专利名称：一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，属于短程无线个人域网通信技术领域。
背景技术：
无线通讯系统通常需要满足不同应用对服务质量(QoS)和节能特性的要求。服务质量主要包括服务对带宽、丢包率、时延等特性的要求。一些以中心控制为基础的介质访问控制协议通过使用预留带宽技术，像时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)可以保证用户的带宽分配和确保一定的时延。节能特性主要包括无线收发机系统本身的功耗特性和活动周期与非活动周期的比值，也就是工作负载的占空比。高能量效率的设备通常在无数据传输时处于休眠状态，并且具有很小的占空比。由于越小的工作负载占空比会导致越大的时延，因此无线通讯系统在满足节能特性的同时往往很难同时满足系统对服务质量的要求。
无线个域网领域的IEEE802.15.4-2006标准通过采用中心控制的超帧结构来实现不同应用对服务质量和节能特性的要求。在活动周期分配的基于时分多址的服务保证时隙能够满足系统对带宽和时延的要求，而通过调节超帧顺序和信标顺序则可以改变活动周期与非活动周期的比值，从而满足系统对不同节能特性的要求。但由于基于IEEE802.15.4-2006标准的无线个域网中的各个普通设备使用与网络协调器相同的超帧结构(相同的活动周期和非活动周期)，因而使无线个域网不能同时满足同网络中能量有效性设备对节能特性和有服务质量要求的设备对服务质量特性(时延和带宽)的要求(如图1所示)。
发明内容
本发明的目的是提出一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，通过对IEEE802.15.4-2006标准的介质访问控制协议进行补充，使短程无线个域网同时满足同网络中能量有效性设备对节能特性和有服务质量要求的设备对服务质量特性(时延和带宽)的要求。
本发明提出的短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，包括以下步骤(1)在短程无线个域网IEEE802.15.4-2006标准下的介质访问控制信息库中增加扩展超帧参数，将IEEE802.15.4-2006标准下的超帧定义域格式中预留的第13比特定义为超帧扩展标志位，将IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙特征域格式中预留的第6比特定义为超帧扩展标志位；(2)将短程无线个域网中网络协调器的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，将网络协调器的活动周期中的超帧段连续复制到网络协调器的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，并将网络协调器使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；(3)短程无线个域网中的有服务质量要求的普通设备通过使用IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙申请原语，向网络协调器申请服务保证时隙带宽，并在申请原语中注明需要使用扩展超帧；(4)短程无线个域网中网络协调器接收到上述有服务质量要求的普通设备的服务保证时隙带宽申请，若有足够的可分配带宽，并且允许使用扩展超帧，则将带宽分配信息和使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送，若无足够的可分配带宽，则将原带宽分配信息和不使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；(5)上述有服务质量要求的普通设备接收到上述广播信息后，若得知上述申请服务保证时隙带宽成功，并且网络协调器使用扩展超帧，则将本设备的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，并将本设备活动周期中的超帧段连续复制到本设备的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，本设备通过扩展的超帧段，与网络协调器进行数据传输；若得知上述申请服务保证时隙带宽不成功，则将扩展超帧参数设为非真；(6)当短程无线个域网中网络协调器取消使用扩展超帧时，将网络协调器扩展超帧参数为设为非真，并将取消使用扩展超帧信息以广播方式发送给所有普通设备，上述有服务质量要求的普通设备根据接收到的上述取消使用扩展超帧信息，将本设备的扩展超帧参数设为非真，并停止使用扩展超帧段与网络协调器进行数据传输。
本发明提出的短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，具有以下的优点(1)本发明方法能够使短程无线个域网同时满足同网络中能量有效性设备对节能特性和有服务质量要求的设备对服务质量特性(时延和带宽)的要求。
(2)本发明方法中，由于在非活动周期复制了超帧段的所有结构特性，使扩展超帧的管理变得简单，降低了实现的复杂度，同时也能使设备间的兼容性更好。
(3)本发明方法是对IEEE802.15.4-2006标准介质访问控制层协议的补充，具有与IEEE802.15.4-2006标准完全兼容的优点。
图1是已有的IEEE802.15.4-2006标准的短程无线个域网超帧结构示意图。
图2是本发明的短程无线个域网超帧结构示意图。
图3是本发明的超帧定义域格式。
图4是本发明的服务保证时隙(GTS)特征域格式。
图5是IEEE802.15.4-2006标准和本发明的时延抖动随信标顺序变化性能比较。
具体实施例方式
本发明提出的短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，首先在短程无线个域网IEEE802.15.4-2006标准下的介质访问控制信息库中增加扩展超帧参数，将IEEE802.15.4-2006标准下的超帧定义域格式中预留的第13比特定义为超帧扩展标志位，将IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙特征域格式中预留的第6比特定义为超帧扩展标志位；将短程无线个域网中网络协调器的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，将网络协调器的活动周期中的超帧段连续复制到网络协调器的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，并将网络协调器使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；短程无线个域网中的有服务质量要求的普通设备通过使用IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙申请原语，向网络协调器申请服务保证时隙带宽，并在申请原语中注明需要使用扩展超帧；短程无线个域网中网络协调器接收到上述有服务质量要求的普通设备的服务保证时隙带宽申请，若有足够的可分配带宽，并且允许使用扩展超帧，则将带宽分配信息和使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送，若无足够的可分配带宽，则将原带宽分配信息和不使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；有服务质量要求的普通设备接收到上述广播信息后，若得知上述申请服务保证时隙带宽成功，并且网络协调器使用扩展超帧，则将本设备的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，并将本设备活动周期中的超帧段连续复制到本设备的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，本设备通过扩展的超帧段，与网络协调器进行数据传输；若得知上述申请服务保证时隙带宽不成功，则将扩展超帧参数设为非真；当短程无线个域网中网络协调器取消使用扩展超帧时，将网络协调器扩展超帧参数为设为非真，并将取消使用扩展超帧信息以广播方式发送给所有普通设备，上述有服务质量要求的普通设备根据接收到的上述取消使用扩展超帧信息，将本设备的扩展超帧参数设为非真，并停止使用扩展超帧段与网络协调器进行数据传输。
以下结合附图介绍本发明的详细内容首先在短程无线个域网IEEE802.15.4-2006标准下的介质访问控制信息库中增加一项布尔类型的扩展超帧参数，该参数表示是否在非活动周期使用扩展超帧。将IEEE802.15.4-2006标准下超帧定义域格式中预留的第13比特定义为超帧扩展标志位(如图3所示)，该标志位表示网络协调器是否使用扩展超帧。将IEEE802.15.4-2006标准下服务保证时隙特征域格式中预留的第6比特定义为超帧扩展标志位(如图4所示)，该标志位表示网络普通设备是否需要使用扩展超帧。
将短程无线个域网中网络协调器的空闲接收机参数设为开，以便使接收机可以随时接收到其他普通设备的数据。为了启用扩展超帧，将该设备的扩展超帧参数设为真。在检测到扩展超帧参数为真后，将该网络协调器活动周期中的超帧段包括竞争接入段(CAP)和服务确保时隙(GTS)连续的复制到其整个非活动周期，得到扩展的超帧段，每个扩展超帧段的结构与超帧段完全相同(如图2所示)。扩展超帧段的个数取决于信标顺序跟超帧顺序的比值。网络协调器将信标中超帧定义域中的超帧扩展位置成1，以广播方式将使用扩展超帧的信息向所有普通设备发送。
短程无线个域网中有服务质量要求的普通设备通过使用IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙申请原语，向网络协调器申请服务保证时隙带宽，并将申请原语中服务保证时隙特征域的超帧扩展位置成1，以表明需要使用扩展超帧来满足服务质量的要求。
短程无线个域网中网络协调器接收到上述有服务质量要求的普通设备的服务保证时隙带宽申请后，若有足够的可分配带宽，并且允许使用扩展超帧，则将带宽分配信息和使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送，否则将原带宽分配信息和不使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送。
上述有服务质量要求的普通设备接收到上述广播信息后，若得知上述申请服务保证时隙带宽成功，并且网络协调器使用扩展超帧，则将本设备的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，并将本设备活动周期中的超帧段连续复制到本设备的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，本设备通过扩展的超帧段，与网络协调器进行数据传输；若得知上述申请服务保证时隙带宽不成功，则只需要将扩展超帧参数设为非真。
当短程无线个域网中网络协调器取消使用扩展超帧时，将其扩展超帧参数为设为非真，并将取消信息以广播方式发送给全部的普通设备。有服务质量要求的普通设备根据接到的上述取消信息，将本设备的扩展超帧参数设为非真，并停止使用其扩展超帧段来与网络协调器进行数据传输。如果有服务质量要求的普通设备想单独取消使用扩展超帧，则将本设备的扩展超帧参数设为非真，并停止使用扩展超帧段来与网络协调器进行数据传输。
以下介绍本发明的一个实施例下面通过对一个实际的无线个域网络，包括一个网络协调器，一个高能量有效设备和一个用于语音传输的服务质量要求设备，在使用IEEE802.15.4-2006标准和本发明时在不影响高能量有效设备性能的前提下，来对有服务质量要求设备的性能进行比较。
首先为了保证语音的服务质量，取信标顺序和超帧顺序都为2，没有非活动周期。通过计算，超帧段的每个时隙大约为4ms，这样的时隙共有16个。给竞争接入段分配4个时隙，并把服务保证时隙分成6组，每组有两个时隙，在250Kbps的传输速率下，每组可以满足一整包的语音数据传输，奇数组用作由网络协调器向服务质量要求设备发送数据，偶数组用作服务质量要求设备向网络协调器发送数据。这时最大的时延为竞争接入段的时间加上两组服务保证时隙的时间，为32ms，可以满足语音对时延和时延抖动的要求(小于100ms)。高能量有效设备这时通过竞争接入段与网络协调器进行数据交换，因为没有非活动周期，所以占空比很高。
为了降低高能量有效设备的占空比，必须加入非活动周期。保持超帧顺序不变，通过增加信标顺序来增加非活动周期的长度，当信标顺序的值增加到12时，可以算出这时高能量有效设备的占空比大约为千分之一，节能效果非常明显。但当信标顺序的值为12时，在IEEE802.15.4-2006标准下的服务质量要求设备由于非活动周期导致的时延达到了65秒，根本无法进行语音通讯。而本发明由于服务质量要求设备复制了超帧段到整个非活动周期，可以在非活动周期与网络协调器继续通讯，最大时延没有发生变化。
在保持超帧顺序为2的情况下，可以通过增加信标顺序从2到12来增加非活动周期的长度并计算出相应的IEEE802.15.4-2006标准和本发明下服务质量要求设备的时延性能曲线(如图5)，其中横坐标为信标顺序，纵坐标为时延。从这个性能曲线可以看出本发明能够使短程无线个域网同时满足同网络中能量有效性设备对节能特性和有服务质量要求的设备对服务质量特性(时延和带宽)的要求。
权利要求
1.一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在短程无线个域网IEEE802.15.4-2006标准下的介质访问控制信息库中增加扩展超帧参数，将IEEE802.15.4-2006标准下的超帧定义域格式中预留的第13比特定义为超帧扩展标志位，将IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙特征域格式中预留的第6比特定义为超帧扩展标志位；(2)将短程无线个域网中网络协调器的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，将网络协调器的活动周期中的超帧段连续复制到网络协调器的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，并将网络协调器使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；(3)短程无线个域网中的有服务质量要求的普通设备通过使用IEEE802.15.4-2006标准下的服务保证时隙申请原语，向网络协调器申请服务保证时隙带宽，并在申请原语中注明需要使用扩展超帧；(4)短程无线个域网中网络协调器接收到上述有服务质量要求的普通设备的服务保证时隙带宽申请，若有足够的可分配带宽，并且允许使用扩展超帧，则将带宽分配信息和使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送，若无足够的可分配带宽，则将原带宽分配信息和不使用扩展超帧的信息以广播方式向所有普通设备发送；(5)上述有服务质量要求的普通设备接收到上述广播信息后，若得知上述申请服务保证时隙带宽成功，并且网络协调器使用扩展超帧，则将本设备的空闲接收机参数设为开、扩展超帧参数设为真，并将本设备活动周期中的超帧段连续复制到本设备的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，本设备通过扩展的超帧段，与网络协调器进行数据传输；若得知上述申请服务保证时隙带宽不成功，则将扩展超帧参数设为非真；(6)当短程无线个域网中网络协调器取消使用扩展超帧时，将网络协调器扩展超帧参数为设为非真，并将取消使用扩展超帧信息以广播方式发送给所有普通设备，上述有服务质量要求的普通设备根据接收到的上述取消使用扩展超帧信息，将本设备的扩展超帧参数设为非真，并停止使用扩展超帧段与网络协调器进行数据传输。
全文摘要
本发明涉及一种短程无线个域网中利用扩展超帧传输数据的方法，属于短程无线个人域网通信技术领域。首先将网络协调器的活动周期中的超帧段连续复制到本设备的整个非活动周期，得到扩展的超帧段，并将该信息向所有普通设备发送。有服务质量要求的普通设备向网络协调器申请服务保证时隙带宽，并在申请原语中注明需要使用扩展超帧；若申请成功，则将本设备活动周期中的超帧段复制到整个非活动周期，得到扩展的超帧段，并通过扩展的超帧段与网络协调器进行数据传输。本发明同时满足无线个域网中能量有效性设备对节能特性和有服务质量要求的设备对服务质量特性的要求，使扩展超帧的管理变得简单，并与IEEE802.15.4－2006标准完全兼容。
文档编号H04L1/00GK101068182SQ20071011890
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月14日 优先权日2007年6月14日
发明者管勇 申请人:北京威讯紫晶科技有限公司