查看移动站是否已经选择集合响应模式。如果集合响应模式是可选的，以及移动站还未选择集合响应模式，接入点响应于轮询帧，校验与在由移动站传送的轮询帧的TSID字段中表示的预留业务流有关的缓冲器(1006)。如果在UPSD缓冲器中没有数据，那么接入点获得WLAN信道以及传送表示没有其他数据的空帧(1008)。如果在UPSD缓冲器中有数据，那么接入点准备用于传送的数据。当仅剩余一帧数据时，接入点设置EUSP位，或者清空MORE_DATA位以表示在当前响应帧后没有其他数据，获得WLAN信道，以及传送响应帧。如果有待传送的其他数据，清除EUSP位，或者设置MORE_DATA位来表示其。然后，由接入点获得WLAN信道，以及将集合响应帧传送到移动站(1016)。

如果缺省模式是集合响应传送，或者如果移动站已经选择轮询帧的集合信令位中的集合响应模式，那么接入点校验来查看集合缓冲器是否具有数据(1018)。如果集合缓冲器为空，表示没有用于移动站的预留或非预留数据，那么通过接入点发送具有表示没有数据的EUSP或MORE_DATA位的空帧，或响应于轮询帧，在应答帧中可以等效地表示缺少数据，服务结束1028。假定在集合缓冲器中存在数据，接入点检索数据帧(1020)以及校验以查看数据的当前帧是否将是最后一帧(1022)。如果当前帧将不是最后一帧，传送该帧，而不将其表示为最后一帧(1026)。如果在当前服务周期期间，1020，1022中的当前帧是待传送的最后一帧，那么接入点在该帧中表示并传送该帧(1024)。

因此，本发明提供在执行语音或其他实时通信同时，由移动站，在无线局域网(WLAN)中，执行功率节约操作的方法。该方法通过在接入点，准许预留业务流开始，包括在接入点处建立UPSD或预留缓冲器，其用于缓冲对应于在呼叫过程期间，将传送到移动站的该预留业务流的数据。接入点还具有用于尽力而为或非预留数据的缓冲器，以及这两个缓冲器共同形成集合缓冲器。只要建立呼叫，移动站的WLAN子系统处于低功率状态中。随后，通过将移动站的WLAN子系统从低功率状态唤醒以便向接入点传送数据，如果有待传送的任何数据的话，该方法开始。只要启动WLAN子系统，通过获得移动站和接入点间的WLAN信道，以及在WLAN信道上，将轮询帧传送到接入点，轮询帧识别预留业务流，该方法开始。最好通过公知争用协议，包括载波检测，执行获得WLAN信道。如果没有数据到达移动站的WLAN子系统，该轮询帧为空帧，否则包括来自该呼叫的数据。响应于传送轮询帧，移动站开始在WLAN信道上，在移动站接收集合响应。集合响应由接入点传送以及可以包括预留和非预留数据，以及继续直到集合缓冲器为空为止或直到服务周期时间间隔结束为止。只要接收到集合响应，移动站开始将WLAN子系统设置成低功率状态。应注意到尽管响应轮询帧，发送集合响应，但集合响应不一定立即开始传送。在传送集合响应前，接入点可以具有要求服务的其他事务，因此，以非调度方式传送集合响应。在优选模式中，轮询帧和响应帧均在指定时间，诸如例如由IEEE802.11所指定的短帧间间隔内，通过应答，由各自的接收机应答。此外，通过在轮询帧中，表示使用集合响应模式的愿望，可选择集合响应。接收集合响应可以包括接收具有EUSP位清零的响应帧的报头，或者替换地随后将传送设置成表示第二响应帧的MORE_DATA位，以及其中，该方法进一步包括在移动站接收第二响应帧。该移动站可以响应于存在从移动站的语音或其他实时媒体过程接收的数据，或响应服务间隔中断而唤醒。在出现服务间隔事件时，例如，在服务间隔开始时，移动站开始运行具有短于服务间隔的持续时间的窗口定时器。如果窗口定时器超时以及仍然没有数据，那么移动站开始传送空帧。将服务间隔选择为由数据帧表示的实时持续时间。

尽管示例说明和描述了本发明的优选实施例，本发明不限于此是很清楚的。在不背离如由附加权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员将联想到许多改进、改变、变化和替代以及等效。

Claims (10)

1.一种在执行语音通信同时，由移动站执行无线局域网WLAN中的功率节约操作的方法，包括：

在接入点准许预留业务流，包括在接入点建立预留缓冲器，用于缓冲对应于将被传送到移动站的预留业务流的数据；

使移动站的WLAN子系统从低功率状态唤醒；

在WLAN信道上，将轮询帧传送到接入点，轮询帧识别预留业务流并包括集合指示器；

响应于传送轮询帧，在WLAN信道上，在移动站接收集合响应，其中，集合响应包括来自接入点的集合缓冲器的至少一帧数据，集合缓冲器用于缓冲用于移动站的非预留和预留数据，以及其中，接收集合响应继续直到集合缓冲器为空或服务时间周期届满为止；以及

在接收集合响应时，使WLAN子系统处于低功率状态。

2.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，其中，响应于轮询帧中的集合位，传送集合响应。

3.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，进一步包括响应于传送轮询帧，在WLAN信道上，在移动站从接入点接收应答帧。

4.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，进一步包括响应于接收至少一个响应帧，在WLAN信道上，将应答帧从移动站传送到接入点。

5.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，其中：

接收集合响应包括接收具有设置成表示随后将传送第二响应帧的MORE__DATA位的集合响应的第一帧的报头；

该方法进一步包括在移动站接收第二响应帧。

6.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，其中，传送轮询帧包括传送空帧。

7.如权利要求6所述的执行功率节约操作的方法，其中，在开始服务间隔时启动的窗口定时器届满后，执行传送空帧，服务间隔定义语音帧的实时持续时间，窗口定时器具有小于服务间隔的持续时间。

8.如权利要求1所述的执行功率节约操作的方法，进一步包括在唤醒WLAN子系统后，通过争用WLAN信道来执行获得WLAN信道。

9.如权利要求8所述的执行功率节约操作的方法，其中，通过载波检测执行争用WLAN信道。

10.一种用于在执行语音通信同时，由移动站协助在无线局域网WLAN中的接入点的功率节约操作的方法，包括：

在接入点准许预留业务流，包括在接入点建立预留缓冲器，用于缓冲对应于将被传送到移动站的预留业务流的数据，所述预留缓冲器和非预留缓冲器形成接入点的集合缓冲器，其中，在非预留缓冲器中缓冲非预留数据；

在WLAN信道上，在接入点从移动站接收轮询帧，该轮询帧识别预留业务流；

在集合缓冲器中校验将发送到移动站的缓冲数据；以及

在WLAN信道上，将集合响应传送到移动站，集合响应由接入点传送，以及包括集合缓冲器中的数据，传送继续直到集合缓冲器为空为止或达到服务时间周期为止。

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