用于监控短程无线链路的质量的技术

摘要

一种用于监控无线链路质量的方法包括：测量发射信标的信标设备（110-X）与接收信标的信标设备（110-Y）之间的无线链路（120-XY）的链路质量，其中该测量由接收设备执行（S320）；将链路质量度量保存在接收设备（110-Y）维持的本地邻域链路质量（LNLQ）表（400）中（S330）；以及通过在信标中发射无线链路的链路质量度量而通告这些度量（S340）。

说明书

本申请要求保护2008年7月28日提交的美国临时申请No. 61/084062的权益。

技术领域

本发明总体上涉及监控无线网络中的无线链路。

背景技术

无线网络包括通过无线介质彼此通信的设备集合。图1中示出了包括七个设备110-1至110-7的无线网络100的一个示例性示图。每个设备110-X（X为等于或大于1的整数）通过无线链路120-XY发送信号以及接收来自相邻设备110-Y（Y为等于或大于1的整数）的信号。在电信领域，定义了许多不同类型的无线网络。一个实例是无线个人区域网络（WPAN），其为在相对较小的区域内互连设备的无线网络类型。该无线网络依照一定的通信标准操作，所述标准决定有关信号的发射和接收的规则。超宽带（UWB）WiMedia是WPAN中利用的通信标准的一个实例。设备110-X中的一些是周期性地发射信标的信标发送设备。

无线链路120-XY的质量依照环境状况而动态地变化，并且在链路周围有运动物体的情况下可能显著地降质。例如，行走或站立于两个设备110-X与110-Y之间的视线中的人会降低无线链路120-XY的质量。无线链路120-XY的质量被定义为例如估计的信噪比（SNR）。

有关链路的质量的信息在改进无线网络性能方面是非常有用的。这种信息可以用于更好的设备选择、链路适应以及路由选择/重新选择。由于链路的质量不是一个静态的度量，因而有必要连续地或者在需要质量信息的任何时候监控该链路。

WiMedia规范的当前版本（例如版本1.0和1.2）要求链路反馈信息元素（IE）监控链路质量。该IE由接收器（例如设备110-X）发射以便向发射器（例如设备110-Y）推荐数据率和发射功率水平。发射器不能基于链路反馈IE确定外出链路（例如链路120-YX）的状况。此外，发射器不能规定应当包含在由接收器发射的链路反馈IE中的链路质量信息。

发明内容

因此，有利的将是提供一种用于监控无线网络中的相邻设备之间的无线链路的质量的高效解决方案。

本发明的特定实施例包括一种用于连续监控无线链路质量的方法。该方法包括测量发射信标的信标设备与接收信标的信标设备之间的无线链路的链路质量，其中该测量由接收设备执行；以及通告接收设备与其相邻设备之间的无线链路的链路质量度量，其中链路质量度量可以通过以信标发射这些度量而记录在邻域链路质量表中。

本发明的特定实施例也包括一种用于按需监控无线链路质量的方法。该方法包括通过发起设备广播至少包含链路质量信息元素（LQIE）的链路质量监控命令；等待预定的时间量；执行检查以确定是否至少一个设备利用其LQIE响应链路质量监控命令；并且在特定实施例中进一步包括在发起设备的邻域链路质量表中保存每个接收的LQIE中指定的链路质量度量。

附图说明

在本说明书结尾处的权利要求中特意指出并且清楚地申明了视为本发明的主题。本发明的前述和其他特征和优点根据以下结合附图进行的详细描述将是清楚明白的。

图1为无线网络的示意图。

图2A为示出依照本发明实施例构造的链路质量信息元素（LQIE）的结构的示意图。

图2B为示出所述LQIE的链路字段的结构的示意图。

图3为描述依照本发明实施例的用于连续监控无线链路质量的方法的流程图。

图4为依照本发明实施例的本地邻域链路质量（LNLQ）表的示意图。

图5为用于依照本发明实施例进行按需无线链路质量监控的流程图。

具体实施方式

重要的是应当指出，本发明公开的实施例仅仅是本文的创新教导的许多有利用途的若干实例。大体上，本申请的说明书中做出的陈述不一定限制了各项要求保护的发明中的任何一项。而且，一些陈述可能适用于某些发明特征，但不适用于其他特征。总的说来，除非另有说明，单数元素不失一般性可以是复数，反之亦然。在附图中，若干视图的相似附图标记表示相似的部分。

本发明提供了允许无线网络中的每个设备监控与其相邻设备的无线链路的质量的技术和数据结构。特别地，定义了链路质量信息元素（此后记为“LQIE”）和链路质量监控命令帧。每个设备通过在信标帧中驼载该元素或者在单独的帧中发射LQIE而周期性地或者非周期性地广播LQIE。每个设备记录由其邻居发射的所有链路质量信息并且构造本地邻域链路质量表（此后记为“LNLQ”表）。依照本发明的特定实施例，链路质量表中的信息可以用来促进链路适应、设备选择、路由选择/重新选择等等。

图2A示出了说明依照本发明实施例的LQIE 200的结构的示例性且非限制性示图。LQIE 200包括以下字段：元素ID 210，长度220，控制230，设备信息位图240以及数量为N的链路字段（统称链路字段250）。长度字段220包括字段230、240和250的总大小（即字节数）。

控制字段230为一个字节的信息，其指示要使用的监控方法的类型（即按需或连续）、链路的度量类型（例如质量、数据率、功率水平等等）以及在何处指定相邻设备的地址（即在链路字段250中或者在设备信息位图字段240中）。控制字段230也指示按需监控方法的类型，其可以是监控响应或者监控请求。表1中提供了控制字段230的一种示例性且非限制性格式。

表1

比特值描述b₁b₀00类型0：链路质量。设备地址由设备信息位图字段指示b₁b₀01类型1:链路速率/功率。设备地址由设备信息位图字段指示b₁b₀10类型2:链路质量。设备地址在链路字段中指示b₁b₀11类型3:链路速率/功率。设备地址在链路字段中指示b₇0连续监控

b₇1按需监控b₇b₆11监控请求b₇b₆10监控响应

在一些实施例中，控制字段230和/或设备信息位图字段240是可选的。如果控制字段230不包含在LQIE 200中，那么需要四个不同的元素ID 210以代表表1中列出的四种操作类型。设备信息位图字段240包括K（其中K为整数）个比特元素。比特元素“i”相应于设备“i”。如果比特元素i的值为“1”，那么存在与设备“I”相应的链路字段；否则，对于设备“i”不存在链路字段。链路字段250按照设备信息位图字段240中列出的元素的顺序而被包括。

链路字段250包括设备连接的无线链路的度量质量。举例而言，对于设备110-1，四个链路字段用于LQIE 200中以包括无线链路120-12；120-13；120-14和120-15的质量度量。这些度量可以包括链路质量信息、数据率和发射功率水平中的一个或多个。

图2B中示出了说明链路字段250的格式的示例性且非限制性示图。链路字段250包括度量子字段251和设备地址子字段252。度量子字段251保持链路质量指示（LQI）和带符号整数值。可选地，子字段251也包括度量数据率值和发射功率水平变化值。LQI指定链路质量估计（LQE）并且可以是负整数或正整数。该带符号整数是预定的系统参数，其可以为例如1dB或0.1dB或者任何其他值。设备地址子字段252包括各无线链路的相邻设备的地址。子字段252是可选的并且仅当设备的地址未在设备信息位图字段240中指定时才包含在链路字段250中。

依照本发明的实施例，如果LQE值介于-6db和24db之间，则可以重新使用该LQI。表2中提供了用于重新使用LQI值的一个非限制性实例。

表2

LQI值描述0000 0000 不支持报告链路质量，或者链路质量小于-6dB0000 0001 – 00011111SNR = (LQE + 7)dB0010 0000 – 01111111预留1000 0000 – 11111111厂商特定编码

依照本发明的一个示例性实施例，链路质量监控命令帧是介质访问控制（MAC）帧，其典型地包括头部、有效载荷数据以及帧检验序列。帧类型（通常在头部中指定）指示它是命令帧。帧子类型指示MAC帧是链路质量监控命令帧。MAC帧的有效载荷数据包括LQIE 200。如上面提及的，按需监控方法的类型在控制字段230中指示。如果控制字段230不是LQIE 200的一部分，那么MAC帧中或者LQIE 200中的预留比特可以用来在所述两种类型的监控方法之间指定。

图3示出了描述依照本发明实施例实施的用于连续监控无线链路质量的方法的示例性且非限制性流程图300。连续监控过程典型地由信标发送设备执行。该方法将参照特定实例来描述，其中设备110-X与设备110-Y之间的无线链路120-XY被监控，这两个设备都是信标发送设备。然而，该方法可以用来执行无线网络中任意数量的相邻设备的无线链路的连续监控。

在S310处，设备110-Y接收由设备110-X发射的信标。随后，在S320处，设备110-Y测量这两个设备之间的无线链路120-XY的质量。这些度量可以包括但不限于信噪比、数据率和接收信号强度指示器（RSSI）。在S330处，将这些度量保存在图4示意性示出的LNLQ表400中。LNLQ表400包括指定接收和发射设备的地址的设备地址字段410以及链路质量度量字段420。发射设备（例如设备110-X）的地址记录在“来自”子字段412中，而接收设备（例如设备110-Y）的地址保存在“去往”子字段414中。应当指出的是，LNLQ表400包括设备110-Y具有的与其相邻设备的所有无线链路的条目。

在S340处，设备110-Y通过在其信标中发射LQIE 200通告LNLQ表中记录的无线链路的质量。LQIE 200被构造成包括“来自”子字段412中列出的所有设备的地址，并且LQIE 200的链路字段250包括各无线链路的质量度量。

当设备（例如设备110-Z，Z为等于或大于1的整数）接收包含LQIE 200的信标时，设备110-Z相应地修改其自身的LNLQ表。特别地，利用信标发射设备（例如设备110-Y）的地址更新“去往”子字段，并且改变“来自”子字段以包含LQIE 200中列出的设备的地址。在本发明的一个实施例中，链路质量度量字段420可以包括接收的LQIE中的最新信息，或者例如使用指数平均算法计算的平均值。

依照本发明的一个实施例，当设备的所有引入链路的质量不变化时，设备可以在预定时间段内不在其信标内发射LQIE。然而，在时间段“T_qupdate”期间可能需要该设备通告链路质量信息至少一次。变量T_qupdate的值被预先配置并且可以设置为固定值或者使用随机分布来计算。当设备的引入链路的质量变化时，设备在时间“T_qchange”间隔期间向其所有邻居通告变化的链路质量信息。变量T_qchange的值被预先配置并且可以设置为固定值或者使用随机分布来计算。应当理解的是，变量T_qchange和T_qupdate允许执行周期性或非周期性监控。

图5示出了描述依照本发明实施例实现的用于按需监控无线链路质量的方法的示例性且非限制性流程图500。该方法可以由信标发送设备或非信标发送设备执行。当设备需要监控其邻域内的无线链路的质量时，该设备发起按需过程。每个设备能够在接收到任何帧时测量链路的质量，这些帧包括但不限于链路质量监控命令帧、数据帧、控制帧等等。

该方法在S510处开始，其中设备110-X广播包含LQIE的链路质量监控命令。LQIE指定需要设备110-X监控的所有邻居。接收监控命令的设备110-Y检查其地址是否在接收的LQIE中规定，并且如果是这样，则设备110-Y利用其包括设备110-Y与其邻居之间的无线链路的质量信息的LQIE响应，其中仅包括具有有效质量测量的链路。对于无效值或者不可用的测量，对应的链路字段可以设置为缺省值（例如1111 1111）。

应当指出的是，用于发射LQIE的设备110-Y的定时由无线网络中利用的通信协议的类型确定。特别地，在基于竞争的MAC协议中，设备120-Y在其在成功竞争之后获得信道访问权时发送LQIE帧。在发射LQIE帧之前，按照设备120-Y的地址在其竞争信道访问权时在接收的命令帧中列出的顺序赋予设备120-Y优先级。在基于预留的MAC协议中，设备110-Y按照其地址在接收的命令帧中列出的顺序或者按照MAC协议为帧调度发射的顺序，用LQIE帧响应。应当进一步指出的是，监控请求命令中未列出的设备也可以通告其LQIE。在这种情况下，该设备以相对于命令中列出的设备更低的优先级发射LQIE帧。

在S520处，所述方法等待预先配置的时间段“T_oqupdate”。变量T_oqupdate的值可以设置为固定值或者使用随机分布计算的值。然后，在S530处，通过发起设备110-X进行检查以便确定是否监控命令中列出的至少一个设备已经用LQIE帧响应，并且如果是这样，则在S535处，更新设备110-X的LNLQ表以包含接收的LQIE帧中的质量信息；否则，执行过程继续S540。

在S540处，检查发起设备是否在其LNLQ表中存储了足够的数据，并且如果是这样，则执行过程结束；否则，执行过程继续S510，其中再次重复所述方法以便拥有邻域中的链路的完整而稳定的质量信息。应当指出的是，按需监控方法可以重复预定的次数并且然后终止。

设备也可以在它的一些引入链路的质量变化时发起链路质量监控方法。为此目的，该设备在时间段“T_qchange”期间向其邻域中的设备通告变化的链路质量信息。变量T_qchange的值被预先配置并且可以设置为固定值或者使用随机分布计算的值。在一个实施例中，T_qchange变量可以设置为无穷值，结果，不更新LNLQ表，直到设备发射了监控命令。

本文描述的连续和按需监控的教导可以在若干通信系统中实施，这些通信系统包括但不限于基于UWB的无线个人区域网络（PAN）、基于WiMedia的无线网络或者任何基于时分多址（TDMA）或超帧的无线网络。

前面的详细描述阐述了本发明可以采取的许多形式中的一些形式。应当预期的是，前面的详细描述被理解为本发明可以采取的选择的形式的示例，而不应当理解为对本发明限定的限制。只有包括所有等效物的权利要求才应当预期限定本发明的范围。

最优选地，本发明的原理可以实施为硬件、固件和软件的任意组合。而且，软件优选地实施为有形地包含在程序存储单元或计算机可读介质上的应用程序。该应用程序可以上传到包括任何适当架构的机器并且由该机器执行。优选地，该机器在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上实现。计算机平台也可以包含操作系统和微指令代码。本文描述的各种过程和功能可以是该微指令代码的一部分或者应用程序的一部分，或者其任意组合，其可以由CPU执行，不管这样的计算机或处理器是否明确地示出。此外，各种其他外设单元可以连接到所述计算机平台，例如附加数据存储单元和打印单元。