用于在认知无线电网中同步的方法和设备的制作方法

专利名称：用于在认知无线电网中同步的方法和设备的制作方法
用于在认知无线电网中同步的方法和设备本申请要求在2008年12月23日提交的美国临时申请No. 61/140，096的利益。本发明总的涉及无线通信网，更具体地，涉及在这样的网络中的设备的自共存 (self-coexistence)ο随着无执照(unlicensed)无线服务的出现，共享相同的无执照频谱的多个相邻的无线网一不管是否交叠一的运行已变为常事。与支持无执照无线服务相关联的问题之一是使得使用相同的介质接入控制(MAC)协议的相邻无线系统能够和谐地共享相同的频带，而同时保证服务质量(QoS)。这个问题在相关领域中被称为自共存。设备在无线系统中的共存出现在使用不同MAC/物理(PHY)协议(例如，IEEE802. 11和蓝牙)的设备共享相同介质而互不干扰时。自共存与共存之间的区别如下在自共存中使用相同的MAC，而在共存中使用不同的MAC。当前的解决方案没有区分自共存与共存，S卩，对于两种情形提供相同的解决方案。当前的共存与自共存解决方案是针对按集中或分布模式运行的系统而设计的。在分布模式下，采用分布式MAC协议，且没有设备对无线介质具有绝对控制。在这样的模式下，分布式预留协议(DRP)机制是在高速率超宽带PHY和MAC标准2005年12月第一版中公布的ECMA国际标准368所采用的信道预留和共存解决方案。DRP仅仅在其中所有的设备都充当对等体，由此而具有相似能力的无线系统中才可运行。在集中运行模式下，单个协调器设备控制设备之间的对信道的接入。集中式共存解决方案的例子是在IEEE 802.22 WRAN草案技术规范中定义的共存信标协议(CBP)，其中协议运行完全由基站(BS )控制。灵活的MAC(Flex-MAC)协议被设计成既支持集中模式又支持分布模式，且允许从一种运行模式平滑转移到另一种运行模式。也就是，Flex-MAC典型地使得设备能够从分布运行模式切换到集中运行模式(且反之亦然)，而不中断正在进行的连接。Flex-MAC是基于灵活的超帧100，正如

图1所描绘的。超帧100包括信标期(BP) 110、数据/侦听/睡眠期(DSSP) 120、以及信令窗口(SW) 130。信令窗口 130和信标期110 的时间周期是可调整的，并且可被使用于广播/交换控制信息。所有的设备在信标期110 和信令窗口 130期间应当保持醒来，以便捕获控制/管理信息，其可以应用到网络中的每个设备。设备可以交换数据、监视信道(在认知网络中需要)、或在DSSP 120期间进入睡眠模式。设备对介质或信道的接入可以通过信道预留协议(CRP )来执行。这个协议是基于在所有者设备与代理设备之间的协商过程，其准许预留。CRP连同Flex-MAC —起提供框架， 以便在共享相同无执照频带的无线系统中使能共存且保证QoS。然而，Flex-MAC并不包括设备在无线系统中有效地自共存所必需的所有技术。本发明的某些示范性实施例包括用于使能在包括共享频带的第一和第二无线网的灵活无线系统中的设备自共存的方法。该方法包括发现在与第一无线网交叠的第二无线网中可运行的第二设备；将发现的第二设备报告给在第一无线网中可运行的第一设备； 确定在第一设备的第一信标期与第二设备的第二信标期之间是否需要调整；以及如果需要调整，则对于第二设备的第二信标期开始时间(BPST)来调整第一设备的第一 BPST。本发明的某些示范性实施例还包括网络设备，其可运行在与灵活无线系统中的网络设备的自共存中，该灵活无线系统包括共享频带的第一和第二无线网。该网络设备包括 检测单元，用于发现在与第一无线网交叠的第二无线网中可运行的第二设备；信息单元生成器，用于将所发现的第二设备报告给在第一无线网中可运行的其它网络设备；判决单元， 用于确定在该网络设备的信标期与第二设备的第二信标期之间是否需要调整；以及信标期开始时间(BPST)调整单元，用于在需要调整的情况下调整该网络设备的BPST与第二设备的第二 BPST。在本申请书结论处的权利要求中，被认为是本发明的主题被具体地指出，并且被明确地主张。从结合附图作出的以下的详细说明中，将明白本发明的以上的和其它的特征和优点。图1是用于举例说明Flex-MAC超帧的结构的图； 图2是按照本发明的各种实施例的无线系统的图3是用于描述按照本发明的实施例的自共存方法的流程图； 图4是用于描述按照本发明的实施例的信标设立设备提升(promotion)方法的流程图；以及
图5是按照本发明的实施例的网络设备的框图。重要的是要指出，本发明公开的实施例仅仅是这里的新颖教导的许多有利用法的例子。一般而言，在本申请的申请书中作出的陈述并不必然限制各种所要求的发明的任何一项。而且，某些陈述可适用于某些发明特征，但不适用于其它发明特征。通常，除非另外指出，否则单数单元可以是复数的，且不失一般性地反之亦然。在附图中，同样的数字在几个图上指同样的部件。图2显示按照本发明的各种实施例的无线系统200的示范性的图。无线系统200 是灵活无线系统，其包括两个不同的且交叠的无线网210和220。这两个网络采用Flex-MAC 协议且共享相同的无执照频带。在本发明的上下文中，在灵活无线系统中的设备的自共存是指设备属于不同的网络且使用Flex-MAC协议通过共享的介质一即无执照频带一进行
通{曰。网络210的设备211和网络220的设备222可以在分布或集中模式下运行。也就是，在无线系统200中存在三种不同的配置集中-集中式；分布_分布式；和集中-分布式。应当指出，当网络在集中模式下运行时，设备211或222之一是主设备。此外，设备211 或222的每一个可以是信标设立(beaconing)设备，即，在信标期110期间传送信标的设备。这里描述的某些实施例允许在以上列出的三种配置下的网络210和220的有效自共存，由此使得设备211和222能够和谐地共享相同的频带，而同时为它们的用户支持QoS。 应当指出，虽然在图2上只图示了两个网络210和220，但本发明可以支持在包括任何数目的网络和/或子网络的灵活无线系统中的自共存。图3显示描述按照本发明的实施例实施的、用于使能在灵活无线系统(例如系统 200)中的设备自共存的方法的示范性和非限制性的流程图300。在S310，应用发现规程来检测交叠的网络(例如网络210和220)。发现规程允许发现相异(alien)设备组，即共享无线介质(例如频带)但属于不同网络(或子网络)的一个或多个设备的设备作为发现设备。设备组由所述组中的所有设备共享的网络地址或任何其它网络标识符(NetID)来定义。所述发现是通过使用由发现设备接收到的或串音听到的帧(诸如控制、管理或数据帧)和/或信标而被执行的。典型地，信标、控制或数据帧包括所述组的NetID。因此，通过接收包括未知的NetID的信标、控制或数据帧，发现设备得出结论在无线系统中存在相异设备组。应当指出，如果在无线系统中任何设备都没有检测到交叠的网络，则执行可以终结。在S320，应用一报告规程来允许发现设备向该发现设备的网络中的所有设备通告新发现的相异设备组。该报告是通过报告信息单元(IE)而推动的，该报告信息单元(IE)至少包括所发现的相异设备组的NetID或网络地址。报告IE还可以包括由所述组中的设备所拥有的信道预留、或可被使用来允许设备的有效自共存的任何其它类型的信息。取决于发现设备的类型，所述报告IE由发现设备在信标期110期间或信令窗口 130期间传送。具体地，如果发现设备是信标设立设备，则报告IE在信标期110中传送；否则，报告IE在信令窗口 130发送。在S330到S370，应用了用于合并属于不同和有差别的组的设备的信标期的规程。 每个发现设备决定是否对于相异组中的设备来调整它的信标期。为了使能自共存，属于不同组或网络的设备应当具有相同的信标期开始时间(BPST)，以便同步超帧的传输。信标期的合并包括至少一个设备组调整它们的BPST和超帧号，以便与另一组的BPST和超帧号对准。合并规程是通过将设备归类成两组而完成的，这两个组是移动和保持。前一组包括应当改变其BPST和超帧号的设备，后一组具有不应当进行任何调整的设备。在S330，每个发现设备确定它是属于保持组还是移动组。所述确定是根据在信标和/或报告IE中接收的信息并通过使用预定义的一组规则而做出的。这些规则根据无线系统200的配置而定义保持组的属性。具体地，如果无线系统200在分布-分布式配置下运行，则保持组被定义为包括具有最大数目的预留时隙、最大的信标期长度、或最大的超帧号的设备的组，是按照那个优先次序来包括。应当意识到，由这个规则设置的准则虑及了使得在调整BPST中牵涉到的控制开销最小化。当设备调整它们的BPST时，正在进行的预留也应当被调整，这牵涉到更多的开销。因此，更高的优先权被给予具有更多主动预留(active reservation)的设备组以便处于保持组中。当无线系统200被配置成在集中_集中模式下运行时，保持组被定义为包括具有最大数目的带有主动预留的从设备的主设备、或具有最大数目的预留时隙(包括准许给它的从设备的时隙)的主设备，是按照那个优先次序来包括。如果没有发现这样的主设备，则以下的准则被按优先次序来使用具有组中最大总数的预留时隙、最大的信标期长度、或被包括在保持组中的最大超帧号的设备。当设备在集中模式下运行时，只有主设备可能必须调整它的BPST。主设备也必须将超帧号的任何改变通知它的从设备，并在它的控制下更新预留，即，它已准予它的从设备的预留。这个过程牵涉到在信令窗口 130期间控制/管理帧的显式交换，这比在隐含模式下调整预留，将强加更高的开销。所以，具有更多活动的从设备的主设备被给予更高的优先权来处于保持组，因为它将减小在合并信标期时牵涉到的总开销。当无线系统200在集中_分布模式下运行时，保持组被定义为包括在集中模式下运行的、具有主动预留的从设备。如果主设备(在集中式网络中)没有具有主动预留的从设备，则以下的准则被按照那个优先次序使用来定义应当是保持组的一部分的设备具有组中最大总数的预留时隙、最大的信标期长度、或最大超帧号的设备。最高的优先权被给予在集中模式下运行的、具有主动预留的设备组。在S340，根据以上的规则，检验发现设备是否应当加入保持组，如果是的话，则在 S350，把该设备添加到这个组；否则，在S360，设备加入移动组。应当指出，S330到S360对于无线系统200中的所有发现设备重复进行。在步骤S350和S360完成后，形成两个设备组，其中在移动组中的设备应当改变它们的BPST和超帧号，以便与保持组中的设备对准。在S370，移动组中的每个设备调整它的BPST，以便与相异设备的信标期同步。不是主设备的信标设立设备可以像例如在以上提及的ECMA 368 MAC标准中描述的那样改变它的BPST。概略地，按照ECMA 368 MAC，设备通过把它的BPST改变到相异设备的BPST而把它的信标期重新定位到相异信标期。这包括把信标时隙号调整到如下计算的新的信标时隙号
新信标时隙号=旧信标时隙号+1+(最高占用信标时隙号_m信号时隙计数)。最高占用信标时隙的号码是在相异信标期内所接收到的信标中被指示的，其中m 信号时隙计数是超帧中的信令时隙的数目。信令时隙是信标期中被使用来扩展邻居的信标期长度的信标时隙。一旦设备改变它的BPST，它就不应当在它以前的信标期中发送另外的信标。主设备和它的各个从设备的BPST调整如下地执行。主设备将建议的对BPST的改变通知它的从设备。这可以通过使用在信标中传送的信标切换IE而被执行。主设备在它发送第一信标切换IE来通告它决定切换它的BPST时还启动计时器(下文中是BP_switch_ timer)。每个从设备用确认(ACK)消息来回应，确认到新BPST的改变。刚一从所有的从设备接收到ACK消息或者一旦BP_SWitCh_timer期满，主设备就切换到新的BPST。此后，如果在切换到新的BPST后检测到冲突，则主设备更新任何现有的预留。一旦合并规程完成，在保持组和移动组中的所有设备便具有相同的BPST，由此，使用具有相同超帧号的相同超帧进行通信。在两个或更多个不同的设备组(或在交叠的网络中的设备)之间的通信可以使用信标设立设备来执行。例如，在无线系统200中，仅仅设备222 —非信标设立(NB)可以发现设备211在网络210中的存在(见图2)。然而，如果设备222-NB是非信标设立设备，则它不能将它的发现通知给网络220的其它设备222。如果网络220仅仅在集中模式下运行，其中只有主设备是信标设立设备，则这样的情形是可能的。为了解决这个问题，按照本发明的实施例，提供了信标设立设备提升规程。通过使用这个规程，在集中式网络中的主设备可以提升从设备变为信标设立设备。图4显示举例说明信标设立设备提升规程的非限制性和示例性流程图400。由主设备进行的这个规程由检测到相异设备组的从设备发起。在S410，主设备检验是否接收到信标设立提升请求(下文是BPR-REQ)。当从设备应当启动与相异设备组中的目标设备的预留过程时，由从设备发送BPR-REQ。如果S410导致肯定的回答，则当主设备传送信标设立提升应答(下文是BPR-RSP)以提升从设备变为信标设立设备时，通过S420继续执行。在一个实施例中，BPR-RSP包括应答码字段，其指示从设备是否被提升。如果被提升，则从设备在下一个信标期启动发送信标的过程。否则，在S430，进行检验，以确定是否由从设备发送报告IE，将相异设备组的存在通知主设备。如果是的话，执行进到S440，在其中执行另一个检验，以确定所报告的相异设备组是否为新的组；否则，执行返回到S410。如果S440导致肯定的回答，则通过S420继续执行；否则，在S450，计算在所报告的相异设备组中该从设备的相邻设备的列表。然后，在S460，检验由从设备新发现的相异组中的相邻设备是否被包含在从设备的网络(或子网络)中的任何信标设立设备(主设备或从设备)的相邻设备列表中。如果有至少一个设备在这些列表的两个中都列出，则执行结束。 在这种情形下，在网络中有至少另一个设备可以与所发现的相异设备组进行通信；否则，执行进到S420。图5显示按照本发明的实施例的网络设备500的非限制性框图。网络设备500包括检测单元510、信息单元(IE)生成器520、判决单元530和BPST调整单元540。检测单元 510发现在一个或多个相异无线网中可运行的相异设备组。相异的网络与该网络设备可在其中运行的无线网相交叠。如以上详细讨论的，所述发现至少是基于相异设备组的NetID 或网络地址。信息单元生成器520生成IE，其至少包括所发现的相异设备组的NetID或网络地址。IE被发送，以便把所发现的相异设备组报告给其它网络设备。判决单元520确定在该网络设备的信标期与相异设备组的信标期之间是否需要调整。如果需要调整，则BPST 调整单元540对于相异设备的BPST来调整该网络设备的BPST。这里公开的自共存与信标设立设备提升规程的教导可以在无线网中实施，无线网包括但不限于认知无线网、基于超宽带(UWB)的网络、基于IEEE 802. 11的网络和基于 IEEE 802. 15 的网络。以上的详细说明阐述了本发明可以采取的许多形式中的几个形式。旨在使以上的详细说明被理解为是对本发明可以采取的被选择形式的举例说明，而不是对本发明的定义的限制。旨在仅仅由权利要求，包括所有的等同物，来限定本发明的范围。最优选地，本发明的原理被实施为硬件、固件和软件的任何组合。而且，软件优选地被实施为在程序存储单元或计算机可读介质上有形地体现的应用程序。本领域技术人员将认识到，“机器可读介质”是能够存储数据的介质，它可以具有数字电路、模拟电路或它们的组合的形式。应用程序可被上载到包括任何适当的结构体系的机器上，并被它执行。优选地，该机器被实施在具有诸如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、存储器和输入/输出接口的硬件的计算机平台上。计算机平台还可包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种处理和功能可以是微指令代码的一部分、或应用程序的一部分、或它们的任何组合，其可以由CPU执行，而不管这样的计算机或处理器是否被明显地显示。另外，各种其它外设单元， 诸如附加的数据存储单元和打印单元，可被连接到计算机平台。
权利要求
1.一种用于使能在包括共享频带的第一和第二无线网的灵活无线系统(200)中设备的自共存的方法(300)，该方法包括发现在与第一无线网交叠的第二无线网中能运行的第二设备(S310)；将发现的第二设备报告给在第一无线网中能运行的第一设备(S320)；确定在第一设备的第一信标期与第二设备的第二信标期之间是否需要调整(S330)；以及如果需要调整，则对于第二设备的第二信标期开始时间(BPST)来调整第一设备的第一 BPST(S370)。
2.权利要求1的方法，其中发现第二设备还包括确定从第二设备接收的信标是否至少包括与第一设备的第一网络标识符(NetID)不同的第二 NetID。
3.权利要求2的方法，其中报告所发现的第二设备还包括生成报告信息单元(IE)，以至少包括所发现的第二设备的第二 NetID ；如果第一设备是信标设立设备，则在第一设备的第一信标期内传送所述报告IE ；以及如果第一设备是非信标设立设备，则在第一设备的信令窗口内传送所述报告IE。
4.权利要求1的方法，其中确定是否需要调整还包括至少根据灵活无线系统的配置， 确定第一设备是否应当加入到包括不应调整其BPST的设备的组(S340)。
5.权利要求4的方法，其中灵活无线系统的配置是从分布-分布式、集中-分布式和集中-集中式之一选择的。
6.权利要求5的方法，其中如果灵活无线系统的配置是分布-分布式，则所述组被定义为包括具有最大数目的预留时隙、最大信标期长度、或最大超帧号的设备。
7.权利要求5的方法，其中如果灵活无线系统的配置是集中-集中式，则所述组被定义为包括具有最大数目的、带有主动预留的从设备的主设备，或具有最大数目的预留时隙的主设备，其中如果没有找到这样的主设备，则把具有最大总数的预留时隙、最大信标期长度、或最大超帧号的设备包括在所述组中。
8.权利要求5的方法，其中如果灵活无线系统的配置是集中-分布式，则所述组被定义为包括至少一个具有主动预留的、在集中模式下运行的从设备，以及其中如果没有找到这样的从设备，则把具有最大总数的预留时隙、最大信标期长度、或最大超帧号的设备包括在所述组中。
9.权利要求4的方法，其中没有被包括在所述组中的设备被加到另一组，其中在另一组中的设备调整它们的BPST (S350和S360)。
10.权利要求1的方法，其中调整第一BPST还包括确定第一设备是否为主设备；如果第一设备不是主设备，则将第一设备的信标时隙号设置为新的信标时隙号；以及如果第一设备是主设备，则将第一设备和它的从设备的第一 BPST调整到新的BPST。
11.权利要求10的方法，其中设置信标时隙号还包括通过将最高占用信标时隙号加1 再加上旧信标时隙号并减去信号时隙计数，而计算新的信标时隙号；其中最高占用的信标时隙的号码在接收的信标中被指示，以及信号时隙计数是在超帧中的信令时隙的数目。
12.权利要求10的方法，其中将第一设备和它的从设备的第一BPST调整到新的BPST 还包括由主设备设置新的BPST值；使用信标将新的BPST值报告给从设备；启动计时器来计数用以切换到新的BPST的时间；以及刚一接收到来自每个从设备的确认(ACK)消息或者一旦计时器期满，就切换到新的 BPST。
13.权利要求1的方法，还包括由主设备提升非信标设立发现设备去充当信标设立设备(400)。
14.权利要求13的方法，其中提升非信标设立发现设备在以下情况下执行主设备接收到提升请求(S410)；或所发现的第二设备属于新发现的组，所述新发现的组包括作为非信标设立发现设备的邻居、但不是网络中其他信标设立设备的邻居的设备(S440，S450, S460)。
15.一种能运行于与灵活无线系统(200)的网络设备的自共存中的网络设备(510)，该灵活无线系统(200)包括共享频带的第一和第二无线网，该网络设备包括检测单元(510)，用于发现在与第一无线网交叠的第二无线网中能运行的第二设备；信息单元生成器(520)，用于将所发现的第二设备报告给在第一无线网中能运行的其它网络设备；判决单元(530)，用于确定在该网络设备的信标期与第二设备的第二信标期之间是否需要调整；以及信标期开始时间(BPST)调整单元(540)，用于在需要调整的情况下对于第二设备的第二 BPST来调整该网络设备的BPST。
全文摘要
用于使能在包括共享频带的第一和第二无线网的灵活无线系统(200)中的设备自共存的方法(300)。该方法包括发现在与第一无线网交叠的第二无线网中可运行的第二设备(S310)；将发现的第二设备报告给在第一无线网中可运行的第一设备(S320)；确定在第一设备的第一信标期与第二设备的第二信标期之间是否需要调整(S330)；以及如果需要调整，则对于第二设备的第二BPST来调整第一设备的第一信标期开始时间(BPST)(S370)。
文档编号H04W88/08GK102265662SQ200980152254
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月23日
发明者A. T. 卡瓦尔坎蒂 D., 王 J. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司