用于自组织网络的分布式无线媒体接入控制协议的制作方法

专利名称：用于自组织网络的分布式无线媒体接入控制协议的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线网络，详细而言，涉及用于自组织(ad-hoc)网络 的分布式媒体接入控制协议。
背景技术：
在网络中，通过媒体接入控制，多个设备能够共享用于通信的媒体。这 也适用于由多个设备形成无线网络的无线通信媒体。作为无线网络的媒体接 入控制方式，存在极多的种类。 一般而言，可以将这些媒体接入控制方式的 大部分归类为三种较大的种类之一，即可归类为频分多址(FDMA)、时分多址 (TDMA)以及码分多址(CDMA)之一。
FDMA是将频谱分割成频道，并将这些频道分配给用户的方式。在FDMA 中，特定的频道在任何时候只分配给一个用户。图1表示在FDMA中，将频 i普分割成N个频道(例如频道101、 102和103)的方式。
与FDMA形成对照，在TDMA方式中，将媒体接入时间分割成时隙。 通过允许每个用户在短时间段接入频谱整体而提高频谱容量(spectrum capacity)。其他的用户在不同的时隙中共享频谱中的相同的频率。图2表示在 TDMA中，将i某体4妄入时间分割成N个时隙(例如时隙201 、 202和203)的 方式。
在CDMA中，通过允许所有的用户同时占有所有的频道而增加频i普容 量。向每个用户的发送分配唯一的代码以使该发送区别于其他用户的发送。 图3表示在CDMA中，允许多个用户 一直占有频谱整体，但是将不同的代码 (例如代码301、 302和303)分配给不同的发送的方式。
在实际的无线网络中，通常使用FDMA 、 TDMA和CDMA的某些组合。 在无线网络内的设备的物理(PHY)层中，通常使用FDMA和CDMA，相对于 此，在比物理层更高的媒体接入控制(MAC)层中，通常使用TDMA。
存在各种各样的TDMA MAC协议。最初被开发的TDMA MAC协议之 一是Aloha(阿罗哈沖突)协议。在Aloha协议中，要发送数据的任何源设备简单地进行发送，并等待来自目标设备的ACK(确认)。在由于与其他的发送之 间的冲突而无法成功地接收数据时，源设备稍后简单地重新发送该数据。
作为Aloha协议的改良，已知分隙阿罗哈冲突协议(SlottedAloha protocol).在该协议中，将媒体接入时间分割成固定间隔的时隙。当源设备希 望进行发送时，其在最早的时隙间隔中进行发送，并且与(一般的)Aloha协议 的情形同样地等待ACK。此时，在由于与其他的发送之间的冲突而无法成功 地发送数据的情况下，源设备稍后再次重新发送该数据。然而，因为仅在时 隙间隔中要求设备进行发送，所以发送的沖突仅限定于完全的分组沖突，园 此可排除在使用(一般的)Aloha协议时频繁发生的部分性的分组沖突。
Engineers;美国电气及电子工程师学会)的无线局域网(WLAN)标准802.11的 协议。在该IEEE 802.11 MAC标准中，将媒体接入时间分割成称为 TBTT(Target Beacon Transmission Time;目标信标传输时间)的MJ'j的时间间 隔。图4表示i某体接入时间和TBTT401 、 402、 403和404。在每个TBTT中， 或者在每个TBTT之后，广播称为信标帧的特殊的分组。图4也示出了信标 帧，例如分别在TBTT401中或其后，以及在TBTT402中或其后被发送的信 标帧411和412。另外，根据IEEE 802.11,在MAC标准中将信标帧411和 412进行广播时使用争用方式，所以如果在TBTT中存在发送，则对信标帧 进行延迟。信标帧用于以下目的使网络中的所有设备同步，以及提供网络 的其他重要的控制信息。
对信标帧进行广播的设备可根据实施IEEE 802.11 MAC标准的模式而不 同。在IEEE 802.11标准的基础结构模式(基于中央集中的模式)中，只有接入 点(AP)设备在每个TBTT中对信标帧进行广播。在IBSS(Independent Basic Service Set;独立基础服务集)模式(也称为"自组织模式")中，网络中的各个设 备将在每个TBTT中尝试信标帧的广播。然而，通过争用，在每个TBTT中， 只有一个设备能够成功地传送信标帧。在除了 TBTT以外的时间中，设备4吏 用"分布式协调功能(Distributed Coordination Function)"(DCF)或"点协调功能 (Point Coordination Function)"(PCF)中的任一个功能而共享媒体接入时间。在 DCF中， -使用广为人知的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance;具有避免沖突的载波侦听多路访问)方法。为了提供优先 级方式的媒体接入，在IEEE 802.11标准中，提供不同持续时间的"帧间间隔(Interframe Space)，，(IFS),以用作进行媒体接入争用所需的补偿之前的延迟。 四种不同IFS是"SIFS(Short Interframe Space;短帧间间隔)"、"PIFS(PCF Interfame Space; PCF帧间间隔)，,、"DIFS(DCF Interframe Space; DCF帧间间 隔)"以及"EIFS(Extended Interframe Space;扩展帧间间隔)"。图5表示根据 IEEE 802.11标准使用DCF的媒体接入、以及SIFS、 PIFS和DIFS之间的关 系。
图6表示根据正EE 802.11标准使用PCF的媒体接入的情形。PCF是基 于由在接入点(AP)操作的点协调器(PC)控制的轮询(polling)方式的、无争用的 传输协议(transfer protocol)。点协调器在无争用期间(CFP)的开始时获取媒体 的控制，并通过等待比使用DCF接入过程的其他设备更短的时间来尝试维持 CFP整体的控制。
IEEE除了定义正EE 802.11 WLAN标准之外，还定义无线个域网(WPAN) 的标准。这样的WPAN标准之一是IEEE 802.15.3高速WPAN标准。在该IEEE 802.15.3 WPAN标准中，也在MAC层中使用TDMA。将媒体接入时间分割 成周期性的超帧(superframe)。在IEEE 802.15.3 WPAN标准中，定义中央集中 控制的拓朴作为其网络拓朴。设备通常可归类为常规操作设备(DEV)，或者 设备能够担任微微网协调器(PNC， PiconetCoordinator)的角色。微微网协调器 对每个超帧广播一次信标帧。接收到信标帧的任何DEV能够选择参加该微微 网协调器的网络(称为微微网)，因此形成以该微微网协调器为中心的中央集中 控制的网络。图7表示微微网协调器701和该微微网协调器的无线接收范围 中的DEV 702至705。由此，DEV 702至705能够接收由微孩i网协调器701 广播的信标帧，所有的设备701至705能够在微微网中交换数据。
如图8所示，根据IEEE 802.15.3标准定义的超帧还被分割成信标时隙、 争用接入期间(CAP: Channel Time Allocation Period)、以及信道时间分配期间 (CTAP: Channel Time Allocation Period)。由微微网协调器使用信标帧，以无 争用地广播信标帧。由微微网协调器和多个DEV使用CAP,以发送命令/响 应或用于基于争用的业务(tra伍c)。 CTAP中的媒体接入时间被分割为由微微 网协调器预约的多个时隙，以用于来自DEV的无争用的通信。
正EE还定义以低速设备为对象的WPAN的标准。该标准是IEEE 802.15.4 低速WPAN标准。在该标准中，定义两种设备，即FFD(Full Function Device; 全功能设备)和RFD(Reduced Function Device;精简功能设备)。根据应用程序的要求，能够在两个拓朴，即星型拓朴或P2P型拓朴中的任一个拓朴中运用 该标准。图9表示正EE 802.15.4低速WPAN标准的星型拓朴和 P2P(peer-to-peer,对等)型拓朴、这些拓朴中的个域网(PAN)协调器的位置、以 及设备之间的通信的流程(flow)。
在该正EE 802.15.4低速WPAN标准中，与正EE 802.15.3高速WPAN标 准同样地在MAC层中使用TDMA。在IEEE 802.15.4标准中，设备能够使用 单纯的CSMA/CA方法而共享媒体接入时间。可选地，可使用超帧结构。超 帧的格式由协调器定义。如图IO所示，超帧被分割成16个同等长度的时隙。 超帧以由协调器传送的网络信标为界。
在低延迟的应用程序，或者需要特定的数据带宽的应用程序的情况下， 协调器能够将有效的超帧的一部分分配给执行这些应用程序的设备专用。那 样的专用部分被称为GTS(GuaranteedTime Slot;保证时隙)。GTS形成CFP。 如图ll所示，CFP总是出现在有效的超帧的最后部分，从紧接在CAP之后 的时隙开始。
还有另外一个高速WPAN协议是由MBOA(Multi-Band OFDM Alliance; 多频带正交频分复用联盟)组定义的协议。为了使WPAN中的所有设备可形成 其本身的网络，请求每个设备以分布方式对信标帧进行广播。在MBOAMAC v0.93标准中，定义设备的超帧，以使持续时间是65536ps 。图12表示基于 MBOA MAC vO.93标准的超帧。该超帧由256个媒体接入时隙(MAS: Media Access Slot)构成，每个MAS的持续时间是256p s 。超帧的最初的部分为信 标帧进行广播而被预约。在对信标帧进行广播时实际使用的MAS的数目被定 义为信标期间(BP)。信标期间被细分为信标时隙(BS)。超帧中的其他的MAS 被用于数据传输，使用优先级方式的基于争用的方法(被称为优先级方式信道 接入(PCA: Prioritized Channel Access))或数据预约方法(被称为分布式预约协 议(DRP: Distributed Reservation Protocol))中的任一个。对于信标期间而言， 其长度为动态，而且由动态数目的信标时隙构成。在新的设备参加信标组(BG) 时，信标期间被扩展，而在设备从信标组离开时，信标期间4皮缩短。信标组 被定义为设备的组，所述设备使它们的信标帧的发送在MAS的同一个组中同 步，并且将这些MAS识别为它们的信标期间。在两个或两个以上的信标组进 入互相的范围内时，要求设备将信标期间合并(coalesce)为 一个，组合 (combining)为一个信标组。此时，扩展一个信标组的信标期间，以便容纳来自其他的信标组的其他参加设备的信标帧。
在实际使用的情况下，存在很多关于无线媒体接入控制的问题。那样的
问题之一是移动性(mobility)的问题。网络的拓朴是静态拓朴或者动态拓朴， 所述静态拓朴是只依赖于应用程序和无线网络中的设备的特性的拓朴，而所 述动态拓朴是设备频繁进入和离开网络的拓朴。在动态拓朴的情况下，由于 网络中的设备的移动性，必须通过媒体接入控制支持一定程度的自组织连接。 另外，由于设备的移动性，来自源设备的发送(信标帧的广播或数据帧的发送
步和对控制信息进行广播而使用信标帧的MAC中，由于移动性，由两个或 两个以上的设备进行的信标帧的广播可能发生沖突。
图13是表示可能发生该状况的拓朴的例子，其中设备1302和1304对信 标帧进行广播。设备1301、 1303、 1305和1306监听那样被广播的信标帧。 如果设备1302和1304选择同一个时隙广播各自的信标帧，并且这些设备1302 和1304位于以下的位置，即诸如设备1303等的设备在设备1302和1304双 方的广播范围内，则来自设备1302和1304的信标帧的广播会发生冲突。通 常无法在发送中进行接收，所以设备1302和1304都无法检测该沖突。为了 设备在发送的同时进行接收，必须进一步采用复杂的结构，所述结构包括引 入多个天线等。此时，设想信标帧以无争用的方式#^送，这是因为争用将 产生由于争用的补偿而导致的延迟，因而无法保证信标帧的时间性。在特定 的MAC设计中，利用设备1303无法接收设备1302和1304双方的信标帧的 事实向设备1302和1304提供反馈，以通知这些设备无法正确地接收它们的 信标帧，由此指示可能存在信标帧的沖突。此时，设备1302和1304以变更 为其他的时隙作为对策，广播各自的信标帧。
然而，考虑在图14所示的拓朴中，对信标帧进行广播的设备是设备1402 和1403的情况。此时，在对信标帧进行广播的设备1402和1403双方的广播 范围内不存在其他的设备。对信标帧进行广播的设备1402和1403使用同一 个信标时隙(beacoingslot)广播各自的信标帧，所以无法检测任何信标帧的沖 突。因此，设备1402和1403无法发现彼此，其结果是，这些设备虽然位于 无线范围内，但无法进行互相通信。
无线媒体接入控制的另 一个一般的问题是同时操作微微网(SOP: Simultaneous Operating Piconet)的问题。该SOP问题在基于中央集中型控制的MAC设计中非常频繁地发生。图15表示无线网络拓朴，包含广播各自的信 标帧的三个设备1503、 1508和1509。这些设备1503、 1508和1509的无线 范围分别由边界1512、 1513和1514表示。在i殳备1503、 1508和1509作为 中央协调器发挥作用的中央集中型模型中，设备1504和1506虽然处于彼此 的无线范围内，但分别连接到不同的中央协调器1503和1508,所以无法进 行互相通信。
对用于广播信标帧(beaconing frame)的设备1508和1509,存在另 一个SOP 问题。如设备1508和1509的情况那样，在对信标帧进行广播的两个设备存 在于同一个无线空间内时，作为一个可能的方法，必须使设备1508或1509 的一方参加另一个网络。或者，需要某些额外的协议，以确保那样的设备能 够共存。
业务质量(QoS)也是关于无线媒体接入控制的问题。在低延迟的应用程序 或需要特定的数据带宽的应用程序的情况下，需要用于提供保证时间接入的 某些方法。由于无法保证4某体接入，所以基于争用的媒体接入不适合用于提 供QoS。这是因为，基于争用的媒体接入中发生用于侦听媒体的延迟、随机 的补偿、以及冲突。
在上述的Aloha协议中存在以下的问题，即由于数据分组的冲突非常频 繁，所以无法提供QoS。
关于IEEE 802.11 MAC标准，在基础结构模式中不支持网络的移动性， 这是因为该标准需要静态的接入点。如果接入点移动到无线网络的外面或者 切换为关断(off)，则网络整体会崩溃。关于IBSS模式，虽然支持移动性，但 信标帧以争用式被发送，根据如上所述的理由，该解决方法经历时间延迟。 作为其他的弱点，仅能够在每个超帧中将一个信标帧发送一次。这个情形意 味着在多个设备的网络中，发现特定的设备可能需要很长时间，依照设备是 否能够成功地满足用于对自身信标帧进行广播的媒体而定。
在IEEE 802.15.3高速WPAN的情况下，尽管通过CTAP的预约提供QoS 的支持，该协议也基于中央集中型控制。与IEEE802.il标准的基础结构模式 类似，如果微微网协调器移动到无线网络的外面或电源突然被关断，则网络 暂时停止其功能。然而，在正EE 802.15.3标准中，另一设备能够重新开始孩支 微网协调器的作用，因此提供使网络持续发挥作用的方法。关于IEEE 802.15.3 标准的主要问题是参照图15所说明的SOP的问题。说明书第7/17页
关于IEEE 802.15.4标准，在根据该标准的无线网络中，存在参照图13 和图14所说明的信标帧冲突的问题。另外，该标准中不提供用于多个设备在 同一个无线空间中对信标帧进行广播的方法。
在根据MBOA MAC v0.93标准的无线网络中，也产生信标沖突的问题。 实际上，在MBOA MACv0.93标准的情况下，网络的各个设备净皮请求广播 信标帧，因此该问题可能更大。该情形较不理想，尤其在电池驱动型的从属 设备的情况(在该解决方案中，从属设备耗费追加的功率)，或者在设备选择处 于被动模式(passivemode)的情况。另外，由于还需要额外的动态的信标期间 缩短、扩展以及结合过程，从而造成额外的复杂度，增大耗电量。
根据关于各种各样的MAC协议的问题可知，依然需要提供移动性、SOP 和QoS的复杂程度较低的媒体接入协议。

发明内容
本发明的目的在于实质上克服或至少改善既有的标准和方案的一个或多 个缺点。
根据本发明的第一方面，提供在无线网络中控制媒体接入的方法，该方 法包括以下步骤将媒体接入时间分割成相同长度的时隙，并且以预定数目 的时隙形成超帧在每个超帧中，对无线网络中的信标设备，指定时隙中的 一个时隙作为用于信标设备的信标媒体接入时隙；以及在信标媒体接入时隙 中，通过信标设备，将信标帧广播给信标设备的无线范围内的其他设备。
根据本发明的其他方面，提供实施上述方法的、形成无线网络的设备。
以下也公开了关于本发明的其他方面。


以下，参照

现有技术的某些方面以及本发明的一个或多个实施 方式，其中
图1表示FDMA将频-潜分割成N个频道的方式。
图2表示TDMA将媒体接入时间分割成N个时隙的方式。
图3表示CDMA将不同的代码分配给不同的发送的方式。
图4表示基于IEEE 802.11标准的信标帧的发送。
图5表示使用基于IEEE 802.11标准的分布式调整功能的媒体接入。
ii图6表示使用基于IEEE 802.11标准的点调整功能的媒体接入。 图7表示包含微微网协调器和多个常规操作设备的微微网。 图8表示由IEEE 802.15.3标准定义的超帧的分割。 图9表示基于正EE 802.15.4低速WPAN标准的星型拓朴和P2P型拓朴。 图IO表示不存在无争用期间的、基于IEEE 802.15.4标准定义的超帧的 结构。
图11表示存在无争用期间的、基于IEEE 802.15.4标准定义的超帧的结构。
图12表示基于MBOA MAC v0.93标准的超帧的结构。 图13表示存在公共的设备的、信标帧沖突的方案。 图14表示不存在公共的设备的、信标帧沖突的方案。 图15表示用于说明SOP(同时操作微微网)问题的无线网络拓朴。 图16表示根据本公开将媒体接入时间分割成超帧的方式。 图17表示被分割成M+1个媒体接入时隙的一个超帧。 图18和19表示信标媒体接入时隙(BMAS)中的信标时隙和争用接入期间 的两种可能的配置安排。
图20表示包含无线网络中的多个设备的网络拓朴的例子。 图21表示优选实施方式的信标媒体接入时隙的配置安排。 图22表示网络拓朴的其他的例子。
图23表示图22所示的网络拓朴的例子中产生的4某体接入时隙。
图24表示如何可以使用位图通知用于信标媒体接入时隙的媒体接入时隙。
图25表示如何可以使用位图通知对于争用较少的数据传输而被预约的 ^ 某体接入时隙。
图26将导致检测并解决BMAS的冲突的事件顺序总结为表。 图27将导致检测并解决图14所示的拓朴中的BMAS的冲突的事件顺序 总结为表。
图28表示数据预约的四种可能的方案(情况)。
图29是表示在RDEV进行数据预约请求时使用的算法的流程示意图。 图30是表示在接收到来自RDEV的数据预约请求的时刻由每个 RT—BDEV进行的算法的流程示意图。图31是表示在接收到来自RDEV的数据预约请求的时刻由每个 RN一BDEV进行的算法3100的流程示意图。
具体实施例方式
说明允许设备以自组织方式参加网络的无线媒体接入控制(MAC)协议。 用于实施所公开的MAC协议的软件驻留在设备的控制和定时部分。
所公开的无线媒体接入控制协议中的设备被分类为信标设备(BDEV)或 无源设备(PDEV)。 BDEV是用于进行周期性的信标通信(beaconing)的设备。 通过信标通信，在进行信标通信的BDEV的范围内的其他设备能够发现该 BDEV。 一旦其他设备发现BDEV时，该设备能够开始与BDEV之间的通信。 BDEV通常包括便携式电脑(laptop computer)和个人数字助理(PDA)。另 一方 面，PDEV不进行信标通信。因此，PDEV不会被其他的设备发现。然而， PDEV能够开始与BDEV之间的通信。PDEV通常是以电池驱动的小型设备 (耗电量具有最高优先级)，或者是数码相机等的无源设备。能够将设备从 PDEV切换为BDEV或从BDEV切换为PDEV。
在所公开的无线媒体接入控制协议中，将媒体接入时间分割成超帧。每 个超帧具有预定的固定长度。图16将被分割成超帧的媒体接入时间进行图 解，并示出超帧1601、 1602和1603。
每个超帧中的媒体接入时间还被分割成称为媒体接入时隙(MAS)的、固 定数目的相同长度的时隙。每个超帧中的MAS的固定数目可设为8、 16、 64 和256等。图17表示被分割成(M+1)个MAS的一个超巾贞。为了在移动到范
知的任意的时隙同步方法。
在每个超帧中，将MAS中的一个定义为信标媒体接入时隙(BMAS)。 BMAS由多个信标时隙(BS)和争用接入期间(CAP)构成。BMAS由BDEV用 于广播信标帧、提供媒体接入时间以进行设备之间的基于争用的业务。每个 BDEV在信标时隙的一个时隙中对信标帧进行广播。在当前的超帧之前，随 机选择由BDEV用来广播其信标帧的特定的信标时隙。由特定的BDEV用来 广播其信标帧的信标时隙可在每个超帧不同。或者，BDEV—旦选择了信标 时隙，则在选择不同信标帧使用之前，能够对多个连续的超帧使用同一个信 标时隙。CAP是媒体接入时间期间，在该时间期间，任意的设备能够争用由传送 数据分组的媒体使用的媒体接入时间。另外，在BDEV争用用于发送控制分 组的+某体接入时间时，也可使用CAP。控制分组的发送的争用的优先级高于 数据分组的发送的争用。在CAP中使用的争用方法可设为例如CSMA/CA(载 波侦听多路访问/冲突避免)等任意的争用方法。
在BMAS中，所公开的无线媒体接入控制协议不限制信标时隙和CAP 的配置安排。该无线媒体接入控制协议施加的唯一的限制是采用的配置安排 必须是一致的。图18和图19表示BMAS中的信标时隙和CAP的两种可能 的配置安排。在图18所示的配置安排中，在(X+1)个信标时隙之后，跟随一 个单一的CAP以构成BMAS的剩余部分。在图19所示的配置安排中，也包 含(X+1)个信标时隙，但在每个信标时隙之后都跟随CAP。
不定义为BMAS的剩余的MAS,可自由地为无争用的数据业务预约。 所有的设备即PDEV和BDEV双方，在超帧的所有BMAS期间，被请求监听 信标以及在CAP中所传输的控制帧或基于争用的数据。
为了使邻近的BDEV和PDEV能够知道哪个MAS被定义为BMAS,所 有的BDEV在它们各自的信标帧中广播那样的信息。例如，BDEV能够在它 们各自的信标帧中，使用BMAS位图(bitmap)广播该信息。同样地，为无争 用的业务预约的MAS块以相同方式通告。
能够将超帧的MAS中的任意一个定义为BMAS意味着所公开的无线媒 体接入控制协议支持SOP(同时操作微微网)。在任何一个超帧中可以存在多 个MAS，所述多个MAS由多个不同的BDEV定义为它们各自的BMAS。数 据的预约必须对于BDEV进行。源设备也可是PDEV设备或其他BDEV设备 中的任一个设备，但目标设备一直是BDEV。
在本说明书中，为了易于说明，定义以下的命名规则。请求设备(RDEV) 是进行数据的预约的PDEV或BDEV(源设备)。请求目标BDEV(RT—BDEV) 是RDEV传输预约请求的目的地BDEV。请求邻近BDEV(RN—BDEV)是一个 RT一BDEV的邻近的BDEV。参照图20，以进一步说明该命名规则为目的， 示出了包含无线网络中的多个设备2001至2007的拓朴。设备2001、 2002和 2004至2007是BDEV，而设备2003是PDEV。设备2001至2007之间的线 表示它们的邻近关系。
现在，考虑PDEV 2003为了与BDEV 2006进行通信而希望进行预约的情况。此时，PDEV 2003(源设备)是RDEV。数据预约过程包含以下3个阶段， 即请求阶段、响应阶段和通知阶段。在请求阶段中，RDEV在RT一BDEV的 CAP中传送预约请求分组。该预约请求分组至少识别预约请求的目标BDEV。 RT—BDEV是指RDEV必须向其发送预约请求、以使RDEV的领域 (neighbourhood)内的所有BDEV接收预约请求的BDEV。在图20所示的拓朴 中，RT—BDEV的 一个可能的选择可由目标BDEV 2006本身和BDEV 2001 构成。RT—BDEV的该选择足够确保RDEV 2003的领域内的所有设备接收预 约请求。其理由是因为BDEV 2002能够接收RT—BDEV 2001的CAP,而BDEV 2004和2005能够接收RT—BDEV 2006的CAP。此时，BDEV 2002、 2004和 2005是RN—BDEV。因此，每个RN—BDEV是RDEV和至少 一个RT—BDEV 的近邻。
在数据预约过程的响应阶段，所有的RT—BDEV必须通过在它们各自的 CAP中发送接受或拒绝的响应分组对由RDEV送出的预约请求进行响应。另 外，作为选项，任何RN—BDEV通过在其本身的CAP中发送异议分组(objection packet),能够对预约请求表达异议。其后，RDEV收集来自RT—BDEV的所 有响应以及来自RN_BDEV的异议分组(如果存在)。
在所有的RT—BDEV接受预约请求，并且没有来自RN_BDEV的异议时， 视为该预约请求被各个BDEV接受。在通知阶段，RDEV在RT—BDEV的CAP 中通知预约请求的结果，即其邻近的所有BDEV是否接受了预约请求。在所 有的BDEV都接受了预约请求时，所有的BDEV在它们各自的信标帧中通知 由RDEV预约的MAS。接着，RDEV 2003可使用所预约的MAS开始向BDEV 2006发送无争用的分组。
到此为止，全面性地说明了本公开的无线媒体接入控制协议，而在下面 说明该协议的优选实施方式。图21表示优选实施方式的BMAS的配置安排， 在该配置安排中，通过CAP分隔的两个信标时隙位于BMAS的任一端。为 了易于说明，每个超帧中的MAS的数目仅被选择为16个。用于信标通信的 信标时隙在每个超帧中产生变化。在每个特定超帧中，随机选择下一个超帧 中使用的信标时隙，并在当前的超帧中进行广播。
现在，考虑图22所示的包含设备2201至2209的网络拓朴的例子。在该 拓朴的例子中，设备2202、 2205和2207是BDEV，而设备2201、 2203、 2204、 2206、 2208和2209是PDEV。此时，设备2201至2209之间的线也表示设备2201至2209之间的邻近关系。图23表示图22所示的示例网络拓朴中产生 的媒体接入时隙(MAS)。具体而言，BDEV2202、 2205和2207的超帧2305、 2306和2307分别表示为在媒体接入时间中出现。超帧2305、 2306和2307 的每一个被分割成16个MAS。块2302、 2303和2304分别表示BDEV 2202、 2205和2207的BMAS,而块2301表示能够分配给无争用业务用的空MAS。
为了使图22所示的BDEV 2202、 2205和2207的每一个将为BMAS预 约的MAS广播给邻近的设备，使用图24所示的BMAS位图。具体而言，2401 、 2402和2403以位图形式表示图23所示的超帧2305、 2306和2307。阴影部 分的块与为超帧2305、 2306和2307中的BMAS预约的MAS相对应。
最右端的比特作为最低有效比特(LSB)而使用，则超帧2305、2306和2307 的BMAS位图分别被计算为0000000100001001 、 0010000000100001和 0000100100000001。同样地，超帧2305、 2306和2307的BMAS位图可用十 六进制分别表示为01 09、 20 21和09 01。由该例可知，在16个MAS的实施 方式的情况下，BMAS位图分别仅占两字节。在将超帧分割成更多数量的 MAS的实施方式的情况下，更易于广播BMAS位置的列表，这是因为，网 络拓朴中的BDEV的数目 一般比MAS的数目少很多。
使用与BDEV 2202、 2205和2208用来广播为BMAS预约了哪个MAS 的位图相似的位图来广播为数据发送预约了哪个MAS。除了图24所示的 BMAS位图之外，图25也示出了与为数据发送预约的MAS相关连的数据位 图。超帧2501、 2502和2503以位图形式表示图23所示的超帧2305、 2306 和2307。打叉(X)的块与为超帧2305、2306和2307中的数据发送预约的MAS 相对应。
此时，将最右端的比特作为最低有效比特来使用，则超帧2505、 2506和 2507的数据位图分别被计算为1100000001110010、 0101100000001110和 0111001011000000。同样地，超帧2505、 2506和2507的数据位图可在十六 进制中分别表示为C0 72、 58 0E和72C0。
接着，说明在所公开的无线媒体接入控制协议中使用的信标冲突检测方 法。在两个或多个BDEV选择接入时间内的同 一个MAS(在它们各自的超帧 中可为不同的MAS)作为各自的BMAS，其后使用同一个时隙广播它们各自 的信标帧时，发生信标的沖突。因此，为了避免信标的沖突，两个BDEV不 可将同一个MAS作为它们各自的BMAS来使用。因此，提供用于^f企测两个或两个以上的BDEV是否将同 一个MAS作为各自的BMAS来使用的机制 (mechanism)。这里，考虑图13所示的网络拓朴，在该拓朴中，设备1303位 于BDEV 1302和1304双方的广^t番范围内。图26将导致才企测和BMAS的冲 突的解决的事件顺序总结为表。现在，设在图26的表中使用的ADEV-1和 ADEV-2分别与BDEV 1302和1304相对应。图26是表示4个不同的超帧中 的ADEV-1和ADEV-2的信标的图、ADEV-1和ADEV-2用作它们各自的 BMAS的MAS的各个位置(MAS)、用于广播各自的信标帧的BMAS中的时 隙的各个位置(CBS)、用于广播信标帧的BMAS中的下一个位置(NBS)、以及 每个超帧中的状态。
在超帧1中，ADEV-1和ADEV-2都选择作为它们各自的BMAS的MAS 位置3、以及用于广播它们各自的信标帧的时隙位置O。因此，发生BMAS 的沖突和信标帧的沖突。因此，由于在同一个信标时隙中对信标帧进行广播 所产生的干扰，PDEV 1303(图13)无法正确地接收信标帧。
在超帧2中，ADEV-1和ADEV-2依然使用MAS位置3作为它们各自的 BMAS。 ADEV-1和ADEV-2在每个超帧中，随机选择用于广播信标帧的信标 时隙。因此，ADEV-1和ADEV-2双方使用用于广播它们各自的信标帧的时 隙位置l。此时，也发生BMAS的冲突和信标帧的冲突，因此PDEV 1303无 法正确地接收信标帧。因此，PDEV 1303能够推断出发生了 BMAS的沖突， 并通过使用控制分组的优先级，在CAP中通知该冲突。由于BDEV 1302和 1304双方监听该CAP,而不考虑用于广播它们各自的信标帧的信标时隙，因 此BMAS的冲突通知给BDEV 1302和1304双方。
在超帧3中，ADEV-1和ADEV-2依然将MAS位置3作为它们各自的 BMAS使用，但随机选择用于广播它们各自的信标帧的不同的时隙位置。此 时，PDEV 1303能够接收双方的信标帧，但依然检测BMAS的冲突。响应于 在超帧2中通过PDEV 1303通知冲突，BDEV 1302和1304随机选择新的MAS 作为它们各自的BMAS,每个MAS在超帧3中通知BMAS的变更。在超帧 4中，ADEV-1将其本身的BMAS变更为MAS位置7， ADEV-2将其本身的 BMAS变更为MAS位置11，由此解决BMAS的冲突，从而也解决信标的冲
图14示出了最坏情形的网络拓朴，其中在BDEV 1402和1403的广播范 围内不存在公共的PDEV。然而，所公开的无线媒体接入控制协议依然能够检测BMAS的冲突，以下说明该理由。图27将导致检测和图14所示的拓朴 中的BMAS沖突的解决的事件顺序总结为表。此时，假设在图27的表中所 使用的ADEV-1和ADEV-2分别与BDEV 1402和1403相对应。
在超帧1中，ADEV-1和ADEV-2双方选择作为它们各自的BMAS的 MAS位置3、以及用于广播它们各自的信标帧的时隙位置0。即使发生BMAS 的沖突和信标帧的冲突，也依然无法检测出这些冲突，这是因为，其他的设 备1401、 1404和1405仅位于BDEV 1402和1403中的一方的广播范围内。
在超帧2中，ADEV-1和ADEV-2依然将MAS位置3作为它们各自的 BMAS使用，但随机选择用于广播它们各自的信标帧的时隙位置1。此时， 即使发生BMAS的沖突和信标帧的冲突，也依然无法4企测出这些冲突。
在超帧3中，ADEV-1和ADEV-2依然将MAS位置3作为它们各自的 BMAS使用，但随机选择用于广播它们各自的信标帧的不同的时隙位置。因 此，依然发生BMAS的冲突。此时，BDEV 1402和1403本身能够检测BMAS 的沖突，这是因为，它们将在本身无广播或无发送的接入时间期间监听广播。 响应于在超帧3中由BDEV 1402和1403检测出冲突，BDEV 1402和1403 随机选择新的MAS作为它们各自的BMAS,并在超帧3中通知BMAS的变 更。在超帧4中，ADEV-1将其本身的BMAS变更为MAS位置11， ADEV-2 将其本身的BMAS变更为MAS位置7。因此，即使不存在位于BDEV 1402 和1403双方的广播范围内的PDEV，此时BMAS的冲突也被解决。
关于参照图15说明了的SOP(同时操作微微网)的问题，在其中任意的 MAS可以用作BMAS的、所公开的无线媒体接入控制协议中，设备1508和 1509的共存成为可能(trivial)。设备1508和1509双方简单地选择两个不同的 MAS作为它们各自的BMAS，由此使得设备1508和1509能够在共享的无线 范围内对信标帧进4亍广播。位于两个或更多BDEV 1503、 1508和1509的无 线范围内的设备(例如设备1504、 1505和1507)能够接收多个信标帧，这是 因为，不同的BMAS中的信标帧不发生冲突。作为该结果，设备1504、 1505 和1507不限制于特定的中央集中型网络。由此，使能那样的设备1504、 1505 和1507与多个BDEV 1503、 1508和1509之间能够交换数据。
由于对数据业务支持MAS的预约，因此所公开的无线媒体接入控制协议 满足数据的QoS要求。然而，仅在BDEV的方向上，允许对于数据业务的 MAS的预约。也就是说，PDEV预约MAS，以将数据发送给BDEV,或者BDEV预约MAS,以将数据发送给另一个BDEV。通过该限制，避免以往的 隐藏终端的问题，这是因为，PDEV不对信标帧进行广播，由此无法给出可 被预约的MAS的可用性的指示。通过这样限制，当两个PDEV位于无线范 围内而引起的隐藏终端问题被消除。因为PDEV不对信标帧进行广播，在两 个PDEV位于无线范围内时，它们不知道彼此的数据的预约。
图28示出数据预约的四种可能的方案(情况)。设备2801和2804是 BDEV，相对于此，设备2802和2803是PDEV。若限制为仅在BDEV的方 向上可进行数据的预约，则仅在情况2可进行，这是因为仅在情况2，在接 收端设备中不发生数据分组冲突。
为了使预约不与无线范围内的任何既有的预约发生沖突或重叠(overlap), PDEV最初确认本身要预约的MAS没有由无线范围内的任一个BDEV，报告 为被用于BMAS或数据。另夕卜，仅在所有的BDEV同意预约时，才视为预约 成功。为了达成该情形，通过在它们的CAP中对预约请求进行传送，PDEV 对RT—BDEV进行预约。
图29是示出由RDEV进行数据预约请求时使用的算法2900的流程示意 图。如上所述，RDEV最初确认其要预约的MAS没有被报告为处于使用状态。 因此，在步骤2910中，RDEV选择未被使用的MAS,而在步骤2920中，通 过在这些RT—BDEV的CAP中传送请求分组，进行对于RT—BDEV的预约请 求。在响应中，RT—BDEV通过参照图30在下面描述的方法对该预约请求进 行处理。
在步骤2930中，RDEV接收来自RT—BDEV的响应，并且如果有的话， 接收来自RN—BDEV的异议。接着，在步骤2940中，RDEV判定所有的 RT—BDEV是否接受了请求，在接受了时，在步骤2950中，判定是否有任一 个RN一BDEV对请求提出异议。在步骤2950中，在判定为未对请求提出异议 时，该预约成功，并且在步骤2960中，RDEV在RT—BDEV的CAP中传送 成功通知分组。如下所述，RT—BDEV和RN—BDEV在下一个超帧中它们本 身的信标帧中通知预约。接着，RDEV可开始使用所预约的MAS向作为目标 的BDEV发送无争用数据。
如果在步骤2940中，判定为任一RT—BDEV拒绝了请求时，或者在步骤 2950中，判定为不存在对请求提出异议的RN_BDEV时，则该要求失败，在 步骤2970中，RDEV在RT—BDEV的CAP中传送失败通知分组。图30是表示在步骤3010中，在接收到来自RDEV的数据预约请求的时 刻由每个RT_BDEV进行的算法3000的流程示意图。在步骤3020中， RT—BDEV判定接收到的预约请求是否与任何既有的请求发生沖突。在判定为 不存在沖突时，在步骤3030中，RT—BDEV在其本身的CAP中传送^^妄受响应 分组。或者，在被判定为存在沖突时，在步骤3040中，RT—BDEV在其本身 的CAP中传送拒绝响应分组。接着，RT—BDEV等待来自RDEV的通知。
在从RDEV接收到通知时，在步骤3050中，RT—BDEV判定该通知是否 表示预约的成功。在通知表示成功时，在步骤3060中，RT—BDEV在下一个 超帧的本身的信标帧中通知预约。或者，在通知表示预约的失败时，RT—BDEV 什么都不做。
图31是表示在步骤3110中，在接收到来自RDEV的数据预约请求时由 每个RN—BDEV进行的算法3100的流程示意图。在步骤3120中，RN—BDEV 判定是否由该请求导致与任一个BMAS或既有的数据预约发生沖突。在一般 的情况下，预约不与由RN—BDEV确认的既有的预约发生冲突，这是因为， RDEV最初确认不存在请求的MAS被使用的才艮告。然而，作为特殊的状况， 有可能发生以下的情形，即另一个RDEV向4吏用同一个MAS或重叠的MAS 的RN—BDEV进行预约请求。在这个情况下，在步骤3130中，RN—BDEV通 过在其本身的CAP中传送异议分组来对该预约提出异议。在步骤3120中， 在判定为该请求未导致与任何BMAS或既有的数据预约发生冲突时， RN—BDEV仅等待来自RDEV的关于请求成功的通知。在接收到通知时，在 步骤3140中，RN一BDEV判定该通知是否表示成功。在通知表示失败的通知 时，结束算法3100。或者，在通知表示成功时，在步骤3150中，RN—BDEV 在下一个超帧的本身的信标帧中通知预约。
通过目标BDEV或RDEV的任一个在RT—BDEV的CAP中传送结束预 约分组，能够开始预约的结束。其后，所有的BDEV(RT—BDEV和RN—BDEV) 停止在它们各自的信标帧中广播预约通知。
由到此为止的说明可知，BDEV能够将超帧内的任意的MAS用作它们的 BMAS,用于广播其本身的信标帧和控制分组或基于争用的数据业务。设备 能够进入和离开无线网络而不使对象网络的超帧结构改变。因此，实现自组 织连接。进而，对于检测信标的冲突，无需对于多个BDEV的公共的设备。 设备能够与各自的无线范围内的多个BDEV进行通信。通过BDEV在超帧中随机选择作为其本身的BMAS而使用的(不同的)MAS，使得多个BDEV能够 对信标顿进4于广播。
上述仅仅说明本发明的某些实施方式。能够不脱离本发明的范围和概念 而对本发明进行〗务正和变更。实施方式以说明作为目的，并不对本发明进行 任何限制。
权利要求
1. 一种对无线网络中的媒体接入进行控制的方法，所述方法包括以下步骤将媒体接入时间分割成相同长度的时隙，并以预定数目的所述时隙形成超帧；在每个超帧中，对所述无线网络内的信标设备，指定所述时隙中的一个时隙作为用于所述信标设备的信标媒体接入时隙；以及在所述信标媒体接入时隙中，通过所述信标设备将信标帧广播给所述信标设备的无线范围内的其他的设备。
2. 如权利要求l所述的方法，其中， 随机指定所述信标媒体接入时隙。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，所述信标媒体接入时隙中的所述接入时间被分割成多个信标时隙、以及 至少用于所述信标设备的无线范围内的设备之间的基于争用的业务的一个或 多个时隙，其中所述信标设备选择所述多个信标时隙中的一个时隙用于广播 其信标帧。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，由所述信标设备随机选择用于广播所述信标帧的所述一个信标时隙。
5. 如权利要求3所述的方法，其中，对于每个超帧选择一次用于广播所述信标帧的所述一个信标时隙。
6. 如权利要求3所述的方法，其中，在多个超帧中，使用所述信标媒体接入时隙中的同 一个信标时隙。
7. 如权利要求3所述的方法，其中，为了对由所述设备用于传送数据分组的媒体接入时间进行争用，至少用 于所述信标设备的无线范围内的设备之间的基于争用的业务的所述一个或多 个时隙由 一个或多个所述设备使用。
8. 如权利要求3所述的方法，其中，为了对由所述信标设备用于传送控制分组的媒体接入时间进行争用，至 少用于所述信标设备的无线范围内的设备之间的基于争用的业务的所述一个 或多个时隙由一个或多个所述信标设备使用。
9. 如;K利要求8所述的方法，其中，控制分组用的媒体接入时间的争用具有比用于传送数据分组的媒体接入 时间的争用更高的优先级。
10. 如权利要求l所述的方法，其中，未被指定为信标媒体接入时隙的时隙能够被预约用于所述无线网络内的 设备之间的无争用的数据业务。
11. 如权利要求l所述的方法，其中，为信标设备的信标媒体接入时隙的时隙的信息。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述无线网络内的信标设备还在它们各自的信标帧中广播用于识别为所
13. 如权利要求l所述的方法，其中，还包括以下步骤 通过接收端设备识别两个或多个信标设备被指定了同 一个时隙作为其信标々某体4妄入时隙；通过所述接收端设备通告所述沖突；由指定同 一个时隙作为其信标媒体接入时隙的所述两个或多个信标设备 的每一个指定不同的时隙作为其信标媒体接入时隙；以及通过所述两个或多个信标设备的每一个通知由该信标设备指定为其信标 媒体接入时隙的所述时隙。
14. 如权利要求l所述的方法，其中，还包括以下的步骤 通过所述多个信标设备识别多个信标设备被指定了同一个时隙作为其信标J 某体接入时隙；由指定了同 一个时隙作为其信标媒体接入时隙的所述两个或多个信标设 备的每一个指定不同的时隙作为其信标媒体接入时隙；以及通过所述两个或多个信标设备的每一个通知由该信标设备指定为其信标 j!某体接入时隙的所述时隙。
15. 如权利要求13所述的方法，其中，所述识别的步骤包括接收所述同 一个时隙中的信标帧的步骤。
16. 如权利要求7所述的方法，其中，对用于数据分组的发送的i某体接 入时间进行争用的步骤包括以下的步骤通过请求端设备将预约请求分组传送给一个或多个信标设备，并且所述预约请求识别 一个或多个未使用的时隙；通过所述一个或多个信标设备，传送对于所述预约请求的响应； 通过所述请求端设备收集所述响应； 判定所述响应是否全都表示接受所述预约请求；通过所述请求端设备通知是否所述响应全都表示接受所述预约请求；以及如果所述通知表示所述响应全都表示接受时，则通过每个信标设备通知 由所述请求端设备对数据分组发送预约的所述时隙。
17. 如权利要求16所述的方法，其中还包括以下的步骤 通过所述预约请求被发送到的所述一个或多个信标设备以外的、 一个或多个信标设备，传送对于所述预约请求的异议；以及 通过所述请求端设备收集所述异议，其中所述判定步骤判定所述响应是否全都表示接受所述预约请求以及判 定是否接受了任何异议。
18. —种无线网络，包含多个设备，其中基于权利要求1至17中的任一个权利要求所述的方法对所述无线网 络内的接入进行控制。
全文摘要
公开了分布式的无线媒体接入控制协议。根据所公开的无线媒体接入控制协议，将媒体接入时间分割成同等大小的时隙，且预定数目的时隙形成超帧。在该协议中定义信标设备和无源设备。每个信标设备将超帧中的时隙之一指定为其信标媒体接入时隙，并在该信标媒体接入时隙中将信标帧广播给该信标设备的无线范围内的其他设备。还公开了信标帧冲突检测和解决过程、以及预约用于设备之间的通信的接入时间的过程。
文档编号H04L12/417GK101421981SQ200680053872
公开日2009年4月29日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者土居裕, 沈鸿清, 陈培文 申请人:松下电器产业株式会社