CN100505730C - 在无线区域网络中省电的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种在无线区域网络中省电的方法和系统，利用修改信标(beacon)帧或是广播队列调度资讯帧(SI)的方法，动态重新规划每一工作站在免竞争周期和竞争周期对媒体的存取行为，因此，工作站在存取无线传输媒体时，必须在指定的时间点上醒来以传送或接收资料封包，并在资料传送过后重新进入省电模式。

Description

在无线区域网络中省电的方法和系统
技术领域
本发明是关于无线区域网络的技术领域，尤指一种运作在无线区域网络中的省电系统和方法。
背景技术
近年来，IEEE802.11无线区域网络由于具备了网络布建成本较低廉、可提供高频宽、与技术复杂度较低的优势，而逐渐受到市场的重视与欢迎。因为IEEE802.11无线区域网络遵循IEEE802计划的协定，故现行网际网络的应用和服务可在应用层(application layer)上能直接执行。例如：不论资料链结层(data link layer)的媒体存取控制(medium access control，MAC)为802.3MAC或是802.11MAC，均可在使用者装置上的应用层执行VoIP服务，以提供语音服务。对于该使用者装置上，在应用层执行VoIP服务及使用IEEE802.11无线区域网络媒体存取技术以提供便宜的无线语音服务，此装置对于低功率消耗的需求变得非常重要。如果MAC协定能够更有效率的节省电源，使用者装置的使用时间便能够加长。
在IEEE802.11无线区域网络规范标准中制订有电源管理运作机制，在IEEE802.11无线区域网络使用讯务指示对照表(Traffic Indication Map，TIM)的运作机制以节省电源。然而，IEEE802.11标准中的讯务指示对照表机制在操作期间无法有效达到省电的要求。
在IEEE802.11无线区域网络制订两种不同的网络基本架构，其为有基础架构的无线区域网络(infrastructure WLAN)、和无基础架构的无线区域网络(ad hoc WLAN)。在有基础架构的无线区域网络中，网络中具有一些撷取点(Access Point，AP)，图1为在有基础架构的无线区域网络中，无集中式协调功能(Point Coordinate Function，PCF)时的电源管理模式。如图所示，撷取点(AP)会在信标(beacon)间隔(beacon interval)的起始时间点上，周期性的广播发出beacon帧。所有支援省电模式的工作站(Power-Saving Stations，PS-STAs)必须周期性在此时间点上醒来以便接收beacon帧。每个beacon帧中包括有讯务指示对照表(TIM)栏位，指示哪些支援省电模式的工作站(PS-STAs)有资料暂存于撷取点(AP)中，当支援省电模式的工作站(PS-STAs)所接收的讯务指示对照表中的bitmapcontrol次栏位的讯务指示位元(traffic indicator bit)为1时，该支援省电模式的工作站必须在剩下的beacon间隔中醒著，并等待撷取点在免竞争周期(Contention Free Period)期间轮询它。另外，由于广播(broadcast)封包或群播(multicast)封包说明通过带有传送讯务指示对照表(TIM、DTIM)讯息，支援省电模式的工作站必须在某一时间点上醒来避免遗失广播或群播封包，如图1所示，工作站B漏收了广播帧。
由上所述，每当接收的讯务指示对照表中的bitmap control次栏位的讯务指示位元(traffic indicator bit)为1时，支援省电模式的工作站必须在剩下的beacon间隔期间中醒著，等待撷取点的轮询讯息，然而，此方法依旧消耗电量于不必要的无线媒体监控，其并不符合省电模式。
图2为在无基础建设的无线区域网络中独立基本服务区(independentbasic service set，IBSS)省电模式的运作。在无基础架构的无线区域网络中，支援省电模式的工作站会周期性在差不多的时间点上醒来且会持续一段期间，这一段时间被称为ATIM窗口(Ad hoc TIM(ATIM)window)。为了与其他工作站同步，在每一个beacon间隔的开始，每台工作站都会竞相地送出一beacon帧以和其他的工作站竞争，且第一个传送成功的beacon帧会抑制其他工作站传送beacon帧。在beacon帧之后，任何想送资料的工作站可以在ATIM窗口期间内送出一个ATIM帧给接收端工作站，而支援省电模式的接收端工作站必须醒著，以接收ATIM帧并回应一个ACK帧。经过一双向握手式交谈(two-way handshaking)之后，支援省电模式的发送端和接收端工作站必须在剩下的beacon间隔期间中醒著。在ATIM窗口期间之后，在剩下的beacon间隔期间内，支援省电模式的发送端工作站采用载波感测多重存取及冲撞避免(Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance，CSMA/CA)机制去传送资料。
如上所描述可知，支援省电模式的发送端和接收端工作站需在剩下的beacon间隔期间中一直醒著直到资料传送结束为止，然而，此方法依旧消耗电量于不必要的无线媒体竞争及监控上，其并未能符合有效省电的功效。
美国专利第USP6,519,062号公开一种类似公知IEEE802.11无线区域网络的省电方式，该网络建立复数个循环时间间隔，且每个时间间隔中包含两部份，第一部份期间中所有使用者装置会处于操作的有效模式(activemode)，第二部分期间中则用来传送封包资料。有资料要传送的使用者装置会在第一部份期间送出说明讯号(indicator signal)，另一方面，如果说明讯号显示接收一资料封包的片段，该使用者装置仍须处在有效模式中。然而，在第二部分的时间区间中，传送端和接收端装置必须处于有效模式中，依旧会浪费大量的电源。
美国专利第USP6,519,062号公开一种唤醒计数器(awake counter)机制，以决定使用者装置是否要进入睡眠有效模式(active mode)中。在进入睡眠模式(sleep mode)前，使用者装置选择一具有2X间隔的同步讯号，其中0<x<8。使用者装置从睡眠模式(sleep mode)进入有效模式(activemode)以便监看同步讯号的内容。当同步讯号表示有封包需要传送时，使用者装置进入有效模式。在此方法中，于一周期时间内，不论封包的传送是否已经结束，每个使用者装置必须保持在有效模式，因此电源消耗并不能有效率的减低。因此，公知无线区域网络中的省电技术仍有诸多缺失而有予以改进的必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相容于IEEE802.11无线区域网络中的省电机制的系统和方法，本方法可满足未来市场对省电802.11无线区域网络行动装置的需求，增加802.11无线区域网络产品的竞争力。
依据本发明的一特色，提出一种在无线区域网络中的省电方法，该无线区域网络包括一协调者及多个工作站，每个工作站具有一有效模式(active mode)和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，该方法包括：
一信标(beacon)传送步骤，其中，协调者会周期性的传送一带有队列调度资讯栏位的beacon帧，该队列调度资讯栏位包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站可拥有接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
一beacon接收步骤，其中，每个工作站会周期性的进入有效模式以接收该beacon帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一指定的工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该beacon帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料。
所述的省电方法，其中在beacon接收步骤中，每个工作站在接收到beacon帧后会进入省电模式。
所述的省电方法，其中在唤醒步骤中，如果队列调度资讯栏位中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
所述的省电方法，其中还包括：
一重新进入睡眠模式步骤，每一指定的工作站会在资料传送过后进入省电模式。
所述的省电方法，其中在beacon传送步骤中，存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电方法，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电方法，其中在beacon传送步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
依据本发明的别一特色，提出一种在无线区域网络中的省电方法，该无线区域网络包括一协调者及多个工作站，每个工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，该方法包括：
一beacon传送步骤，其中，该协调者会周期性的传送一beacon帧；
一队列调度资讯传送步骤，其中，该协调者传送beacon帧之后会传送一队列调度资讯帧，队列调度资讯帧包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
一beacon和队列调度资讯帧接收步骤，其中，每个工作站会周期性的进入有效模式接收beacon帧和队列调度资讯帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一指定的工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该队列调度资讯帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料。
所述的省电方法，其中在beacon和队列调度资讯帧接收的步骤中，每个工作站在接收到beacon帧和队列调度资讯帧后会进入省电模式。
所述的省电方法，其中在唤醒步骤中，如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
所述的省电方法，其还包括：
一重新进入省电模式步骤，其中，每一指定的个工作站会在资料传送过后进入省电模式。
所述的省电方法，其中在队列调度资讯帧传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电方法，其中在队列调度资讯帧传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电方法，其中在beacon传送的步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
依据本发明的再一特色，提出一种在无线区域网络中的省电方法，该无线区域网络包括多个工作站，其中一工作站被指定为控制工作站，剩下的工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接彼此传送和接收，该方法包括；
一连结步骤，其中，剩下的工作站会连接到该控制工作站以取得一连结辨识；
一队列调度资讯传送步骤，其中，该控制工作站在传送beacon帧之后一预定时间内传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括一持续时间栏位、一Address1栏位及一帧主体，该持续时间栏位指定一持续时间，该Address1栏位是一个特定的群播位址，该帧主体具有多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关的剩下工作站可存取无线传输媒体，存取时隙资讯表示相关工作站进入有效模式，经由无线传输媒体存取的存取时间；
—beacon和队列调度资讯的接收步骤，其中，剩余的每一工作站会周期性的进入有效模式以接收beacon帧和队列调度资讯帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一连结辨识指示有一相关的剩下工作站能够存取无线传输媒体时，该相关的剩下工作站在队列调度资讯帧中的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以存取媒体。
所述的省电方法，其中在该beacon和队列调度资讯接收步骤中，每个剩下工作站在接收到beacon帧和队列调度资讯帧后会进入省电模式。
所述的省电方法，其中在该唤醒步骤中，如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个剩下工作站会保持在省电模式中。
所述的省电方法，其特征在于，其中还包括：
一重新进入睡眠模式步骤，每个剩下的工作站会在资料传送过后进入省电模式。
所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯帧的传送步骤中，该存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯帧传送的步骤中，该预定时间为定义于IEEE802.11中的帧区间(PIFS)。
所述的省电方法，其特征在于，其中在beacon传送的步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
依据本发明的又一特色，提出一种在无线区域网络中的省电系统，包括：
多个工作站，每个工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自一协调者的资料，并周期性的进入有效模式接收beacon帧；以及
一协调者，其会周期性的传送一带有队列调度资讯栏位的beacon帧，该队列调度资讯栏位包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
其中，当一指定的工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该beacon帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料。
所述的省电系统，其中每个工作站在接收到beacon帧后会进入省电模式。
所述的省电系统，其中如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
所述的省电系统，其中每个工作站在传送资料之后再次进入省电模式。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电系统，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
依据本发明的再一特色，提出一种在无线区域网络中的省电系统，包括：
多个工作站，每个工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，并周期性的进入有效模式接收beacon和队列调度资讯帧；
一协调者，其会周期性的传送beacon帧，并在传送beacon帧后传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
其中，当一指定的工作站拥有可接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该队列调度资讯帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料。
所述的省电系统，其中该每个工作站在接收到队列调度资讯帧和beacon帧后会进入省电模式。
所述的省电系统，其中如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
所述的省电系统，其中每个工作站在传送资料之后再次进入省电模式中。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电系统，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
依据本发明的再一特色，提出一种在无线区域网络中的省电系统，包括：
复数个第一工作站，其会连结到一控制工作站以取得一连结辨识，每个第一工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接彼此传送及接收资料，并周期性的进入有效模式接收beacon和队列调度资讯帧；以及
一第二工作站，其被指定作为该控制工作站，其会在传送beacon帧之后一预定时间内，再传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括一持续时间栏位、一Address1栏位及一帧主体，该持续时间栏位指定一持续时间，该Address1栏位是一个特定的群播位址，该帧主体具有多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关的第一工作站可存取无线传输媒体，存取时隙资讯表示相关的第一工作站进入有效模式，经由无线传输媒体存取的存取时间；
其中，如果有一连结辨识指示有一相关第一工作站可存取无线媒体时，该相关的第一工作站在队列调度资讯帧中的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以存取媒体。
所述的省电系统，其特征在于，其中所有第一工作站在接收到beacon帧和队列调度资讯帧后会进入省电模式。
所述的省电系统，其特征在于，其中如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个第一工作站会保持在省电模式中。
所述的省电系统，其中第一工作站在传送资料后会重新进入省电模式。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
所述的省电系统，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
所述的省电系统，其中该预定时间为定义于IEEE802.11中的帧区间(PIFS)。
所述的省电系统，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
附图说明
图1是在有基础架构的无线区域网络中无集中式协调功能时的电源管理模式的示意图。
图2是在无基础建设的无线区域网络中独立基本服务区省电模式的运作示意图。
图3是本发明的一较佳实施例的有基础架构的无线网络中的架构示意图。
图4是本发明的一较佳实施例的一新beacon帧及其子栏位。
图5是本发明的一较佳实施例的队列调度资讯的栏位。
图6是本发明的一较佳实施例的存取时间及存取时隙资讯次栏位关系的示意图。
图7是本发明的一较佳实施例的队列调度资讯的资料帧及其子栏位。
图8是本发明的一较佳实施例的队列调度资讯的管理帧及其子栏位。
图9是本发明的一较佳实施例的队列调度资讯的控制帧及其子栏位。
图10是依据本发明技术的分时多工存取的应用。
图11是依据本发明技术的队列调度资讯帧以规划分时多工存取方法的应用。
图12是本发明的另一较佳实施例的无基础架构的无线网络的架构示意图。
图13是本发明的另一较佳实施例的队列调度资讯帧资料/管理帧。
图14是本发明的另一较佳实施例由分散式协调功能规划分时多工存取方法。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以附图结合较佳具体实施例作详细说明如下：
请参考图3所示，为本实施例的有基础架构的无线网络的架构，其中包括一协调者31及多个工作站32。每个工作站具有一有效模式(activemode)及一省电模式，省电模式的电量消耗低于有效模式。协调者31一般位于一撷取点内(Access Point，AP)，其可连接其他无线网络，亦可不连接至其他无线网络。工作站32具有一无线传送端，以透过无线传输媒体直接对协调者31传送及接收资料，该无线网络能够使用IEEE 802.11标准的802.11协定，以传送/接收资料。
如上所述的无线区域网络，协调者31会周期性的传送一新的beacon帧，图4为本发明的beacon帧主体及其子栏位说明，其中beacon帧中的功能资讯(Capability Information)栏位用以表示要求(request)及宣传功能(advertised capabilities)并保留第5到第15位元，在本发明中，其中一个保留位元定义成队列调度免竞争周期(Scheduled Contention FreePeriod，SCFP)次栏位，此次栏位用以表示协调者31是否支援省电机制，协调者31可设定beacon帧的免竞争周期队列调度(SCFP)次栏位值为1，当该值1时，表示支援本发明的省电模式。当免竞争周期队列调度栏位值为0时，则表示不支援。复数个支援本发明的省电机制的工作站称为免竞争周期队列调度-工作站(SCFP-STA)，其可由接收的beacon帧得知队列调度资讯栏位。该队列调度资讯栏位指示每个免竞争周期队列调度-工作站在竞争周期中的媒体存取时间。因此，在接收beacon帧之后，免竞争周期队列调度-工作站能只在指定的时间点上醒来传送或接收资料，在剩余免竞争周期(CFP)中，进入睡眠模式以节省电源。
图5说明队列调度资讯的次栏位，其指示出免竞争周期队列调度-工作站存取媒体的起始时间。队列调度资讯栏位是beacon帧中的一个资讯成分(Information Element)，其中，第一和第二次栏位必须分别是成员编号(Element ID)次栏位和长度(Length)次栏位。成员编号次栏位说明这个资讯成分为一队列调度资讯栏位。而长度次栏位则说明该队列调度资讯(Schedule Information)栏位的大小。在长度次栏位之后跟随著多组两两形成一组的连结辨识(AID)和时隙资讯(Slot Information)次栏位，每组可以指出某一免竞争周期队列调度-工作站开始存取媒体的时间。当一工作站成功连结到协调者31后会得到一连结辨识，连结辨识次栏位的长度是2个octets，每个连结辨识对应到某一已连结的免竞争周期队列调度-工作站。时隙资讯的长度次栏位亦为2个octets，且其长度可依据不同的需求而延伸。
时隙资讯次栏位的第0到第14位元形成一存取时间(Access Time)次栏位，其纪录介于时间标签(time stamp)及无线传输媒体存取的起始时间的时间偏移值(time offset)。在图6中显示存取时间和时隙资讯次栏位之间的关系，如图所示，时间标签栏位的值为n，第一时隙资讯次栏位的存取时间为OT1，第二时隙资讯次栏位的存取时间为OT2，具有连结辨识1(AID1)的免竞争周期队列调度-工作站会在Ta+OT1的时间点上开始存取传输媒体，以传送或接收资料。具有连结辨识2(AID2)的免竞争周期队列调度-工作站会在Ta+OT2的时间点上开始存取传输媒体，以传送或接收资料。
时隙资讯次栏位的第15个位元形成一U/D次栏位，其说明免竞争周期队列调度-工作站在存取的时间点上的动作是资料上传或下载。当U/D次栏位的值为1时，协调者31在媒体存取时间下载资料给免竞争周期队列调度-工作站，当其栏位值为0时，免竞争周期队列调度-工作站能在媒体存取时间中上传资料给协调者。
队列调度资讯的长度栏位可依不同的需求而延伸，例如一新增次栏位能附加到时隙资讯栏位以说明不同媒体存取时间的资料速率，存取时间次栏位亦能纪录时间标签以存取传输媒体。
使用上述的帧格式，由协调者31传送的beacon帧可提供队列调度资讯，其包括多组的连结辨识(association identification)和存取时隙资讯(timeslot information)，该连结辨识说明某一相关工作站32拥有接收/传送资料的持续时间，存取时隙资讯表示相关工作站在有效模式下接收/传送资料的时间。
如上所述的无线区域网络，每个工作站32周期性的进入有效模式以接收beacon帧，然后每个工作站32在接收beacon帧后进入省电模式。当某一工作站32拥有一段持续时间(duration)以接收/传送资料，该工作站32会在beacon帧的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以接收/传送资料，然后该工作站32在接收/传送资料后进入省电模式。或当队列调度资讯中没有相符的连结辨识时，工作站32会进入省电模式。
另一方面，也可由广播一队列调度资讯帧(SI)来规划免竞争周期(CFP)。该队列调度资讯帧可为一般的无线网络资料帧、一无线网络管理帧、或是一新定义的无线网络控制帧。图7表示队列调度资讯帧及其子栏位。如图所示，在队列调度资讯帧的资料帧中，帧控制(Frame Control)、持续时间(Duration/ID)、顺序控制(Sequence Control)及FCS次栏位皆为标准栏位，且其长度分别为为2、2、2及4个octets。Address 1次栏位包含一群播(multicast)位址以说明该资料帧为一队列调度资讯帧。帧主体次栏位包含复数组连结辨识)次栏位和时隙资讯次栏位，其如前面所描述。
图8显示一队列调度资讯管理帧及其次栏位。如图所示，在队列调度资讯管理帧中，帧控制(Frame Control)、持续时间(Duration/ID)、顺序控制(Sequence Control)及FCS次栏位皆为标准栏位，其长度分别为为2、2、2、及4个octets。该目标位址(DA)次栏位包含一群播位址，以说明该管理帧为一队列调度资讯管理帧。帧主体次栏位包含多组的连结辨识(Association Identification)次栏位和时隙资讯(Slot information)次栏位，其如前面所描述。
图9显示一队列调度资讯控制帧及其次栏位，在队列调度资讯控制帧中，包含多组的连结辨识(Association Identification)次栏位和时隙资讯(Slot information)次栏位，其如前面所描述。在帧控制(Frame Control)栏位的一子型态栏位说明该帧为一队列调度资讯控制帧。
如上所述的无线区域网络中，协调者31会周期性的传送一beacon帧，在传送beacon帧之后，协调者31接著传送一队列调度资讯帧，队列调度资讯帧包括多组如先前所述的连结辨识及存取时隙资讯。
其后，每个工作站32周期性的进入有效模式以接收beacon帧及队列调度资讯帧，每个工作站32接收beacon帧和队列调度资讯帧后进入省电模式。
如果某工作站32拥有一持续时间以为接收/传送资料时，该工作站32在队列调度资讯帧的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式中以接收/传送资料，该工作站32在接收/传送资料后重新进入省电模式。或当队列调度资讯中没有相符的连结辨识时，工作站32会进入省电模式。
由各种著名的队列调度演算法，例如FIFO，RR，WFQ及WRR，以设定栏位组的连结辨识次栏位和时隙资讯次栏位，对已连结的免竞争周期队列调度-工作站的媒体存取时间能动态方式规划，不仅减少电源的消耗，同时可符合不同连结的不同服务品质(QoS)需求。
图10和图11为依据本发明技术的使用分时多工存取的应用。图10显示藉由规划beacon帧的队列调度资讯次栏位，在集中式协调功能(PCF)模式下，使用分时多工存取方法。图11显示由规划队列调度资讯帧，在集中式协调功能模式下，使用分时多工存取方法。将集中式协调功能的周期分割成多个存取时隙，且该媒体存取时隙很容易依据规划队列调度资讯次栏位规划成固定或变动大小。在分时多工存取的运作周期中，协调者31会指定免竞争周期队列调度-工作站在某一时间点存取该媒体。另一方面，在分时多工存取周期中，传统的工作站仅在接收协调者31的轮询帧后才能以上传封包存取媒体。如果协调者31不轮询传统的工作站，传统的工作站将不会妨碍通道。由于本发明所提出的分时多工存取方法及传统的轮询机制二者均由协调者31所控制，因此，在集中式协调功能的周期中，本发明所提出的分时多工存取方法可与传统的轮询机制二者相容。
图10和图11说明在分时多工存取存取机制之后，协调者31仍可提供一加强型的轮循机制或传统轮循机制，以便轮询工作站，以传送资料。加强型的轮循机制结合本发明的分时多工存取机制及传统的轮询机制。由使用加强型轮询机制，免竞争周期队列调度-工作站仅在特定媒体存取时间点上醒来，在轮询帧之后传送封包，而同时在集中式协调功能时间周期中传统的工作站则待在有效模式中等待轮询讯息。
在传输媒体的存取时隙的规划上，如果要传送的资料是比较即时性且可忍受一些资料遗失的话，存取时隙可以安排成只用来传送资料封包。另一方面，如果要传送的资料是很重视资料正确性的话，时间存取槽可安排成传送资料封包的时段，以及随后让接收端回应ACK封包的时段。
请参考图12，其为本发明的另一实施例，其中无基础架构的无线区域网络包含多个工作站91，当中一个工作站指定作为控制工作站92，其余的工作站具有一有效模式和一省电模式并透过无线传输媒体彼此传送和接收资料。控制工作站92可能连接另一无线网络，或是可能没有连接另一无线网络。每个工作站91具有一无线传送端，透过无线传输媒体直接彼此传送和接收资料。无基础架构的无线区域网络中能够使用IEEE 802.11标准的802.11协定，以传送/接收资料。
分散式协调功能(Distributed Coordination Function，DCF)存取方法能够应用于有基础建设的无线区域网络及无基础架构的无线区域网络中。在有基础建设的无线区域网络中，工作站32必须依据协调者31的beacon帧，以同步其时序。在无基础架构的无线区域网络中，在每个beacon间隔的起始时间，工作站91周期性和其他工作站竞争，以便送出一个beacon帧，如果有其中一个工作站成功传送一beacon帧，其他工作站可由接收的beacon帧而同步其时序。在无基础架构的无线区域网络中并不由特定工作站91广播beacon帧，因此先前在集中式协调模式下实施例中所使用的技术，不可在分散式协调功能模式下的有基础建设的无线区域网络和无基础架构的无线区域网络中使用。因此，在分散式协调功能模式下，使用一持续时间栏位以保留足够的时间，以动态重新规划每一工作站在竞争周期内的媒体存取行为。
必须存取无线传输媒体的工作站91仅在特定存取时间醒来传送或接收资料，因此能够达到有效省电的目的。因为使用IEEE802.11标准中规范的网络配置向量(Net Allocation Vector，NAV)特性，使用在分散式协调功能模式下的此方法是相容于在竞争周期中的载波感测多重撷取及冲撞避免协定。
于此实施例中，需在网络中选择一控制工作站，以便需管理和指派其他工作站91存取媒体的时间。在有基础架构的无线区域网络中，协调者31能被选择做为控制工作站。然而，在无基础建设的无线区域网络必须依据工作站所剩的电源、运算能力、和所在位置等考量因素并使用某些分散演算法，以选择一工作站做为控制工作站。
在前述的无基础架构的无线区域网络中，其他工作站91向控制工作站92连结以取得其连结辨识，支援本实施例省电模式的工作站称为队列调度竞争周期-工作站(Scheduled Contention Period Station，SCP-STA)，队列调度竞争周期-工作站由传送一控制帧连结控制-工作站，并可由控制-工作站处得到一连结辨识。
然后，控制-工作站会在beacon帧传送后一预定时间间隔(例如：帧区间(PointCoordination Function Inter-Frame Space，PIFS))，再传送一队列调度资讯帧。控制-工作站类似于如前所提的协调者31，并传送beacon帧。在一帧区间(PIFS)周期之后，控制-工作站传送队列调度资讯帧。在网络中的队列调度竞争周期-工作站能够读取队列调度资讯帧(SI)中的存取媒体时间资讯。
队列调度资讯帧(SI)包括一持续时间栏位及一帧主体。该持续时间栏位用于设定持续时间(time duration)，该帧主体包括多组的的连结辨识和存取时隙资讯，连结辨识说明有一相关的剩下工作站可存取无线媒体，存取时隙资讯是指定相关剩下工作站在有效模式接收/传送资料的时间。
队列调度资讯帧可为一资料帧或是一管理帧，其格式如图13所示，其中，队列调度资讯帧为一正常的资料帧或是管理帧，在MAC帧标头的持续时间栏位会设成一个很大的值，以便预留足够的时间，以能在队列调度资讯帧的网络配置向量栏位所指定的时间内，动态重新规划工作站资料收送的行为。
如图13所示，MAC帧标头的Address1栏位是一个特定的群播位址。所有队列调度竞争周期-工作站要是发现帧的Address1栏位是特定的群播位址，会接收此帧并将其当成队列调度资讯帧解释。帧主体具有多组连结辨识次栏位和队列调度资讯次栏位，其纪录队列调度竞争周期-工作站开始存取媒体的时间资讯。每组可说明某工作站开始存取媒体的时间，连结辨识次栏位的长度是2个octets，工作站成功地连结至控制工作站后会所取一个连结辨识，故每个连结辨识可对应到一个已连结至控制工作站的队列调度竞争周期-工作站。存取时隙资讯次栏位的长度也是2个octets，可依不同的需求而延伸。该存取时隙资讯次栏位的第0到第14位元形成一存取时间次栏位，其纪录介于时间标签及无线传输媒体存取的起始时间的时间偏移值。存取时隙资讯次栏位的第15位元形成一U/D次栏位，其用来说明在该队列调度竞争周期-工作站的媒体存取时间上传送或是接收动作。该U/D次栏位的值为1时，代表其他队列调度竞争周期-工作站可传送资料给该队列调度竞争周期-工作站，该U/D次栏位的值为0时，代表该队列调度竞争周期-工作站可传送资料给其他队列调度竞争周期-工作站。
存取时隙资讯栏位的长度可依不同的需求所延伸，例如一新增次栏位能附加到存取时隙资讯栏位，以说明不同媒体存取时间的持续时间，存取时间次栏位亦能纪录存取传输媒体的时间标签。
每个工作站会周期性的进入有效模式接收beacon帧和队列调度资讯帧，每个剩下的工作站91接收beacon帧和队列调度资讯帧后进入省电模式。经过阅读队列调度资讯帧的资料之后，队列调度竞争周期-工作站能够决定存取媒体的起始时间。
之后，当某一剩下的工作站91拥有一段持续时间以存取无线媒介，该剩下的工作站91会在队列调度资讯帧的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以存取无线媒介，然后该剩下的工作站91在存取无线媒介后进入省电模式。或当队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识时，剩下的工作站91会进入省电模式。
由各种著名的队列调度演算法，例如FIFO，RR，WFQ及WRR能够对不同组的传送端队列调度竞争周期-工作站及接收端队列调度竞争周期-工作站进行队列调度。利用连结辨识和队列调度资讯次栏位可动态配置连结队列调度竞争周期-工作站的媒体存取时间，运用此方法，不仅减少电源的消耗，而且可符合不同连结的不同服务品质(QoS)需求。
因为队列调度资讯帧的持续时间的值被设定成很大，从网络网络配置向量(NAV)所指定的持续时间扣除队列调度资讯帧传送所占去的时间后，会剩下一段很长的持续时间作为本发明规划的分时多工存取运作使用。传统的工作站不会在这段网络配置向量持续期间内发送资料，所以不会干扰本发明的分时多工存取运作。换句话说，使用在分散式协调功能模式下的本方法相容于在竞争周期中的分时多工存取。
图14显示在分散式协调功能模式下，使用本发明技术规划的分时多工存取运作机制，beacon帧后跟随一队列调度资讯帧，控制-工作站仅等帧间隔的媒体闲置期间后送出队列调度资讯帧。接下来，在队列调度资讯帧有多个存取时隙。使用存取时隙资讯次栏位，这些存取时隙很容易被规划成固定或变动大小的时隙。然而，一个MAC帧所能要到的网络配置向量的持续时间是有上限，在持续时间栏位的最大值是32767μs。如果第一轮的网络配置向量的持续时间不够所有有效连结的需求时，控制工作站会将第一个SI帧的More Data次栏位设定为1，其中，该然More Data次栏位是位帧控制(Frame Control)栏位中。控制工作站在传送第一个SI帧后，再经一个帧间隔的时间期间，就送出下一个SI帧，以争取更多的网络配置向量时间给分时多工存取运作。相反的，现行的网络配置向量的持续时间足够所有有效连结的需求时，控制工作站会将现行SI帧的More Data次栏位设定为0。根据More Data栏位，其他工作站就会知道控制工作站会不会广播下一个SI帧。如果控制-工作站停止传送SI帧传送，剩下竞争周期期间的媒体存取运作模式会回到一般的CSMA/CA存取方法，而且传统的工作站可加入以竞争存取无线传输媒体。
在一个媒体存取时隙的规划上，如果要传送的资料是比较及时性且可以容忍资料遗失的话，某个存取时隙可以安排成只用来传送资料封包。另一方面，如果要传送的资料很重视资料正确性的话，某个存取时隙可以安排成传送资料封包的时段，以及随后让接收端回应ACK封包的时段。
如前所述，本发明利用beacon帧中的队列调度资讯栏位或广播队列调度资讯帧，而重新规划每个工作站在免竞争周期期间内的媒体存取行为，工作站仅在指定的时间点上醒来收送或传送资料，因此，省电的目标可更有效率的达成。因为使用IEEE802.11网络配置向量的特点，使用在分散式协调功能模式下的本发明技术可在竞争周期期间时与CSMA/CA协定相容。
应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (33)

1.一种在无线区域网络中的省电方法，该无线区域网络包括一协调者及多个工作站，每个工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，该方法包括：
一信标传送步骤，其中，协调者会周期性的传送一带有队列调度资讯栏位的信标帧，该队列调度资讯栏位包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
一信标接收步骤，其中，每个工作站会周期性的进入有效模式以接收该信标帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一指定的工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该信标帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料；
其中，每个工作站在接收完信标帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式，且数据传送之后指定的工作站进入省电模式。
2.如权利要求1所述的省电方法，其特征在于，其中在唤醒步骤中，如果队列调度资讯栏位中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
3.如权利要求1所述的省电方法，其特征在于，其中还包括：
一重新进入睡眠模式步骤，每一指定的工作站会在资料传送过后进入省电模式。
4.如权利要求1所述的省电方法，其特征在于，其中在信标传送步骤中，存取时隙资讯为一时间标签。
5.如权利要求1所述的省电方法，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
6.如权利要求1所述的省电方法，其特征在于，其中在信标传送步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
7.一种在无线网络中的省电方法，该无线网络包括一协调者及多个工作站，每个工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，该方法包括：
一信标传送步骤，其中，该协调者会周期性的传送一信标帧；
一队列调度资讯传送步骤，其中，该协调者在传送信标帧之后会传送一队列调度资讯帧，队列调度资讯帧包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
一信标和队列调度资讯帧接收步骤，其中，每个工作站会周期性的进入有效模式接收信标帧和队列调度资讯帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一指定的工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该队列调度资讯帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料；
其中，每个工作站在接收完信标帧和队列调度资讯帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式，且数据传送之后指定的工作站进入省电模式。
8.如权利要求7所述的省电方法，其特征在于，其中在唤醒步骤中，如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
9.如权利要求7所述的省电方法，其特征在于，其中在队列调度资讯帧传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间标签。
10.如权利要求7所述的省电方法，其特征在于，其中在队列调度资讯帧传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间偏移值。
11.如权利要求7所述的省电方法，其特征在于，其中在队列调度资讯传送的步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
12.一种在无线网络中的省电方法，该无线网络包括若干个工作站，其中一工作站被指定为控制工作站，控制工作站和剩下的工作站具有一有效模式和一省电模式，工作站间能够经由无线传输媒体直接彼此传送和接收资料，该方法包括：
一连结步骤，其中，剩下的工作站会连接到该控制工作站以取得一连结辨识；
一队列调度资讯传送步骤，其中，该控制工作站在信标帧被传送之后一预定时间内传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括一持续时间栏位、一Addressl栏位及一帧主体，该持续时间栏位指定一持续时间，该Addressl栏位是一个特定的群播地址，该帧主体具有多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关的剩下工作站存取无线传输媒体，存取时隙资讯表示相关工作站进入有效模式，经由无线媒体存取的存取时间；
一信标和队列调度资讯的接收步骤，其中，剩余的每一工作站会周期性的进入有效模式以接收信标帧和队列调度资讯帧；以及
一唤醒步骤，其中，当一连结辨识指示有一相关的工作站能够存取无线传输媒体时，该相关的剩下工作站在队列调度资讯帧中的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以存取媒体；
其中，每个工作站在接收完信标帧和队列调度资讯帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式，且数据传送之后该相关的剩下工作站进入省电模式。
13.如权利要求12所述的省电方法，其特征在于，其中在该唤醒步骤中，如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个剩下工作站会保持在省电模式中。
14.如权利要求12所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯传送步骤中，该存取时隙资讯为一时间标签。
15.如权利要求12所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯传送的步骤中，该存取时隙资讯为一时间偏移值。
16.如权利要求12所述的省电方法，其特征在于，其中在该队列调度资讯传送的步骤中，该预定时间为定义于IEEE802.11中的集中式协调功能帧区间。
17.如权利要求12所述的省电方法，其特征在于，其中在队列调度资讯传送步骤中，该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
18.一种在无线网络中的省电系统，包括：
多个第一工作站，每个第一工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自一协调者的资料，并周期性的进入有效模式接收信标帧；以及
一协调者，其会周期性的传送一带有队列调度资讯栏位的信标帧，该队列调度资讯栏位包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
其中，当一指定的工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该工作站依据信标帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料；每个工作站在接收完信标帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式；以及，数据传送之后指定的工作站进入省电模式。
19.如权利要求18所述的省电系统，其特征在于，其中如果队列调度资讯栏位中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
20.如权利要求18所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
21.如权利要求18所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
22.如权利要求18所述的省电系统，其特征在于，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
23.一种在无线网络中的省电系统，包括：
多个第一工作站，每个第一工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接传送及接收来自协调者的资料，并周期性的进入有效模式接收信标帧和队列调度资讯帧；以及
一协调者，其会周期性的传送信标帧，并在传送信标帧后传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括多组连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该存取时隙资讯表示该相关工作站在有效模式中传送和接收资料的时间；
其中，当一指定的工作站拥有接收/传送资料的持续时间，该工作站依据该队列调度资讯帧中的该存取时隙资讯所指定的时间，进入有效模式以接收/传送资料；每个工作站在接收完信标帧和队列调度资讯帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式；以及，数据传送之后指定的工作站进入省电模式。
24.如权利要求23所述的省电系统，其特征在于，其中如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个工作站会保持在省电模式中。
25.如权利要求23所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
26.如权利要求23所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
27.如权利要求23所述的省电系统，其特征在于，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
28.一种在无线网络中的省电系统，包括：
复数个第一工作站，其会连结到一控制工作站以取得一连结辨识，每个第一工作站具有一有效模式和一省电模式，能够经由无线传输媒体直接彼此传送及接收资料，并周期性的进入有效模式接收信标和队列调度资讯帧；以及
一第二工作站，其被指定作为该控制工作站，其会在信标帧被传送之后一预定时间内，再传送一队列调度资讯帧，该队列调度资讯帧包括一持续时间栏位、一Addressl栏位及一帧主体，该持续时间栏位指定一持续时间，该Addressl栏位是一个特定的群播地址，该帧主体具有若干组成对的连结辨识和存取时隙资讯，该连结辨识表示有一相关的第一工作站存取无线传输媒体，存取时隙资讯表示相关的第一工作站进入有效模式，经由无线媒体存取的存取时间；
其中，如果有一连结辨识指示有一相关第一工作站存取无线媒体时，该相关的第一工作站在队列调度资讯帧中的存取时隙资讯所指示的时间，进入有效模式以存取媒体；所有第一工作站在接收完信标帧和队列调度资讯帧之后如不传送/不接收数据则进入省电模式；以及，数据传送之后该相关的第一工作站进入省电模式。
29.如权利要求28所述的省电系统，其特征在于，其中如果队列调度资讯帧中没有相符的连结辨识，每个第一工作站会保持在省电模式中。
30.如权利要求28所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间标签。
31.如权利要求28所述的省电系统，其特征在于，其中该存取时隙资讯为一时间偏移值。
32.如权利要求28所述的省电系统，其特征在于，其中该预定时间为定义于IEEE802.11中的集中式协调功能帧区间。
33.如权利要求28所述的省电系统，其特征在于，其中该队列调度资讯依据一队列调度演算法来队列调度，以满足服务品质的需求。
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