控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，以2.4Ghz\5Ghz全向控制子網為基礎，在其之上承載若干60Ghz定向業務子網，前述控制子網包括：一個接入點和若干用戶，接入點和用戶均具備智能天線，智能天線為具有波束成型能力的天線陣列，并且天線陣列能夠形成特定的天線波束，特定的天線波束為能夠實現定向發送和接收的天線波束。本發明的有益之處在于：本發明將控制信息與業務相分離，在實現60Ghz毫米波高速業務數據定向傳輸、大幅度提高網絡業務容量的同時，2.4Ghz\5Ghz頻段的全向控制信息保證了整個網絡的基本運作，避免了在高頻段傳輸帶來的不必要的能量消耗，最終實現了能效和頻譜資源的聯合優化。
【專利說明】控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無線局域網架構，具體涉及一種控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，屬于無線網絡【技術領域】。
【背景技術】
[0002]無線通信技術前進的步伐總在追逐著應用需求增長的腳步。當可提供上百兆凈速率的IEEE802.1ln產品在各種手持終端上得到廣泛應用，已成為終端設備的標準配置組件之時，無線高清視頻傳輸、海量下載和無線千兆以太網等應用對數據傳輸速率的要求已經高達l-3Gbps。與此同時，無線頻譜資源的短缺又嚴重制約著終端速率進一步提高。為此，歐、美、日、中等眾多國家近年來相繼在60Ghz附近劃分出5-7Ghz的免許可連續頻譜用作一般用途。憑借上Ghz的帶寬優勢，60Ghz毫米波通信成為目前實現吉皮特級超高速無線傳輸的首選方案，并因此受到IEEE802.1lWLAN和IEEE802.15.3WPAN工作組的共同關注。當前，60Ghz的標準制定也在加速進行中。
[0003]但是，由于毫米波信號空間傳播特性，60Ghz毫米波通信與傳統的無線接入技術相比有很大的不同。主要表現在:傳輸衰減大，典型傳輸距離不超過IOm;易被阻隔，毫米波信號因波長太短，繞射與穿透能力都很差，很容易受障礙物遮擋；傳輸方向性強，在60Ghz頻段電磁波傳播更多地表現為一種似光性傳播，一般只能采用高增益定向天線。
[0004]由于以上特性，60GHz毫米波目前僅限于短距離點對點高速通信，一系列關鍵問題正處于理論探討與實驗研究階段。其中在組網結構問題上，傳統的無線局域網中接入點具有雙重身份，既要負責無線信號的收發，也要負責網絡的管理與控制(包括同步、接入控制、用戶喚醒等)。控制信息與業務分別以控制幀與業務幀的形式，共用同一個物理信道進行傳輸，也就是說，控制子網與業務子網是緊密耦合在一起的，而且二者的覆蓋范圍是完全重合的。控制信息需周期性頻繁交互，但每次傳輸的信息量卻較小，數據速率較低。由于用戶可隨時接入或退出網絡，因此，控制子網需支持360°全向覆蓋。業務傳輸具有突發性，信息量可能較大，數據速率高。為了支持60GHz無線傳輸，需采用波束賦形技術，因此業務子網需支持定向覆蓋。如果仍以傳統方式，實現網絡的基礎覆蓋，代價昂貴且幾乎不可能實現。因此，不能簡單地將其從目前的無線局域網或無線個域網照搬60GHz毫米波，急需尋求一種高能效的組網架構，既能夠實現60Ghz高速業務定向傳輸，又能夠盡量降低不必要的能量消耗。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，該無線局域網架構可實現控制子網與業務子網在覆蓋上的分離，使網絡既能夠方便的實現控制協調等基本功能，又能對聞速率業務提供有效承載，從而實現能效與資源的聯合優化，為未來高速無線網絡的發展提供技術支持。
[0006]為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案:[0007]—種控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，以
2.4Ghz\5Ghz全向控制子網為基礎，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子網之上承載若干60Ghz定向業務子網，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網與60Ghz定向業務子網分離，并且兩者具有不同的覆蓋范圍、無線接入技術、基于協議和容量；其中，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網包括:一個接入點和若干用戶，前述接入點和用戶均具備智能天線，前述智能天線為具有波束成型能力的天線陣列，并且前述天線陣列能夠形成特定的天線波束，前述特定的天線波束為能夠實現定向發送和接收的天線波束。
[0008]前述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網基于IEEE802.1ln協議，控制信息在2.4Ghz\5Ghz頻段傳輸，接入點通過全向天線發送控制幀實現控制子網的全向覆蓋。
[0009]前述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，前述60Ghz定向業務子網基于IEEE802.1lad協議，業務在60Ghz頻段傳輸，接入點和用戶通過定向天線發送業務幀實現業務的定向覆蓋。
[0010]前述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，前述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網的控制幀傳輸具有長期性全局性，用于負責網絡的管理與控制，幀的長度為14-500bytes，傳輸速率為1-lOOMbps。
[0011]前述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，前述60Ghz定向業務子網的業務幀傳輸具有突發性局部性，用于承載高速率高質量業務，幀的長度為 1000-7959bytes，傳輸速率為 693_6757Mbps。
[0012]本發明的有益之處在于:本發明從整體角度構建了一種雙層的異構毫米波無線局域網架構，將控制信息與業務相分離，在實現60Ghz毫米波高速業務數據定向傳輸、大幅度提高網絡業務容量的同時，2.4Ghz\5Ghz頻段的全向控制信息保證了整個網絡的基本運作，避免了在高頻段傳輸帶來的不必要的能量消耗，最終實現了能效和頻譜資源的聯合優化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的無線局域網架構中控制子網的全向覆蓋架構示意圖；
[0014]圖2是在控制子網之上承載的業務子網的定向覆蓋架構示意圖；
[0015]圖3是本發明的無線局域網架構的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0017]參照圖1、圖2和圖3，本發明的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其是以2.4Ghz\5Ghz全向控制子網為基礎，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子網之上承載若干60Ghz定向業務子網，其中，2.4Ghz\5Ghz全向控制子網包括:一個接入點和若干用戶(圖1和圖2所示為I個接入點和3個用戶，即用戶1、用戶2、用戶3)，接入點和用戶均具備智能天線，該智能天線為具有波束成型能力的天線陣列，并且該天線陣列能夠形成特定的天線波束，該特定的天線波束為能夠實現定向發送和接收的天線波束。
[0018]本發明的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，所謂分層，是指2.4Ghz\5Ghz全向控制子網與60Ghz定向業務子網分離，并且兩者的覆蓋范圍不同，有別于傳統的控制幀和業務幀在同一信道上傳輸的傳統無線局域網，本發明的無線局域網架構其控制幀和業務幀在不同頻率的物理信道上傳輸，即控制信息在2.4Ghz\5Ghz頻段傳輸，業務在60Ghz頻段傳輸；所謂異構，是指2.4Ghz\5Ghz全向控制子網和60Ghz定向業務子網的功能、覆蓋能力、無線接入技術、基于協議、容量的不同。
[0019]作為一種優選的方案，2.4Ghz\5Ghz全向控制子網基于IEEE802.1ln協議，控制信息在2.4Ghz\5Ghz頻段傳輸,接入點通過全向天線發送控制幀實現控制子網的全向覆蓋。
[0020]更為優選的是，60Ghz定向業務子網基于IEEE802.11&(1協議，業務在606^頻段傳輸，接入點和用戶通過定向天線發送業務幀實現業務的定向覆蓋。
[0021]在本發明中，2.4Ghz\5Ghz全向控制子網的控制幀其長度優選為14_500bytes,傳輸速率優選為Ι-lOOMbps，該控制幀傳輸具有長期性全局性，用于負責網絡的管理與控制，主要包括:接入控制、同步、獲取信道信息、節能等。2.4Ghz\5Ghz全向控制子網的工作步驟如下:
[0022]1、接入點和用戶在2.4Ghz\5Ghz頻段通過全向天線交互控制信息(用戶接入信息)，探尋覆蓋范圍內用戶，完成用戶的接入。
[0023]2、接入點和用戶在2.4Ghz\5Ghz頻段通過全向天線周期性交互控制信息(同步信息)，保證網內接入點和各用戶的同步。
[0024]3、接入點和用戶在2.4Ghz\5Ghz頻段通過全向天線交互控制信息(信道探測信息)，接入點根據用戶反饋獲得或更新各用戶的信道狀態信息，用來支持業務子網中天線的定向波束賦形。
[0025]4、接入點和用戶在2.4Ghz\5Ghz頻段通過全向天線交互控制信息(休眠/喚醒信息)，控制無業務傳輸的用戶處于休眠模式，達到節能`的目的。
[0026]在本發明中，60Ghz定向業務子網的業務幀其長度優選為1000_7959bytes,傳輸速率優選為693-6757Mbps，該業務幀傳輸具有突發性局部性，用于承載高速率高質量業務，如高清視頻等。60Ghz定向業務子網的工作步驟如下:
[0027]1、當接入點有業務需要傳輸給用戶1，接入點的智能天線將控制子網中獲取的用戶I的信道狀態信息進行處理，形成對準用戶I的自適應定向波束。
[0028]2、控制子網中用戶I收到接入點發送的控制信息(業務請求信息)，將控制子網中獲取的接入點的信道狀態信息進行處理，形成對準接入點的自適應定向波束。
[0029]3、接入點和用戶I在60Ghz頻段通過所述定向波束交互高速業務。
[0030]由此可見，本發明的無線局域網架構將控制信息與業務相分離，在實現60Ghz毫米波高速業務數據定向傳輸、大幅度提高網絡業務容量的同時，2.4Ghz\5Ghz頻段的全向控制信息保證了整個網絡的基本運作，避免了在高頻段傳輸帶來的不必要的能量消耗，最終實現了能效和頻譜資源的聯合優化。
[0031]需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，以2.4Ghz\5Ghz全向控制子網為基礎，在2.4Ghz\5Ghz全向控制子網之上承載若干60Ghz定向業務子網，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網與60Ghz定向業務子網分離，并且兩者具有不同的覆蓋范圍、無線接入技術、基于協議和容量；其中，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網包括:一個接入點和若干用戶，所述接入點和用戶均具備智能天線，所述智能天線為具有波束成型能力的天線陣列，并且所述天線陣列能夠形成特定的天線波束，所述特定的天線波束為能夠實現定向發送和接收的天線波束。
2.根據權利要求1所述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網基于IEEE802.1 In協議，控制信息在2.4Ghz\5Ghz頻段傳輸,接入點通過全向天線發送控制巾貞實現控制子網的全向覆蓋。
3.根據權利要求2所述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，所述60Ghz定向業務子網基于IEEE802.1 Iad協議，業務在60Ghz頻段傳輸，接入點和用戶通過定向天線發送業務幀實現業務的定向覆蓋。
4.根據權利要求1、2或3所述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，所述2.4Ghz\5Ghz全向控制子網的控制巾貞傳輸具有長期性全局性,用于負責網絡的管理與控制，幀的長度為14-500bytes，傳輸速率為l_100Mbps。
5.根據權利要求1、2或3所述的控制信息與業務分離的分層異構毫米波無線局域網架構，其特征在于，所述60Ghz定向業務子網的業務幀傳輸具有突發性局部性，用于承載高速率高質量業務，幀的長度為1000-7959bytes，傳輸速率為693_6757Mbps。
【文檔編號】H04W16/20GK103826236SQ201410068994
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】趙力強, 胡悅 申請人:西安電子科技大學