CN101273603B - 用于无线网络中提高数据率的分组处理器和模块 - Google Patents

用于无线网络中提高数据率的分组处理器和模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线网络设置，包括通过通用串行总线(USB)与无线网络模块(例如超宽带(UWB)模块等)进行通信的主机装置。协议提供用于支持主机与模块之间通过USB的通信。在至少一个实施例中，主机能够经USB将网络分组报头处理功能卸载到无线网络模块。

Description

用于无线网络中提高数据率的分组处理器和模块
技术领域
本发明一般涉及通信领域，并且更具体地说，涉及为主机装置提供无线连网功能的技术。 
背景技术
无线网络装置经常包括主机装置，而无线通信功能会添加到主机装置。例如，膝上型计算机可通过将无线网络接口卡(NIC)安装到计算机的可用I/O插槽之一而变成无线网络装置。外部无线连网功能也可连接到主机装置。许多无线连网技术基于分组。也就是说，数据在通信实体之间以称为分组的较小单元发射。分组大小可以选择，例如，以实现分组通过网络的有效路由。在例如数据文件要通过基于分组的网络发射时，数据文件先分成多个分组。每个分组可在其报头部分中包括识别在原文件中分组位置的序号和识别分组最终目的地节点的目标地址。其它信息也可在分组报头内出现。在与通信操作相关联的分组已由网络中目的地节点接收后，分组可重组成对应的文件。 
在无线网络装置中，分组处理一般在主机处理器中执行。在许多系统中，此分组处理可占用主机处理器大部分的可用计算资源，这会使得留给主机其它功能的资源不足。正如将理解的一样，对于主机通信活动和其它功能，主机处理器上的这种负担会大大降低主机装置整体操作。降低主机处理器上负担的一种技术是将主机处理器的一个或多个功能卸载到与主机装置相关联的另一处理器。在过去的系统中，此类卸载跨利用直接存储器存取(DMA)的总线结构而完成。需要有技术和结构可允许分组处理功能由主机跨诸如通用串行总线(USB)等基于分组的总线结构卸载。 
附图说明
图1是根据本发明实施例的、示出在为主机装置提供无线网络连接中使用的示例设置的方框图； 
图2是根据本发明实施例在UWB模块内的示例功能的方框图； 
图3和图4是根据本发明实施例的、示出可在UWB模块内实现的分组重组和分段功能的信号图； 
图5是根据本发明实施例的、示出可用于跨主机装置与UWB模块之间USB总线通信的示例分组格式的图形； 
图6是根据本发明实施例的、示出可在发射操作期间在UWB模块内使用的示例分组处理功能的方框图； 
图7是根据本发明实施例的、示出可在接收操作期间在UWB模块内使用的示例分组处理功能的方框图；以及 
图8是根据本发明实施例的、示出在UWB模块内处理分组中使用的示例方法的流程图。 
具体实施方式
在下面的详细说明中，参照了例如示出可实践本发明的特定实施例的附图。这些实施例描述的足够详细，以便本领域的技术人员可实践本发明。要理解的是，本发明的各种实施例虽然不同，但不一定相互排斥。例如，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文中结合一个实施例所述的特定特性、结构或特征也可在其它实施例中实现。另外，要理解的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，每个公开实施例内各个元件的位置和设置可修改。因此，下面的说明不可从限制的意义理解，并且本发明的范围只由正确理解的随附权利要求书及权利要求书授权的等效物完全范围定义。在附图中，类似的标号在几个视图中指示相同或类似的功能。 
图1是根据本发明实施例，示出在为主机装置提供无线网络连接时使用的示例设置10的方框图。如图所示，设置10包括：超宽带(UWB) 模块12、通用串行总线(USB)14和主机装置16。主机装置16可包括可能要接入无线网络的任何类型装置，例如，个人计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话或其它手持式无线通信器、计算机外围设备、音频/视频或多媒体组件、视频游戏机、相机和/或其它。UWB模块12是这样的一种装置，主机16可使用UWB调制，而通过它接入无线网络。USB总线14是这样的一种标准总线结构，主机16可通过它与UWB模块12通信。任何版本的USB均可使用，例如包括USB 2.0和其它版本。UWB模块12可耦合到一根或多根天线18以便于无线信号的传输和/或接收。任何类型的天线均可使用，例如包括偶极、连线、螺旋天线、天线阵和/或其它天线。 
UWB是一种无线通信技术，在该技术中，数字数据通过使用较低功率的极宽带宽，在很短持续时间的脉冲中发射。UWB已定义为具有占用大于中心频率20％带宽或至少500MHz带宽的频谱的任何无线电技术。宽带宽可使用诸如正交频分复用(OFDM)、直接测序(direct sequencing)等技术和/或其它技术实现。UWB技术能够以较高速率传送大量数据，同时对周围无线电系统有很小干扰或无干扰。UWB一般用作近距离无线技术，在例如个人局域网(PAN)中使用。在本发明至少一个实施例中，使用了在由多频带OFDM联盟SIG开发的“用于IEEE 802.15.3a的多频带OFDM物理层提案”(MultibandOFDM Physical Layer Proposal for IEEE 802.15.3a(2004年9月14日))中指定的一个UWB版本。 
如上所述，UWB模块12允许主机装置16与UWB网络(例如，PAN)内的其它通信实体通信。在一些UWB版本中，分组允许具有长达4千字节(kB)的分组长度。另一方面，USB总线14对于高速批量端点(bulk endpoint)只允许最大512字节的分组长度(并且对于全速端点只允许64字节)。UWB模块12因此可包括分段和重组功能以在发射和接收操作期间处理分组。例如，在发射操作期间，UWB模块12可组合经USB 14从主机16接收的多个USB分组内容以生成要从天 线18发射到UW信道中的网络分组。在接收操作期间，UWB模块12可将从UWB信道接收的分组分段以生成多个UWB分组，经USB14传送到主机16。UWB模块12也可具有支持主机16卸载分组处理功能的能力。也就是说，主机16可跨USB 14而将网络报头的处理卸载到UWB模块12。网络报头的类型例如可包括因特网协议(IP)报头、因特网协议版本6(IPv6)报头、传输控制协议(TCP)报头、用户数据报协议(UDP)报头、实时传输协议(RTP)报头、介质接入控制(MAC)报头和/或其它报头。通过将分组报头处理卸载到UWB模块12，主机装置16内处理器上的计算负载可大大降低，并且可加强整体处理和通信速度。另外，在主机处理器内可降低功耗。在本发明的一个方面，提供了新通信协议以跨USB 14控制UWB模块12与主机16之间的通信。在至少一个实施例中，UWB模块12能够支持无线USB操作及一个或多个连网协议(例如，IP、TCP和/或其它)。 
图2是根据本发明实施例在图1UWB模块12内的示例功能的方框图。如图所示，模块12包括：无线接口20、分组处理器22和USB接口24。 
无线接口20提供在模块12与UWB信道之间的接口。无线接口20例如可包括无线发射机、无线接收机、UWB调制器/解调器和/或生成UWB发射信号和处理UWB接收信号所需的其它电路。USB接口24提供在模块12与连接模块到主机的USB之间的接口。分组处理器22提供在发射操作期间将USB分组转换成网络分组和在接收操作期间将网络分组转换成USB分组所需的处理。在至少一个实施例中，分组处理器22能够执行由主机16卸载的分组报头处理功能。UWB模块12内的分组处理功能可以软件、硬件、固件或上述之组合形式实现。在至少一个实施例中，为实现增强的处理速度，提供了硬件/固件实现。在至少一个实施例中，分组处理器22作为专用集成电路(ASIC)实现。 
应理解的是，本发明的特性并不限于在基于UWB的无线网络内 使用。也就是说，本发明的方面可结合其它基于分组的无线连网技术使用。此类情况下，图2的无线接口20可配置为根据备选无线方案(例如，IEEE 802.11a、b、g；HiperLAN Typel，2；蓝牙；HomeRP等)操作，并且UWB模块12可以为重命名无线模块12。分组处理器12内形成的处理也可根据对应的无线标准适用(例如，生成适当的分组长度和分组标题，计算正确的校验和值等)。 
图3和图4是根据本发明实施例，示出可由UWB模块12实现的分组装配和分段功能的信号图。图3示出从主机接收的多个USB分组30、32、34装配单个网络分组36。也说是说，再参照图1，主机16将分组30、32和34发射到USB 14上以便传输到UWB网络中的远程无线实体。分组在USB总线14上长度限为512字节。图2的分组处理器22将三个USB分组30、32、34装配成长度为1536字节的单个网络分组36。如上所述，在某些UWB网络中最大分组长度可以为4kB。因此，在至少一个实施例中，分组处理器22可将尽可能多的USB分组(发送到某个节点)装配成一个网络分组，最长为4kB(或某个其它最大长度)。如果图2的无线接口20能够支持多个不同的无线协议，每个具有不同的最大分组长度，则分组处理器22将需要确定用于特定发射操作的协议，并在确定如何为无线传输装配USB分组时使用相关联的最大分组长度信息。在至少一个实施例中，UWB模块12从USB 14接收的USB分组将识别在使用的连网协议。 
图4示出单个网络分组38分段成多个USB分组40、42、44。同样地，网络分组为1536字节，并且USB分组40、42、44每个为512字节。无论何时由UWB模块12从无线介质接收超过最大USB分组长度的网络分组，均可将网络分组分段成符合总线分组长度约束的部分。主机12将配置为在接收时适当地重组已分段的分组。参照图1，主机16也可包括分组生成器19以生成USB分组，在发射操作期间经USB 14传送到UWB模块12。 
再次参照图1，已开发了通信协议，用于构建在主机16与UWB 模块12之间跨USB 14的通信。协议支持将网络报头的分组处理卸载到UWB模块12内的功能。协议也支持在发射和接收操作期间网络分组的装配和分段。图5是根据本发明实施例，示出可由通信协议跨USB总线14使用的示例分组格式50的示意图。分组格式50用于遵循USB 2.0规范的总线。可进行修改以用于其它版本的USB规范。如图所示，分组格式50跨32比特包括多个字段。也说是说，分组格式50包括：分组类型(PT)字段52、发射/接收(T/R)字段54、分组卸载(OL)字段56、保留字段58、总分组长度字段60、TCP/UDP校验和末端长度(TUCSE)字段62、TCP/UDP校验和始端偏移(TUCSS)字段64、TCP/UDP校验和插入偏移(TUCSO)字段66、IP校验和末端长度(IPCSE)字段68、IP校验和始端偏移(IPCSS)字段70、IP校验和插入偏移(IPCSO)字段72及分组数据(有效负载)字段74。根据新协议，分组格式50将用于经USB总线14从主机16到UWB模块12和从UWB模块12到主机16的传输。 
PT字段52识别在传送的分组类型。这例如可包括分组是否为完整分组、一系列分组中的第一分组、一系列分组中的第二分组、一系列分组中的最后分组等等。另外的分组类型参数也可包括在内。在至少一种方案中，复合字段编码用于降低每个分组的整体开销。T/R字段54指示分组是与发射操作(即，主机16将数据传送到远程无线实体)还是接收操作(即，主机16从远程无线实体接收数据)相关联。OL字段56识别哪些功能在卸载到UWB模块12。多种不同的卸载功能的支持可由UW模块12提供。这例如可包括校验和计算功能、网络报头功能、报头压缩功能、分组压缩功能、分组加密功能、多个分组功能合计、组合到同一目的地的分组及其它功能。因特网协议定义了多个不同种类的分组(例如，IP、IPv4、IPv6等)。每种这些分组可能要求在传输前执行不同的卸载功能集。在本发明的一个实施例中，OL字段56可包括识别在处理的IP分组(或其它分组)种类的信息。在从USB 14接收分组时，UWB模块12可在OL字段56中读取此信息， 并随后知道需要执行的具体功能。在其它方案中，实际功能可在OL字段56内指示。保留字段58保留供将来使用。 
总分组长度字段60识别整个分组的总长度，包括特定USB网络传送描述符的所有相关联部分。如果PT字段52指示分组是完整字段，则总分组长度字段60将指示现有分组的长度。如果PT字段52指示分组是多个相关联分组之一，则总分组长度字段60将指示所有相关联分组的组合长度。 
TUCSE字段62、TUCSS字段64、TUCSO字段66、IPCSE字段68、IPCSS字段70及IPCSO字段72全部与UWB模块12内校验和计算和处理相关联。众所周知，通信系统中的校验和是一种检错技术，它通过将消息传输前的一些属性相加(例如，消息中“1”的数量等)而生成和，然后将和附加到信号。在信号接收时，相同的和可同样计算得出并与附加和进行比较。如果两个和有不同，则可假设传输期间发生了一个或多个错误。IP和TCP/UDP均利用特定过程来计算和传送校验和值。IP分组利用TCP时，IP校验和一般将为IP报头本身的计算。另外，TCP校验和可为分组的整个有效负载计算。以上识别字段可用于指示将如何处理特定网络分组的校验和。 
TUCSE字段62指示在其上计算TCP/UDP校验和的TCP/UDP有效负载的长度(例如，以字节表示)。TUCSE字段62中的零值指示校验和计算到分组末端。TUCSS字段64指示TCP/UDP报头与分组始端的偏移。这是TCP/UDP校验和计算将开始的位置。TUCSO字段66指示与计算得出的TCP/UDP校验和值要在何处插入的偏移。TCP/UDP校验和一般将为16比特值。IPCSE字段68指示要在其上计算IP校验和的IP有效负载的长度。对于TUCSE字段62，IPCSE字段68中的零值可用于指示相关联校验和要到分组末端。IPCSS字段70指示IP报头与分组始端的偏移。这是IP校验和计算将起始的位置。IPCSO字段72指示计算得出的IP校验和值要插入位置的偏移。IP校验和一般将为16比特值。在至少一个实现中，TUCSE字段62和IPCSE 字段68每个的长度为二字节，并且范围从0x0000到0xFFFF，并且TUCSS字段64、TUCSO字段66、IPCSS字段70及IPCSO字段72每个长度为一字节，并且范围从0x00到0xFF。分组数据字段74包括在传送的分组数据的一个或多个八位字节。 
应理解的是，上述TUCSE字段62、TUCSS字段64、TUCSO字段66、IPCSE字段68、IPCSS字段70和IPCSO字段72表示一种在USB分组内显示校验和计算参数和校验和位置信息的技术。其它技术也可使用。 
图6是根据本发明实施例的、示出可在UWB模块内使用的示例分组处理功能80的方框图。分组处理功能80可用于处理从主机装置接收的USB分组以便生成传输到无线网络介质中的网络分组。分组处理功能80例如可在图2分组处理器22内使用。如图所示，分组处理功能80包括：报头获取器82、控制信号生成器84、网络分组装配器86及校验和计算器88。报头获取器82经USB总线从主机装置接收分组，并从分组获取某些报头。分组可具有图5所示的分组格式50或类似格式(例如，图1的分组生成器19可配置为生成具有分组格式50的USB分组)。USB分组报头传送到控制信号生成器84，该生成器使用报头形成控制分组处理的控制信息。控制信号生成器84可读取现有USB分组的PT字段52以确定分组是完整分组还是一系列相关分组之一。控制信号生成器84也可读取分组的OL字段56以确定在卸载的分组报头功能。控制信号生成器84也可读取总分组长度字段60以确定要生成的网络分组长度。控制信号生成器84也可读取TUCSE字段62、TUCSS字段64、TUCSO字段66、IPCSE字段68、IPCSS字段70及IPCSO字段72以确定如何生成和插入对应的校验和。一旦此信息已确定，控制信号生成器84便可开始为网络分组装配器86和校验和计算88生成适当的控制信号。 
网络分组装配器86开始基于从控制信号生成器84接收的控制信息，装配要发射到无线信道的网络分组。例如，如果第一已接收分组 在其PT字段52中指示这是一系列中的第一分组，则网络分组装配器86可暂时存储第一已接收分组的数据，并等待要从USB接收的一系列中的剩余分组。在所有相关联USB分组已接收后，网络分组将装配并传送到校验和计算器88。除校验和外在UWB模块内要执行的任何卸载功能也可由网络分组装配器86执行。例如，网络分组装配器86可生成网络分组所需的任何分组报头。网络分组例如可包括介质接入控制(MAC)报头、IP报头、TCP/UDP报头、RTP报头、有效负载部分和/或其它部分。也可使用其它分组构造。 
控制信号生成器84的控制信息也可传送到校验和计算器88以描述要如何为特定网络分组计算各种校验和。例如，控制信息可指示网络分组内开始IP校验和的位置、要为校验和处理的数据长度及插入IP校验和的位置。这同样可为TCP/UDP校验和进行。所有控制信息可从USB分组报头生成。基于控制信息，校验和计算器88可计算校验和，并在网络分组内适当位置插入它们。网络分组随后可继续到无线发射机功能以便传输到无线信道中。 
类似的处理可在UWB模块内反向(即，在接收操作期间)执行以将已接收网络分组分段，以便通过USB总线传输。先由UWB模块从无线介质接收网络分组，并且确定分组长度。随后可检查已接收网络分组内的校验和。如果校验和有效，则UWB模块12随后可确定需要多少USB分组才可承载到主机16的相关联信息。UWB模块12(例如，分组处理器22)随后可将网络分组分段成多个部分，并且生成要传送到主机16的多个USB分组。USB分组可具有图5的分组格式50或类似格式。在USB分组由主机接收时，主机可重组分组。重组的分组随后可以适当方式在主机16内处理。 
图7是根据本发明实施例的、示出可在UWB模块内使用的示例分组处理功能90的方框图。分组处理功能90用于处理从无线网络介质接收的分组以生成经USB总线传送到相关联主机装置的USB分组。如图所示，分组处理功能90可包括：校验和检查器92、网络分组分 段功能94和USB分组生成器96。校验和检查器92可操作以检查已接收网络分组内的校验和，从而确定分组是否已在例如无线信道内损坏。网络分组分段功能94将网络分组分段成将装配在USB分组内且不会超出最大分组长度约束的多个部分。各个段传送到USB分组生成器96，该生成器生成传送到主机的USB分组。在至少一个实施例中，USB分组生成器96生成的USB分组具有图5所示的分组格式50(或类似格式)。 
图8是根据本发明实施例，示出在UWB模块内处理分组中使用的示例方法100的流程图。首先，经USB从主机装置接收USB分组(方框102)。读取分组的PT字段以确定分组类型(方框104)。也读取分组的OL字段以确定要执行的卸载功能(方框106)。根据读取信息生成网络分组(方框108)。这例如可包括生成网络分组所需的任何网络报头。如果原USB分组不是完整分组，则生成的网络分组可包括从多个不同USB分组装配的数据。另外，各种校验和可计算得出并插入网络分组中。也可执行其它卸载功能。 
在上述实施例中，USB总线用于在主机装置与UWB模块之间提供通信。应理解的是，本发明特性也可用于连接主机和无线模块的其它基于分组的总线结构。 
在至少一个实施例中，本发明的特性实现为存储在机器可读介质上的指令和/或数据结构。可使用的不同类型机器可读介质的示例包括软盘、硬盘、光盘、压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除编程只读存储器(EPROM)、电擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光学卡、闪存和/或适用于存储电子指令或数据的其它类型的介质。在至少一种形式中，本发明实施为调制到载波上以便通过传输介质传输的一组指令。 
应理解的是，本文方框图中所示的各个方框本质上是功能性的，不必对应于离散硬件元件。例如，在至少一个实施例中，图中的两个 或更多个方框在单个数字处理装置内的软件中现。数字处理装置例如可包括通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或其它装置，包括上述装置的组合。可使用硬件、软件、软硬件和混合实现。 
在上面的详细说明中，本发明的各种特性在一个或多个单独的实施例中组合在一起以便简化公开内容。此公开方法不可理解为反映所述发明需要比每个权利要求项明确所述更多特性的用意。相反，如下述权利要求书所反映的一样，发明的方面可依赖比每个公开实施例所有特性更少的特性。 
虽然本发明已参照某些实施例描述，但要理解，正如本领域技术人员所理解的一样，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可进行修改和变化。此类修改和变化视为在本发明和随附权利要求书的权限和范围内。 

Claims (15)

1.一种分组处理器，包括：
网络分组装配器，以从多个已接收USB分组装配一个或多个网络分组，所述USB分组具有第一最大分组长度，并且所述网络分组具有第二最大分组长度，其中，所述第二最大分组长度大于所述第一最大分组长度；以及
校验和计算器，以计算已装配的网络分组的至少一个校验和，并将所述至少一个校验和插入所述已装配的网络分组。
2.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，还包括：
控制信号生成器，以从所述USB分组接收报头，并基于此而生成控制信号以传送到所述网络分组装配器和所述校验和计算器。
3.如权利要求2所述的分组处理器，其特征在于，还包括：
报头获取器，以从已接收USB分组获取报头，并将所述报头传送到所述控制信号生成器。
4.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述网络分组装配器要响应于所述已接收USB分组报头内的信息，而执行从外部主机装置卸载的一个或多个功能。
5.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述一个或多个网络分组是无线USB分组。
6.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述一个或多个网络分组是要使用超宽带(UWB)技术发射到无线信道中的分组。
7.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述网络分组装配器生成所述网络分组的网络分组报头。
8.如权利要求7所述的分组处理器，其特征在于，
所述网络分组装配器基于所述已接收USB分组内的信息，而生成所述网络分组的所述网络分组报头。
9.如权利要求7所述的分组处理器，其特征在于，
所述网络分组装配器为网络分组生成至少如下之一：介质接入控制(MAC)报头、因特网协议(IP)报头和文件传送协议(FTP)报头。
10.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述校验和计算器基于所述已接收USB分组内的信息而计算所述已装配的网络分组的第一校验和，所述信息标记所述已装配的网络分组的、要在其上计算所述第一校验和的部分。
11.如权利要求1所述的分组处理器，其特征在于，
所述校验和计算器将所述已装配的网络分组的所述第一校验和插入在所述已接收USB分组内被标记的所述已装配的网络分组内的位置。
12.一种用于数据率提高的模块，包括
偶极天线；以及
与所述偶极天线相通信的分组处理器，包括：
网络分组装配器，以从多个已接收USB分组装配一个或多个网络分组，所述USB分组具有第一最大分组长度，并且所述网络分组具有第二最大分组长度，其中，所述第二最大分组长度大于所述第一最大分组长度；以及
校验和计算器，以计算已装配的网络分组的至少一个校验和，并将所述至少一个校验和插入所述已装配的网络分组内。
13.如权利要求12所述的模块，其特征在于，还包括：
接口至通用串行总线(USB)的第一接口，所述USB使用第一分组格式以在所述模块与相关联主机装置之间传送数据。
14.如权利要求13所述的模块，其特征在于，还包括：
接口至无线网络介质的第二接口，所述无线网络介质使用第二分组格式，其中，所述第二分组格式具有比所述第一分组格式更长的最大分组长度。
15.如权利要求14所述的模块，其特征在于，
所述第二接口连接在所述分组处理器与所述偶极天线之间。
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