专利名称：无线网络中带固定通知时隙的定向带宽预留的装置和方法
技术领域：
本发明涉及无线网络中的装置和方法，具体来说，适于无线网络中具有固定通知 时隙的定向带宽预留的装置和方法。
背景技术：
60GHz的频带中未获许可的频谱7GHz的可用性为Multi-Gigabit室内无线个人区 域网(WPAN)提供了潜在的可能。要求大带宽的应用包括未压缩的高清晰(HD)视频流，从 空中信息亭(airport kiosk) (Sync&Go)快速文件下载，以及无线显示和对接，以上仅指出 少数。在现存的家庭网络解决方案(IEEE 802. 11 a/b/g/n和WiMedia UffB)上不能支持上 述应用，因为所要求的数据速率远超过这些网络的能力。因而，对60GHz频带上操作的无线个人区域网中的改进和新的发展存在着强烈的需求。
发明内容
本发明的第一方面在于一种装置，包括无线个人区域网中可操作的收发信机，其 中所述收发信机被配置为与协调器和至少一个接收器进行通信；以及其中所述收发信机和 所述协调器通过以下方式使用采用基于争用的时隙的空闲信道时间块的定向预留由所述 收发信机均勻地随机选择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向传输传送指定请求的 预留时段的带宽预留请求消息。本发明的第二方面在于一种方法，包括使用无线个人区域网中可操作的收发信 机与协调器和至少一个接收器进行通信；以及其中所述收发信机和所述协调器通过以下方 式使用采用基于争用的时隙的空闲信道时间块的定向预留由所述收发信机均勻地随机选 择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向传输传送指定请求的预留时段的带宽预留请 求消息。
在说明书的结束部分具体指出作为本发明的主题，并明确要求保护其权利。然而， 通过结合附图参照以下详细描述，可透彻理解关于操作的结构和方法的本发明，连同其对 象、特征和优点，附图中图1提供了本发明的一个实施例中的超帧调度的一个示例；图2描述了本发明的一个实施例中的定向带宽预留机制；图3描述了根据本发明的一个实施例的定向带宽预留流程；及图4描述了根据本发明的一个实施例的带有波束形成接收的定向带宽预留机制。要意识到，为了简单而清楚地描述，上述附图中示出的元件不必按比例画出。举例 说明，为了清楚起见，一些元件的尺寸相对于其它元件的尺寸进行了放大。进一步说，在认 为适当时，附图中参考标号被重复使用以指示对应的或相似的元件。
具体实施例方式在以下的详细描述中，为提供本发明的透彻理解，提出了大量的特定细节。本领域 技术人员将明白，即使没有这些特定细节，本发明也能被实施。在其它实例中，众所周知的 方法、过程、组件和电路没有详细描述，以免影响本发明的理解。尽管本发明的实施例不限于此方面，论述所利用的术语如下，比如，“处理”、“计 算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”、或相类似的，可指关于计算机、计算平台、计算系统、或 其它电子计算装置的操作和/或过程，将表示为从计算机的寄存器和/或存储器中的物理 (例如，电子)量的数据操控和/或转换为相似地表示为计算机的寄存器和/或存储器或能 存储执行操作和/或过程的指令的其它信息存储介质的物理量的其它数据。尽管本发明的实施例不限于此方面，在此使用的术语“复数”或“复数个”，可包括 “多个”或“两个或更多个”。术语“复数”或“复数个”可在说明书中通篇使用以便描述两个 或更多个组件、设备、元件、单元、参数等。举例说明，“复数个站”可包括两个或者更多个站。毫米波通信链路相比较那些更低的频率(例如2. 4GHz和5GHz的频带)在链路预 算方面受到了更多的挑战，原因在于它所固有的因氧吸收引起的绝缘，这使信号在长的范 围内衰减，原因还在于它的短波长，这提供了通过障碍物(如墙壁和天花板)时高度衰减。 在许多情况下，优选使用定向天线进行点对点的高速数据传输。执行定向传输的设备可达 到更大的范围(以减轻链路预算问题)，以及更好地聚集吞吐量和空间重用，而在空间上分 离的某些成对的设备能同时进行通信。覆盖宽范围角度以提供全向覆盖的定向天线模式通 常被用于帮助邻居发现和波束控制判定。此外，设备支持的天线有以下若干类型非可训练 天线(Non-Trainable Antenna)、扇形天线或相位阵列天线。在传统的60GHz无线个人区域网(WPAN)中，使用不支持并行传输的时分多址 (TDMA)技术来调度信道时间。信道时间预留通常由协调器为每一个超帧(TDMA中的基本时 分)执行，并且在如图1所示的信标帧中传递，概括为100，带有超帧n-1 110、超帧η 120 和超帧η+1130。数据信道被标为140并示出信标150、预留的信道时间块(TDMA) 160和未 预留信道时间块(CSMA 170)。如果信道时间块160为特定的一对设备预留，则发送器执行高速率定向传输。同 时，如果信道时间块是未被预留的170，可使用CSMA(载波侦听多路访问)机制访问该信道 时间块。不幸地，CSMA机制必须使用效率相当差的全向传输，并提供非常低的吞吐量。现 存的媒体访问控制(MAC)协议允许预留信道时间块，信道时间块仅仅从新调度在信标中通 知以后的下一个超帧开始。这导致了突发数据业务的大延迟，这不利地影响应用性能。另 一方面，为此类业务预留备用信道时间，导致差的信道利用率。本发明的实施例通过使用定向传输增加了带宽预留效率。本发明还增加了吞吐 量，减少了突发数据业务的等待时间以及当信道被突发和等时连接共享的时候保持了高的 信道利用率。本发明的实施例还提供了有效的空间重用，增加了 WPAN的总的吞吐量，并且 能够为设备节省能量，因为它们只需要在固定通知时隙期间侦听协调器。现在看概括为200示出的图2，本发明为使用基于争用的时隙的空闲信道时间块 的定向预留提供了一种新的机制。图2示出了预留的信道时间块210、未预留信道时间块 220和预留的信道时间块230。扩展的未预留信道时间块220图解为争用时隙1240、争用时隙k 250，通知时隙260、已分配预留时段270、未预留信道时间块观0。在空闲时间信道时间 块的开始处，有预定数量k个争用时隙被设备用于向协调器传送带宽预留请求，之后是在 有准许(granted)的带宽预留的情况下协调器用来通知准许的带宽预留的通知时隙。希望 预留未分配信道时间块的发送器能均勻地随机选择争用时隙之一并且使用指向协调器的 定向传输传送指定了请求的预留时段的带宽预留请求消息。争用时隙持续时间必须足够长 以容纳这种传输。协调器使用带有带宽准许消息的定向或(准)全向传输响应发送器和/ 或其它设备，其中带宽准许消息指定链路的收发信机(本文中也称为本发明的实施例中的 发送器)和已分配预留时段，此预留时段可小于或等于请求的时段。如果多个发送器(或 收发信机)成功进行了请求传输，所述协调器选择它们中的一个。争用时隙的数量k可是 固定的(例如k =幻或由协调器在信标帧中通知。协调器还可允许某些无干扰的链路利 用在所述带宽准许消息中指定的已分配信道时间块。在这种情况下，带宽准许消息必须到 达所有相关的设备。在图3中300处示出本发明的一个实施例中的消息流。在340处发送 器320向协调器330发送定向带宽请求，在350处协调器330发送BW准许(全向/定向)。 在360处发送器320向接收器310定向地传送数据。如果在争用时隙期间，协调器使用波束成形(定向)或全向天线来接收，则本发明 行得通。然而，对于全向天线，协调器的接收容易受到干扰。同时，带宽预留机制可对于波 束成形的接收进行改进。基本地，争用时隙为了仅容纳前同步码的传输而缩短，从而允许协 调器执行天线训练以及锁定到定向信号。前同步码之后可以是带宽预留请求消息的定向传 输。尽管请求消息的传输可能与随后传送的消息在时间上冲突，波束成形接收将协调器将 成功地接收带宽预留请求的可能性最大化，该带宽预留请求与为了传输而选择的第一争用 时隙相关联。此外，该修改的附加的优点在于因为不超过一个发送器能够成功，协调器不需 要执行多个接收到的请求之间的仲裁。波束成形接收的经修改机制在图4中被示出，在400 中具有预留的信道时间块410、未预留信道时间块420和预留的信道时间块430。未预留信 道时间块420的展开图中，示出了争用帧1 450、争用帧k 440、通知时隙460、已分配预留时 段470和未预留信道时间块480。在本发明的实施例中，两个扩展被加入。第一，带宽预留请求消息可请求某个时间 段，该时间段长于在考虑中的未分配信道时间块中的可用时间，以及协调器可为发送器预 留请求的时间和以后的实际分配时间之间的时间差，而无须发送额外的带宽预留请求。第 二，如果WPAN中产生突发业务的设备数量不超过争用时隙的数量，则协调器通过在信标帧 中进行宣告而使每一个此类设备与专用的争用时隙相关联，从而消除争用。虽然在这里描述和阐释了本发明的某些特征，对本领域技术人员来说，许多修改、 替代、改变和等同变型都可能出现。因此，可以理解所附权利要求旨在覆盖落入本发明的实 质精神内的的所有那些修改和改变。
权利要求
1.一种装置，包括无线个人区域网中可操作的收发信机，其中所述收发信机被配置为与协调器和至少一 个接收器进行通信；以及其中所述收发信机和所述协调器通过以下方式使用采用基于争用的时隙的空闲信道 时间块的定向预留由所述收发信机选择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向传输传 送指定请求的预留时段的带宽预留请求消息。
2.如权利要求1所述的装置，其中在所述空闲时间信道时间块的开始处，有被设备用 于向协调器传送带宽预留请求的预定数量的争用时隙，之后是有准许的带宽预留的情况下 所述协调器用来通知所述准许的带宽预留的通知时隙。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述争用时隙持续时间必须足够长以容纳传输。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述协调器使用带有指定链路和已分配预留时段的 带宽准许消息的定向或准全向传输来响应所述收发信机和/或其它设备。
5.如权利要求4所述的装置，其中如果多个发送器请求传输成功，所述协调器选择它 们中的一个。
6.如权利要求1所述的装置，其中争用时隙的数量可以是固定的或由所述协调器在信 标帧中通知以及所述协调器也可允许某些无干扰的链路利用所述带宽准许消息中指定的 已分配信道时间块。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述协调器将定向天线用于争用时隙期间的接收， 其方式是通过缩短争用时隙以仅容纳前同步码的传输，从而允许所述协调器执行天线训练 和锁定定向信号，以及其中所述前同步码之后是带宽预留请求消息的定向传输。
8.如权利要求1所述的装置，其中带宽预留请求消息可请求长于在考虑中的未分配信 道时间块中的可用时间的时间段以及所述协调器可为所述收发信机预留请求的时间和以 后实际分配的时间之间的时间差，而无须发送额外的带宽预留请求。
9.如权利要求8所述的装置，其中如果所述WPAN中产生突发业务的设备数量不超过争 用时隙的数量，则所述协调器可通过在信标帧中进行宣告而将每一个上述设备与专用的争 用时隙相关联，由此消除争用。
10.一种方法，包括使用无线个人区域网中可操作的收发信机与协调器和至少一个接收器进行通信；以及其中所述收发信机和所述协调器通过以下方式使用采用基于争用的时隙的空闲信道 时间块的定向预留由所述收发信机选择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向传输传 送指定请求的预留时段的带宽预留请求消息。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括在所述空闲时间信道时间块的开始处预定 多个被设备用于向所述协调器传送带宽预留请求的争用时隙，之后是在有准许的带宽预留 的情况下所述协调器用来通知所述准许的带宽预留的通知时隙。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括要求所述争用时隙持续时间足够长以容纳 传输。
13.如权利要求10所述的方法，进一步包括所述协调器使用带有指定链路和已分配预 留时段的带宽准许消息的定向或准全向传输响应所述收发信机和/或其它设备，所述已分 配预留时段能够小于或等于请求的时段。
14.如权利要求13所述的方法，其中如果多个发送器请求传输成功，所述协调器选择 它们中的一个。
15.如权利要求10所述的方法，其中争用时隙的数量可以是固定的或由所述协调器在 信标帧中通知以及所述协调器还可允许某些无干扰的链路利用在所述带宽准许消息中指 定的已分配信道时间块。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括所述协调器将定向天线用于争用时隙期间 的接收，其方式是通过缩短争用时隙以仅容纳前同步码的传输，从而允许所述协调器执行 天线训练和锁定定向信号，以及其中所述前同步码之后是带宽预留请求消息的定向传输。
17.如权利要求10所述的方法，通过带宽预留请求消息请求长于在考虑中的未分配信 道时间块中的可用时间的时间段，以及所述协调器为所述收发信机预留请求的时间和以后 实际分配的时间之间的时间差而无须发送额外的带宽预留请求。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括如果所述WPAN中产生突发业务的设备数 量不超过争用时隙的数量，所述协调器通过在信标帧中进行宣告将每一个设备与专用的争 用时隙相关联，从而消除争用。
19.一种机器可访问介质，其在被访问时提供促使机器执行包括如下步骤的操作的指令将无线个人区域网中可操作的收发信机配置用于与协调器和至少一个接收器通信；以及将所述收发信机和所述协调器配置用于通过以下方式使用采用基于争用的时隙的空 闲信道时间块的定向预留由所述收发信机选择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向 传输传送指定请求的预留时段的带宽预留请求消息。
20.如权利要求19所述的机器可访问介质，进一步包括促使所述机器执行进一步包括 如下步骤的操作的所述指令在所述空闲时间信道时间块的开始处预定多个被设备用于向 所述协调器传送带宽预留请求的争用时隙，之后是在有准许的带宽预留的情况下所述协调 器用来通知所述准许的带宽预留的通知时隙。
21.如权利要求19所述的机器可访问介质，进一步包括促使所述机器执行进一步包括 如下步骤的操作的所述指令要求所述争用时隙持续时间足够长以容纳传输。
22.如权利要求1所述的装置，其中争用时段在所述协调器在信标中宣告它们的情况 下能够位于空闲信道时间块的开始处以及中部。
全文摘要
本发明为无线网络中带固定通知时隙的定向带宽预留的装置和方法，一个实施例提供了一种装置，包括在无线个人区域网中可操作的收发信机，其中所述收发信机被配置为与协调器和至少一个接收器进行通信；以及其中所述收发信机和所述协调器使用采用基于争用的时隙的空闲信道时间块的定向预留，其方式是通过所述收发信机均匀地随机选择争用时隙并且使用指向所述协调器的定向传输传送指定了被请求的预留时段的带宽预留请求消息。
文档编号H04W74/08GK102065492SQ201110025130
公开日2011年5月18日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者A·凯塞尔曼, S·特赖宁, Y·巴赫拉赫 申请人:英特尔公司