CN1714301A - 使用有线局域网基础设施的无线局域网接入点之间的协作 - Google Patents

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Abstract

一种用于移动通信的方法，包括，在无线局域网(WLAN)(20)中布置多个接入点(22)，以便在公共频率信道上与移动站(24)通信，并且通过有线局域网(LAN)(28)中的电缆将所述接入点连接到一起。当一个或多个所述接入点接收到由移动站通过WLAN在公共频率信道上传输的上行链路信号时，所述接入点通过所述LAN发送消息，并且基于所述消息在所述接入点之间进行仲裁，以便选择一个接入点来响应所述上行链路信号。

Description

使用有线局域网基础设施的无线局域网接入点之间的协作
技术领域
本发明一般涉及局域网(LAN)通信，尤其涉及用于改善无线局域网性能的方法和设备。
背景技术
无线局域网(WLANs)正在得到普及，并且新的无线应用也正在开发中。原先的WLAN标准(例如：蓝牙、IEEE 802.11)被设计为能够在大约2.4GHz的频段内实现速率为1-2Mbps的通信。最近，为了实现更高的数据速率，IEEE工作组对原始的标准定义了扩展：802.11a、802.11b和802.11g。例如802.11a标准可以使短距离通信中的数据速率在5GHz的频段内预计达到54Mbps，而802.11b定义了在2.4GHz的频段内数据速率可以达到22Mbps。在本专利申请的上下文中和权利要求中，术语“802.11”用于指出原始的802.11标准以及它的所有变形和扩展，除非另外特别注明。
用于为移动用户提供大通信带宽的WLAN技术的理论上的能力严重受限于无线通信的实际限制。因为无线电波会受到建筑布局和家具的影响，所以无线电频率在户内的传播不是各向同性的。因此，即使当无线接入点被小心地放置于建筑物中各处时，通常仍然会存在一些“黑洞”(无法收到或只能收到很少无线电的区域)。此外，802.11无线链接只有在高信噪比的情况下才能全速工作。信号强度大小与移动站距其接入点之间的距离成反比关系，并且因此通信速率也如此。由于距离问题或无线电波传播问题而导致其接收信号弱的移动站，能减慢其所在的基本服务组(BSS-与同一个接入点进行通信的一组移动站)中的所有其它用户对WLAN的访问。
对这些实际困难的通常应答是在服务区内分布更多的接入点。但是，如果接收机在同一频率信道上同时收到了来自强度相似的两个信号源的信号，那么通常不能译码其中任一信号。802.11标准基于空闲信道评估(CCA)，提出了一种用于避免碰撞的机制，该机制要求移动站当检测到在它的频率信道有其它传输时，要停止自身的传输。在实际中，这个机制的效用有限，并且会加重工作在同一频率信道上的不同BSS的负担。
因此，在相关技术中已知的一种高数据速率802.11WLAN中，相互接近的接入点必须使用不同的频率信道。理论上，802.11b和802.11g两个标准在2.4GHz的频段上定义了14个频率信道，但是由于带宽和管理的限制，在美国，根据这些标准工作的WLAN实际上只有三个不同的频率信道可供选择(在其它国家，例如西班牙、法国和日本只有一个频率信道可用)。结果是，在复杂的户内环境中，如果工作在同一频率信道上的不同接入点的覆盖区域不是基本上重叠，那么将无线接入点足够紧密地分布以便在整个环境中提供强大的信号变成实际上不可能。
通常通过有线局域网将WLAN系统中的接入点互连以与集线器(hub)进行通信。作为分布系统(DS)的局域网用于在接入点和hub之间交换数据。这种布置使移动站能够经由连接到hub上的接入线路，通过接入点向外部网路(例如：因特网)发送数据或者从外部网络接收数据。
最一般的情况是，用作分布系统的局域网是以太局域网，它根据在IEEE标准802.3(2000版，通过参考文件被包括在这里)定义的媒体访问控制(MAC)的多路访问载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)方法工作。术语“以太网”、“带冲突检测的多路访问载波侦听”和“802.3”可以互换地用于该技术来提及这种类型的局域网。以太局域网通常能够高速传送数据，它的速率高于在接入点和移动站间的无线通信的总计速率。例如，100BASE-T以太局域网能够以100Mb/s的速率在双绞线上传送数据。局域网上的消息延迟相对较高，但是，通常在毫秒级别，这主要是由802.3标准规定的碰撞避免机制和在802.3的MAC层缺少分片机制(fragmentation mechanism)而导致的。另一个对以太局域网延迟性有贡献的因素是：该标准允许的最小帧大小是64字节(加上用于帧的前导码和起始帧的分界符的多于8个的字节)，而最大的帧大小要超过1500字节。
发明内容
本发明在某些方面的一个目的是提供用于提高WLAN系统的覆盖区域和速率的方法和设备。
本发明在某些方面的再一个目的是提供能使有线局域网用于高速、低延迟通信的方法和设备。
在本发明的优选实施例中，WLAN系统包括在服务区内分布的多个无线接入点。通过电缆将所述多个接入点在局域网(LAN)中链接在一起，通常是以太局域网，该局域网把数据传送到接入点所服务的移动站，或者传送来自于该移动站的数据。为了利用遍及区域的强通信信号对服务区进行完全覆盖，接入点优选间隔紧密，并且它们的覆盖区域可以彼此基本上重叠，这不同于本领域已知的WLAN。
为了处理该重叠，接入点使用一个新的、低延迟协议通过局域网彼此进行通信。当移动站发送试图发起在给定的频率信道中进行通信的上行链路信息时，工作在该频率信道中的多个接入点通常都可以接收到该消息。这些接入点通过在局域网上发送消息来在它们之间进行仲裁，使用新的协议确定将由哪个接入点响应该移动站。该仲裁必须迅速完成，通常远低于10微秒。如果所述接入点被限制为使用以太网协议在局域网上通信，那么如上所述，由于以太网固有的高延迟性，它们将无法在严格的时间限制内完成仲裁。因而，每个接收该上行链路消息的接入点立即使它的以太网通信被抢占(preempt)，使用本发明的新协议来发送和接收仲裁所需的消息。之后，可以恢复标准以太网传输。
使用本发明的仲裁机制允许接入点在服务区内可以如所期望的那样紧密地分布，同时避免相互干扰。结果是，服务区内各处的移动站都会被无线电良好地覆盖，没有“黑洞”，而且可以以最佳速度工作。由于在接入点之间发送消息的该仲裁利用了接入点间的现有局域网(或者是一个在任何情况下部署成WLAN的分布系统的局域网)，所以通过非常简单的安装过程，就可以在不大量增加硬件的情况下改善WLAN的性能。
虽然在此描述的优选实施例主要针对改善WLAN系统的覆盖范围，但是本发明的原理也可以应用于其它的目的。因此，本发明可以用于为局域网中的节点提供双MAC能力：一个高吞吐量MAC层，例如100Mb/s的以太网MAC层，用于一般的数据通信；和一个分离的低延迟MAC层，当需要发送短的、高优先级的消息时(这类消息的持续时间通常是微秒级或更短)，调用该MAC层。高速MAC可被用于例如同步和控制信号，该同步和控制信号需要较低延迟且因此不能在以太网上传输。通常，当没有低延迟MAC时，需要用节点间的另外的电缆来传送这些信号。本发明解决了现有技术中的这个缺陷，允许局域网电缆和设备用于双重目的。
因此，根据本发明的优选实施例，提出了一种用于移动通信的方法，该方法包括：
在无线局域网(WLAN)中布置多个接入点，以便在公共频率信道上与移动站通信；
在有线局域网(LAN)中，通过电缆将接入点链接到一起；
在一个或多个接入点接收由移动站通过WLAN在公共频率信道上发送的上行链路信号；
响应于接收该上行链路信号，在接入点间通过局域网发送一个或多个消息；
基于所述消息在所述接入点之间进行仲裁，从而选择一个接入点来响应该上行链路信号；并且
将应答从所选择的接入点发送到移动站。
优选地，除了响应于接收该上行链路信号而通过局域网发送消息外，链接接入点还包括布置接入点以便经由局域网向移动站传送数据，或者传送来自移动站的数据。最优选地，布置接入点来传送数据包括根据以第一延迟为特征的第一MAC协议配置接入点来传送数据，并且发送消息包括响应于接收上行链路信号而使用具有比第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议来发送消息。通常，第一MAC协议包括以太网协议。
优选地，发送消息包括使根据第一MAC协议来传送数据被抢占，从而使用第二MAC协议发送消息。通常，使传送数据被抢占包括调用由第一MAC协议提供的碰撞避免机制。最优选地，使传送数据被抢占包括中断根据第一MAC协议进行的数据帧的传输。
优选地，发送一个或多个消息包括从接收上行链路信号的接入点将广播消息发送到多个接入点。
优选地，在接入点之间的仲裁包括在多个接入点中的每个上接收和处理消息，使得一个或多个接收上行链路信号的接入点中的每个确定将选择哪一个接入点来响应上行链路信号。最优选地，处理消息包括，响应于该消息来从所述接入点中选择一个最先接收上行链路信号的接入点。
优选地，接入点具有各自的服务区，并且其中，布置多个接入点包括布置接入点以使所述各自的服务区基本上重叠。
在一个优选实施例中，布置多个接入点包括布置接入点使其基本上根据IEEE标准802.11与移动站通信，并且在接入点间的仲裁包括，在一个由IEEE标准802.11强加的用于确认上行链路信号的时限内选择一个接入点来响应该上行链路信号。
根据本发明的一个优选实施例，还提出了一种用于网络通信的方法，该方法包括：
在局域网(LAN)中将多个节点链接到一起；
根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议，在节点间通过局域网传送数据；以及
使根据第一MAC协议传送数据被抢占，从而使用第二MAC协议在节点间通过LAN传递消息，其中所述第二MAC协议具有比第一延迟更低的第二延迟。
在一个优选实施例中，所述第一MAC协议包括以太网协议，并且使传送数据被抢占包括根据所述以太网协议的物理层和MAC层之间的媒体独立接口(MII)来断言信号。
可补充地或可替换地，使传送数据被抢占包括调用由第一MAC协议提供的碰撞避免机制。
优选地，使传送数据被抢占包括中断根据第一MAC协议进行的数据帧的传输。
最优选地，传送数据包括根据第一MAC协议在LAN中的节点间建立同步，并且使传送数据被抢占包括使用已建立的同步，利用第二MAC协议发送消息。
可补充地或者可替换地，传送数据包括发送包含第一类错误检测码的数据帧，并且其中使传送数据被抢占包括发送具有第二类错误检测码(不同于第一类)的消息。
此外，根据本发明的优选实施例，还提出了用于移动通信的系统，该系统包括：
电缆，其被布置为形成有线局域网(LAN)；和
多个接入点，所述接入点通过LAN互连，并且被布置在无线局域网(WLAN)中以便在公共频率信道上与移动站通信，一旦在一个或多个接入点接收到由移动站通过WLAN在公共频率信道上传输的上行链路信号，接入点用于响应接收上行链路信号，在接入点间通过LAN发送一个或多个消息，并且基于所述消息在接入点中进行仲裁，以便响应于所述上行链路信号来选择一个接入点，并且从所选择的接入点向移动站发送应答。
根据本发明的优选实施例，还提出了用于网络通信的系统，该系统包括：
电缆，其被布置为形成有线局域网(LAN)；和
多个节点，将所述节点通过LAN连接到一起，并且用于根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议在节点间通过LAN传送数据，并且还用于使根据第一MAC协议传送数据被抢占，从而使用具有比第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议在节点间通过LAN传递消息。
此外，根据本发明的优选实施例，还提出了一种接入点装置，用于在无线局域网(WLAN)中布置为一个用于移动通信的接入点，所述装置包括：
无线电收发机，被配置来在预定频率信道上与移动站通信；
物理层接口，用于将接入点连接到互连该接入点的有线局域网(LAN)上；以及
处理电路，当无线电收发机接收到由移动站通过WLAN在预定频率信道上传输的上行链路信号时，用于经由物理层接口通过LAN向接入点发送消息和从接入点接收消息，并且基于所述消息在接入点中进行仲裁，以便响应于上行链路信号来选择一个接入点，并且控制无线电收发机，使得无线电收发机向受仲裁协议支配的移动站返回一个应答。
优选，处理电路用于使根据第一MAC协议传送数据被抢占，从而使用第二MAC协议发送消息。最优选地，所述处理电路包括多路复用器，用于调用由第一MAC协议提供的碰撞避免机制，从而使传送数据被抢占。优选地，所述处理电路包括一个MAC处理器，用于根据第一MAC协议，产生用于传输的数据帧，并且多路复用器用于使用碰撞避免机制，以使MAC处理器中断一个数据帧的传输。
根据本发明的优选实施例，还提出了一种节点装置，该节点装置被布置为局域网(LAN)中的多个节点之一，该节点装置包括：
物理层接口，用于将节点连接到LAN上；以及
处理电路，用于根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议，经由物理层接口通过LAN传送数据，并且还用于使根据第一MAC协议传送数据被抢占，从而使用第二MAC协议通过LAN传递消息，其中所述第二MAC协议具有比第一延迟更低的第二延迟。
优选地，所述处理电路包括：
第一MAC处理器，用于根据第一MAC协议传送数据；
第二MAC处理器，用于根据第二MAC协议发送和接收消息；以及
多路复用器，将第一和第二MAC处理器耦合到物理层接口，所述多路复用器用于使第一MAC处理器被抢占，从而使第二MAC处理器能够发送消息。
通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，将更好地理解本发明。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明优选实施例的WLAN系统的方框图；
图2是示意性示出根据本发明优选实施例的WLAN系统中的接入点的细节的方框图；
图3是示意性地示出根据本发明优选实施例的具有双MAC层的通信协议栈的方框图；
图4是示意性地示出根据本发明优选实施例在WLAN系统中的接入点之间进行交换的消息数据包的方框图；和
图5是示意性地示出根据本发明优选实施例在WLAN系统的无线接入点中进行仲裁的方法的流程图。
发明详述
图1是示意性地示出根据本发明优选实施例的无线LAN(WLAN)系统20的方框图。系统20包括多个接入点22，所述接入点22被配置来用于与移动站24进行数据通信。移动站通常包括计算设备，例如桌上电脑，便携或手持设备，如图所示。在以下描述的示例性实施例中，假定接入点和移动站彼此根据IEEE 802.11标准家族中的标准之一来相互通信，并且遵守802.11媒体访问控制(MAC)层的规范。在ANSI/IEEE标准801.11(1999版)中，特别是在部分11：无线LAN媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范中，描述了802.11MAC层的细节，这里将其引入，作为参考。然而，本发明的原理并不限于802.11标准，同样还可以应用于基本上任何类型的WLAN，包括高性能无线LAN(HiperLAN)、蓝牙和基于高速无线接入网(hiswan)的系统。
通过有线LAN28将接入点22连接到以太网交换集线器26，有线LAN28充当用于在接入点和集线器间交换数据的分布系统(DS)。如上所述，这种布置使移动站24能够通过接入点22，经由连接到集线器26的接入线路32，将数据发送到外部网络30，例如互联网，以及从外部网络30接收数据。通常，LAN28是100BASE-TX LAN，工作于半双工模式，如802.3标准所规定的。或者，LAN28可以包括基本上任何以太网标准的LAN。
如上述美国专利申请(“无线局域网接入点间的协作”)中所述，优选将系统20中的接入点22紧密间隔，以便无线电波通常可以在相同频率信道上从多个接入点同时到达移动站24。利用同一个令牌，由移动站24发送的无线电消息可以在几乎同一时间被多个接入点接收。在本领域已知的WLAN系统中，在这些情况下，移动站24将从两个或更多接入点接收下行链路消息，这或许将导致移动站丧失与任一接入点进行通信的能力。在本发明的优选实施例中，接入点通过使用一种新的、高速协议经由LAN28彼此交换仲裁消息来协作解决该碰撞，如下所述。优选地，由从给定移动站接收上行链路信号的所有接入点将仲裁消息广播到其它接入点。基于该仲裁消息，接入点决定由哪个接入点来为给定移动站提供服务(通常是最接近移动站的接入点，也就是第一个响应于给定上行链路消息而经由LAN28发出仲裁消息的接入点)。同时，其它接入点不产生干扰。
通常，在传统的WLAN中，当接入点从移动站接收到上行链路消息时，立即使用确认消息(ACK)做出回答。如果移动站在给定的超时时间段内(称为帧间间隔)，通常为10微秒，没有收到ACK，那么它随后提交一个自动重复请求(ARQ)。最后，如果移动站多次没有收到所需的ACK，那么它将消息交换处理为已经失败。因而，为了在系统20中保持802.11的兼容性，一个且只有一个接收接入点必须在10微秒的期限内向移动站24返回ACK。这种约束要求接入点之间的仲裁在远少于10微秒的时间内完成。出于这个目的，接入点22设置有双MAC功能：一个用于传统数据通信的以太网MAC，以及一个新的、用于仲裁的低延迟MAC，如下所述。
图2是示意性地示出根据本发明的优选实施例的接入点22的细节的方框图。用LAN28的网线33将接入点22连接到集线器26。集线器26通常包括标准以太网交换集线器，如本领域已知的那样，所述以太网交换集线器被另外编程控制，以便识别并快速交换(非以太网)仲裁消息，其中该仲裁消息在接入点间交换。接入点22包括物理层接口(PHY)34，该物理层接口34根据802.3标准的100BASE-TX物理层规范在网线33上发送和接收信号。优选地，PHY34工作于半双工模式，如标准所提出的那样。
多路复用器35将PHY34连接到两个不同的MAC处理器上：以太网帧处理器36和协作消息处理器38。作为一条规则，多路复用器将优先权赋予从消息处理器发送输出的仲裁消息，同时阻断帧处理器并且使任何进行中的以太网帧的发送被抢占。基于这些仲裁消息，处理器38与WLAN收发器37交互并控制该WLAN收发器37。收发器37根据适用的WLAN标准通过无线方式与移动站24进行通信。
图2所示的接入点22的元件可以包括单独的、分立的组件，或者它们可以被一起组合到一个集成电路芯片上或者芯片组上。虽然多路复用器35和消息处理器38是新的并且是本发明特有的，但是图2所示的接入点的其它元件(包括PHY34，以太网帧处理器36和收发器37)是可作为标准组件得到的现成品(off-shelf)。只要微处理器的处理速度足够快，所述多路复用器、以太网帧处理器和消息处理器同样可以被实现为在单个微处理器上运行的软件程序。
图3是示意性地例示一种根据本发明优选实施例由接入点22的组件实施的协议栈的方框图。PHY34实施符合802.3标准的标准物理层协议42，例如100BASE-TX协议。然而，MAC协议层44的功能被划分到几个组件中。以太网帧处理器36实施标准的802.3MAC协议46。另一方面，消息处理器38使用新的低延迟MAC协议48，在接入点之间发送仲裁消息。由多路复用器35提供复合(COMBO)层50来在物理层协议和可选择的MAC协议之间交互。
优选地，COMBO层50使用媒体独立接口(MII)来与物理层和以太网MAC层进行交互，同样也可以选择与低延迟MAC48进行交互。如802.3标准的第22章中所详细定义的MII，提供了用于以太网MAC层和100BASE-TX PHY层之间通信的标准原语(primitive)。通过以802.3标准所提出的方式来使用这些原语，对于以太网MAC层和PHY层来讲，COMBO层50的操作是透明的。也就是说，这些层以传统方式工作，并且不必对这些层进行修改来适应低延迟MAC48。
在更高的协议层上，网络和应用层52负责在WLAN收发器37和LAN28之间将数据传送到移动站24或传送来自移动站24的数据。这些传统功能不属于本发明的范围，并且它们的实现方法对于本领域的技术人员来讲是显而易见的。
接入点协作层54负责产生将经由高速MAC层48通过LAN28传输的仲裁消息，并且负责接收和处理从其它接入点输入的仲裁消息。层54使用仲裁消息信息来确定应由哪一个接入点来响应由收发器37接收到的给定上行链路信息并且因此向收发器输出控制信号。在下面参考图5进一步描述这些操作，以及低延迟MAC层48和COMBO层50的操作的相关细节。
图4是示意性地示出根据本发明优选实施例由一个接入点22通过LAN28发送的广播信息包60的方框图。如下参照图5所述，一旦从一个移动站24接收到上行链路通信，就由接入点使用信息包60向其它接入点传送仲裁消息。该信息包包括源地址(SA)62，消息主体64和差错校验码66，通常是如本技术领域已知的循环冗余校验码(CRC)。
为了接入点间的快速通信，期望的是，信息包60能尽量短，优选不超过16位。因此，SA62以惟一的、独有的格式简单地标识发送接入点，SA62也允许集线器26能识别出一个广播信息包。由于hub将该信息包分发到所有接入点，所以不需要目标地址。Hub26不仅仅具有标准以太网交换hub的能力，而且还增加有能使其识别信息包60并且以最高优先级发送信息包60的硬件和软件的能力。出于这一目的，hub26优选包括专用广播电路，因为否则的话，标准的802.3交换电路将会把信息包60认作错误的包并且因此丢弃它。优选地，hub26与接入点22一样，在标准的PHY层与两个不同的MAC层(本发明的标准的802.3交换MAC和新的低延迟广播MAC)之间还增加有缓冲层。由于100BASE-TX使用同步链接(“总是打开的”)，hub26优选包括一个弹性缓存器(未示出)，用于并行地从一个输入端口将信息包60广播到多个输出端口。
消息主体64识别发送由信息包60上报的上行链路消息的移动站。为了有效地通信，移动站标识被缩短，例如，通过散列算法处理为16位的码。在每个接收信息包60的接入点中的消息处理器38对SA62和消息主体64进行解码。从而，消息处理器还原发送上行链路消息的移动站的和接收上行链路消息并发出信息包60的接入点的身份。基于所接收的信息包的内容和信息包的接收时间，消息处理器确定该接入点是否应该响应该上行链路消息。通常，选择响应于给定上行链路消息而首先发出广播信息包的接入点来响应该消息。可选地，消息主体64可以包括其它参数，例如所接收的上行链路消息的功率电平和/或天线的标识，其中接入点通过天线接收消息。(出于各种目的，接入点通常有多个天线。)除了信息包60的接收时间以外，或者替换该接收时间，这些参数中的其他参数可用于在接入点间进行的仲裁中。
码66优选是8位或16位的CRC，该码被消息处理器38用来验证信息包60的内容的正确性。优选地，码66使用与802.3所提供的编码方案不同的编码方案。所以，如果信息包60被偶然地传递到以太网MAC处理器36，该以太网层将不能正确地解码CRC，并且将因此丢弃该包。
图5是示意性地示出根据本发明优选实施例用于在系统20中的移动站24和接入点22之间建立通信的方法的流程图。该方法的进一步细节在上述美国专利申请(该申请使用专用的共享媒质在接入点之间交换仲裁消息，而不是LAN28)中被描述。接入点22在它们的公共频率信道上发送信标信号，给出时间基准，并且指明接入点的BSS标识(BSSID)，其中移动站应该使用该时间基准来同步它的通信。在本领域已知的802.11WLAN系统中，每个接入点有它自己惟一的BSSID。然而，在系统20中，多个接入点共享相同的BSSID，以便在移动站看来，它们在逻辑上是单一的、扩展的、分布式的接入点，所述接入点在不同位置具有多个天线。接入点的时间基准使用通过LAN28(以数据包60的形式)发送的同步消息互相同步，并且错开由接入点发送的信标信号，以避免它们之间的碰撞。
在上行链路步骤70中，当移动站24接收到足够强的信标信号时，移动站24从该信号提取BSSID和时间基准，并且使用BSSID和时间基准来发送上行链路消息，该上行链路消息由一个或多个接入点接收。根据802.11标准完成在这一步骤以及其它步骤中移动站的动作。换言之，可以以一种对现有移动站来讲是透明的并且无需对现有移动站进行修改的方式来实现本发明。典型地，由移动站发送的第一上行链路信号是关联请求消息(association request message)，该消息表述BSSID并且指明了所述移动站的MAC地址。紧随该上行链路消息之后，一个且仅仅一个接收接入点必须在10微秒的IFS期限内向移动站24返回ACK应答，如上所述。
为了确定将由哪个接入点来响应关联请求消息，接入点22利用LAN28执行仲裁处理。出于该目的，在信息包生成步骤72，所有从移动站24接收了上行链路消息的接入点中的消息处理器38准备广播信息包60，以便通知其它接入点已经接收到上行链路消息。高速MAC层48通知COMBO层它有一个待发送的信息包，优选通过设定发送使能标志来通知。例如，假定高速MAC和COMBO层根据802.3标准定义的MII来进行通信，高速MAC层断言与所发送的信息包的头四位字节同步的TX_EN信号。继续断言该标志直到整个信息包已经被发送。
在以太网阻断步骤74，一旦消息处理器38的低延迟MAC层48通知多路复用器35的COMBO层50它有一个待发送的信息包，所述COMBO层就立即中断通过接入点22进行的一切以太网通信。优选地，通过断言由802.3标准的MII提供的COL信号，COMBO层通知以太网MAC层46在LAN上检测到了碰撞。当这种碰撞情况出现时，以太网MAC层终止任何正在进行的帧传输，并且只要COL标志仍旧被断言，就延迟进一步的传输。如果COMBO层正在进行以太网帧的发送，那么就立即停止发送，并且请求PHY层42以一种方式故意破坏帧的内容，在所述方式下，接收器将最有可能检测到破坏。出于该目的，COMBO层优选在与PHY层的接口上断言TX_ER和TX_EN信号，如同由MII提供的那样。作为应答，如同在802.3标准的22.2.2.8部分所规定的，PHY层将发出一个或更多符号，所述符号不是由标准提供的有效数据或分隔符集合的一部分。这些符号将使得所述帧的所有接收器立即丢弃该帧。
在广播发送步骤76，在断言了COL和TX_ER标志之后(优选不超过一个时钟周期)，COMBO层50发送由低延迟MAC层48准备好的广播消息。COMBO层优选断言TX EN标志，以便命令PHY层42发送所述信息包。即使当PHY层空闲时，仍通过LAN28发送和接收空闲符号，以便维持同步，如802.3标准所批准的。因而，在开始通过LAN发送或接收仲裁广播信息包时，基本上不会有任何同步延迟。
在消息接收步骤78，所有接入点22都接收通过LAN_28发送的广播信息包。当COMBO层50接收到一个广播信息包时，它立即将该信息包传递到低延迟MAC层48。该MAC层将该消息信息传递到协作层54，在仲裁步骤80，所述协作层54在发送广播信息包的接入点间进行仲裁，以便确定将由哪个接入点来响应在步骤70接收的上行链路消息。同样的仲裁发生在所有的接入点。通过将这些广播消息的接收时间和接入点发送它自己的广播消息的时间进行比较，每个接入点能够确定它是否是第一个发送了它的消息，或者是否其它接入点在其之前发送了消息(运行于其它频率信道上的接入点以及没有从在广播消息中标识的移动站接收到上行链路信号的相同频率信道上的接入点，可以忽略该消息。)
通常，能够响应来自给定移动站的上行链路消息而首先发送它自己的广播消息的接入点处于继续与移动站通信的有利位置。因而，所有接入点独立地选择这个第一接入点来响应移动站24。802.11标准支持大范围的数据传输率(1到54Mb/s)。移动站尽力尽可能快地传输信息包，只要链路允许。因而，通常，只有足够接近移动站的接收高速率传输的接入点才会去竞争为移动站服务，并且获胜的接入点无疑必须是在所述上行链路信息的最佳接收器中。
可选择地或者可补充地，只要标准被一致地应用到所有接入点，其它标准(例如所接收的信号的功率)就可在选择“获胜”的接入点时应用。优选地，如果出现死锁(例如当两个接入点同时发送它们的广播消息时)，一个预定的方案被所有的接入点用来同样地解决死锁问题，其中该方案可以基于所接收的信号的功率。
在确认步骤82，获胜的接入点将所请求的ACK消息发送到移动站24。如上所述，所述ACK必须在短时间内被发送，通常是10微秒，并且步骤70-80必须在该时间内完成。接入点22通过以上述方式使用LAN28能够满足该时间约束。在发送ACK之后，获胜的接入点通常向移动站24发送关联响应消息，然后，继续向合适的移动站进行下行传输。
所述获胜的接入点继续服务于移动站，直到移动站发送另一个上行链路消息。然后，重复上述仲裁协议。在下一轮，可选择一个不同的接入点来服务于所述移动站，尤其如果所述移动站已经在这期间移动了。即使移动站已经移动了，也不需要重复关联协议。如上所述，所有接入点属于同一个BSS，如同它们是一个单独的被扩展的接入点。因而，即使接入点之间的仲裁处理选择了一个不同的“获胜者”来响应下一个来自移动站的上行链路信息包，也会因此保持同样的移动站的关联。
图2所示的LAN通信结构和图3所示的协议栈，不仅仅如上所述在改善WLAN系统的覆盖范围中有用，而且在其它网络通信环境中也有用。如上所述，因此，本发明可以被用于在LAN中提供具有双MAC功能的节点：一个媒体延迟MAC层，例如以太网MAC层，用于一般的数据通信；以及一个分离的低延迟MAC层，当需要发送短的紧急报文时，调用该MAC层。低延迟MAC层48可以被用于例如同步和控制信号，该同步和控制信号需要低延迟并且因而不能适用于以太网MAC层46。本发明的高速MAC和COMBO层同样可以用于具有本领域已知的其它类型的MAC和数据链路协议层的双MAC构造。例如，低延迟MAC层可用于实时定位系统，使用多个无线电传播测量来定位在办公楼或工厂中的人员。
因此，可以通过例子来表述上述优选实施例，并且本发明并不局限于已被特别示出的和在此之前所描述的优选实施例。然而，本发明的范围包括上述的各种特征的组合以及其子组合，以及本领域技术人员在一旦阅读了前面的描述之后所能想到的且在现有技术中未公开的这些特征的变化和对这些特征的修改。

Claims (60)

1、一种用于移动通信的方法，包括：
在无线局域网(WLAN)中布置多个接入点，以在公共频率信道上与移动站进行通信；
通过有线局域网(LAN)中的电缆将所述接入点链接到一起；
在一个或多个所述接入点上接收由所述移动站通过所述WLAN在所述公共频率信道上发送的上行链路信号；
响应于接收所述上行链路信号，在所述接入点之间通过所述LAN发送一个或多个消息；
基于所述消息在所述接入点之间进行仲裁，以便选择其中一个所述接入点来响应所述上行链路信号；以及
从所选择的其中一个所述接入点向所述移动站发送一个应答。
2、如权利要求1所述的方法，其中，除了响应于接收所述上行链路信号而通过所述LAN发送消息外，链接所述接入点还包括布置所述接入点以便经由所述LAN向所述移动站传送数据以及传送来自所述移动站的数据。
3、如权利要求2所述的方法，其中，布置所述接入点来传送所述数据包括配置所述接入点以便根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议来传送所述数据，并且其中，发送所述消息包括响应于接收所述上行链路信号，使用具有比所述第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议来发送所述消息。
4、如权利要求3所述的方法，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
5、如权利要求3所述的方法，其中，发送所述消息包括使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用所述第二MAC协议来发送所述消息。
6、如权利要求5所述的方法，其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制。
7、如权利要求5所述的方法，其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括中断根据所述第一MAC协议进行的数据帧的传输。
8、如权利要求1至7中的任一权利要求所述的方法，其中，发送所述一个或多个消息包括将广播消息从接收所述上行链路信号的接入点发送到多个所述接入点。
9、如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，在所述接入点间进行仲裁包括在多个所述接入点中的每一个接入点接收并处理所述消息，使得一个或多个接收所述上行链路信号的所述接入点中的每个接入点确定将选择哪一个所述接入点来响应该上行链路信号。
10、如权利要求9所述的方法，其中，处理所述消息包括响应于所述消息，选择一个将首先接收到所述上行链路信号的所述接入点。
11、如权利要求1至7中的任一权利要求所述的方法，其中，所述接入点具有各自的服务区，并且其中，布置所述多个接入点包括布置所述接入点以使所述各自的服务区基本上重叠。
12、如权利要求1至7中的任一权利要求所述的方法，其中，布置所述多个接入点包括布置所述接入点以使其基本上根据IEEE标准802.11与所述移动站进行通信。
13、如权利要求12所述的方法，其中，在所述接入点间进行仲裁包括，在由IEEE标准802.11强加的用于确认所述上行链路信号的时限内，选择一个所述接入点来响应所述上行链路信号。
14、一种用于网络通信的方法，包括：
在局域网(LAN)中将多个节点链接到一起；
根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议，在所述节点间通过所述LAN传送数据；以及
使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用第二MAC协议在所述节点间通过所述LAN传递消息，其中第二MAC协议具有比所述第一延迟更低的第二延迟。
15、如权利要求14所述的方法，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
16、如权利要求15所述的方法，其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括根据所述以太网协议的物理层和MAC层之间的媒体独立接口(MII)断言信号。
17、如权利要求14至16中的任一权利要求所述的方法，其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制。
18、如权利要求14至16中的任一权利要求所述的方法，其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括中断根据第一MAC协议进行的所述数据帧的传输。
19、如权利要求14至16中的任一权利要求所述的方法，其中，传送所述数据包括在所述LAN上的所述节点之间，根据所述第一MAC协议建立同步，并且其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括使用所述已建立的同步，利用所述第二MAC协议发送所述消息。
20、如权利要求14至16中的任一权利要求所述的方法，其中，传送所述数据包括发送包含第一类错误检测码的数据帧，并且其中，使传送所述数据被抢占的步骤包括发送具有与所述第一类错误检测码不同的第二类错误检测码的消息。
21、一种用于移动通信的系统，包括：
电缆，被布置为形成有线局域网(LAN)；以及
多个接入点，通过所述LAN互连所述接入点并将其布置在无线局域网(WLAN)中，以在公共频率信道上与移动站通信，一旦在一个或多个所述接入点接收到由所述移动站通过所述WLAN在所述公共频率信道上发送的上行链路信号，所述接入点用于响应于接收所述上行链路信号，在所述接入点间通过LAN发送一个或多个消息，并且基于所述消息在所述接入点间进行仲裁，以便选择一个所述接入点来响应所述上行链路信号，并且将应答从所选择的接入点发送到所述移动站。
22、如权利要求1所述的系统，其中，除响应于接收所述上行链路信号，通过所述LAN发送所述消息以外，还布置所述接入点以便经由所述LAN向所述移动站传送数据并传送来自所述移动站的数据。
23、如权利要求22所述的系统，其中，所述接入点被配置为根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议传送所述数据，并且使用具有比所述第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议来响应于接收所述上行链路信号而发送所述消息。
24、如权利要求23所述的系统，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
25、如权利要求23所述的系统，其中，所述接入点用于使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用所述第二MAC协议发送所述消息。
26、如权利要求25所述的系统，其中，所述接入点被布置为通过调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制来使传送所述数据被抢占。
27、如权利要求25所述的系统，其中，所述接入点用于通过中断根据所述第一MAC协议进行的所述数据帧的传输来使传送所述数据被抢占。
28、如权利要求21至27中的任一权利要求所述的系统，其中，所述一个或多个消息包括从接收所述上行链路信号的接入点向所述多个接入点发送的广播消息。
29、如权利要求21至27中的任一权利要求所述的系统，其中，所述接入点用于接收并处理所述消息，使得所述一个或多个接收所述上行链路信号的接入点中的每个接入点确定选择哪一个接入点来响应所述上行链路信号。
30、如权利要求29所述的系统，其中，响应于所述消息，所述接入点用于选择一个首先接收到所述上行链路信号的接入点。
31、如权利要求21至27中的任一权利要求所述的系统，其中，所述接入点具有各自的服务区，并且其中，所述接入点被布置为使得所述各自的服务区基本上重叠。
32、如权利要求21至27中的任一权利要求所述的系统，其中，所述接入点用于基本上根据IEEE标准802.11与所述移动站进行通信。
33、如权利要求32所述的系统，其中，在由IEEE标准802.11强加的用于确认所述上行链路信号的时限内，所述接入点用于选择一个接入点来响应所述上行链路信号。
34、一种用于网络通信的系统，包括：
电缆，其被布置为形成有线局域网(LAN)；以及
多个节点，通过所述LAN将其连接到一起，并且所述多个节点用于根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议在所述节点间通过所述LAN传送数据，并且还用于使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用具有比所述第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议在所述节点间通过LAN传递消息。
35、如权利要求34所述的系统，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
36、如权利要求35所述的系统，其中，所述节点用于通过根据所述以太网协议的物理层和MAC层之间的媒体独立接口(MII)断言信号来使传送所述数据被抢占。
37、如权利要求34至36中的任一权利要求所述的系统，其中，所述节点用于通过调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制来使传送所述数据被抢占。
38、如权利要求34至36中的任一权利要求所述的系统，其中，所述节点用于通过中断根据第一MAC协议进行的所述数据帧的传输来使传送所述数据被抢占。
39、如权利要求34至36中的任一权利要求所述的系统，其中，所述节点用于根据所述第一MAC协议在所述LAN上的节点之间建立同步，并且使用所建立的同步，利用所述第二MAC协议发送所述消息。
40、如权利要求34至36中的任一权利要求所述的方法，其中，所述节点用于通过发送包含第一类错误检测码的数据帧来传送所述数据，并且发送具有与所述第一类错误检测码不同的第二类错误检测码的消息。
41、在无线局域网(WLAN)中布置来作为用于移动通信的多个接入点中的一个的接入点装置，所述装置包括：
无线电收发器，被配置来在一个预定的频率信道上与移动站通信；
物理层接口，用于将所述接入点连接到互连所述接入点的有线局域网(LAN)上；以及
处理电路，用于当所述收发器接收到由所述移动站通过所述WLAN在预定频率信道上发送的上行链路信号时，经由所述物理层接口通过所述LAN向所述多个接入点发送消息和接收来自所述接入点的消息，并且基于所述消息在所述接入点之间进行仲裁，以便从中选择一个接入点来响应所述上行链路信号，并且控制所述收发器以便所述收发器向遵守所述仲裁协议的所述移动站返回应答。
42、如权利要求41所述的装置，其中，除了响应于所述上行信号而通过所述LAN发送并接收所述消息以外，所述处理电路还用于经由所述物理层接口通过所述LAN将数据传送到所述移动站以及传送来自所述移动站的数据。
43、如权利要求42所述的装置，其中，所述处理电路用于根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议来传送所述数据，以及响应于接收所述上行链路信号，使用具有比所述第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议发送和接收所述消息。
44、如权利要求43所述的装置，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
45、如权利要求43所述的装置，其中，所述处理电路用于使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用所述第二MAC协议发送所述消息。
46、如权利要求45所述的装置，其中，所述处理电路包括多路复用器，所述多路复用器用于调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制，以使传送所述数据被抢占。
47、如权利要求46所述的装置，其中，所述处理电路包括MAC处理器，所述MAC处理器用于根据第一MAC协议生成用于传输的数据帧，并且其中，所述多路复用器用于使用碰撞避免机制，以使所述MAC处理器中断一个所述数据帧的传输。
48、如权利要求41至47中的任一权利要求所述的装置，其中，由所述处理电路响应于接收所述上行链路信号而发送和接收的所述消息包括从接收所述上行链路信号的接入点发送到所述多个接入点的广播消息。
49、如权利要求41至47中的任一权利要求所述的装置，其中，所述处理电路用于接收并处理所述消息，使得所述一个或多个接收所述上行链路信号的所述接入点中的每一个接入点确定选择哪一个接入点来响应所述上行链路信号。
50、如权利要求49所述的装置，其中，响应于所述消息，所述处理电路用于选择一个首先接收所述上行链路信号的所述接入点。
51、如权利要求41至47中的任一权利要求所述的装置，其中，所述收发器用于基本上根据IEEE标准802.11与所述移动站进行通信。
52、如权利要求51所述的装置，其中，在由IEEE标准802.11强加的用于确认所述上行链路信号的时限内，所述处理电路用于选择其中一个所述接入点来响应所述上行链路信号。
53、在局域网(LAN)中布置来作为多个节点中的一个的节点装置，所述装置包括：
物理层接口，用于将所述节点连接到所述LAN上；以及
处理电路，用于根据以第一延迟为特征的第一媒体访问控制(MAC)协议，经由所述物理层接口通过所述LAN传送数据，并且还用于使根据所述第一MAC协议传送所述数据被抢占，从而使用具有比第一延迟更低的第二延迟的第二MAC协议通过所述LAN传送消息。
54、如权利要求53所述的装置，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议。
55、如权利要求53所述的装置，其中，所述处理电路包括：
第一MAC处理器，用于根据第一MAC协议传送数据；
第二MAC处理器，用于根据第二MAC协议发送和接收所述消息；以及
多路复用器，将所述第一和第二MAC耦合到所述物理层接口，所述多路复用器用于使所述第一MAC处理器被抢占，从而使所述第二MAC处理器能够发送所述消息。
56、如权利要求55所述的装置，其中，所述第一MAC协议包括以太网协议，并且其中，所述多路复用器用于通过根据所述以太网协议的物理层和MAC层之间的媒体独立接口(MII)断言信号来使所述第一MAC处理器被抢占。
57、如权利要求55所述的装置，其中，所述多路复用器用于通过调用由所述第一MAC协议提供的碰撞避免机制来使所述第一MAC处理器被抢占。
58、如权利要求55所述的装置，其中，所述多路复用器用于一旦使所述第一MAC处理器被抢占，就中断由所述第一MAC处理器生成的所述数据帧的传输。
59、如权利要求55所述的装置，其中，所述第一MAC处理器用于生成包含第一类错误检测码的数据帧，并且其中，所述第二MAC处理器用于生成具有不同于所述第一类错误检测码的第二类错误码的消息。
60、如权利要求53至59中的任一权利要求所述的装置，其中，所述物理层接口用于根据所述第一MAC协议在所述LAN的节点间建立同步，并且使用所建立的同步，利用所述第二MAC协议发送所述消息。
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