專利名稱：靈活的mac超幀結(jié)構(gòu)和設(shè)信標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無(wú)線無(wú)線電系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的改善的遞 歸(recurring) MAC超幀結(jié)構(gòu)和設(shè)信標(biāo)方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的上下文中作為背景技術(shù)而簡(jiǎn)要概述MAC協(xié)議、超幀和信標(biāo)的部署，相 信這是有益的。一種形式的MAC協(xié)議被設(shè)計(jì)用于利用跳頻無(wú)線電的2. 4GHz ISM頻帶中的 操作。在US中使用這個(gè)頻帶的任何系統(tǒng)都必須遵守FCC規(guī)則。另外，如果該頻帶未被許 可，則該系統(tǒng)也必須能夠在存在其他的ISM頻帶無(wú)線電系統(tǒng)和干擾源例如微波爐的情況下 操作。公知的一種形式的MAC協(xié)議是混合協(xié)議，其組合TDMA和CSMA/CA接入機(jī)制二者。 混合MAC協(xié)議能夠提供在范圍廣的條件下保證優(yōu)良性能的特性?？蚣芤环N形式的MAC協(xié)議使用超幀、其合并兩種無(wú)爭(zhēng)用周期(contention-free period) (CFP)和爭(zhēng)用周期。超幀的開(kāi)始(點(diǎn))是一個(gè)站開(kāi)始跳到新的信道并正好在該站開(kāi) 始跳到下一信道之前結(jié)束的(時(shí)間)點(diǎn)。該超幀的持續(xù)時(shí)間是固定的，并且與停留(dwell) 或跳躍(hop)周期相同。在每個(gè)CFP期間使用的接入機(jī)制是TDMA，而在爭(zhēng)用周期期間使用 的接入機(jī)制是CSMA/CA。每個(gè)無(wú)爭(zhēng)用周期被劃分為多對(duì)固定長(zhǎng)度時(shí)隙，每個(gè)話音連接兩個(gè)時(shí)隙。每對(duì)中的 第一時(shí)隙可以被用于從控制點(diǎn)發(fā)送話音數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)(下行鏈路)，而第二時(shí)隙用于從節(jié)點(diǎn) 發(fā)送話音數(shù)據(jù)給控制點(diǎn)(上行鏈路)在本發(fā)明的上下文中，MAC協(xié)議能夠被分類(lèi)為兩種類(lèi)型分布式和集中式。諸如 WiMedia MAC的分布式MAC具有超越集中式方案的若干優(yōu)點(diǎn)來(lái)支持P2P應(yīng)用情形，這包括直 接鏈接建立、魯棒性和靈活的信道共享。另一方面，例如，集中式MAC協(xié)議是期望支持具有 高密度設(shè)備的情形以及支持改進(jìn)的QoS保證。顯然地，每種類(lèi)型的協(xié)議在某些特定的應(yīng)用 情形中具有其優(yōu)點(diǎn)，但在其他的情況中可能是次最佳的。因此，操作在不同的模式中并支持 需要不同特性的情形的靈活的MAC協(xié)議將能夠支持范圍較廣的應(yīng)用，并因此將具有高得多 的市場(chǎng)。然而，當(dāng)前的MAC協(xié)議只能支持或集中式操作或分布式操作，這主要是由于現(xiàn)有的 MAC超幀結(jié)構(gòu)和相關(guān)操作的局限性。分布式MAC 協(xié)議諸如 IEEE 802. IlDCF (Distributed CoordinatedFunction 分布 式協(xié)調(diào)功能)和 802. lie EDCA(Enhanced distributedChannel Access 增強(qiáng)型分布式信 道接入)具有用于支持P2P (peer-to-peer對(duì)等式)應(yīng)用情形的重要特性。它們支持直接 的鏈接建立，避開(kāi)故障點(diǎn)和有助于靈活的多跳信道分享。然而，這在分布式方案的上下文中 對(duì)于支持QoS嚴(yán)格的實(shí)時(shí)應(yīng)用、最低化能量消耗和解決隱藏終端問(wèn)題并不是直接了當(dāng)?shù)摹?br> 4WiMedia MAC提供分布式設(shè)信標(biāo)協(xié)議和分布式預(yù)留協(xié)議(DRP)來(lái)解決這樣的問(wèn)題。但是，該 設(shè)信標(biāo)協(xié)議要求每個(gè)設(shè)備在每個(gè)信標(biāo)周期中擁有信標(biāo)時(shí)隙，并在每個(gè)超幀中發(fā)送信標(biāo)，這 由于每個(gè)超幀中的信標(biāo)時(shí)隙的開(kāi)銷(xiāo)而導(dǎo)致可縮放性問(wèn)題。換句話說(shuō)，由于隨著節(jié)點(diǎn)密度的 增加而不斷增加的信標(biāo)時(shí)隙的開(kāi)銷(xiāo)，支持高節(jié)點(diǎn)密度應(yīng)用變得非常困難。相反，點(diǎn)協(xié)調(diào)或集中式MAC協(xié)議諸如IEEE 802. lie HCCA模式(HCF受控信道接入， 其中HCF代表混合協(xié)調(diào)功能)對(duì)于支持QoS、高密度應(yīng)用和能量節(jié)省是更佳的。集中式MAC 協(xié)議提供由協(xié)調(diào)器(接入點(diǎn)或軸頭(cluster-head))設(shè)備控制的確定性信道接入，其改善 信道使用效率并允許更有效的能量節(jié)省方案。然而，集中式體系結(jié)構(gòu)不能真正地允許直接 的P2P鏈接建立，也不避開(kāi)單個(gè)故障點(diǎn)和支持靈活的多跳信道分享。在所管理的網(wǎng)絡(luò)中，在跳躍之后立即發(fā)送信標(biāo)。這個(gè)信標(biāo)用于保持網(wǎng)絡(luò)同步、控制 超幀的格式并管理何時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在超幀末尾處的CFP (無(wú)爭(zhēng)用周期)用于話音數(shù)據(jù)的初始傳輸，而在超幀開(kāi)始處的 CFP用于沒(méi)有被接收或被不正確接收的任何數(shù)據(jù)的可選重發(fā)。停留周期(dwell period)固 定在20ms上，以提供相對(duì)于對(duì)待時(shí)間的可接受的性能。停留周期的長(zhǎng)度也意味著每個(gè)話 音數(shù)據(jù)消息包含20ms的ADPCM數(shù)據(jù)(640)比特，其等效于擴(kuò)展的DECTB字段；和48比特 的控制數(shù)據(jù)，其等效于DECT A字段。另外，每個(gè)發(fā)送的分組包括必需的MAC和PHY標(biāo)題。利用20ms超幀，MAC能夠提供在幀的開(kāi)頭具有足夠大的CFP的4話音連接以允許 所有的話音數(shù)據(jù)被重發(fā)，或更大數(shù)量的連接(例如，6)，但在這種情況中，在該幀的開(kāi)頭處 的CFP只是對(duì)于來(lái)自兩個(gè)連接的數(shù)據(jù)的重發(fā)是足夠大的。初始傳輸發(fā)生在其中的CFP和重發(fā)發(fā)生在其中的CFP利用頻率跳躍來(lái)隔開(kāi)，這提 供頻率分集，而頻率分集在該協(xié)議將操作在其中的環(huán)境的情形中是特別重要的。在該超幀中的第一 CFP的末尾，具有為服務(wù)時(shí)隙預(yù)留的空間。該服務(wù)時(shí)隙由話音 節(jié)點(diǎn)用于與控制點(diǎn)通信。由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的每個(gè)話音數(shù)據(jù)分組在分組標(biāo)題中包括由該節(jié)點(diǎn)接收的最后的話音 數(shù)據(jù)消息(即，在上行鏈路分組中)的捎帶確認(rèn)(Piggyback acknowledgement)，該話音節(jié) 點(diǎn)確認(rèn)由控制點(diǎn)發(fā)送的下行鏈路分組。這個(gè)系統(tǒng)允許控制點(diǎn)在跳躍之前確定哪個(gè)話音數(shù)據(jù) 傳輸被丟失、確定所要求的重發(fā)、并在下一個(gè)超幀的開(kāi)頭處的信標(biāo)(Beacon)中廣告(通告) 這些重發(fā)。每個(gè)話音數(shù)據(jù)分組只能被重發(fā)一次。在兩個(gè)CFP之間的時(shí)間即爭(zhēng)用周期用于使用類(lèi)似于在802. 11標(biāo)準(zhǔn)[802. 11]中所 規(guī)定的CSMA/CA協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸。MAC使用分時(shí)隙的爭(zhēng)用分案、數(shù)據(jù)消息的確認(rèn)與重發(fā)以及 分裂(fragmentation)方案來(lái)改善性能。如果沒(méi)有話音連接是有效的，則除了對(duì)于跳躍和信標(biāo)所需要的空間之外，CSMA/CA 周期占用整個(gè)超幀，從而使得數(shù)據(jù)通過(guò)量最大化。如果沒(méi)有控制點(diǎn)存在，則數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)能夠創(chuàng)建ad-hoc (特別)網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)的控 制被分布在所有的節(jié)點(diǎn)之間。信標(biāo)在管理中的使用信標(biāo)的主要功能是使得所有的節(jié)點(diǎn)能夠同步到網(wǎng)絡(luò)的跳頻 圖(跳躍模式)。由控制點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)也用于在無(wú)爭(zhēng)用周期期間管理網(wǎng)絡(luò)。控制點(diǎn)信標(biāo)(CPB)能夠 包括有效的話音連接(和因此，時(shí)隙分配)、用于當(dāng)前超幀的重發(fā)時(shí)隙分配、連接狀態(tài)信息
5與尋呼信息的列表。時(shí)隙分配和同步信息不在每幀基礎(chǔ)上改變，因此如果節(jié)點(diǎn)丟失了信標(biāo)，則它使用 包含在最近的有效信標(biāo)中的信息。所有的連接與尋呼狀態(tài)請(qǐng)求和信息被重復(fù)，直至它們被 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)確認(rèn)。為了最優(yōu)化該協(xié)議的性能，控制點(diǎn)執(zhí)行“連接打包(cormectionpacking) ”，以消除 未使用的時(shí)隙和最大化爭(zhēng)用周期，并因此最大化數(shù)據(jù)通過(guò)量。在ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)停止周期期間安排ad-hoc信標(biāo)的傳輸。節(jié)點(diǎn) 使用其地址來(lái)確定何時(shí)它應(yīng)發(fā)送特別信標(biāo)，以防止來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的特別信標(biāo)的碰撞。如果 節(jié)點(diǎn)在它到期要發(fā)送它自己的信標(biāo)之前從兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)接收到消息，則它取消該信標(biāo)的 傳送。服務(wù)時(shí)隙由話音節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送管理消息給控制點(diǎn)、例如，以便向控制點(diǎn)請(qǐng)求連接。 因?yàn)橹挥幸粋€(gè)服務(wù)時(shí)隙，所以有可能兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間發(fā)送并且其傳輸有可能碰撞。每 個(gè)管理消息明確地被CPB中的控制點(diǎn)所確認(rèn)，并且如果沒(méi)有確認(rèn)，則節(jié)點(diǎn)在重發(fā)消息之前 在許多停止周期上執(zhí)行隨機(jī)補(bǔ)償(backoff)。在關(guān)閉連接時(shí)，該節(jié)點(diǎn)在其話音時(shí)隙中發(fā)送管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出新的MAC超幀結(jié)構(gòu)和一組相關(guān)的操作，這些是用于靈活的無(wú)線系統(tǒng)的 MAC協(xié)議的基石。利用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一 MAC協(xié)議能夠在分布式模式或集中式模式中支 持靈活的操作，并自適應(yīng)地支持從一個(gè)模式到另一種模式的無(wú)縫轉(zhuǎn)接。而且，本發(fā)明在一種 形式中允許分布式網(wǎng)絡(luò)和集中式網(wǎng)絡(luò)和諧地共存以及多個(gè)集中式網(wǎng)絡(luò)和諧共存。由于應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)間而改變，所以如果一種統(tǒng)一 MAC協(xié)議能夠支持或 分布式模式或點(diǎn)協(xié)調(diào)模式中的靈活操作并自適應(yīng)地支持從一種模式至另一種模式的無(wú)縫 轉(zhuǎn)換將是極其有用的。而且，如果這樣的統(tǒng)一 MAC協(xié)議能夠允許分布式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò) 和諧地共存以及多個(gè)點(diǎn)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)共存，這將是理想的。沒(méi)有現(xiàn)有的無(wú)線系統(tǒng)提供所有的上 述特性。雖然IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)及其802. IlE修改(版本)確實(shí)支持分布式操作(強(qiáng)制性 的)和點(diǎn)協(xié)調(diào)操作(可選擇的)模式，但是這兩種模式要求完全不同的MAC結(jié)構(gòu)和操作。因 此，從一種模式至另一種模式的轉(zhuǎn)換在802. 11網(wǎng)絡(luò)中不可能是無(wú)縫的。在大多數(shù)情況中， 設(shè)備只操作在一種模式中，例如，操作在強(qiáng)制性的分布式模式中。共存在802. 11網(wǎng)絡(luò)中也 是一個(gè)未解決的問(wèn)題，這是因?yàn)镼oS不能在點(diǎn)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中得到完全保障，如果它與分布式 或另一集中式網(wǎng)絡(luò)共存的話?；谏厦娴挠^察資料，本發(fā)明在一種形式中建議一種新的靈活的MAC結(jié)構(gòu)，其和 諧地支持多種操作模式并允許各操作模式之間的無(wú)縫轉(zhuǎn)接。本發(fā)明在一種形式中在于支持集中式和分布式模式的MAC協(xié)議的靈活的無(wú)線系 統(tǒng)，其使用新的MAC超幀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括新的遞歸MAC超幀，其包括信標(biāo)周期；數(shù)據(jù)/感 測(cè)/睡眠周期，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠和信道感測(cè)，以便在認(rèn)知系統(tǒng)中檢測(cè)主要用戶； 和信令窗口，用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道預(yù)留請(qǐng)求。該靈活的無(wú)線系統(tǒng)便利地包括信標(biāo) 操作、用于選擇地參與該信標(biāo)操作的分布式模式中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備和集中式模式中的主信
6標(biāo)設(shè)備、以及與主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備。對(duì)于該信標(biāo)周期，該系統(tǒng)可以包括受控制的信道 接入，其中該信道接入是基于預(yù)留(保留)的。優(yōu)選地，該信令窗口可以位于MAC超幀結(jié)構(gòu) 的末尾。本發(fā)明在第二形式中在于支持集中式和分布式模式的MAC協(xié)議的靈活的無(wú)線系 統(tǒng)，其使用新的MAC超幀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括新的遞歸MAC超幀，其包括信標(biāo)周期；數(shù)據(jù)/感 測(cè)/睡眠周期，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠和信道感測(cè)，用于在認(rèn)知系統(tǒng)中檢測(cè)主要用戶； 信令窗口，用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道保留請(qǐng)求，該系統(tǒng)包括信標(biāo)操作、分布式模式中的 對(duì)等信標(biāo)設(shè)備和集中式模式中的主信標(biāo)設(shè)備，這些設(shè)備用于選擇地參與所述信標(biāo)操作，以 及還包括與所述主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備。在另一種形式中，本發(fā)明在于用于靈活地支持集中式和分布式模式的MAC協(xié)議的 無(wú)線系統(tǒng)的方法，其使用新的MAC超幀結(jié)構(gòu)，該方法包括部署新的遞歸MAC超幀，其包括信 標(biāo)周期；使用數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期，用于選擇性通信、睡眠和信道感測(cè)，以檢測(cè)認(rèn)知系統(tǒng)中 的主要用戶；部署信令窗口，其用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道保留請(qǐng)求；該方法包括信標(biāo) 操作，其使用用于選擇地參與該信標(biāo)操作的分布式模式中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備和集中式模式中 的主信標(biāo)設(shè)備以及使用與主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備。


從下面利用示例給出的并將結(jié)合附圖加以理解的優(yōu)選實(shí)施例的描述中可以獲得 本發(fā)明更詳細(xì)的理解，其中圖1示出本發(fā)明上下文中的參考網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)備類(lèi)型；和圖2示出實(shí)施本發(fā)明的示例性的參考MAC結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面，以利用示例示出本發(fā)明原理的附圖為上下文來(lái)提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施例的具體描述。雖然本發(fā)明結(jié)合這樣的實(shí)施例來(lái)加以描述，但應(yīng)明白本發(fā)明并不限于任 一實(shí)施例。相反，本發(fā)明的范疇僅利用所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限制，并且本發(fā)明包含許多選擇 方案、修改和等效物。為了示例的目的，在下面的描述中提出了許多特定的細(xì)節(jié)，以提供本 發(fā)明的全面理解。本發(fā)明可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)中的一些或所有細(xì)節(jié)的情況下根據(jù)權(quán)利要求書(shū) 來(lái)加以實(shí)施。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，涉及本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域中公知的技術(shù)資料沒(méi)有具體地加以描 述，以免不必要地使得本發(fā)明模糊不清。在本發(fā)明的上下文中子網(wǎng)和設(shè)備類(lèi)型的定義在本發(fā)明中，子網(wǎng)被定義為在一個(gè) 實(shí)體(例如，網(wǎng)絡(luò)管理器)管理之下并共享共同的MAC協(xié)議的設(shè)備的集合(或組)。如果該子 網(wǎng)中的媒體接入由單個(gè)設(shè)備控制，則子網(wǎng)被定義為集中式子網(wǎng)。另一方面，如果該子網(wǎng)的媒 體接入以分布式方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，則子網(wǎng)被定義為分布式子網(wǎng)。如圖1所示，如在本發(fā)明中所 應(yīng)有的，具有三種基本類(lèi)型的設(shè)備。分布式子網(wǎng)中的設(shè)備被稱為對(duì)等設(shè)備(Peer Device)； 集中式子網(wǎng)中的子網(wǎng)協(xié)調(diào)器被稱為主設(shè)備(Master Device)；而除了集中式子網(wǎng)中的子網(wǎng) 協(xié)調(diào)器之外的其他設(shè)備被稱為從設(shè)備(Slave Device) 0在任何給定的時(shí)間上，一個(gè)設(shè)備只 能操作為三種類(lèi)型之中的一種，即，一個(gè)設(shè)備能夠是主設(shè)備、從設(shè)備或?qū)Φ仍O(shè)備。如果兩個(gè)
7子網(wǎng)共享相同的信道并且來(lái)自第一子網(wǎng)的至少一個(gè)有效設(shè)備處于第二子網(wǎng)的傳輸范圍內(nèi)， 則這兩個(gè)子網(wǎng)也被稱為鄰近子網(wǎng)(Neighboring Subnet)。靈活的MAC(Flex-MAC)超幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，所建議的MAC協(xié)議遵循遞歸超幀結(jié)構(gòu)，其包括信標(biāo)周期(BP)、數(shù)據(jù)/ 感測(cè)/睡眠周期(DSSP)和信令窗口(SW)。信令窗口和信標(biāo)周期用于廣播/交換控制/管 理信息及其大小(在時(shí)隙中)，并且是動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)的。共享同一信道的所連接子網(wǎng)中的所有設(shè)備應(yīng)遵循相同的超幀結(jié)構(gòu)。超幀合并 (merging)是必要的，如果遵循不同超幀結(jié)構(gòu)但共享同一信道的兩個(gè)子網(wǎng)變成鄰居的話。所有的設(shè)備應(yīng)在信標(biāo)周期和信令窗口期間保持覺(jué)醒，以便俘獲可能與每個(gè)設(shè)備相 關(guān)的所有的控制/管理信息。設(shè)備可以在數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期期間交換數(shù)據(jù)、監(jiān)視一個(gè) 或多個(gè)信道(在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中所需要的)或進(jìn)入睡眠模式。為了本發(fā)明的目的，如果一個(gè)設(shè)備在信標(biāo)周期BP中擁有信標(biāo)時(shí)隙并且定期地發(fā) 送信標(biāo)，則將該設(shè)備當(dāng)作發(fā)信標(biāo)(設(shè)信標(biāo))設(shè)備來(lái)對(duì)待。與WiMedia不同，不要求每個(gè)設(shè)備 都成為發(fā)信標(biāo)設(shè)備，這允許靈活性和可縮放性。對(duì)于本發(fā)明的目的，一個(gè)設(shè)備是否應(yīng)變成發(fā) 信標(biāo)設(shè)備將取決于以下的考慮對(duì)等設(shè)備應(yīng)該是發(fā)信標(biāo)設(shè)備。主設(shè)備必須是發(fā)信標(biāo)設(shè)備。換句話說(shuō)，主設(shè)備必須 在信標(biāo)周期中擁有一個(gè)專用信標(biāo)。在同一網(wǎng)絡(luò)中可能具有多個(gè)主設(shè)備，每個(gè)主設(shè)備控制一 組從設(shè)備。在這樣的情況中，每個(gè)主設(shè)備應(yīng)在信標(biāo)周期中擁有一個(gè)信標(biāo)時(shí)隙。從設(shè)備通常是非發(fā)信標(biāo)設(shè)備，其在信標(biāo)周期中并不擁有信標(biāo)時(shí)隙。但是，在某些情 況中，從設(shè)備能夠是發(fā)信標(biāo)設(shè)備，例如，以允許共存和減少隱藏終端問(wèn)題。上面的考慮能夠用于幫助在所連接的子網(wǎng)上建立發(fā)信標(biāo)骨干。利用發(fā)信標(biāo)骨干和 信標(biāo)時(shí)隙的專門(mén)使用，協(xié)調(diào)作用或?qū)崟r(shí)與密集傳輸中的這些設(shè)備能夠容易地保證控制信息 (包括帶寬保留信息)可靠地且及時(shí)地進(jìn)行傳送，因而改善QoS支持和系統(tǒng)可靠性。在所建議的MAC中的一個(gè)有意義的要素是同步。為了同步這些設(shè)備，所連接子網(wǎng) 中的所有設(shè)備應(yīng)遵循相同的BPST(Beacon PeriodStart Time信標(biāo)周期開(kāi)始時(shí)間)和相同 的超幀號(hào)。BP開(kāi)始時(shí)間和超幀號(hào)是由建立該信標(biāo)周期的第一設(shè)備啟動(dòng)的，該第一設(shè)備能夠 是主設(shè)備或?qū)Φ仍O(shè)備。BPST和超幀結(jié)構(gòu)的合并是必需的，如果兩個(gè)斷開(kāi)的子網(wǎng)變成連接的 話。信標(biāo)周期(BP)操作用于信標(biāo)周期的信道接入方法是基于保留的，特別地是基于 TDMA的。信標(biāo)周期被劃分成多個(gè)相等的信標(biāo)時(shí)隙，從零開(kāi)始并逐一增加地進(jìn)行編號(hào)。超幀 的開(kāi)始時(shí)間等效于第一信標(biāo)時(shí)隙的開(kāi)始時(shí)間。每個(gè)發(fā)信標(biāo)設(shè)備擁有一個(gè)信標(biāo)時(shí)隙、在它自 己的信標(biāo)時(shí)隙中發(fā)送信標(biāo)并監(jiān)聽(tīng)其他的信標(biāo)時(shí)隙。這類(lèi)似于WiMedia。新的發(fā)信標(biāo)設(shè)備應(yīng)優(yōu)選地選擇BP中最小可用的信標(biāo)時(shí)隙作為它自己的信標(biāo)時(shí) 隙。例如，如果一個(gè)設(shè)備正是啟動(dòng)BP的第一設(shè)備，它應(yīng)該選擇信標(biāo)時(shí)隙零作為它自己的信 標(biāo)時(shí)隙號(hào)。發(fā)信標(biāo)設(shè)備應(yīng)定期地在它自己的信標(biāo)時(shí)隙中發(fā)送信標(biāo)。發(fā)信標(biāo)設(shè)備應(yīng)使用信標(biāo)來(lái)廣告(通告)它自己的超幀號(hào)、設(shè)備類(lèi)型(如表1所示)、 子網(wǎng)ID(這可以是名字串，例如，由子網(wǎng)擁有者所配置的)、SW長(zhǎng)度、以及在WiMedia標(biāo)準(zhǔn)中 所定義的，例如，信標(biāo)周期占用率(Beacon Period Occupancy) IE (ΒΡ0ΙΕ，這包括BP長(zhǎng)度)、 DRP 可用性 IE、PCA 可用性 IE、業(yè)務(wù)量指示圖(Traffic IndicationMap) (TIM) IE、識(shí)別 IE。
8利用信標(biāo)中所指示的上述信息，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備知道超幀結(jié)構(gòu)和信道預(yù)留狀態(tài)。該信標(biāo) 的示例性格式表示在表3中。表1說(shuō)明設(shè)備類(lèi)型編碼 表2說(shuō)明子網(wǎng)ID格式 表3說(shuō)明信標(biāo)幀有效負(fù)載格式 信標(biāo)周期長(zhǎng)度可在最低BP長(zhǎng)度(Bpmin，例如，一個(gè)信標(biāo)時(shí)隙)和最大BP長(zhǎng)度 (BPmax)之間調(diào)節(jié)。一旦建立信標(biāo)周期，則BP長(zhǎng)度默認(rèn)具有最低長(zhǎng)度。當(dāng)新的發(fā)信標(biāo)設(shè)備請(qǐng) 求加入BP，則該信標(biāo)周期可以被延長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)信標(biāo)設(shè)備離開(kāi)該網(wǎng)絡(luò)，則該信標(biāo)周期可以減小尺 寸，并且信標(biāo)時(shí)隙可以被移位到較低編號(hào)的時(shí)隙。延長(zhǎng)或縮短BP的程序以及移位信標(biāo)時(shí)隙在本文中不進(jìn)行進(jìn)一步的具體詳述。但 是，對(duì)于BP延長(zhǎng)的一般要求是保證每個(gè)發(fā)信標(biāo)設(shè)備知曉BP調(diào)節(jié)請(qǐng)求并確認(rèn)這樣的調(diào)節(jié)請(qǐng) 求。例如，每個(gè)發(fā)信標(biāo)設(shè)備應(yīng)在其信標(biāo)中確認(rèn)/更新/通告這樣的BP調(diào)節(jié)。信令窗口(SW)操作信令窗口是可調(diào)節(jié)的時(shí)間窗口，其用于交換控制或管理信息，例如，網(wǎng)絡(luò)入口消 息，信道預(yù)留請(qǐng)求和業(yè)務(wù)量指示。優(yōu)選地，信令窗口被放置在超幀的末尾。然而，根據(jù)系統(tǒng) 偏愛(ài)，它可以位于另一位置上，例如，位于BP之后。任何設(shè)備可以使用該信令窗口來(lái)按照要求發(fā)送控制/管理信息。不同于信標(biāo)周 期，整個(gè)信令窗口根據(jù)機(jī)會(huì)而由所有的設(shè)備共享；從而改善了用于發(fā)信號(hào)的信道效率。使用 保留的信令窗口以替代其他的隨機(jī)可用的DSSP中的MAS來(lái)交換控制信息的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能和 可靠性。例如，設(shè)備能夠在DSSP期間進(jìn)入睡眠模式而不丟失控制消息。 雖然設(shè)備仍然能夠使用任何可用的DSSP中的MAS來(lái)交換控制信息，但這要求所有 的預(yù)定接收機(jī)在DSSP期間保持覺(jué)醒，這降低了能量效率。而且，DSSP中的MAS在“最高數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)量時(shí)間(peak datatraffic time) ”期間有可能不是可用的，這對(duì)于關(guān)鍵的控制消息 諸如信道交換消息以保護(hù)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的主要用戶可能引起無(wú)法忍受的延遲。信令窗口時(shí)長(zhǎng)可在最低SW長(zhǎng)度(SWmin)與最大SW長(zhǎng)度(SWmax)之間調(diào)節(jié)。該網(wǎng)絡(luò) 中的任何發(fā)信標(biāo)設(shè)備可以要求擴(kuò)展當(dāng)前的信令窗口，如果該信令窗口變得過(guò)載的話。可以 使用許多方式來(lái)判斷該信令窗口是否過(guò)載，諸如觀察碰撞概率、信道使用率和來(lái)自其他設(shè) 備的測(cè)量報(bào)告。如果該信令窗口變成過(guò)載，則發(fā)信標(biāo)設(shè)備可以在其信標(biāo)中包括信息元素來(lái) 請(qǐng)求這樣的SW擴(kuò)展。接收到如此請(qǐng)求的每個(gè)發(fā)信標(biāo)設(shè)備應(yīng)據(jù)此擴(kuò)展該SW。用于信令窗口的信道接入是基于爭(zhēng)用的?；诜謺r(shí)隙的aloha(問(wèn)候語(yǔ))或基于 back-off (補(bǔ)償)載波感測(cè)媒體接入(carrier sensig mediumaccess) (CSMA)能夠用于爭(zhēng) 用。對(duì)于分時(shí)隙的aloha方法，根據(jù)最大的信令消息長(zhǎng)度比規(guī)則(定期)的媒體接入時(shí)隙 (MAS)的最大長(zhǎng)度小得多的事實(shí)，信令時(shí)隙長(zhǎng)度應(yīng)小于規(guī)則的MAS時(shí)隙長(zhǎng)度。DSSP 操作DSSP中的媒體接入時(shí)隙(MAS)的使用策略應(yīng)遵循預(yù)留接入(ReservationAccess)或分優(yōu)先級(jí)的爭(zhēng)用接入(Prioritized ContentionAccess) (PCA)或Group-PCA(組 PCA)。預(yù)留接入和PCA能夠應(yīng)用于分布式子網(wǎng)和集中式子網(wǎng)二者。Group-PCA只應(yīng)用于集 中式子網(wǎng)。該使用策略由發(fā)信標(biāo)設(shè)備公布，并且它能夠在超幀基礎(chǔ)上進(jìn)行更新。發(fā)信標(biāo)設(shè) 備應(yīng)始終公布它自己的對(duì)于DSSP中的每個(gè)MAS的使用策略的意見(jiàn)(觀點(diǎn))。因此，主設(shè)備 應(yīng)宣告與它自己及其相關(guān)的從設(shè)備有關(guān)的所有的預(yù)留。被標(biāo)記為預(yù)留的媒體接入時(shí)隙能夠優(yōu)選地僅由預(yù)留擁有者接入。被標(biāo)記為PCA可用的媒體接入時(shí)隙對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備是開(kāi)放的。除了純爭(zhēng)用 (對(duì)公眾開(kāi)放)和純保留(僅對(duì)預(yù)留擁有者開(kāi)放)之外，我們也建議=Group-CPA也被提議， 其僅對(duì)特定的子網(wǎng)開(kāi)放，例如，主設(shè)備及其從設(shè)備。在這種情況中，主設(shè)備應(yīng)進(jìn)行預(yù)留、合適 地標(biāo)注擁有者和標(biāo)記所預(yù)留的MAS為Group-PCA。在Group-PCA可用時(shí)隙內(nèi)，主設(shè)備可以具 有比從設(shè)備更高的優(yōu)先級(jí)來(lái)接入媒體，例如，發(fā)送輪詢(Poll)消息。實(shí)施本發(fā)明的示例性方法所建議的發(fā)明能夠用作未來(lái)的WiMedia UWB標(biāo)準(zhǔn)、 IEEEE 802. 11、認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和IEEE 802. 15無(wú)線系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但是該實(shí)施并不限于此。在前述的本發(fā)明的實(shí)施例的具體描述中，為了使得本公開(kāi)內(nèi)容連成一個(gè)整體，將 各種特性一起組合在單個(gè)示例性實(shí)施例中。這種披露的方法將不被解釋為反映所請(qǐng)求保護(hù) 的本發(fā)明的實(shí)施例要求比在每項(xiàng)權(quán)利要求中特意敘述的特性更多的特性的意圖。相反，如 隨后的權(quán)利要求書(shū)所反映的，本發(fā)明的主題在于少于單個(gè)披露的實(shí)施例的所有特性。因而， 隨后的權(quán)利要求書(shū)由此被結(jié)合在本發(fā)明的實(shí)施例的具體描述中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求自身代 表單獨(dú)的實(shí)施例。明白上面的描述預(yù)定是說(shuō)明性的，而不是限制性的。打算覆蓋可以被包 括在如所附的權(quán)利要求書(shū)中所定義的本發(fā)明的精神與范疇之內(nèi)的所有的替換方案、修改和 等價(jià)物。許多其他的實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在查閱上面的描述之后將是顯然的。因 此，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)參照所附的權(quán)利要求書(shū)、連同授權(quán)這樣的權(quán)利要求所獲得的等效物的 全部范疇一起來(lái)確定。在所附的權(quán)利要求書(shū)中，其中出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“包括”和“在其中”分別用 作相應(yīng)的術(shù)語(yǔ)“包含”和“其中”的易懂英文等價(jià)物。而且，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三” 等僅用于標(biāo)簽，而不打算來(lái)對(duì)其對(duì)象施加數(shù)字要求。
權(quán)利要求
一種靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其支持集中式模式和分布式模式的MAC協(xié)議，其使用新的MAC超幀結(jié)構(gòu)，該新的MAC超幀結(jié)構(gòu)包含新的遞歸MAC超幀，包括信標(biāo)周期(BP)，數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期(DSSP)，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠與信道感測(cè)，以便在認(rèn)知系統(tǒng)中檢測(cè)主要用戶，和信令窗口(SW)，用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道預(yù)留請(qǐng)求。
2.按照權(quán)利要求1中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，包括信標(biāo)操作、用于選擇地參與所述信 標(biāo)操作的分布式模式中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備(1，2，3)與集中式模式中的主信標(biāo)設(shè)備(1)以及與 所述主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備(2，3)。
3.按照權(quán)利要求2中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，包括用于所述信標(biāo)周期(BP)的受控的信 道接入，其中該信道接入是基于預(yù)留的。
4.按照權(quán)利要求3中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中該信道接入是基于TDMA的。
5.按照權(quán)利要求2中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中該信標(biāo)周期(BP)被劃分為從零開(kāi)始 編號(hào)并逐一增加的多個(gè)相等的信標(biāo)時(shí)隙(0，1，...，η)。
6.按照權(quán)利要求5中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中每個(gè)所述信標(biāo)設(shè)備(1，2，3)擁有一 個(gè)信標(biāo)時(shí)隙、在它自己的信標(biāo)時(shí)隙中發(fā)送信標(biāo)并監(jiān)聽(tīng)其他的信標(biāo)時(shí)隙。
7.按照權(quán)利要求5中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中除了通告在可應(yīng)用的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中所 定義的之外，每個(gè)信標(biāo)設(shè)備(1，2，3)還使用它的信標(biāo)來(lái)選擇地通告它自己的超幀號(hào)、設(shè)備 類(lèi)型、子網(wǎng)ID、SW長(zhǎng)度。
8.按照權(quán)利要求1中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述信標(biāo)周期(BP)具有可在預(yù)定的 時(shí)隙的最低數(shù)量與最大數(shù)量之間調(diào)節(jié)的BP長(zhǎng)度。
9.按照權(quán)利要求8中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述信標(biāo)周期(BP)—旦獲得建立， 則BP長(zhǎng)度被設(shè)置為所述的時(shí)隙的最低數(shù)量。
10.按照權(quán)利要求2中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中當(dāng)新的信標(biāo)設(shè)備請(qǐng)求加入該信標(biāo) 周期時(shí)，該信標(biāo)周期被延長(zhǎng)，而當(dāng)信標(biāo)設(shè)備決定離開(kāi)時(shí)，該信標(biāo)周期被減小尺寸。
11.按照權(quán)利要求1中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述信令窗口(SW)是可調(diào)的時(shí)間 窗口。
12.按照權(quán)利要求1中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述信令窗口(SW)被放置在所述 MAC超幀結(jié)構(gòu)的末端區(qū)域上。
13.按照權(quán)利要求2中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中該信令窗口(SW)被配置并且對(duì)于 由包括新設(shè)備和非發(fā)信標(biāo)從設(shè)備的任何所述設(shè)備使用是開(kāi)放的。
14.按照權(quán)利要求13中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述信令窗口(SW)具有可在最低 Sff長(zhǎng)度與最大SW長(zhǎng)度之間調(diào)節(jié)的時(shí)長(zhǎng)。
15.按照權(quán)利要求14中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中發(fā)信標(biāo)設(shè)備(1，2，3)包括信息元 素，其中如果信令窗口(SW)變得過(guò)載，則所述信息元素請(qǐng)求SW長(zhǎng)度延長(zhǎng)。
16.按照權(quán)利要求1中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，包括用于該信令窗口的基于爭(zhēng)用的信 道接入方法。
17.按照權(quán)利要求16中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中從分時(shí)隙的aloha和CSMA(載波感測(cè)媒體接入)中選擇所述基于爭(zhēng)用的信道接入方法，其中使用小于規(guī)則的媒體接入時(shí)隙 (MAS)長(zhǎng)度的信令時(shí)隙長(zhǎng)度。
18.按照權(quán)利要求17中所述的靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其中所述MAS使用遵循一個(gè)預(yù)留接入 和分優(yōu)先級(jí)的爭(zhēng)用接入。
19.一種靈活的無(wú)線系統(tǒng)，其支持集中式模式和分布式模式的MAC協(xié)議，其使用新的 MAC超幀結(jié)構(gòu)，該新的MAC超幀結(jié)構(gòu)包含新的遞歸MAC超幀，包括信標(biāo)周期(BP)；數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期(DSSP)，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠與信道感測(cè)，以便在認(rèn)知系 統(tǒng)中檢測(cè)主要用戶；信令窗口(SW)，用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道預(yù)留請(qǐng)求，該系統(tǒng)包括信標(biāo)操作、用于選擇地參與所述信標(biāo)操作的分布式模式中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備 和集中式模式中的主信標(biāo)設(shè)備以及與所述主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備。
20.在無(wú)線系統(tǒng)中靈活地支持集中式模式和分布式模式的MAC協(xié)議的方法，其使用新 的MAC超幀結(jié)構(gòu)，所述方法包括部署新的遞歸MAC超幀(m-1，m, m+1)，包括使用信標(biāo)周期(BP)，使用數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期(DSSP)，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠與信道感測(cè)，以便在認(rèn) 知系統(tǒng)中檢測(cè)主要用戶，部署用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道預(yù)留請(qǐng)求的信令窗口(SW)，所述方法包括信標(biāo)操作，該信標(biāo)操作使用用于選擇地參與所述信標(biāo)操作的分布式模式 中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備和集中式模式中的主信標(biāo)設(shè)備以及使用與所述主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)
全文摘要
一種支持集中式模式和分布式模式的MAC協(xié)議的靈活的無(wú)線系統(tǒng)和方法使用新的遞歸MAC超幀(m)，該新的遞歸MAC超幀包括信標(biāo)周期(BP)；數(shù)據(jù)/感測(cè)/睡眠周期(DSSP)，用于數(shù)據(jù)選擇性通信、睡眠和信道感測(cè)，以便檢測(cè)認(rèn)知系統(tǒng)中的主要用戶；和信令窗口(SW)，用于交換網(wǎng)絡(luò)入口消息和信道預(yù)留請(qǐng)求，該系統(tǒng)包括信標(biāo)操作、用于選擇地參與該信標(biāo)操作的分布式模式中的對(duì)等信標(biāo)設(shè)備和集中式模式中的主信標(biāo)設(shè)備、以及與該主設(shè)備相關(guān)的從信標(biāo)設(shè)備。對(duì)于該信標(biāo)周期，該系統(tǒng)可以采用受控的信道接入，該信道接入是基于預(yù)留的。本發(fā)明提供統(tǒng)一的MAC協(xié)議，其能夠在標(biāo)準(zhǔn)中被采用并支持分布式模式或集中式模式中的靈活操作以及從一種模式到另一種模式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H04W74/08GK101889469SQ200880119571
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者D·A·T·卡瓦爾坎蒂, K·S·查拉帕利, 王劍鋒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司