专利名称：在分布式无线个域网中的装置和数据时隙分配方法
技术领域：
本发明涉及一种在分布式无线个域网(WPAN)中使用分配的数据时隙传输数据流的装置和一种用于数据时隙分配的方法。更具体地讲，本发明涉及一种考虑相邻装置所需的数据时隙的数量来调节将被分配的数据时隙的数量的装置和一种用于数据时隙分配的方法。
背景技术：
与广为人知的局域网(LAN)或广域网(WAN)相比，个域网(PAN)是在约10米范围内由个人拥有的网络。为了方便用户，由个人拥有的装置相互连接以构建网络。无线个域网(WPAN)通过无线连接实现已有的PAN。
电气和电子工程师学会(IEEE)802.15工作组开发了用于短距离无线网络的WPAN以标准化PAN并实现PAN。IEEE 802.15标准有四个任务组。更具体地讲，IEEE 802.15.1标准化众所周知的蓝牙技术，而IEEE 802.15.3和IEEE802.15.3a标准化高速率WPAN。另外，802.15.4，又名ZigBee，标准化250Kbps以下的低速率WPAN。在WPAN中，通信介质被WPAN中的每个装置共享。在这点上，需要介质访问控制(MAC)来控制装置的介质访问。
能够以两种方案来设计用于WPAN的MAC集中式方案和分布式方案。根据集中式MAC方案，单个装置为整个网络操作以管理并控制用于每个装置的MAC。相反，分布式MAC方案使得每个装置共享管理MAC的责任。
图1是根据分布式MAC方案的WPAN环境的概念性的示图。在图1中，黑点指示装置，基于该点而画的圆指示该装置的信标(beacon)的传输范围。根据分布式MAC方案，为了信道时间预留、同步等等，装置间互相合作共享所需的信息。根据分布式MAC方案的WPAN环境(下文中，称作分布式WPAN)采用被称作超帧的定时概念。
图2描绘了传统的超帧的结构。
参考图2，超帧是在多频带正交频分复用(OFDM)联盟草案v0.5中描述的结构。超帧包括256个介质访问时隙(MAS)。超帧的长度是65.536ms，MAS的长度是256μs。周期“a10”指示包括信标时隙的信标周期，“a20”是包括MAS的数据周期，网络中的其它装置使用所述MAS以将流(数据)传送到该网络中的另一装置。下文中，信标周期中的MAS被称作信标时隙，数据周期中的MAS被称作数据时隙。所述装置能够预留并利用特定数量的数据时隙。
关于所述超帧的信息在分配给装置的信标周期的信标时隙中被广播。相邻的装置利用在下一超帧中接收的超帧信息。超帧的开始时间取决于被定义为信标周期开始时间(BPST)的信标周期的开始。
在分布式WPAN中，如图2显示的传统的装置的超帧被分配给特定数量的数据时隙，以满足服务质量(QoS)要求。具体地说，所述装置通过诸如超帧中的信标时隙的公共控制信道来传输QoS信息元素(IE)。QoS IE记录关于以下内容的信息指定从所述装置传送的数据流的流索引、数据流传送所需的需要的QoS(RMAS)和用于最优化传输数据流的期望的QoS(DMAS)。
如果装置根据相同的通信协议互相通信，则调制处理、解调处理和数据压缩处理也相同。因此，QoS的程度与MAS的数量成比例。在本文中，QoS的预留或分配能够意味着特定数量的MAS的预留或分配。因此，可以使用需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量而不用需要的QoS和期望的QoS来传输QoS IE。
当一接收到QoS IE，分布式WPAN中的装置就将从另一装置接收的QoSIE中包含的信息记录在它们的存储器中。接下来，所述装置基于记录的信息计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量或QoS。由于单个装置需要不同数量的需要的数据时隙和不同数量的期望的数据时隙，因此，需要一种有效地分配所述数据时隙的解决方案。
例如，如果装置基于传输QoS IE的装置的数量合理地分配数据时隙，则数据时隙能够如下地被分配。
在表1中，当在总共包括四个装置的网络环境中数据流A、B、C和D被传送并且MAS的总数是100个时，25个MAS被分配给从各装置传输的每个流。数据流A、B和D的RMAS分别是20、15和20。数据流A、B和D的DMAS分别是40、30和40。由于被合理分配的25个MAS在每个数据流的DMAS之下但是在每个数据流的RMAS之上，所以数据流A、B和D能够被传输。对于从装置3到装置1的数据流C，RMAS是40个MAS但是仅被分配25个MAS。因此，不可能传输数据流C。如上所述，在传统的分布式WPAN下，数据时隙没有根据用于配备的装置的期望的QoS来被分配。因此，不能实现数据时隙的合理分配。
发明内容
本发明已经被提供来解决在传统的布置中出现的上述和其它问题与缺点，本发明的一方面在于提供一种通过参考相邻的装置所需的数据时隙的数量来计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量来合理地分配数据时隙并有效地利用全部数据时隙的装置，和一种用于数据时隙分配的方法。
为了实现本发明的示例性实施例的上述方面，提供了一种用于分布式无线个域网(WPAN)中的多个装置的数据时隙的分配方法，包括在所述多个装置通过公共控制信道传输并接收传输数据流所需的服务质量(QoS)信息；基于所述QoS信息将特定数量的数据时隙分配给所述多个装置；当传输数据流的第一装置被分配的数据时隙少于用于数据流传输的需要的数据时隙的数量时，附加地分配给所述第一装置特定数量的数据时隙；和通过以一定比例减少将被分配给除所述第一装置之外的其它装置的数据时隙的数量，为所述第一装置预留附加的数据时隙。
QoS信息可以包括数据流索引、需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量中的至少一个。
所述数据时隙分配方法还可以包括在其它装置计算QoS满意度。所述其它装置可以通过与计算的QoS满意度成比例地计算数据时隙的数量并从由当前的超帧分配的数据时隙的数量减去所述计算的数量，来为所述第一装置预留所述附加的数据时隙。
所述数据时隙分配方法还可以包括在第二装置加入所述分布式WPAN；获得在所述分布式WPAN上传送的流的需要的数据时隙的总数并从数据时隙的总数减去所述获得的总数；和当所述第二装置的需要的数据时隙的数量在所述减法的结果之下时，将特定数量的数据时隙分配给所述第二装置。
根据本发明的另一方面，一种用于分布式无线个域网(WPAN)中的装置的数据时隙分配方法，包括从相邻的装置接收数据流索引、需要的数据时隙的数量、期望的数据时隙的数量中的至少一个；确定在相邻的装置中是否存在第一装置，所述第一装置以少于需要的数据时隙的数量的分配的数据时隙传输流；当存在所述第一装置时，计算从下一超帧分配的数据时隙的数量降低到低于从当前的超帧分配的数据时隙的数量。
所述计算从下一超帧分配的数据时隙的数量的步骤可以包括计算服务质量(QoS)满意度；与QoS满意度成比例地计算数据时隙的数量；和从从当前帧分配的数据时隙的数量中减去所述计算的数据时隙的数量。
根据本发明的另一方面，在分布式无线个域网(WPAN)中操作的装置包括通信部分，从相邻的装置接收包括数据流索引、需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量中的至少一个的服务质量(QoS)信息；确定部分，确定在相邻的装置中是否存在第一装置，所述第一装置被分配给少于需要的数据时隙的数量的数据时隙；和控制器，当存在所述第一装置时，计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量降低到低于从当前的超帧分配的数据时隙的数量。
所述控制器可以计算QoS满意度，并通过与计算的QoS满意度成比例地计算数据时隙的数量并从从当前帧分配的数据时隙的数量减去所述计算的数据时隙的数量来计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量。
所述通信部分可以通过公共控制信道接收所述QoS信息。
通过下面结合附图对示例性实施例进行描述，本发明的上述和/或其它方面将会变得清楚和更容易理解，其中
图1是分布式无线个域网(WPAN)的结构的概念性示图；图2是在分布式WPAN中使用的超帧的概念性示图；图3是根据本发明示例性实施例的分布式WPAN的概念性示图；图4是解释根据本发明示例性实施例的在分布式WPAN中的数据时隙分配方法的流程图；和图5是根据本发明示例性实施例的在分布式WPAN中的装置的方框图。
具体实施例方式
现在将参考附图更详细地描述本发明的特定示例性实施例。
在接下来的描述中，不同的附图中的相同的标号始终表示相同的部分。在描述中定义的内容，诸如详细的构造和部件描述，被用于帮助理解本发明。此外，由于公知的功能或构造将会在不必要的细节上模糊本发明，因此对其不再进行详细描述。
图3是示出根据本发明示例性实施例数据流是如何在分布式无线个域网(WPAN)中的装置之间被传送的概念性示图。在图3中，装置1(DEV1)到装置4(DEV4)传输数据流A到数据流D。具体地说，DEV1将数据流A和B传输到DEV2，DEV3将数据流C传输到DEV1，DEV4将数据流D传输到DEV3。单个装置为它所传输的流而在超帧中被分配给特定个数据时隙。在这种情况下，如果全部装置被分配给用于数据流传输的需要数量的数据时隙，则个别的装置可能不会被分配给数据流传输所需的需要的数据时隙。
根据本发明的示例性实施例，如果在图3中存在不具有分配的需要的数据时隙的个别装置，则其它装置减少它们的将被分配给它们的数据流的数据时隙，从而分配的数据时隙的数量能够满足所述个别装置的需要的数据时隙的数量。
为此，图3中的装置通过公共控制信道传输并接收它们的服务质量(QoS)。QoS信息属于确保数据流的QoS被从所述装置传输的信息。
具体地说，QoS信息可以是指定将被传输的数据流的数据流索引、用于数据流传输所需的需要的数据时隙的数量和最优化传输数据流的期望的数据时隙的数量。
假定每个装置具有遵循相同的通信协议的相同的数据传输速率，则QoS与MAS成比例。因此，QoS信息能够是数据流索引、需要的QoS和期望的QoS。在本发明的示例性实施例中，假定每个装置具有相同的传输速率，也就是说，遵循相同的通信协议，与其它装置的QoS信息成比例地计算将被分配给所述装置的QoS，也就是，计算数据时隙的数量。下文中，基于相对于全部装置的MAS来进行描述。
例如，假定当前的超帧的数据时隙如表1中所示被分配，则DEV3不能传输数据流C。为了防止这种情况，特定数量的数据时隙被附加地分配给DEV3以获得需要的数据时隙。DEV1、2和4减少它们的分配的数据时隙以使DEV3获得附加的数据时隙。
为了使DEV3获得附加的数据时隙，DEV1、2和4基于方程式1计算它们的QoS比率的满意度。
SOQ(n)=S(n)-R(n)D(n)-R(n)]]>在方程式1中，n是超帧号，SOQ(n)是在第n超帧的QoS的满意度，R(n)是在第n超帧的需要的数据时隙的数量，D(n)是在第n超帧的期望的数据时隙的数量，S(n)是从第n超帧分配的数据时隙的数量。
注意在表1中用于DEV3的附加的数据时隙的数量是15个MAS。DEV1、2和4从用于DEV3的附加的15个MAS与计算的QoS满意度成比例地计算数据时隙的数量，并从当前的超帧的分配的数据时隙的数量减去计算的数量。
例如，对于表1中的DEV1，它的QoS满意度是(25-20)/(40-20)＝1/4。附加的15个MAS乘以1/4等于3.75并圆整为4。DEV1从当前的超帧的分配的数据时隙减去4个MAS。也就是，DEV1计算从下一超帧分配的数据时隙的数量为21个MAS。调节的数据时隙的数量如表2中所示。
为了方便数据时隙的计算，在表2中数据时隙的总数设为100。在表2中，数据流A和D需要用于传输的20个MAS。因此，分配的21个MAS足够用于传输。18个MAS对于需要15个MAS的数据流B也是足够的。
如上所述，相对于数据流A、B和D，通过调节下一超帧的分配数据时隙的数量，15个MAS能够被附加地分配给数据流C。结果，DEV3被分配给40个MAS以满足需要的数据时隙的数量，并且DEV3能够成功地传输数据流C。
图4是解释根据本发明示例性实施例的在分布式WPAN中数据时隙分配方法的流程图。参考图4，在该网络环境下的装置检查相邻装置的QoS信息(S410)。
所述装置确定是否存在以少于需要的数据时隙的分配的数据时隙来传输流的相邻装置(S420)。如果第一装置被分配给少于用于第一流的传输的需要的数据时隙的数据时隙(即，使用的最小数据时隙)，则将被分配给所述第一装置的数据时隙的数量，也就是，对于第一流的数据时隙在下一帧中被增加并且需要的数据时隙被提供(S430)。
接下来，所述装置通过将它的需要的数据时隙的数量、它的期望的数据时隙的数量和在当前的超帧中分配的数据时隙的数量代入方程式1中来计算QoS满意度(S440)。
数据时隙的数量以与QoS满意度成比例地被减少(S450)。为了为第一流预留附加的数据时隙，除传输第一流的第一装置之外的其它装置从用于它们的流的数据时隙舍弃与计算的QoS满意度成比例的数据时隙。
为此，基于共同的算法表达式也就是方程式1，所述装置使用通过公共控制信道而接收的相邻装置的QoS信息来计算它们的数据时隙。因此，超帧的数据时隙能够被有效地分配。
同时，如果新的第二装置试图访问该分布式WPAN，则第二装置在信标周期中提供它的数据流索引、需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量。第二装置的访问取决于分配给第二装置的数据时隙是否超过需要的数据时隙的数量。例如，当通过从数据时隙的总数减去当前在分布式WPAN上传输的全部的流的需要的数据时隙的总数而获得的值在第二装置的需要的数据时隙的数量之下时，第二装置的访问失败。因此，第二装置收回它的数据时隙分配请求。相反，如果减法结果超过需要的数据时隙的数量，则第二装置获得成功的访问。在这种情况下，单个装置将从下一超帧分配的数据时隙的数量调节为它的需要的数据时隙的数量。
图5是根据本发明示例性实施例的装置的方框图。所述装置在分布式WPAN下操作。参考图5，所述装置包括通信部分110、确定部分130、控制器140和存储器120。
通信部分110根据电气和电子工程师学会(IEEE)802.15标准和相邻装置通信。通信部分110通过公共控制信道从其它装置接收QoS信息。对于超帧，信标周期可以被用作所述公共控制信道。
当确定部分130一接收到当前的超帧的信标周期中的QoS信息，就确定在所述装置中是否存在分配的数据时隙少于它的需要的数据时隙的第一装置。
控制器140根据确定部分130的确定来计算将在下一超帧分配的数据时隙的数量。当在确定部分130确定存在所述第一装置时，控制器140计算从下一超帧分配的数据时隙的数量，所述从下一超帧分配的数据时隙的数量低于从当前的超帧分配的数据时隙的数量。结果，附加的数据时隙为被第一装置传输的流而预留，从而所述第一装置能够获得需要的数据时隙。
存储器120记录从所述装置接收的QoS信息。在当前的超帧中分配的数据时隙的数量可以一起被记录。假定数据时隙在当前的超帧中被合理地分配，则存储器120可以记录如表1中所示的信息。
基于如表1所示的存储器120中记录的信息，确定部分130确定DEV3的数据流C被分配给25个MAS，这25个MAS低于需要的数据时隙40个MAS。
接下来，控制器140将从下一超帧分配给数据流C的数据时隙的数量调节为40个MAS。为了为数据流C预留附加的15个MAS(40-25＝15)，控制器140将所述数据时隙的数量计算为低于在当前帧中分配的数据时隙的数量。具体地说，如果所述装置是表1中的DEV1，则控制器140计算从下一超帧分配的数据时隙的数量为21个MAS。计算的数据时隙的数量从下一超帧被分配。根据分布式网络的特点通过与其它装置的交互来执行数据时隙的分配。更具体地说，当调节将从下一超帧分配的数据时隙的数量时，控制器140广播信标信号，所述信标信号在信标周期中向相邻装置请求具有调节的数量的数据时隙分配并被分配给数据时隙。结果，表1中的DEV3能够以按照需要的数据时隙的多个分配的数据时隙来传输数据流C。
根据上述介绍，如果存在没有需要的数据时隙的装置，则其它装置调节它们的分配的数据时隙。因此，在分布式WPAN下的装置能够有效地使用全部数据时隙并且能够实现数据时隙的合理分配。
尽管已经显示和描述了本发明总体构思的一些示例性实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明总体构思的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行改变，本发明总体构思的范围由权利要求及其等同物所限定。
权利要求
1.一种用于分布式无线个域网中的多个装置的数据时隙分配方法，所述方法包括在所述多个装置通过公共控制信道传输和接收传输数据流所需的服务质量信息，基于所述服务质量信息将第一特定数量的数据时隙分配给所述多个装置；当传输所述数据流之一的第一装置被分配的数据时隙少于用于所述数据流传输的需要的数据时隙的数量时，附加地将第二特定数量的数据时隙分配给所述第一装置；和通过减少将被分配给其它装置的数据时隙的数量，为所述第一装置预留附加分配的数据时隙。
2.如权利要求1所述的数据时隙分配方法，其中，所述服务质量信息包括数据流索引、需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量中的至少一个。
3.如权利要求2所述的数据时隙分配方法，还包括在其它装置基于方程式计算服务质量满意度SOQ(n)=S(n)-R(n)D(n)-R(n)]]>其中，n是超帧号，SOQ(n)是在第n超帧的服务质量满意度，R(n)是在第n超帧的需要的数据时隙的数量，D(n)是在第n超帧的期望的数据时隙的数量，S(n)是从第n超帧分配的数据时隙的数量。
4.如权利要求3所述的数据时隙分配方法，其中，所述其它装置通过与计算的服务质量满意度成比例地计算所述第二特定数量的数据时隙，并从从当前的超帧分配的数据时隙的数量减去所述计算的第二特定数量的数据时隙，来为所述第一装置预留所述用于附加分配的数据时隙。
5.如权利要求4所述的数据时隙分配方法，还包括在第二装置加入所述分布式无线个域网；获得在所述分布式无线个域网上传送的流的需要的数据时隙的数量，并从数据时隙的总数减去所述获得的需要的数据时隙的数量；和当所述第二装置的需要的数据时隙的数量少于所述减法的结果时，将第三特定数量的数据时隙分配给所述第二装置。
6.一种用于分布式无线个域网中的装置的数据时隙分配方法，所述方法包括从相邻的装置接收数据流索引、需要的数据时隙的数量、期望的数据时隙的数量中的至少一个；确定在相邻的装置中是否存在第一装置，所述第一装置以少于需要的数据时隙的数量的分配的数据时隙传输流；和当所述第一装置被确定存在时，计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量，所述将从下一超帧分配的数据时隙的数量低于从当前的超帧分配的数据时隙的数量。
7.如权利要求6所述的数据时隙分配方法，其中，所述计算从下一超帧分配的数据时隙的数量的步骤包括基于方程式计算服务质量满意度SOQ(n)=S(n)-R(n)D(n)-R(n)]]>其中，n是超帧号，SOQ(n)是在第n超帧的服务质量满意度，R(n)是在第n超帧的需要的数据时隙的数量，D(n)是在第n超帧的期望的数据时隙的数量，S(n)是从第n超帧分配的数据时隙的数量；与所述服务质量满意度成比例地计算从下一超帧分配的数据时隙的数量；和从从当前帧分配的数据时隙的数量减去所述计算的数据时隙的数量。
8.一种在分布式无线个域网中操作的装置，包括通信部分，从相邻的装置接收包括数据流索引、需要的数据时隙的数量和期望的数据时隙的数量中的至少一个的服务质量信息；确定部分，确定在相邻的装置中是否存在第一装置，所述第一装置被分配给少于需要的数据时隙的数量的数据时隙；和控制器，当所述第一装置被确定时，计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量，所述将从下一超帧分配的数据时隙的数量低于从当前的超帧分配的数据时隙的数量。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器基于方程式计算服务质量满意度，SOQ(n)=S(n)-R(n)D(n)-R(n)]]>其中，n是超帧号，SOQ(n)是在第n超帧的服务质量满意度，R(n)是在第n超帧的需要的数据时隙的数量，D(n)是在第n超帧的期望的数据时隙的数量，S(n)是从第n超帧分配的数据时隙的数量，并且所述控制器通过与计算的服务质量满意度成比例地计算从下一超帧分配的数据时隙的数量并从从当前的超帧分配的数据时隙的数量减去所述计算的数据时隙的数量，来计算将从下一超帧分配的数据时隙的数量。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述通信部分通过公共控制信道接收所述服务质量信息。
全文摘要
本发明提供一种使得无线个域网(WPAN)中的多个装置满足用于数据流传输的需要的QoS条件的数据时隙分配方法。所述方法包括基于QoS信息将超帧的特定数量的数据时隙分配给多个装置；当传输数据流的第一装置被分配的数据时隙少于用于数据流传输的需要的数据时隙的数量时，附加地分配给第一装置特定数量的数据时隙；和通过减少将被分配给除第一装置外的其它装置的许多数据时隙来为第一装置预留附加的数据时隙。因此，数据时隙能够被合理地分配给装置。
文档编号H04J3/16GK1859050SQ200510112759
公开日2006年11月8日 申请日期2005年10月12日 优先权日2005年5月3日
发明者金用锡, 赵俊行 申请人:三星电子株式会社