用于无线网络中的关联和重新关联的布置 【技术领域】
本公开涉及无线网络。更确切地来说， 本公开涉及无线网络中装置之间的关联和 重新关联。背景技术
在典型的无线网络中， 许多装置能够彼此通信。为了促进多方或多个装置之间的 通信， 必须管理通信。因此， 每个网络通常具有例如接入点、 微微网控制器 (PNC) 的通信控 制器或充当控制器并管理网络通信的站。每个站 ( 例如个人计算机 ) 能够与控制器关联并 由此与网络关联， 连接到网络并获得对连接到网络的资源的访问权。站和网络控制器通常 利用网络接口卡 (NIC) 来进行关联并与网络通信。为了增加系统效率， 一些无线网络利用 全向传送来关联以及将定向传送用于数据中的事务。
按电气和电子工程师协会 ((IEEE))802.11b 和 g 规范所定义的， 许多无线网络利 用 2.4GHz 的频率来通信。其他无线网络按 IEEE802.11a 规范所定义的利用 5GHz 的频率进 行通信。IEEE 802.11a 和 b 于 1999 年发布， 而 IEEE 802.11g 于 2003 年发布。符合 IEEE 802.11b 标准的站可以通常称为或出售 (market) 为无线保真 (Wi-Fi) 兼容装置。 正在定义 新无线网络以在毫米波频率 ( 例如 60GHz 频带 ) 中操作。定向通信对于实现可接受的性能 是重要的， 且在一些情况中是所要求的。
正如上文陈述的， 全向传送和定向传送为无线网络所共同利用。全向传送一般提 供传统辐射图， 其中信号能量均匀地在球面性质中传播或均匀地在三个方向中传播。定向 传送能够将信号能量集中在特定方向中。更确切地来说， 定向传送能够更具效率地操作， 因为更多能量能够在接收器的方向中发送， 而较少能量在其中不期望接收信号的方向中发 送。
同样地， 接收器能够将其接收灵敏度集中在特定方向中。因此， 传送器能够将 RF 能量集中在接收器的方向中， 而接收器将接收灵敏度集中在特定方向中以减轻干扰和增加 通信效率。定向传送系统能够提供优于全向系统的改进性能。例如， 定向系统能够利用显 著更高的数据速率。但是， 此类系统可能比传统的全向传送系统更为复杂且更为昂贵。定 向天线能够因为更窄的波束宽度而具有远高于全向天线的增益， 其将 RF 功率集中于接收 系统且在其中没有接收装置的方向中不浪费 RF 功率。
技术现状的毫米波网络通信系统通常在关联过程期间利用低数据速率准全向传 送。装置之间的关联过程能够利用按 1980 年发布的开放系统互连 (OSI) 规范所定义的物 理层协议来完成。物理层传送模式是 OSI 模型中的最低层， 并且物理层能够被装置利用来 设立并管理通信。物理层主要指定通过物理传输媒体的原始位流的传送。此类位流能够被 站利用来识别兼容网络的存在并与该网络关联。
例如蜂窝电话和电器的装置引起的干扰常常导致连网装置之间的通信链路掉线 (drop)。掉线的通信链路还由于站的移动或障碍物的移动所致。如上文陈述的， 许多网络 利用定向传送， 并且虽然这些网络通信链路能比全向链路更具效率， 但是这些链路能由于站的移动性和产生干扰的不断变化的因素而是脆弱的。 此类因素常常能导致频繁且非期望 的站或网络断开。
以低功率在千兆赫兹范围 ( 例如以 60GHz) 中操作的网络系统通常比在更低频率 操作的系统更易受通信链路掉线的影响。 这种增加的易受影响性一般是由于无线电波在空 气中的固有传播特性所致， 因为较高的频率遇到较高的氧吸收率和增加的衰减。这种衰减 可能由于物理障碍物所致， 尤其是传送器与接收器之间的金属障碍物。大多数链路掉线或 断开要求装置开始重新关联过程。此类重新关联过程花费相对较长时间， 从而减慢了所有 网络通信。此类重新关联过程还显著增加网络开销， 其中资源没有正在以期望的高速率来 交换数据。
因此， 具有不断掉线的许多站的网络控制器将必须在频繁的基础上与站重新关 联。这种过程可能要求控制器花去大量时间和开销来管理和配置通信， 其中此类时间本应 更好地花在传送和接收数据上。当站不断地必须与控制器重新关联时， 相比花在实际数据 传输上的时间， 更多时间能花在辅助功能上以管理网络基础设施， 而其中数据传输才是网 络的最终目标。因此， 网络通信管理较不完善。 附图说明
当阅读以下详细描述并参考附图时， 本公开的方面将变得明显， 在附图中， 相似的 标记可指示相似的要素。
图 1 是能够执行定向和全向通信的网络的框图 ；
图 2 是示出用于站关联过程的可能时序配置的时序图 ；
图 3 是示出用于站关联过程的另一个可能时序配置的另一个时序图 ； 以及
图 4 是示出用于在系统中实现站关联的方法的流程图。 具体实施方式
下文是对附图中示出的本公开的实施例的详细描述。本文公开能够提供无线网 络中站与网络通信控制器 (NCC) 之间的高效关联和重新关联的系统、 设备和方法的布置。 此类布置能够用于创建无线局域网 (WLAN)、 无线个域网 (WPAN) 或仅通用地创建无线网络 (WN)。本文公开的一些实施例针对传送具有毫米范围中波长的无线电波的通信系统。此类 网络类型的通信系统能够以六十 (60) 千兆赫兹范围附近的频率来操作。
根据本公开， 站和网络控制器在关联过程期间利用在较低数据速率的全向传送 ( 即全向模式 ) 耗用的时间量能够被显著地减少。 在一些实施例中， 能够在定向模式中执行 关联过程的相当大部分。因此， 关联期间全向模式的使用能限于关联和重新关联所要求的 最小必需信息， 而能够在定向模式中执行关联和重新关联过程的大部分。传送模式中的此 类转移允许所公开的布置能够比传统系统耗用更少的发射时间 (air time) 和更少带宽以 及更快的关联时间。
所公开的实施例一般能够被描述为减少花在全向传送阶段中通信的时间而增加 关联过程期间花在定向高速传送阶段中的时间的关联通信。一般， 全向传送模式能够以每 秒一 (1) 兆位来传送数据， 而定向传送模式能够在每秒 952 兆位来传送数据。因此， 传统上 已在全向传送中利用低数据速率来传送的关联过程中利用的所有或大多数数据现在能够在高速定向模式中传递。
所公开的关联布置能够以全向数据速率在网络控制器与站之间交换最少量的信 息， 然后改变到定向高速通信模式用于平衡关联过程的。因此， 关联过程的几乎全部能够 在较高通信速度来进行， 执行关联过程和重新关联过程所要求的时间间隔能够被大大地减 少。数据速率和传送模式中此类早期转移能够对 WN 的实体允许远远更快的关联时间和重 新关联时间。
典型 WN 利用全向模式中的全向传送和定向模式中的定向传送来满足基本设计要 求或通信链路 “预算” 。 典型的网络利用全向模式和非常低的数据传送速率， 约为几个 Mbps， 在关联过程全向模式中提供所有方向中的覆盖以及补偿由于天线增益而引起的能量丢失。 因此， 在现有千兆赫兹通信中， 全向传送和低数据速率用于帧的管理和控制以及用于关联 和重新关联。
在现有系统中， 全向模式用于通信设立和装置关联， 而保留定向高数据速率模式 用于数据传输。 因此， 在传统系统中， 定向模式能够在站与控制器关联并且站准备执行数据 传输之后开始。
根据本公开， 在站和网络通信控制器 (NCC) 经由全向通信模式接收到足够数据以 识别彼此和识别相对方向之后， NCC 和站能够转换到定向传送模式并利用远远更高的数据 速率来实现通信。定向模式中的此类更高数据速率能够约为几个千兆位每秒 (Gbps) 以及 此类更高的数据速率之所以可能是因为定向链路得益于更高的天线增益以及减少的干扰。 参考下表 1， 示出传统关联过程的不同参数或阶段以及对于传统关联过程的参数 和阶段的要求。根据本文的教导， 定向通信能够用于关联过程的至少大部分。在一些实施 例中， 下文描述的阶段和参数的超过一半能够利用定向模式来执行， 从而减少关联时间并 增加网络效率和性能。
表 1 关联参数间隔
名称 定向前同步码 定向 PHY 和 MAC 报头 定向位速率 ( 基准 ) 全向前同步码 全向有效负载位速率 完整的关联有效负载大小 最小关联有效负载大小值 1.6usec 0.9usec 0.952Gbps 50usec 1Mbps 22 字节 12 字节6101965743 A CN 101965744说明书14 字节 92 字节4/11 页取消关联有效负载大小 MAC 报头大小
能够领会， 符合用于千兆赫兹无线系统的当前关联协议标准的传统系统就频谱使 用率而言是非常低效的。相比之下， 一些公开的实施例在关联过程中一旦在经济上可行时 就波束形成并利用更高的数据速率。这种早期转移能够显著地改进总的网络性能。
在欧洲计算机制造商协会 (ECMA) 规范和 IEEE 802.15.3 规范中， 将 NCC 与站之间 的关联过程指定为几乎排他性地利用全向传送模式来执行。 典型的关联过程可以由在低数 据速率的来自站的关联请求和来自 NCC 的响应消息所组成。此传统关联过程能创建显著大 量的处理开销和时间延迟， 而这些根据本文的教导能够大大避免。
NCC 管理的通信信道由于来自蜂窝电话、 微波炉、 站移动性、 环境移动性等而常常 掉线， 并且传统系统中要求的不断重新关联一般导致显著的并发问题， 例如相对较大的通 信延迟。能领会， 由于信道掉线所致的此类非期望延迟的主要因素是重新关联装置所要求 的时间。关联和重新关联过程所耗用的时间和资源能是很大的， 因为传统关联过程利用传 统的全向低数据速率传送。 参考图 1， 示出基本的 WN 配置 100。WN 100 能够是符合 IEEE 802 标准集中一个或 多个标准的 WLAN 或 WPAN。WN 100 能够包括能够连接到一个或多个网络 ( 例如因特网 102) 的 NCC 104。在一些实施例中， NCC 104 能够是微微网控制器 (PNC)。微微网可定义为占用 共享物理信道的站的汇集。站之一能够被设立为 NCC 104， 而其余的站随后能够经由 NCC 104 提供的控制功能而 “连接” 到 WN 100。NCC104 能够提供集中式同步， 并且还管理服务质 量 (QoS) 要求、 功率节省模式和用于其他装置的对网络的接入。
在一些实施例中， 所公开的系统能够支持大多数无线技术， 包括利用 WLAN、 WMAN、 WPAN、 WiMAX、 手 持 数 字 视 频 广 播 系 统 (DVB-H)、 蓝 牙、 超 宽 带 (UWB)、 UWB 论 坛、 Wibree、 WiMedia 联盟、 WirelessHD、 无线通用串行总线 (USB)、 Sun Microsystems 小可编程对象技 术或 SUN SPOT 和 ZigBee 技术的手持计算装置、 无线手持机 ( 例如蜂窝装置 )。系统 200 还 可以与单个天线、 扇区天线和 / 或多个天线系统 ( 例如多输入多输出系统 (MIMO)) 兼容。
NCC 104 能够包括天线阵列 112 以促进定向通信。WN 100 还能够包括例如站 A 106、 站 B 108 和站 C 110 的可连网站或网络装置。许多 WN 能够在通常称为帧或超帧的段 中传送和接收数据。因此， WN 能够利用帧来管理 WN 中经由 NCC 104 的连接 ( 即关联和重新 关联 ) 和断开 ( 取消关联 )。这些帧能够适合地称为管理帧。除了根据较高通信层来携带 信息的数据帧外， 典型 WN 还能够在设立和支持数据传输过程的管理和控制帧中处理事务。
在操作中， 网络兼容的站 ( 例如站 C 110) 在进入 NCC 104 服务的区域时能够从 NCC 104 接收信标。 信标能够包含网络通信管理数据。 因为信标是在全向模式中传送的， 所 以信标能具有相对较低的数据速率。
NCC 104 能够传送管理帧， 例如信标帧， 其中信标充当网络的 “心跳” ， 以使站能够 以有序的方式建立和维持网络通信。 当站 110 接收到 NCC 104 广播的信标帧时， 站 110 能够 检测到可能的网络可用性， 并且 NCC 104 能够确定站 110 是否能够被认证。认证请求也是 能够由如站 C 110 的站向 NCC 104 发送的管理帧。当站 C 110 正在尝试加入 WN 100 时， 站
C 110 能够做出仍有的另一个管理帧、 关联请求。关联请求能够出现在站 C 110 与 NCC 104 认证之后但在站 C 110 能够加入 WN 100 之前。为了与网络或 NCC 104 关联， 站 C 110 能够 接收并利用具有媒体接入控制 (MAC) 地址的帧。这些管理类型帧能够包含信息， 除其他之 外， 例如 NCC 104 的 MAC 地址、 NCC 104 的容量和能力以及 NCC 的服务集标识符 (SSID)。如 果来自站 C 110 的接入请求是可接受的， 且 NCC 104 允许站 C 110 加入 WN 100， 则 NCC 104 能够向站 104 发送成功关联响应。
根据一些实施例， 在接收信标期间， 站 C 110 能够检测相对于站 C 110 的天线的 NCC 104 的相对位置或 NCC 104 的相对方向。在此类检测并接收到上面提到的信标信息之 后， 站 C 110 能够开始波束形成过程。当波束形成过程完成时， 站 C 110 能开始在较高数据 速率来传送并减少与关联过程的余下部分关联的时间。同样地， 一旦 NCC 104 接收到来自 站的信号， NCC 104 就能够执行波束形成。
在一些实施例中， 每个站 106-110 能够具有天线阵列 115 所示出的天线阵列， 而 NCC 104 也能够具有天线阵列 112。在其他实施例中， 能够利用一个或多个扇区天线来替代 天线阵列。扇区天线能够定义为一种具有扇形辐射图以用于点到多点连接的定向天线。此 类天线配置能允许 NCC 104 或站确定信号的到达方向 (DOA)。天线配置还能允许信号波束 转向， 以便能够在站 106-110 与 NCC 104 之间实现高效的高数据速率点到多点通信。正如 上文暗示的， 站 ( 例如站 C 110) 能够利用从信标信号获得的 DOA 信息在定向传送模式中向 NCC 104 发送关联请求。 一般， 能够基于传播无线电波从其到达天线阵列 ( 例如天线 112 或 115) 的方向来 确定 DOA。NCC 104 或可能站 110 能够利用一组 RF 传感器或传感器阵列来确定接收的信号 的 DOA。与站 C 110 相似， NCC 104 能够包括接收器传送器 (R/T) 传感器或仅包括传感器 166 以检测无线电波或电磁能量的存在以及其与方向检测模块 122 协调的相对方向。在一 些实施例中， 传感器 166 能够激活方向检测模块 122。 检测模块 122 能够检测传送天线源相 对于 NCC 104 的天线 112 的方向。方向还能够由站或 NCC 利用全球定位系统 (GPS) 或一些 其他导航或位置检测手段来断定。
触发模块 118 能够触发或激活波束形成模块 120 以基于传感器 166 检测到 RF 能 量而开始波束形成过程。触发模块 118 能够基于检测到的 RF 能量具有预定频率或频率范 围、 特定能量级别和 / 或特定图来提供触发信号。触发模块 118 还能够提供从检测到 RF 信 号起延迟预定时间的触发信号， 并且能够利用许多其他检测到的现象 (phenomena)。
因此， 波束形成技术能包括估计无线电信号始发的相对方向。波束形成技术还能 包括周期性地再评估干扰、 信号强度等以及基于此类自适应过程来精制 / 改进链路质量。 能够利用用于计算到达方向的多种技术， 例如到达角度 (AoA)、 到达时间差 (TDOA)、 到达频 率差 (FDOA)、 上述技术的混合或其他类似检测技术来确定传送源的相对方向。 因此， 此信息 能够用于投射定向传送或集中接收天线系统。 能够领会， 波束转向、 定向通信和定向接收能 够通过许多手段来实现， 例如天线原理、 相移等领域中描述的那些， 其中此类描述超出本公 开的范围。
所公开的早期波束形成过程能够允许站 ( 例如站 C 110) 相比传统关联布置、 技 术、 系统或方法远远更具效率地实现经由 NCC 104 与网络的关联 / 连接状态。正如上文陈 述的， 所公开的布置能够在通信交换中早期利用高数据速率、 定向通信， 并且此类早期使用
能够调用更高的数据速率以加速关联过程。正如上文陈述的， 传统网络将全向低数据速率 传送用于关联过程的全部或至少大部分， 而公开的关联过程能够远比传统系统所实现的更 快地实现。
在一些实施例中， 站 C 110 的传感器 126 能够检测无线电波和电磁能量的存在， 并 能够激活方向检测模块 130。方向检测模块 130 能够检测传送天线相对于站 C 110 的天线 的方向。触发模块 128 能够触发或激活波束形成模块 124 以基于触发模块 128 提供的信号 而开始波束形成过程。在一些实施例中， 触发模块 128 能够基于一个或多个检测到的参数 来提供触发信号。能够将触发信号延迟从检测到所述一个或多个参数起的特定时间间隔。 能够领会， 为了简明， 将站 C 110 示出为具有子组件， 并且虽然站 A 106 和站 B 108 的图示 未示出具有组件， 但是站 A 和 B 能够具有和利用相似或相同的组件。
在一些实施例中， 能够在 NCC 104 与站 C 110 之间的第一次交换之后基于检测的 RF 频率来进行波束形成。因此， 在 NCC 104 和站的波束形成能够在 NCC 104 与站之间的通 信中可能没有任何信息交换且位于不同频率上的情况下早期开始。
在此类波束形成之后， 能够利用定向传送和高数据速率来执行控制信息交换和 / 或关联过程的平衡。在早期阶段的此类定向感知和定向通信能够允许站 ( 例如站 C 110) 比传统站显著更快地实现可用网络连接。在一些实施例中， 站 C 110 能够基于来自触发模 块 128 的信号利用从信标传送 ( 其通常是第一次传送 ) 获得的到达方向 (DOA) 信息和数据 以转移到定向传送模式中。在触发和波束形成之后， 站 C 能够发送完成连接过程所要求的 后续通信。例如， 能够由站 C 110 在定向高数据速率模式中发送探测通信和 / 或关联请求。 与站 C 110 相似， NCC 104 能够基于接收到探测传送或能被触发模块 118 检测的从站接收 的某个其他传送来转换到定向模式。
一旦 NCC 104 从尝试经由 NCC 104 连接到网络的站接收到信号， 则该站就能够立 即进入作为关联过程的初始部分的波束形成模式。在一些实施例中， 波束形成能够作为信 标和关联请求帧交换的部分来进行， 而不要求专用或分配的时间分配。
因此， 当站 C 110 在信标帧期间或在作为超帧的部分而接收的其他帧期间向 NCC104 波束形成时， 波束形成能够允许站在定向模式中发送关联请求。相似地， NCC 104 能 够通过接收关联请求向站波束形成， 并因此 NCC 104 也能够在定向模式中发送关联响应。 在此情况中， 在关联过程中能够一起避免全向传送模式。能够领会， 在此类配置中， 可以几 乎不需或无需在超帧期间或以其他方式为波束形成分配特定时间。
当 存 在 干 扰 且 NCC 104 与 站 之 间 的 通 信 信 道 掉 线 时， 往返于站的数据流能 被 此 类 监 管 或 通 信 管 理 负 担 或 开 销 严 重 中 断。 传 统 关 联 请 求 所 耗 用 的 典 型 时 间 是 50usec+92*8/1Mbps+22*8/1Mbps ＝ 50+736+176 ＝ 962 微秒 (usec)。关联响应中耗用的时 间是 50usec+92*8/1Mbps+14*8/1Mbps ＝ 50+736+112 ＝ 898usec。 因此， 实现关联的总时间 计算为 1860usec。当网络忙于尽力在装置之间移动数据时， 此大量的时间常常浪费在通信 设立上。
在一些实施例中， 能够通过监视传送或通信在关联过程之前设立两个站之间的 波束形成。在此实施例中， 所有或几乎所有传送能够在定向模式中进行。能够领会， 如 果所有关联过程在定向高数据速率模式中执行， 则此过程所要求的总时间能够计算为约 5.303usec， 这是当前关联时间的一小部分。还能够领会， 当在第一次关联之后开始定向通信时， 处理关联请求的时间能够计算为 1.6usec+0.9usec+22*8/952Mbps ＝ 1.6+0.9+0.185 ＝ 2.685usec。 对 应 的 关 联 响 应 能 够 计 算 为 1.6usec+0.9usec+14*8/952Mbps ＝ 1.6+0.9+0.118 ＝ 2.618usec。能够领会， 所公开的布置与当前技术现状或传统网络之间可 存在性能 / 延迟中的显著差距 ( 即， 约 1856usec)。
出于多种原因， 包括实现的复杂性， 关联过程的 “所有” 传送要在定向高数据速率 模式中执行可能在经济上是不可行的。 如果利用完全定向通信模式来执行关联过程在经济 上是不可行的， 则能够在全向传送模式中发起关联过程， 并且一旦实现波束形成， 就能够将 通信格式改变到定向传送模式。该改变能够基于波束形成何时被触发来实现。
上文的计算指示所公开的布置可以允许站比传统布置系统所提供的快约百分之 九十九点七 (99.7％ ) 地与控制器关联。 关联时间中的此类改进对于 mmWave 系统尤其重要， 在 mmWave 系统中由于漫游、 移动性和干扰所致的频繁信道中断或链路断线是常见的。所公 开的布置还能够降低 ( 重新 ) 关联的等待时间， 从而改进任务关键和实时应用所体验的服 务质量 (QoS)。如上文陈述的， 定向模式允许显著更大的数据速率， 并因此能够大大减少完 成关联过程所要求的时间。
虽然上文的教导描述具有中央控制器的网络， 但是所公开的教导也能够被自组织 网络所利用。在自组织网络中， 可能存在中央网络控制器或接入点。在此类配置中， 站能够 称为对等方以及对等方之一能够承担发送信标和控制通信的职责。在接收到信标帧之后， 每个对等方或站能够等待信标时间间隔， 并且如果没有对等方 / 站传送可接收的信标， 则 等待 / 监听对等方能够在随机时间延迟之后发送信标。 此随机时间延迟能够提供至少一个站将发送信标， 并成为控制对等方， 以及随机 延迟使发送信标的职责在对等方之间轮流。不是利用接入点， 而是控制站或控制网络接口 卡 (NIC) 能够提供自组织网络的控制。
站能够保存它在通信会话期间所利用的关联和波束形成数据。当 NCC 104 与站 C 110 之间的通信信道因干扰而掉线时， 站 C 110 能够发送重新关联请求。在一些实施例中， 对于重新关联请求不要求返回到全向传送模式， 因为来自先前关联的数据能够用于在高数 据速率模式中发送重新关联请求。
站能够使用存储的信息网络控制信息将关联响应发送回另一个站或控制器。站 C 110 发起的重新关联请求可以通过在 NCC 104 的 “最后已知的” 方向中传送而开始。当存在 干扰且 NCC 104 与站之间的通信信道掉线时， 往返于站的数据流能被此类监管或通信管理 负担或开销严重中断。NCC 104 又能够基于包括最后已知的波束形成配置的已存储信息来 在定向模式中应答请求。如果不能建立 ( 或重新建立 ) 通信链路或站未接收到确认信号， 则来自站 C 110 的关联请求传送能够使用经由 360 度扫描的波束形成 ( 其中波束投射在不 同方向中 ) 来重复。
此外， 所公开的站之间的波束形成布置能够作为常规分组交换的部分来进行而不 要求特定的信道时间分配。在一些实施例中， 波束形成能够通过接收和传送全向信标和关 联请求帧来执行。能够领会， 所公开的 WN 100 实现波束形成所花费的时间可以不增加附加 的开销， 因为波束形成在毫米波系统中是 “要求的” 并且已经进行。
参考图 2， 示出用于两步骤站关联过程的时序图。示出的关联过程能够示出网 络通信控制器与站之间的通信。示出的时序图能够提供实现本文教导的多种方式之一。
根 据 本 公 开， 传 统 关 联 请 求 (AREQ) 能 划 分 成 两 个 部 分， 最 小 AREQ(M-AREQ)206 和 余 下 AREQ(R-AREQ)214。 两步骤关联过程能够允许波束形成在为传送分配的时隙之间进行， 并且 此类波束形成能够在站与控制器之间交换最小关联数据之后开始。在一些实施例中， 关联 过程能够在不同的超帧中进行。在后续超帧 208 期间， 远远更高的数据速率能用于进行关 联过程， 因此， 相比常规关联过程， 所公开的关联要求远远更少的带宽或用尽更少的 “发射 时间” 。
在信标期 (BP)204 且站接收到信标信号之后， 站能够在全向竞争接入期 (CAP)206 期间使用全向传送来传送最小关联请求 (M-AREQ) 信号。一般， 在 NCC 在 BP 204 中的传送 之后， NCC 能够寻址来自站的网络关联请求。在一些实施例中， NCC 操作能够与 IEEE 802 标 准集兼容， 其中能够利用媒体接入控制 (MAC) 地址作为关联请求的部分。 MAC 地址通常能够 占用六 (6) 个字节。站能够在全向 CAP 期 206 期间发送其 MAC 地址作为 M-AREQ 传送的部 分， 并且 NCC 能够检测到 MAC 地址和进入信号的方向。NCC 能够在全向 CAP 期 206 之后分配 时间用于或开始波束形成。例如， 以及如所示的， 控制器和站中的波束形成能够在全向 CAP 期之后的第二个超帧 208 中开始。
检测到特定类型的传送、 特定类型的传送中的特定数据和 / 或从检测的现象起的 时间延迟能够用于触发一个或多个站的波束形成和可能触发 NCC 的波束形成。根据一些实 施例， 用于波束形成的信道分配可以是可选的。 在此类配置中， 不存在为波束形成分配特定 的时间的需要。 站与 NCC 之间的波束形成还能够仅基于来自站 B 的全向信标 204 或来自站 B 的全 向关联请求 (M-AREQ)204 来进行， 而无需关联请求。能够领会， 关联传送的初始部分能够根 据传统系统， 并且可以无需改变成适应于本文公开的改进。 在一些实施例中， 能够在全向模 式中发送关联请求消息， 能够在定向模式中发送关联响应， 并且对于站和 NCC 的波束形成 能够在消息或请求和响应的交换之间进行。
根据本公开， 通常在单个时间块中以相对较慢的数据速率由传统关联请求提供的 信息能够拆分成更小的段， 其中第二通常较大的段能够在远远更高的数据速率来执行。因 此， 在 R-AREQ 传送中， 能够在更小的时间期中交换比 M-AREQ 中所交换的更多的数据。能够 在相对较慢的数据速率发送能够包含站的 MAC 地址的相对较短的 M-AREQ 通信间隔， 而关联 请求的余下部分 R-AREQ 能够在定向 CTAP 期 212 期间利用显著较高的数据速率。 能够领会， M-AREQ 段能够少至 12 个字节来传达包括 MAC 地址的信息， 而 R-AREQ 段能够限制于二十二 (22) 个字节。
在下一个超帧 ( 即超帧 n+1208) 期间， 能够进行另一个 BP， 并且随后能够进行全向 CAP 传送。在第二超帧中的全向 CAP 传送之后， 能够由一个或多个站和 / 或 NCC 来开始波束 形成。波束形成能够在 NCC 中触发， 并且能够由站通过前面超帧中的全向 CAP 传送来触发。 许多其他现象能用于触发波束形成， 例如接收到站的 MAC 地址、 接收到特定数量的位等。
站和 NCC 能够在可选的波束形成期 210 期间被实现波束形成。在可选的波束形成 期 210 之后， 站能够请求并接收信道时间分配期或定向 CTAP 212 的分配。因此， 能够对关 联过程的余下部分利用定向高速通信。因此， 该过程的余下部分能够包括在定向模式中在 更高数据速率来传送关联请求的余下部分。在完成此类传送之后， 能够在关联请求响应期 (ARSP)216 期间发送关联请求响应。
为了计算两部分关联过程所耗用的时间， 能够将 M-AREQ 期间的较慢传送速率计 算 为 50usec+92*8/1Mbps+12*8/1Mbps ＝ 50+736+96 ＝ 882usec。R-AREQ 所 要 求 的 时 间 能够相对较短， 因为 R-AREA 能够在较高传送速率进行。为 R-AREQ 分配的时间能够计算 为 1.6usec+0.9usec+22*8/952Mbps ＝ 1.6+0.9+0.185 ＝ 2.685usec。为了利用较高数据 速率来完成关联过程， ARSP 所花费的时间能够计算为 1.6usec+0.9usec+14*8/952Mbps ＝ 1.6+0.9+0.118 ＝ 2.618usec。因此， 用于关联的总时间能够计算 / 估算为 887.303usec。 显然， 所公开的关联 ( 根据计算 ) 能够将对于装置关联所要求的带宽减少 52％。此减少能 够相当于频谱效率上对传统系统的相当大的改进。
正如上文陈述的， 该图示出称为超帧的时间间隔。最初或在时间零 “t0” ， 站能够在 信标期 (BP)204 期间传送一个或多个信号。能够按如上所述利用 BP 204 来定义并同步无 线网络中的节点或站之间的通信。 BP 204 期间传达的信息能够规定或控制每个站何时将传 送或何时将允许每个站传送数据。此类管理能够避免多个站同时传送而彼此干扰。
典型信标帧可以约为 50 个字节长， 其中这些字节的约一半提供可用于错误检测 的循环冗余校验 (CRC) 字段和普通帧报头。与其他帧的情况一样， 普通帧报头能够包括源 和目的地 MAC 地址以及有关通信过程的其他信息。在 NCC 的传送中， 能够将目的地地址设 置成使得 NCC 附近的每个站接收到 NCC 的媒体接入控制 (MAC) 地址的所有逻辑地址。 具有 NCC 的 MAC 地址的每个站能够加入网络并能够接收和处理信标传送。信标帧 的主体能够位于在报头和 CRC 字段之间， 并且能够构成信标帧的约一半。每个信标帧除其 他之外能够包括信标间隔、 时间戳、 支持速率、 参数集、 能力信息和服务集标识符 (SSID)， 并 且此类信息能够组织通信。
参考图 3， 能够在单个 AREQ 时间间隔期间实现关联请求。 如上文相对图 2 所述， 在 时间零 “t0” ， 网络通信控制器 (NCC) 能够在信标期 (BP)304 期间传送数据。BP 304 期间传 送的数据能用于设立和 / 或维持网络通信时序。在第一超帧 302 期间， 能够存在全向传送 竞争接入期 ( 全向 CAP) 通信 306， 其中站能够进行传送。
在后续超帧 ( 超帧 n+1 308) 期间， 能够进行第二信标期 (BP) 和全向 CAP 传送。 能 够基于来自前面信号的触发和 / 或时间延迟来进行可选的波束形成期 310。在可选的波束 形成期 310 之后， 能够在 ARSP 时间间隔 314 期间进行定向高速 CTAP 传送以向站提供对请 求的接受。示出的时序布置假定， 关联过程中涉及的至少一个站具有定向通信或波束形成 能力。
图 4 示出执行关联请求的方法。正如上文描述的， 通信的模式 ( 定向或全向 ) 能 够依赖于是否已实现波束形成。如框 402 所示， 能够监视环境以检测是否可能存在可用的 无线信号。该信号能够是在全向传送中传送和接收的信标。如判定框 403 所示， 能够确定 是否能接收到可用的信号。 在一些实施例中， 当接收到来自多个控制器的信标时， 站能够选 择能够提供最期望的通信链路的控制器。如果没有可用的信号被检测到， 该过程能够返回 到框 402， 在框 402 中， 系统能够继续监视环境。
如果检测到可用的信号， 则如框 404 所示， 能够确定站是否能够基于信标来波束 形成。如果站能够基于信标来波束形成， 则如框 405 所示， 站能够波束形成， 分配时间以执 行关联过程。如框 407 所示， 站能够请求关联并在定向模式中执行关联过程， 而控制器能够 波束形成并转变到关联过程。如框 412 所示， 站能够在定向模式中接收接受信号， 并且此后
过程能结束。
如果在框 404， 站无法基于信标来波束形成， 则如框 406 所示， 能够传送最小关联 请求。该最小关联请求能够包括在全向模式中传送的 MAC 地址。如框 408 所示， 能够分配 用于波束形成的时间。
如框 410 所示， 站和控制器能够波束形成并为定向信道时间分配期分配时间。能 够进行定向传送以用于关联过程的平衡。控制器能够发送关联接受信号， 站能够接收接受 信号， 如框 412 所示。此后， 该过程能够结束。
一般， 该方法能够包括由天线阵列从源接收信标， 分配波束形成的资源以及在接 收到信标的至少一部分之后进行波束形成。 波束形成能够在关联请求的完成之前或在响应 关联请求的接受信号的接收之前完成。
因此， 能够通过传送对应于关联请求的接受信号和该关联请求的至少一部分来利 用定向传送。关联请求能够是 “拆分” 成两个部分、 即创建关联所要求的最小数据和余下关 联请求数据的消息。能够在全向模式中发送最小数据， 而在定向模式中发送余下的关联请 求数据和关联响应。波束形成能够在两个关联请求传送之间执行。
能够领会， 在一些实施例中， 无需对关联请求或响应消息进行改变或只需进行最 小的改变。能够在全向模式中发送关联请求， 而能够在定向模式中发送关联响应。波束形 成能够在这两个消息 ( 全向模式和定向模式 ) 之间完成。
图 3 中描述的时序布置与图 2 中描述的布置相似。图 3 公开如果站和 NCC 在信 标与 AREQ 时间间隔之间的时间间隔期间进行波束形成， 则可能能够改进用于波束形成的 时间分配。为了计算使用此单个步骤方法的关联过程所耗用的时间， AREQ 所花费的时间 是 50usec+92*8/1Mbps+22*8/1Mbps ＝ 50+736+176 ＝ 962usec， 而 ARSP 所 花 费 的 时 间 是 1.6usec+0.9usec+14*8/952Mbps ＝ 1.6+0.9+0.118 ＝ 2.618usec。因此， 用于关联的总时 间约为 964.618usec。 能够领会， 所公开的布置提供的关联所要求的时间中的减少将频谱效 率对于传统关联配置改进了约 48％。
站然后能够根据先前关联请求传送来利用扇区天线。当使用扇区天线时， 站发起 的重新关联请求可以从老的已知的 PNC 方向开始。PNC 能够基于 DOA 提供对请求的应答。 如果无 ACK 从 PNC 接收， 则能够在不同方向中重复关联请求。
根据本公开， 站和网络控制器在关联过程期间在全向模式中耗用的时间量能够被 显著地减少。在一些实施例中， 能够在定向模式中执行关联过程的相当大部分。在一些实 施例中， 能够将关联期间全向模式的使用限制于最小必需的信息， 而能够在定向模式中执 行该过程中的大部分， 从而实现较高速度和较短关联时间。
本文中的每个布置均能用软件程序来实现。 本文描述的软件程序可以在任何类型 的计算机上操作， 例如个人计算机、 服务器等。任何程序可包含在多种信号承载媒体上。说 明性信号承载媒体包括但不限于 ： (i) 不可写存储媒体 ( 例如， 计算机内的只读存储器站， 例如 CD-ROM 驱动器可读的 CD-ROM 盘 ) 上永久存储的信息 ； (ii) 可写存储媒体 ( 例如， 磁 盘驱动器内的软盘驱动器或硬盘驱动器 ) 上存储的可改变信息 ； 以及 (iii) 通过通信媒体 ( 例如通过计算机或电话网络， 包括无线通信 ) 传达到计算机的信息。 后一个实施例专门地 包括从因特网、 内部网或其他网络下载的信息。此类信号承载媒体在携带指引本公开的功 能的计算机可读指令时代表本公开的实施例。所公开的实施例能够采取完全硬件实施例、 完全软件实施例或包含硬件和软件要 素的实施例的形式。 在一些实施例中， 所公开的方法能够在软件中实现， 其包括但不限于固 件、 驻留软件、 微代码等。此外， 这些实施例能够采取可从计算机可使用或计算机可读的媒 体访问的计算机程序产品的形式， 该计算机可使用或计算机可读的媒体提供计算机或任何 指令执行系统使用或与之结合来使用的程序代码。出于本描述的目的， 计算机可使用或计 算机可读的媒体能够是能够包含、 存储、 传递、 传播或传输供指令执行系统、 设备或站使用 或与之结合来使用的程序的任何设备。
系统组件能够从电子存储媒体检索指令。 所述媒体能够是电、 磁、 光、 电磁、 红外线 或半导体系统 ( 或设备或站 ) 或传播媒体。计算机可读媒体的示例包括半导体或固态存储 器、 磁带、 可移动计算机盘、 随机存取存储器 (RAM)、 只读存储器 (ROM)、 硬磁盘和光盘。光盘 的当前示例包括紧致盘 - 只读存储器 (CD-ROM)、 紧致盘 - 读 / 写 (CD-R/W) 和 DVD。适于存 储和 / 或执行程序代码的数据处理系统能够包括通过系统总线间接或直接耦合到存储器 元件的至少一个处理器、 逻辑或状态机。存储器元件能够包括程序代码的实际执行期间采 用的本地存储器、 大容量存储装置和对至少一些程序代码提供临时存储以便减少执行期间 必须从大容量存储装置检索代码的次数的高速缓存存储器。
输入 / 输出或 I/O 站 ( 包括但不限于键盘、 显示器、 指向站等 ) 能够通过中间 I/O 控制器或直接耦合到系统。 网络适配器还可以耦合到系统以使数据处理系统能够变为通过 中间专用或公用网络耦合到其他数据处理系统或远程打印机或存储站。调制解调器、 电缆 调制解调器和以太网卡仅仅是几个当前可用类型的网络适配器。
对于从本公开获益的本领域技术人员将明白的是， 本公开设想能够提供上文提到 的特征的方法、 系统和媒体。 要理解， 详细描述和附图中示出并描述的实施例的形式仅将被 采取作为构建和利用公开的教导的可能方式。 所附权利要求旨在广义地解释以涵盖所公开 的示范实施例的所有变化。