專利名稱：無線網(wǎng)絡中的功率有效信道調度的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及無線計算設備，尤其涉及使用多個無線電的無線計算設備中的功率有效信道接入調度。
背景技術：
許多無線計算設備，諸如膝上型電腦、個人數(shù)字助理設備等，可以在無線網(wǎng)絡環(huán)境中作為客戶端設備。經(jīng)常這些多客戶端都通過網(wǎng)絡中的共享射頻信道和一個共享接入點通信。然而，當大量這樣的客戶端設備試圖接入網(wǎng)絡，網(wǎng)絡接入點的共享經(jīng)常導致?lián)頂D和帶寬的浪費。擁擠通常導致數(shù)據(jù)信號間信道的沖突并因此導致延遲。
為克服這些難題，已經(jīng)實現(xiàn)了各種關于無線網(wǎng)絡的控制技術以協(xié)助調度避免沖突。例如，客戶端可以使用發(fā)送前偵聽(“LBT”)機制，如CSMA-CA信道接入機制，發(fā)送前在共享信道里爭奪空間。LBT技術是分布協(xié)同功能的一種類型。CSMA-CA是一種特殊的以太網(wǎng)LAN接入方法。然而，在所有LBT方案中，如果一個客戶端設備現(xiàn)正在信道里發(fā)送信號(如數(shù)據(jù)分組)，則其他發(fā)送者被強制回退并在重新試圖接入前等待一段隨機時間。此外，即使客戶端設備偵測到網(wǎng)絡空閑，兩個這樣的設備可能恰巧同時接入信道，引起信號沖突。當這類沖突被偵測到，客戶端設備都被強制回退，并在重新試圖接入前等待一段隨機時間。當客戶端設備等待中時，信道帶寬浪費了，分組發(fā)送延遲了，客戶端機器的電池功率浪費了。
存在其他的機制來協(xié)助共享信道上數(shù)據(jù)信號間的調度和避免沖突。另一個例子是點-協(xié)同功能(“PCF”)，其重復詢問客戶端以避免信號沖突。然而，雖然PCF技術避免在數(shù)據(jù)信號競爭間持續(xù)地來回，但在主信道持續(xù)地詢問浪費了大量的帶寬，因此使得此技術很效率很低。
雖然現(xiàn)行的無線通信接入技術確實避免了沖突，但它們也浪費了用于發(fā)送數(shù)據(jù)分組的主信道上的帶寬。因為這些技術既使用信道發(fā)送控制和調度信息，還用其發(fā)送有用的數(shù)據(jù)。諸如CSMA-CA的分布協(xié)調功能對于實時數(shù)據(jù)因為強制等待期間而效率更低。實時音頻數(shù)據(jù)在一個如100微秒延遲的強制延遲后可能不再有用或足夠有用。另外，任何這些技術都沒有保證信道接入，且沒有機制確保高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)信號及時地傳遞。
然而，如果接入點知道它服務的一個客戶端的確切狀態(tài)(如懸等在隊列中的分組數(shù)目，分組截止時間和分組優(yōu)先權)，它就可以在信道上獨立調度每個客戶端。雖然研究人員試圖建立基于此前提的真實工作保存公平隊列算法，但這些算法并沒有真實工作保存，因為信道上的部分帶寬被用于向調度者發(fā)送控制信息上了，而且在很多情況下媒體訪問控制(MAC)協(xié)議不得不改變。因此，即使使用這樣的技術，帶寬也被浪費了。
另外，雖然很大程度地避免了信號沖突，但這些技術引發(fā)能源的無效利用，因為它們經(jīng)常使用高功率信道發(fā)送除有用數(shù)據(jù)以外的控制數(shù)據(jù)。無線設備中消耗大量功率的一個特殊組件是網(wǎng)絡接口卡(NIC)，它處理網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)的無線傳輸和接收。估計平均而言，無線設備有效總功率的約20％被浪費在NIC的連接上，或其他無線LAN接口組件上。這種現(xiàn)象是由于NIC和無線設備必須處于持續(xù)“偵聽”狀態(tài)以通過網(wǎng)絡接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。因為電池提供的功率是十分有限的，所以在設計電池工作的無線設備及包含這類設備的任何通信系統(tǒng)中，最小化移動設備的功率消耗以擴展其運行時間是很重要的考慮。

發(fā)明內容
針對上述難題，揭示了在使用多個無線電的無線網(wǎng)絡中無線客戶端設備的功率有效信道調度的方法和系統(tǒng)。這個方法和系統(tǒng)導致信道帶寬和無線計算設備中電源的最優(yōu)使用。因此，真實工作保存算法可以實現(xiàn)。這類無線計算設備包括，但不限于，個人數(shù)字助理(“PDA”)、蜂窩電話和具有網(wǎng)絡接口功能的膝上型電腦。
根據(jù)本發(fā)明實施例，無線計算設備通過低功率控制信道和稱為智能程序塊的主收發(fā)器交換包括網(wǎng)絡接口卡(NIC)和計算設備其他功率消耗組件的控制信息的信息。初始，低功率收發(fā)器向主收發(fā)器注冊，諸如位于網(wǎng)絡無線接入點的主收發(fā)器。然后無線計算設備運行的低功率收發(fā)器向主收發(fā)器發(fā)送控制數(shù)據(jù)信號。這個信息可能是，但不僅限于，狀態(tài)信息、隊列中的數(shù)據(jù)分組數(shù)目、分組優(yōu)先權和/或分組截止時間。主收發(fā)器接著通過將調度信息發(fā)送回低功率收發(fā)器來響應。這個調度信息可能包括信道接入信息等。
在從主收發(fā)器接收到調度信息之前，諸如與一個普通無線NIC關聯(lián)的高功率無線網(wǎng)絡接口組件是空閑的。空閑時期是運行的低功率狀態(tài)被無線計算設備采用的時期，或是無線計算設備沒有通過其高頻率通信信道(如基于IEEE802.11的信道)進行實質性網(wǎng)絡活動(如，發(fā)送或接收數(shù)據(jù))的時期。當在低功率控制信道接收到調度信息后，全功率的NIC和必需的電路都自動被激活以和調度信息一致。例如，在一個實施例中，一旦接收到信道接入信息，如信道是發(fā)送空閑的消息，NIC和無線計算設備的其他組件被供電。網(wǎng)絡接口組件如NIC，然后在高功率信道上發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。
低功率控制信道通過稱為微程序塊的內部或外部射頻(RF)收發(fā)器組件來實現(xiàn)，其更適宜在低頻率(如低于全功率NIC)和低功率電平上運行。運行中，當計算設備空閑時，設備被配置為充分切斷所有它的組件的電源，除了供電低功率收發(fā)器所需的電路。同樣，在空閑和非空閑期間，控制信道保留在激活狀態(tài)以接收信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，智能程序塊作為一個在主計算機上運行的主收發(fā)器，或者網(wǎng)絡接入點來實現(xiàn)，用于和微程序塊通信。主計算機也可以配置基于IEEE 802.11的NIC來支持無線通信以通過無線接入點(AP)接入網(wǎng)絡。無線AP作為諸如有線企業(yè)LAN的網(wǎng)絡基礎設施的一個接口。當請求設備希望和無線計算設備通信時，它詢問服務器以確定無線計算設備的位置和存在。作為響應，服務器發(fā)送一個詢問到主計算機。在主計算機上運行的智能程序塊接收來自服務器的詢問，并通過低功率信道和微程序塊通信，開始全功率通信的調度和運行。無線計算設備接收到這個信號，從而供電給NIC和其他組件，結果在請求設備的任何數(shù)據(jù)實際傳輸之前激活無線設備。
結合附圖，通過下面給出的實施例的詳細描述，本發(fā)明附加的特點和優(yōu)點將變得更加明顯。


附加權利要求書特別提出的本發(fā)明特點，結合附圖，通過下面的詳細描述，更好的了解本發(fā)明和它的優(yōu)點。
圖1是可以實現(xiàn)本發(fā)明實施例的示范計算機網(wǎng)絡的示意圖；圖2是圖示說明了可以實現(xiàn)本發(fā)明實施例的示范計算設備架構的示意圖；圖3是圖示說明了在發(fā)明的實施例中一個由計算設備運行以保持低功率控制信道的收發(fā)器組件架構的示意圖；圖4是圖示說明了根據(jù)發(fā)明的實施例通過低功率控制信道優(yōu)化信道調度的示范運行環(huán)境的示意圖；圖5是圖示說明了根據(jù)發(fā)明的一個實施例通過低功率控制信道和無線計算設備通信的主計算機運行的流程圖；圖6是圖示說明了根據(jù)發(fā)明的一個實施例用于優(yōu)化信道調度的運行環(huán)境的示意圖，其中主收發(fā)器邏輯地連接主計算機；圖7是圖示說明了在一個雙信道系統(tǒng)中雙向通信的信道圖；圖8a是圖示說明了一個網(wǎng)絡化環(huán)境的示意圖，其中競爭信道空間的多個無線網(wǎng)絡設備在無線接入點的范圍之外；和圖8b是圖示說明了按照發(fā)明的一個實施例，當一個或更多競爭信道空間的無線設備在范圍之外，為了優(yōu)化信道調度的多路徑網(wǎng)絡運行環(huán)境的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及能在一個無線鏈路上通信的計算設備的業(yè)務處理方法和系統(tǒng)。在本發(fā)明實施例中使用的無線計算設備包括，但不限于，個人數(shù)字助理、蜂窩電話和具有無線網(wǎng)絡對接功能的膝上型電腦。在本發(fā)明的上下文中，無線通信是在使用射頻(RF)和電磁波而非有線線路的計算設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。為便于無線通信，計算設備可以配置網(wǎng)絡接口組件，諸如用于將設備連接到網(wǎng)絡的網(wǎng)絡接口卡(NIC)。典型地，NIC作為即插即用設備實現(xiàn)，可插入一個計算設備的網(wǎng)絡卡槽，或另外和設備對接。或者，NIC可以作為計算設備電路的一部分集成地構建。
為便于無線通信，NIC支持無線協(xié)議，如按照IEEE 802.11標準。通過這里對802.11這個便于設備間無線通信的適合協(xié)議的描述過程，可以做出全面的參考。然而，那些業(yè)內技術熟練人士可意識到802.11僅是便于無線通信的一個協(xié)議，本發(fā)明不限于任何特殊無線協(xié)議。事實上，其他無線協(xié)議可以替代地使用或另外與本發(fā)明相關。那些業(yè)內技術熟練人士還可以意識到802.11的名稱指代同一系列中的其他協(xié)議，包括802.11a，802.11b或者802.11g。
在圖1中說明了本發(fā)明可以被使用到的網(wǎng)絡化的環(huán)境的一個例子。示例網(wǎng)絡包括幾個計算設備20，它通過網(wǎng)絡30和其它設備進行通信，網(wǎng)絡30例如是在圖中以云圖展現(xiàn)的因特網(wǎng)。網(wǎng)絡30可以包括一個或多個眾所周知的組件，如路由器、網(wǎng)關、集線器等，并可以允許計算機20通過有線和/或無線媒體通信。
參考圖2，顯示了可實現(xiàn)在此描述系統(tǒng)的計算設備的一個基本配置例子。在其最基本的配置中，計算設備20典型地包括至少一個處理單元42和不是必需的存儲器44。基于計算設備20的確切配置和類型，存儲器44可以是易失的(如RAM)，非易失的(如ROM或閃存)或兩者的組合。最基本的通常配置在圖2中用虛線46說明。此外，計算設備還可以有其他特征/功能。例如，計算機20還可以包括附加的(可移動的和/或不可移動的)數(shù)據(jù)存儲組件，包括，但不僅限于磁盤，或光盤或磁帶。計算機存儲媒體包括以任何方法或技術存儲諸如計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊或其他數(shù)據(jù)的信息，所實現(xiàn)的易失的和非易失的、可移動的和不可移動的媒體。計算機存儲媒體包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、閃存或其他存儲技術、CD-ROM、數(shù)字多用光盤(DVD)或其他光纖存儲、磁性盒帶、磁帶、磁盤存儲或其他磁性存儲設備，或任何其他能用于存儲所要信息并能被計算設備20訪問的媒體。任何這類計算機存儲媒體可以成為計算設備20的一部分。
計算設備20最好也包含通信電路48，其允許此設備與其他設備通信。通信電路是通信媒體的一個例子。通信媒體通常實現(xiàn)可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊或其它在已調數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)，如載波或其他傳輸裝置，并包括任何信息傳遞媒體。作為一個例子，并不作為限制，通信媒體包括有線媒體，如有線網(wǎng)絡或直接有線電路，和無線媒體，如聲音、RF、紅外線和其他無線媒體。在此使用的術語計算機可讀媒體包括存儲媒體和通信媒體。
計算設備20還可以擁有諸如鍵盤、鼠標、筆、語音輸入設備、觸摸輸入設備等的輸入設備。還可以包括諸如顯示器48、揚聲器、打印機等的輸出設備。而且，對于無線移動設備來說，計算設備20最好配有便攜電源50，如電池包、燃料電池或其他電源模塊。電源50作為設備執(zhí)行計算和傳輸無線數(shù)據(jù)的主要功率源。所有以上提到的組件和特性在業(yè)內眾所周知。
設備20最好支持如存儲在非易失性存儲器中的并由處理單元42從易失性存儲器中執(zhí)行的操作系統(tǒng)。按照本發(fā)明的實施例，操作系統(tǒng)包括使設備20和全功率無線網(wǎng)絡以及低功率無線網(wǎng)絡對接的指令。按照除此以外充分討論的技術，在這個方式下，可用于調度設備20接入全功率無線網(wǎng)絡的調度信息可以在低功率無線網(wǎng)絡上發(fā)送，節(jié)省了設備功率并節(jié)省了全功率信道中的帶寬。
當相關設備、組件或一組組件在其運行的正常模式中處于運行的“開”狀態(tài)，如運行中，或至少接收功率并立即準備運行的時候，該設備、組件或一組組件可以在這里被描述為“供電”。相反，當一個設備、組件或一組組件可以在這里被描述為“斷電”時，相關設備、組件或一組組件沒有在其運行的正常模式中處于運行中，且沒有接收功率，并立即準備運行在其運行的正常模式。
根據(jù)本發(fā)明實施例，計算設備20進一步裝備低功率收發(fā)器組件100，用于保留一個RF控制信道，在圖3中將更詳細地描述。低功率收發(fā)器組件稱為微程序塊100，由各種數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的組件構成，包括邏輯設備102，用于控制收發(fā)器的運行和影響計算設備20的運行，以響應各種網(wǎng)絡事件。最好還包括一個穩(wěn)壓器104，用于提供適當?shù)膩碜缘凸β孰姵貑卧?06的電壓。低功率電池單元106適合使用最小功率供電給低功率收發(fā)器，且能獨立于便攜電源50運行。或者，基本電源50可用于實現(xiàn)和低功率電池單元106同樣的功能。低功率收發(fā)器100也包括射頻(RF)發(fā)生器108，用于產(chǎn)生和提供射頻信號用于發(fā)射。實現(xiàn)或加強收發(fā)器功能的其他單元109，還可以作為低功率收發(fā)器電路的一部分包括在內，而且所描述的單元可以被改變或替換。
物理上地，低功率收發(fā)器100可以作為計算設備20的內部組件實現(xiàn)，如用計算設備20的基本電路來配置它，或通過諸如RS232電路的外圍電路(如輸入信道41)來與計算設備聯(lián)接。同樣，低功率收發(fā)器100可以配置成支持用于通過無線電組件108來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的控制信道。表1顯示了為實現(xiàn)低功率控制信道的低功率收發(fā)器100的示范運行特征。

表1低功率收發(fā)器100的示范運行特征如圖示說明，低功率收發(fā)器100的各種特征導致低功率、較佳低頻數(shù)據(jù)通信信道的產(chǎn)生，該信道頻率為915MHz并支持19Kbps的數(shù)據(jù)速率，其充分低于標準無線NIC的速率。傳統(tǒng)NIC，諸如那些基于IEEE 802.11標準的NIC，以高得多的數(shù)據(jù)速率范圍運行，近似地從1-20Mbps。由于與標準NIC相關的較高數(shù)據(jù)速率和范圍，供電給標準NIC所需的功率消耗也更高。然而，低功率收發(fā)器100需要較低的功率來運行，且被配置成即使在所有或剩余的一些無線計算設備20電源斷開期間也保持激活。雖然不限于表1的運行特征，但低功率收發(fā)器適用于產(chǎn)生和接收RF信號，而無需設備的大量功率使用。對于增強的雙無線電網(wǎng)絡設備的其他特性和方法的解釋，請看美國專利申請序列號_____，代理人記錄號215108，題為“網(wǎng)絡化電池運行設備中降低空閑功率開銷”，于2002年4月15日提交，其中它所揭示的在此完全結合參考。
現(xiàn)參考圖4，顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的無線計算設備(如圖2-3的設備)可在其中運行的示范網(wǎng)絡環(huán)境。示范網(wǎng)絡包括一個服務器200，其與計算機網(wǎng)絡202對接，并管理各種網(wǎng)絡資源，包括程序塊服務器203和存在服務器201。程序塊服務器203和存在服務器201在服務器200處運行，以便于特殊的網(wǎng)絡任務。尤其是，存在服務器保留在網(wǎng)絡服務器200注冊的客戶名單，以保留它們的存在狀態(tài)。存在數(shù)據(jù)或信息是通過網(wǎng)絡接收的任何數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)描述可用性、接近性、地址、激活等級或計算設備或設備相關用戶的運行狀態(tài)。通過在服務器200注冊，連接網(wǎng)絡202的客戶設備可以檢索存在服務器201以偵測到其他設備的存在。類似地，程序塊服務器203保留并管理關于一個或多個低功率收發(fā)器或主收發(fā)器的存在信息，低功率收發(fā)器和主收發(fā)器是低功率RF組件，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡基礎結構中的低頻率控制信道。主收發(fā)器和低功率收發(fā)器的運行將在后面章節(jié)中更詳細描述。
在保留網(wǎng)絡資源同時，服務器200有助于通過網(wǎng)絡202通信的一個或多個計算設備的通信。第一個客戶端設備204配置成通過有線電路(如T1線、調制解調器)或無線電路與網(wǎng)絡202聯(lián)接。接入點210作為在第二個客戶端設備，如無線計算設備220和網(wǎng)絡202之間的中介設備。此外，邏輯上和接入點210連接的是主收發(fā)器212，它產(chǎn)生射頻信號來和低功率收發(fā)器100和102通信。在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖6所示，主收發(fā)器212是和通過無線連接配置的主計算設備邏輯聯(lián)接的。尤其是，主計算設備206通過至無線接入點210的無線聯(lián)接208和網(wǎng)絡202聯(lián)接。在此實施例中，接入點可能作為主計算設備206和網(wǎng)絡基礎設施202之間的中介設備。在此注釋，前述的架構是示范的，且任何其他包含低功率RF連接的連接可以被用于把如設備220和222的設備對接到如本發(fā)明中接入點210的任何接入控制體。
主收發(fā)器212在服務器200保留的程序塊服務器203上注冊，以報告其存在。當主收發(fā)器如圖6所示，通過主計算設備206和網(wǎng)絡連接，它能夠在需要的時候，偵測到各種網(wǎng)絡事件的發(fā)生，例如消息傳輸給主計算設備206，對程序塊服務器203保留的存在信息的更新，接入點210試圖傳輸?shù)南⒌膫鬏?，以及其他任何與網(wǎng)絡202性能相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明的一個實施例，運行低功率收發(fā)器100和102的多個無線計算設備，如圖4所示，通過低功率控制信道和主收發(fā)器通信。無線計算設備是具有無線計算功能的手持設備220和222。低功率收發(fā)器100和102耦合到無線計算設備220和222以提供低功率，較佳的是低頻率控制信道。低功率收發(fā)器100和102能夠保持供電，即便在無線計算設備220和222的部件(除了低功率收發(fā)器100和102所需的電路)完全或實質斷電的非激活或空閑時期。較佳的是，低功率收發(fā)器100和102能夠激活無線計算設備220和222(如將它們從非激活或空閑狀態(tài)轉變?yōu)榧せ罨蚍强臻e狀態(tài))，以響應接收到的如信道接入信息的調度信息。
為了使低功率收發(fā)器100或102通過低功率控制信道進行通信，低功率收發(fā)100和102首先在服務器200保留的程序塊服務器203上注冊。無線計算設備220或222的用戶可以手工地進行注冊過程，如在進行注冊處理的設備220或222上運行網(wǎng)絡應用程序?；蛘?，如下所述，無需用戶干涉，注冊過程可通過由主收發(fā)器212和低功率收發(fā)器100或102中的一個執(zhí)行的簡單通信方案來實現(xiàn)。
為了確定低功率收發(fā)器是否存在于無線電區(qū)域中和是否要求注冊，主收發(fā)器212周期地廣播信標或檢波信號，指示主收發(fā)器在通過低功率控制信道進行通信的適合范圍內。在主收發(fā)器212沒有發(fā)送其他類型的控制信號或數(shù)據(jù)期間，發(fā)送此周期檢波信號。當在適合的無線計算設備220、222上運行的適合的低功率收發(fā)器100、102監(jiān)測到檢波信號時，低功率收發(fā)器100、102產(chǎn)生并發(fā)送一個消息給主收發(fā)器212，指示它在主收發(fā)器212的低功率無線電區(qū)域內。一旦接收到此消息，主收發(fā)器就決定其″管理″相關的低功率收發(fā)器100、102的能力，并在適合的時候回復確認消息給低功率收發(fā)器100、102。主收發(fā)器212管理特定低功率收發(fā)器100、102的能力可以基于接入點的當前情況，包括，但不限于，現(xiàn)在爭奪信道接入的客戶數(shù)目。然后響應確認產(chǎn)生，并通過低功率收發(fā)器100、102發(fā)送到主收發(fā)器212，這導致主收發(fā)器212和相關低功率收發(fā)器100、102之間的關聯(lián)(電路或鏈路)。建立主收發(fā)器212和低功率收發(fā)器100、102之間的聯(lián)結后，主收發(fā)器發(fā)送一個消息給存在服務器201，以通知服務器低功率收發(fā)器100、102的存在。每個低功率收發(fā)器的連接會在協(xié)調調度之前完成，但每個連接可以在任何時候獨立建立，而不需要與其他任何連接同時產(chǎn)生或以固定的關系產(chǎn)生。
無論實現(xiàn)注冊的方法如何，如上所述或通過另一種技術，運行低功率收發(fā)器100、102的無線計算設備220、222必須在適合從主收發(fā)器212接收低功率信號或向主收發(fā)器212發(fā)送低功率信號的范圍內。此范圍將根據(jù)低功率收發(fā)器100、102和主收發(fā)器212的特定設計特征而變化。由于在低功率收發(fā)器100、102和主收發(fā)器212之間傳遞的消息(例如確認消息)通過低功率、低帶寬控制信道發(fā)送，而不是基本通信信道(如802.11信道)，所以不必使用無線計算設備220和222的高功率NIC卡，以便于存在檢測和注冊處理，這導致設備使用的更少功率。同樣，由于通過低功率控制信道而不是高功率信道來實現(xiàn)注冊處理，所以運行低功率收發(fā)器100，102的無線計算設備220，222在此注冊期間不需要電源供電。
在本發(fā)明的實施例中，為了減少功率開銷，在無線計算設備220和222運行的非空閑時期，任何設備的低功率控制信道可以是空閑的。所以，例如當標準無線NIC卡在計算設備是激活的以便于在無線計算設備和網(wǎng)絡202之間通信時，低功率收發(fā)器100可以中斷電源或置于額定功率模式(例如運行的靜止模式)，其間不進行發(fā)送或接收信號的處理。一旦無線計算設備的標準NIC被置于低功率運行狀態(tài)或變?yōu)榭臻e時，低功率收發(fā)器可以被電源供電，以重新開始它的正常運行。通過這個方法，無線計算設備基本沒有并行電源使用，以保持標準NIC和低功率收發(fā)器在電源供電狀態(tài)。
當眾多無線計算設備通過接入點210試圖接入網(wǎng)絡202時，數(shù)據(jù)傳遞擁擠經(jīng)常發(fā)生。那就是，當多個無線計算設備，如設備220和222競爭同一接入點的帶寬時，一個或多個設備可能經(jīng)歷不可接受的延遲，或服務拒絕。在本發(fā)明的一個實施例中，由圖5的流程圖和圖7的示意圖所示，在一個接入點競爭通信帶寬的多個無線計算設備將根據(jù)在其低功率信道上發(fā)送的控制信息來調度它們接入數(shù)據(jù)傳輸信道。這項技術避免了在基本信道上發(fā)送和調度控制信息所產(chǎn)生的在基本信道上的帶寬浪費。
從步驟400開始，無線計算設備以如前面或其他地方所描述的方式在程序塊服務器上注冊。當在接入點注冊之后，在步驟402低功率收發(fā)器發(fā)送信息到和接入點邏輯連接的主收發(fā)器，告知接入點無線計算設備有數(shù)據(jù)要通過基本無線信道發(fā)送?？刂菩畔⒌念愋桶ǎ幌抻?，數(shù)據(jù)分組優(yōu)先權信息、數(shù)據(jù)分組傳輸截止時間信息、信道接入信息、和現(xiàn)在隊列中的數(shù)據(jù)分組數(shù)目?；谶@個信息和調度算法，在步驟404，接入點產(chǎn)生一個具有要發(fā)送數(shù)據(jù)分組的排序節(jié)點列表和每個分組的分組優(yōu)先權。在產(chǎn)生這個列表后，接著在步驟406，接入點發(fā)送合適的調度信息給每個競爭的低功率收發(fā)器，以提醒無線計算設備何時它應當通過標準NIC在基本信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。最后，在步驟408，無線計算設備繼續(xù)按照接收到的調度信息在802.11信道上發(fā)送基本數(shù)據(jù)，這時其他競爭信道的無線計算設備處于等待狀態(tài)。調度信息還可以包含一個“喚醒”信號，提醒無線計算設備電源供電，并接著通過標準NIC發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣的“喚醒”信號可以基于在步驟404所產(chǎn)生的列表中的數(shù)據(jù)優(yōu)先權來發(fā)送。
通過把控制信息和調度信息安放在和數(shù)據(jù)傳輸有關的頻帶之外，本發(fā)明保留并更好利用了基本信道帶寬?？刂菩畔⒑晚憫{度信息通過低功率信道發(fā)送，其中有用的數(shù)據(jù)是通過基本信道發(fā)送的。因此，真實工作保存能由合適的工作保存算法得到。
業(yè)內技術熟練人士會意識到存在眾多調度算法，其中的任何一種或多種可以結合此項發(fā)明使用。適合的調度算法包括，但不限于，公平隊列及先來先服務調度?？山Y合此項發(fā)明使用的公平隊列調度算法的例子在Journal ofInternetworkingResearch and Experience中，卷2，27-73頁(1991)的S.Keshav所著的《公平隊列的有效實現(xiàn)》中出現(xiàn)，其中它所公開的所有內容都可作為整體參考。另外，業(yè)內經(jīng)驗人士會意識到雖然上述的例子有時參考協(xié)議的802.11標準系列，但任何通信協(xié)議都可以用于實現(xiàn)本發(fā)明。還要提醒的是，盡管在過去的例子中指定了特定的頻率，在世界任何地方支持的頻率都可以用作本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸或控制信息傳輸?shù)念l率。較佳的是，對于可能國際性使用的設備，使用適合國際性的頻率，因此避免了RF干擾和信道失效。
在本發(fā)明的另一個實施例中，接入點的調度器是和調度好的無線計算設備同步，允許基本信道接入的調度先于給無線網(wǎng)絡設備供電。例如，如果接入點和無線計算設備是速率同步的，其中每個計算時間的時鐘完全在同一速率，那么接入點能夠協(xié)同無線計算設備在一個特定的間隔過后電源供電，從而基本NIC能在同一時間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這通常通過使用網(wǎng)絡計時協(xié)議(NTP)，或任何其他適合的協(xié)議，在低功率信道上通過持續(xù)等待以接收和/或發(fā)送數(shù)據(jù)的低功率收發(fā)器來完成的。業(yè)內技術熟練人士會意識到存在許多可以在本發(fā)明中工作并提供同步行為的其他計時協(xié)議和同步算法。
要注意的是，低功率控制信道和基本信道最好采用不同頻率。在一個例子中，低功率收發(fā)器采用433MHz或915MHz的載波，這時基本信道的標準NIC工作在2.4GHz。如上所述，由于在頻率、數(shù)據(jù)速率和信號強度上的部分差異，低功率收發(fā)器和標準NIC有著不同的功率使用需要。
在另一個實施例中，低功率收發(fā)器自身的供電是可以調度的。這個實施例利用無線設備上低功率收發(fā)器和位于接入點的主收發(fā)器之間的精確時鐘速率同步。當?shù)凸β适瞻l(fā)器和主收發(fā)器接入基本以同樣速率運行的時鐘時，低功率收發(fā)器和標準NIC都不需要保持在持續(xù)激活狀態(tài)。例如，當?shù)凸β适瞻l(fā)器接收到指令，指示主設備的傳輸將在一個特定間隔后執(zhí)行，那么低功率收發(fā)器和標準NIC就能在那個間隔中在每個設備經(jīng)過一個已知的啟始延遲后，被置于非激活狀態(tài)。要注意的是，盡管低功率收發(fā)器和主收發(fā)器的時鐘不需要參考相同速率時鐘，但兩者的速率都應足夠接近以至于信道調度不受任何足以產(chǎn)生傳輸沖突或其他有害行為的不準確的影響。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖6所示，前面提及的調度功能在含有主收發(fā)器212的主計算機206中執(zhí)行，而非在無線接入點210自身中。主計算機206可以通過無線接入點210或者其他連接到網(wǎng)絡202。這個網(wǎng)絡環(huán)境以和無線計算設備直接連接接入點210的環(huán)境大致相同的方式建立。在此注釋，在這個或其他實施例中，并不需要基本信道和低功率信道都連接相同的節(jié)點。因此，參照圖6，無線設備220、222可以通過低功率信道和主計算機206通信，并通過基本(如802.11)信道直接和接入點210通信。
雖然本發(fā)明不限于對低功率信道的任何特殊無線電范圍，但較佳的是，在運行期間無線計算設備220和222的低功率收發(fā)器在空間上足夠接近主收發(fā)器啟動的接入點210，以確保RF信號接收和數(shù)據(jù)完整性。然而，即使在相關低功率收發(fā)器不在接入點或主計算機處運行的主收發(fā)器212的直接通信范圍內時，仍然可能具有這樣的低功率通信。便于在范圍外通信的技術在下面的章節(jié)詳細描述討論。
在圖8a中，顯示了運行低功率收發(fā)器302的第一個無線計算設備300和運行第二低功率收發(fā)器306的第二個無線計算設備304，它們位于支持與運行主收發(fā)器308的接入點210低功率通信的適合直接范圍之外。同樣的，關于每個無線計算設備300、304，低功率收發(fā)器302、306不能和接入點210直接通信。然而根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一個無線計算設備300可以使用多路徑網(wǎng)絡與接入點210通信，如圖8b所示。特別是，當運行低功率收發(fā)器設備316的第三個無線計算設備314在接入點210的范圍內時，在第三個計算設備314和主收發(fā)器啟動的設備210之間建立低功率控制信道318。
當?shù)谌齻€無線計算設備314也在另一個無線計算設備300、304的范圍內時，運行在無線計算設備300、304上的低功率收發(fā)器，通過低功率通信信道，建立與第三個無線計算設備314的連接。尤其是，無線計算設備300、304的低功率收發(fā)器302、306發(fā)送一個消息給第三個無線計算設備314的低功率收發(fā)器316，來重新發(fā)送到接入點210。第三個無線計算設備314的低功率收發(fā)器316然后確定是否接受此請求。假如請求被接受，控制信道被建立在第三個無線計算設備314和其他設備300、304之間。與范圍外無線計算設備300、304相關的低功率收發(fā)器302、306，通過低功率信道發(fā)送一個注冊消息到第三個無線計算設備314。此消息然后由第三個無線計算設備314通過低功率信道發(fā)送到接入點210處運行的主收發(fā)器308。一旦范圍外無線計算設備300、304的低功率收發(fā)器302、306的注冊被服務器310記錄，范圍外無線計算設備300、304能夠在網(wǎng)絡312上進行與其他設備的通信。
如前面所述，一旦范圍外無線計算設備300、304被注冊，然后任何一個可以通過第三個無線網(wǎng)絡設備314向接入點210處的主收發(fā)器308或主計算機發(fā)送控制信息，諸如帶寬請求。基于接收到的控制信息，接入點210對所有請求信息應用調度算法，來為多個無線網(wǎng)絡設備調度信道接入以獲得相同高功率信道的使用。然后接入點210由主收發(fā)器308，通過低功率信道發(fā)送調度信息到第三個無線網(wǎng)絡設備314。當調度信息到達第三個無線網(wǎng)絡設備314時，它被發(fā)送到相關范圍外的無線網(wǎng)絡設備。例如，假如調度信息處于“喚醒”信號模式，則它將僅僅被發(fā)送到為了接收或發(fā)送數(shù)據(jù)而被供電的無線設備，即此設備在這時接入信道。假如調度信息處于多無線接入設備的信道接入調度模式，調度信息被發(fā)送到任何或所有第三個無線設備所需范圍外的設備。
那些業(yè)內技術熟練人士將意識到上述過程常常在多于二個競爭無線計算設備的環(huán)境中實現(xiàn)，雖然在此僅僅說明了二個這樣的設備。如那些業(yè)內技術熟練人士所了解的，無論何時大量無線計算設備在適當?shù)谋舜说牡凸β薀o線電范圍內，理想的是不限數(shù)量的這種設備可以進行多路徑通信。這特別有利于當設備用戶從一個地方漫游到另一個地方時，移動無線計算設備，如便攜計算機被限制的情況，其中該設備直接聯(lián)接到主收發(fā)器啟動的主機，如接入點210。在此注釋，盡管二個低功率轉移被用于上述例子，以到達范圍外設備，任何數(shù)量的這種轉移都可以無限制地利用。此外，預期一個或多個范圍外設備可以需要使用多路徑聯(lián)接，而其它設備在直接范圍內，或至少請求較少的路徑。
考慮到本發(fā)明的規(guī)則可以應用的許多可能的實施例，可意識到關于附圖在此描述的實施例，僅僅被圖示說明，并不作為發(fā)明范圍的限制。例如那些業(yè)內技術熟練人士將意識到在軟件中顯示的圖示說明實施例的單元，可以在硬件中實現(xiàn)，且反之亦然，或描述的實施例可以在不脫離本發(fā)明精神下，在方案和細節(jié)中修改。因此，在此描述的發(fā)明預期所有這樣的實施例作為可以在下面權利要求書和由此的等價物的范圍內實現(xiàn)。
權利要求
1.一種無線網(wǎng)絡中的信道接入調度方法，其中無線網(wǎng)絡包含至少一個無線計算設備，此無線計算設備擁有一個與基本通信信道對接的接口和一個與第二通信信道對接的接口，第二通信信道的功率比基本通信信道的低，其特征在于，此方法包含以下步驟建立在主計算機的主收發(fā)器和無線計算設備的低功率收發(fā)器之間的連接，此連接在第二信道上建立；通過第二信道從低功率收發(fā)器發(fā)送第一組控制信息到主收發(fā)器；從主收發(fā)器接收在低功率收發(fā)器處的第二組控制信息，第二組控制信息包含調度信息，其中發(fā)送調度信息以響應由低功率收發(fā)器發(fā)送的控制信息；和根據(jù)接收到的調度信息自動激活與基本通信信道的接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分根據(jù)等待在基本信道上傳輸隊列中的分組數(shù)量來得出調度信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，控制信息包含數(shù)據(jù)分組優(yōu)先權信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，控制信息包含數(shù)據(jù)分組傳輸截止時間信息。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，第二信道載波頻率低于基本信道的低頻率信道。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，基本信道采用不同于第二信道的射頻來傳輸。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，基本信道是高功率信道，其基本上不用于傳遞傳輸調度信息。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，主計算機包含到另一個網(wǎng)絡的無線接入點。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過無線接入點對接的網(wǎng)絡包含至少一個有線鏈路。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，響應調度信息的接收，無線計算設備進一步在基本信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在無線計算設備實現(xiàn)的與基本信道對接的接口包含網(wǎng)絡接口卡。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，基本信道包括一個基于802.11的通信信道。
13.一種在無線網(wǎng)絡中調度數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，其中無線網(wǎng)絡包含至少一個無線計算設備，此無線計算設備支持基本通信信道和第二通信信道，第二通信信道所需的功率比基本通信信道低，其特征在于，此方法包含以下步驟；建立在主計算機處運行的主收發(fā)器和在無線計算設備處運行的低功率收發(fā)器之間的連接，此電路在第二信道上建立；通過第二信道從低功率收發(fā)器接收主計算機的第一個數(shù)據(jù)分組，此第一個數(shù)據(jù)分組包含與基本信道有關的傳輸控制信息；響應控制信息的接收，應用主計算機的調度算法，來確定無線計算設備的信道接入調度；和通過第二信道向低功率收發(fā)器發(fā)送信道接入調度，其中信道接入調度通知無線計算設備，關于無線計算設備為了發(fā)送數(shù)據(jù)接入基本通信信道的時間。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，主計算機是到第二個網(wǎng)絡的無線接入點。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，第二個網(wǎng)絡包括在網(wǎng)絡二個節(jié)點間的至少一個有線鏈路。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，控制信息包括一個等待在基本信道上傳輸隊列中的分組數(shù)量的指示。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，控制信息包含將傳輸優(yōu)先權分配到至少一個分組的數(shù)據(jù)分組優(yōu)先權信息。
18.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，控制信息包含數(shù)據(jù)分組傳輸截止時間信息。
19.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，第二信道是低頻率信道。
20.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，基本信道包含一個基于802.11的信道。
21.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，基本信道支持的無線電范圍和數(shù)據(jù)速率高于第二信道。
22.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，響應此調度信息的接收，網(wǎng)絡接口卡在基本信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，基本信道采用比第二信道更高的頻率載波。
24.一種在無線網(wǎng)絡中用于信道接入控制的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，它包含一個接入點，其中接入點與第一個無線電組件和第二個無線電組件邏輯聯(lián)接，第一個組件被配置成在第二低功率信道上發(fā)送調度信息，第二個組件被配置成在較高功率的基本信道上發(fā)送數(shù)據(jù)；和客戶設備包含一個在基本信道上傳輸數(shù)據(jù)的高功率無線電組件，其中數(shù)據(jù)不包含與基本信道的接入有關的調度信息；和一個在第二個低功率信道上傳輸控制信息到接入點的低功率無線電組件。
25.根據(jù)權利要求24所述的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，基本信道和第二個信道采用彼此截然不同的載波頻率。
26.根據(jù)權利要求24所述的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，無線計算設備通過無線網(wǎng)絡接口卡與基本信道對接。
27.一種在無線網(wǎng)絡中用于帶寬調度的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個接入點，其中該接入點是與網(wǎng)絡連接的接口；一個通過接入點與網(wǎng)絡連接的主計算機，其中主計算機與主收發(fā)器邏輯連接，主收發(fā)器可通過低功率無線電信道通信連接到多個無線計算設備，主計算機用于調度多個無線設備對高功率無線電信道的接入；和一個無線計算設備，它包括在高功率無線電信道上通信的高功率無線電和通過低功率無線電信道向接入點傳輸控制信號的低功率無線電，以便傳輸對多個無線網(wǎng)絡設備接入高功率無線電信道的調度。
28.根據(jù)權利要求27所述的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，多個無線計算設備中的第一個在主計算機相對于低功率無線電信道的直接無線電范圍外，多個無線計算設備中的第二個在主計算機相對于低功率無線電信道的直接無線電范圍內，從而多個無線計算設備中的第二個便于范圍外無線計算設備和主計算機之間的控制和調度信息的通信。
29.一種用作無線網(wǎng)絡中第一節(jié)點的手持設備，其特征在于，它包括一個在基本無線信道上傳輸數(shù)據(jù)的高功率無線電組件，其中所述數(shù)據(jù)不包括與調度基本無線信道的接入有關的調度信息；和一個低功率無線電組件，它將與調度基本無線信道的接入有關的調度信息傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡的第二節(jié)點。
30.根據(jù)權利要求29所述的設備，其特征在于，至少部分根據(jù)選自以下的信息得出調度信道等待在基本信道上傳輸隊列中的分組數(shù)量，分組優(yōu)先權信息，和數(shù)據(jù)分組傳輸截止時間信息。
31.根據(jù)權利要求29所述的設備，其特征在于，第二信道是載波頻率低于基本信道的低頻率信道。
32.根據(jù)權利要求29所述的設備，其特征在于，基本信道包括基于802.11的通信信道。
33.一種用于連接多個無線設備和網(wǎng)絡的接入點，其特征在于，它包括一個與第一無線信道的接口，用于通過第一無線信道發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)不包括與調度第一無線信道的接入有關的調度信息；和一個與第二無線信道的接口，用于發(fā)射和接收調度信息，其中調度信息包括與調度第一無線信道的接入有關的調度信息。
34.根據(jù)權利要求33所述的接入點，其特征在于，與第一無線信道的接口通過第一信道發(fā)送1比特所消耗的功率比與第二信道的接口通過第二信道發(fā)送1比特所消耗的功率多。
35.根據(jù)權利要求33所述的接入點，其特征在于，還包括一個網(wǎng)絡接口卡，它包括與第一無線信道的接口和與第二無線信道的接口。
36.一種網(wǎng)絡接口卡，其特征在于，它包括與第一無線信道的第一接口；和與第二無線信道的第二接口。
37.根據(jù)權利要求36所述的網(wǎng)絡接口卡，其特征在于，第一接口通過第一信道發(fā)送1比特所消耗的功率比第二接口通過第二信道發(fā)送1比特所消耗的功率多。
38.根據(jù)權利要求37所述的網(wǎng)絡接口卡，其特征在于，第一信道的載波頻率不同于第二信道的載波頻率。
39.一種在計算機可讀媒體上以計算機可讀指令形式實現(xiàn)的操作系統(tǒng)，其特征在于，它用于執(zhí)行以下方法連接主手持設備和第一網(wǎng)絡，用于通過第一無線網(wǎng)絡發(fā)射和接收數(shù)據(jù)；和連接主手持設備和第二網(wǎng)絡，用于通過第二無線網(wǎng)絡發(fā)射和接收調度信息，其中調度信息包括用于調度主手持設備接入第一無線網(wǎng)絡的信息。
40.根據(jù)權利要求39所述的操作系統(tǒng)，其特征在于，第一無線網(wǎng)絡使用的無線信號的功率高于第二無線網(wǎng)絡使用的無線信號。
全文摘要
在無線網(wǎng)絡上為多個無線計算設備優(yōu)化信道接入調度的方法和系統(tǒng)，它提高了基本信道的信道接入效率。接入點或主計算機，包括一個用于通過低功率信道從無線計算設備接收控制信息的主收發(fā)器?；诮邮盏目刂菩畔ⅲ尤朦c為無線計算設備應用調度算法以調度信道接入，并在基本通信信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。無線計算設備包括用于通過低功率信道在空閑時期接收調度信息的低功率無線電。當接收到調度信息時，無線計算設備激活它的基本信道網(wǎng)絡接口組件，來通過基本信道發(fā)送數(shù)據(jù)。當計算設備空閑時，設備被配置成切斷它所有組件的電源，除了供電低功率信道所需的電路。同樣，為接收調度信息，如接入調度，在空閑和非空閑期間，低功率信道都保持在激活狀態(tài)。
文檔編號H04W74/04GK1452346SQ0312319
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權日2002年4月17日
發(fā)明者P·保爾, A·阿德雅, J·D·帕德海 申請人:微軟公司