用于功率敏感设备的有效连接建立和通信的系统和方法与流程

本发明总体涉及用于数字通信的系统和方法，并且在特定实施例中，涉及用于功率敏感设备的有效连接建立和通信的系统和方法。

背景技术：

功耗是电池供电设备的关键考虑因素。用于电池供电设备的设计标准在于使得功耗最小化以尽可能地延长电池再充电或更换之间的时间。在一些部署中，例如在远程定位的传感器中，电池更换既不实用又昂贵。即使在电池供电设备易于使用且容易再充电的情况下，例如在蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑、包括智能手表或虚拟现实设备的可穿戴设备(wearabledevice，简称wd)等中，对电池供电设备的电池进行再充电仍然是一项不方便且耗时的任务。

发现设备的设备发现和连接建立通常是功耗密集型过程。为设备建立连接可能涉及设备搜索相邻设备的发现阶段以及一对设备进行传输交换以在该对设备之间建立连接的连接建立阶段。这些阶段不同于通过连接而发生的数据交换阶段，其可能仅在连接建立完成之后发生，或者其可能使用与发现或连接建立阶段期间使用的通信技术不同的通信技术。连接建立可能会消耗大量的功率以及资源，尤其是在需要建立或重复建立许多连接的情况下。

技术实现要素：

示例性实施例提供了一种用于有效解决方案的系统和方法，用于对远程可穿戴设备与对端(中继)设备或网络设备之间的设备发现、连接建立以及数据通信等不同阶段的不同技术进行灵活分级。

根据一个示例性实施例，提供了一种用于建立无线连接的方法。该方法包括：第一设备针对多阶段无线连接建立过程的第一阶段选择第一无线接入技术，例如，以使得远程设备的功耗最小化或者实现灵活的对端设备发现和连接建立以用于远程设备的未来的中继或直接的(通常，更快的)数据通信；第一设备参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段。

可选的，在任一前述实施例中，还根据所述无线连接的性能要求，使用所述无线连接的业务，或者参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段的所述第一设备和第二设备支持的无线接入技术中的至少一个，选择所述第一无线接入技术。

可选的，在任一前述实施例中，所述方法还包括：所述第一设备针对所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段选择无线接入技术，其中，所述第一无线接入技术的选择与针对所述多阶段无线连接建立过程的第二阶段所选择的第二无线接入技术的选择是独立的。

可选的，在任一前述实施例中，针对所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段所选择的所述第一无线接入技术与针对所述多阶段无线连接建立过程的所述第二阶段所选择的所述第二无线接入技术是不同的。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一无线接入技术的选择与所述第二无线接入技术的选择是顺序或迭代发生的。

可选的，在任一前述实施例中，所述第二无线接入技术为以下的其中一种：3gpp长期演进(longtermevolution，简称lte)兼容技术、3gppltedirect(ltedirect，简称lte-d)兼容技术、ieee802.11兼容技术、蓝牙兼容技术、蓝牙低功耗(bluetoothlowenergy，简称ble)兼容技术或任何其他适用的无线技术。

可选的，在任一前述实施例中，所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段为以下的其中一种：发现触发阶段、初始业务和设备发现阶段、连接建立阶段、直接通信阶段或中继通信阶段。

可选的，在任一前述实施例中，所述参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段包括：根据所述第一无线接入技术交换消息。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一无线接入技术为第三代合作伙伴计划(thirdgenerationpartnershipproject，简称3gpp)兼容技术或非3gpp兼容技术。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一无线接入技术为以下的其中一种：3gpp长期演进(longtermevolution，简称lte)兼容技术、3gppltedirect(ltedirect，简称lte-d)兼容技术、ieee802.11兼容技术、蓝牙兼容技术、蓝牙低功耗(bluetoothlowenergy，简称ble)兼容技术或任何其他适用的无线技术。

根据一个示例性实施例，所述方法还使得能够建立和使用所述第一无线接入技术的无线连接，其中，所述第一无线接入技术的选择与所述多阶段无线连接建立过程的第二阶段中使用的第二无线接入技术的选择是独立的，其中，可以通过可穿戴设备与其对端(中继)设备或网络设备之间在第一阶段建立的连接在所述第二阶段进行中继或直接数据通信。

根据一个示例性实施例，一种第一设备，用于建立无线连接，其中，所述第一设备包括：处理器；计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序，其中，所述程序包括指令，使得所述第一设备用于：针对多阶段无线连接建立过程的第一阶段选择第一无线接入技术，以使得远程设备的功耗最小化；参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，使得所述第一设备用于根据所述无线连接的性能要求，使用所述无线连接的业务，或者参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段的所述第一设备和第二设备支持的无线接入技术中的至少一个，选择所述第一无线接入技术。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，使得所述第一设备用于针对所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段选择无线接入网络，其中，所述第一无线接入技术的选择与针对所述多阶段无线连接建立过程的第二阶段所选择的第二无线接入技术的选择是独立的。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一设备为以下的其中一种：远程设备、中继设备或接入节点。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，使得所述第一设备用于根据所述第一无线接入技术交换消息。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一无线接入技术为第三代合作伙伴计划(thirdgenerationpartnershipproject，简称3gpp)兼容技术或非3gpp兼容技术。

根据一个示例性实施例，提供了一种第一设备，用于建立无线连接。所述设备包括：处理器；计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序。所述程序包括指令，使得所述第一设备用于：针对多阶段无线连接建立过程的第一阶段选择第一无线接入技术，例如使得远程设备的功耗最小化；参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段。

根据一个示例性实施例，提供了一种非瞬时性计算机可读介质，用于存储处理器执行的程序。所述程序包括指令，用于：针对多阶段无线连接建立过程的第一阶段选择第一无线接入技术，以使得远程设备的功耗最小化；参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，用于根据所述无线连接的性能要求，使用所述无线连接的业务，或者参与所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段的所述第一设备和第二设备支持的无线接入技术中的至少一个，选择所述第一无线接入技术。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，用于针对所述多阶段无线连接建立过程的所述第一阶段选择无线接入网络，其中，所述第一无线接入技术的选择与针对所述多阶段无线连接建立过程的第二阶段所选择的第二无线接入技术的选择是独立的。

可选的，在任一前述实施例中，所述非瞬时性计算机可读介质位于第一设备中，其中，所述第一设备为以下的其中一种：远程设备、中继设备或接入节点。

可选的，在任一前述实施例中，所述程序包括指令，用于根据所述第一无线接入技术交换消息。

可选的，在任一前述实施例中，所述第一无线接入技术为以下的其中一种：3gpp长期演进(longtermevolution，简称lte)兼容技术、3gppltedirect(ltedirect，简称lte-d)兼容技术、ieee802.11兼容技术、蓝牙兼容技术、蓝牙低功耗(bluetoothlowenergy，简称ble)兼容技术或任何其他适用的无线接入技术。

通过前述实施例的实践，能够通过建立的连接在连接建立和数据通信的不同阶段中使用不同的无线接入网络或无线接入技术，从而使得这些阶段更加有效，例如，就资源和/或功率效率而言。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：

图1示出了根据本文所述示例性实施例的一种示例性通信系统；

图2示出了根据本文所述示例性实施例的一种强调(中继)可穿戴设备的示例性通信系统；

图3示出了根据本文所述示例性实施例的涉及中继设备的无线连接的分阶段建立中发生的示例性操作的流程图；

图4示出了根据本文所述示例性实施例的一种强调涉及远程设备(remotedevice，简称rd)的不同连接类型的示例性通信系统；

图5示出了根据本文所述示例性实施例的强调利用分阶段以及rat和/或ran的第一示例性组合建立无线连接的通信系统；

图6示出了根据本文所述示例性实施例的由参与利用分阶段以及rat和/或ran的第一示例性组合建立无线连接的设备所执行的消息交换和处理的示图；

图7示出了根据本文所述示例性实施例的强调利用分阶段以及rat和/或ran的第二示例性组合建立无线连接的通信系统；

图8示出了根据本文所述示例性实施例的由参与利用分阶段以及rat和/或ran的第三示例性组合建立无线连接的设备所执行的消息交换和处理的示图；

图9示出了根据本文所述示例性实施例的在无线连接建立期间进行功率优化的同时参与建立无线连接的选择设备中发生的示例性操作的流程图；

图10示出了用于执行本文所述方法的处理系统实施例的框图；

图11示出了根据本文所述示例性实施例的用于通过通信网络发送和接收信令的收发器的框图。

具体实施方式

以下详细论述当前实例实施例的操作和其结构。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明本发明的具体结构以及用于操作本发明的具体方式，而不应限制本发明的范围。

图1示出了示例性通信系统100。通信系统100包括服务于多个站点的接入点(accesspoint，简称ap)105，例如，站点110、112、114和116。在通常被称为基于基础设施的通信模式或无线lan(wirelesslan，简称wlan)模式的第一操作模式中，接入点105控制与其相关联的站点之间的通信的某些方面(例如，射频信道、传输功率限制、认证、安全等)。一般而言，在通信系统200中，发射器基于通常被称为载波侦听多址访问/冲突避免(carriersensingmultipleaccesswithcollisionavoidance，简称csma/ca)的分布式竞争机制来访问用于上行链路(站点至接入点)和下行链路(接入点至站点)传输的无线资源。然而，接入点210仍然可以向站点和/或业务类型分配不同的接入优先级，并且在信道竞争成功时，为某些站点和/或业务或特殊目的明确分配某些时间段，例如，没有发射器可以进行发送的平静期，从而影响资源分配。

在通常被称为直接通信模式、临时模式或对等模式的第二操作模式中，站点(例如，站点116和站点118)作为对等站点可以彼此直接进行通信而不需要通过诸如接入点105等的集中式实体。这种直接通信的示例包括wi-fidirect和邻居感知网络(neighborawarenessnetworking，简称nan)兼容通信系统，这两者都由wi-fi联盟基于ieee802.11标准指定。

应理解，通信系统可以采用能够与多个ue进行通信的多个接入点，但是为了简单起见，仅示出了一个接入点和五个站点。

图2示出了强调可穿戴设备(wearabledevice，简称wd)的示例性通信系统200。通信系统200包括与互联网215连接的基站205和/或接入点210。互联网215与基站205或接入点210之间的连接通常基于双绞线、同轴电缆和/或光纤上的有线网络。通信系统200还包括集线器设备(或网关设备)220，其也通过基站205或接入点210或者通过这两者连接到互联网215。

集线器设备220与基站205之间的连接通常基于使用诸如第三代合作伙伴计划(thirdgenerationpartnershipproject，简称3gpp)高速分组接入(highspeedpacketaccess，简称hspa)或长期演进(longtermevolution，简称lte)、全球移动通信系统(globalsystemformobilecommunications，简称gsm)等的蜂窝无线技术的公用陆地移动网(publiclandmobilenetwork，简称plmn)，并且通常在集线器设备220与局域网(localareanetwork，简称lan)断开时使用，例如，安装在用户家中或办公室的局域网。在这种情况下，集线器设备220通常可以是安装在汽车、公共汽车、火车、轻轨、飞机等中的智能手机或无线设备。集线器设备220与接入点210之间的连接通常基于使用短程无线技术(例如，ieee802.11、蓝牙或ieee802.15.4)或有线技术(例如，通过双绞线、电缆或电力线)的局域网，并且通常在集线器设备220与lan连接时使用，例如，安装在用户家中或办公室的lan。在这种情况下，集线器设备220通常可以是与接入点210共位或连接(例如，使用电力线、双绞线、电缆或诸如ieee802.11、蓝牙和ieee802.15.4的短程无线)的智能手机或者设备。

通信系统200还包括远程设备(remotedevice，简称rd)，例如，传感器、物联网(internetofthings，简称iot)设备、wd(包括个人健康设备(例如，ecg传感器、血压传感器、胰岛素泵、肌电图(electromyography，简称emg)传感器等)、活动监测设备(例如，运动传感器、心率传感器、体温传感器等)、信息小工具(例如，智能手表、便携式视频播放器、便携式音乐播放器等)等)。集线器设备220通常通过使用诸如ieee802.11、蓝牙和/或ieee802.15.4等的短程无线技术来为rd提供连通性。或者，集线器设备220可以是部署在高密度位置上的专用设备，以使得rd能够连接到互联网215。在这种情况下，房主、负责提供高密度位置上连通性的实体、通信系统的运营商、提供支付连通性的提供商、对提供信用或折扣连通性感兴趣的通信系统用户等可以对集线器设备220进行部署。虽然本文提出了许多wd作为rd的示例，但是rd不仅仅包括wd。rd的其他示例包括用于安全、位置、气候、库存跟踪等的传感器以及测量机械系统性能的设备，包括重型机械监视器、汽车传感器、制造厂、发电厂、工厂等。因此，对wd的关注不应解释为对示例性实施例的范围或精神的限制。

诸如wd设备、传感器和iot设备等的许多rd都使用电池供电。因此，这些设备的连接建立需要具有低功耗要求。

在两个设备之间建立无线连接可能会涉及大量的通信，这会消耗相当多的功率和/或资源。如果必须重复建立连接，则连接建立过程中的任何低效率都会变得复杂。在一个说明性示例中，在3gpplte中建立无线资源控制(radioresourcecontrol，简称rrc)连接会涉及到设备同步、主信息块(masterinformationblock，简称mib)和多个系统信息块(systeminformationblock，简称sib)的交换、随机接入过程的参与、rrc连接的建立以及用于认证、安全和承载配置的层3和非接入层(non-accessstratum，简称nas)信令。

当无线连接的建立涉及诸如中继ue或集线器设备等的中继设备时，由于存在附加设备参与了连接建立过程，因此连接建立过程变得更加复杂。特别地，在可以与网络建立无线连接之前，rd可能需要与中继设备建立连接。与中继设备建立连接的过程跟与网络建立无线连接的过程是分开的，并且如上所述，这可能会涉及rd与中继设备之间的多个消息的交换。rd与中继设备之间在rd与中继设备的连接建立期间的交换是对要在rd与网络之间执行的后续连接建立过程的要求的补充。因此，提高连接建立过程的效率可以帮助改善功率敏感设备的整体性能。

根据示例性实施例，当中继设备向rd和网络提供中继服务时，提供了一种过程，其中，使用第一接入技术执行中继设备与rd之间的第一无线连接，使用第二接入技术执行rd与网络之间的第二无线连接。选择第一接入技术优化rd的功耗。

根据示例性实施例，可以将涉及中继设备的无线连接建立的过程划分为多个阶段。建立无线连接的每个阶段都可以使用相同或不同的无线接入网络(radioaccessnetwork，简称ran)和/或无线接入技术(radioaccesstechnology，简称rat)。

图3示出了涉及中继设备的无线连接的分阶段建立中发生的示例性操作300的流程图。操作300可以指示涉及中继设备的无线连接建立期间发生的操作。

可以将无线连接的建立划分为多个阶段。在触发阶段(块305)中，触发业务发现。触发阶段可以由该连接的任一端的设备(中继设备或rd)发起。触发业务发现的设备可以由来自与该设备耦合的ran或核心网(corenetwork，简称cn)的消息触发。例如，可以通过业务的到达、特定服务需求、特定技术或技术配置来触发消息。触发阶段还可以由源自无线连接的任一端的应用或业务发现事件发起。触发阶段还可以由相对于特定工作连通性或蜂窝无线技术的低层无线条件变化发起。因此，需要重新发现。触发阶段还可以由事件的发生发起，包括移动性事件、初始上电或复位事件、降低功率状态的唤醒事件等。

如上所述触发的业务发现/配对阶段(块310)涉及无线连接的设备，例如，彼此发现或彼此配对的rd和中继设备。该示例包括同步、认证、注册等。业务发现阶段可能涉及查询-查询扫描(第一设备发送查询，然后监听来自第二设备的响应)、广播扫描(第一设备发送其能够支持的业务的广播，如果第一设备提供了所需业务，第二设备进行响应)、寻呼-寻呼扫描(第一设备进入监听模式以监听由第二设备发送的寻呼)、同步扫描(第一设备进入监听模式以检测由第二设备发送的同步信号)等。业务发现阶段可以采用来自各种rat的机制，包括蓝牙、蓝牙低功耗、ieee802.11(wi-fi)、3gppltedirect、3gpplteuu等。

通信建立阶段(块315)涉及在设备(例如，中继设备与rd)之间建立无线连接。可以使用与该设备兼容的任何无线接入技术来建立连接。通信中继阶段(块320)涉及为rd提供中继服务的中继设备以及rd所连接的服务或应用。通信建立阶段可以采用来自各种rat的机制，包括蓝牙、蓝牙低功耗(bluetoothlowenergy，简称ble)、ieee802.11(wi-fi)、3gppltedirect(ltedirect，简称lte-d)、3gpplteuu等。通信中继阶段(块320)可以支持rd与网络(例如，蜂窝网络)之间的通信。所支持的通信可以包括控制过程的信息传送，例如，建立无线连接、rrc连接或rd与网络之间的信令连接。

根据以引入的方式并入本文的3gpptr22.861v2.00，3gpp兼容通信系统应该支持设备以直接3gpp连接模式接入3gpp网络，这意味着该设备和3gpp网络通过无线直接进行通信。当该设备和中继ue可以以直接设备连接模式进行通信时，3gpp兼容通信系统还应支持设备经由中继ue间接接入3gpp网络。这种形式的间接通信也称为间接3gpp连接模式。3gpp兼容通信系统应该优化设备的电池消耗，无论该设备是处于直接3gpp连接模式还是处于间接3gpp连接模式。当该设备处于间接3gpp连接模式时，3gpp兼容通信系统将识别、寻址以及到达该设备。

根据以引入的方式并入本文的3gppsp-160511、3gpps1-161606以及3gpprp-160677，演进型临近业务(proximityservice，简称prose)远程ue与演进型proseue到网络中继之间的通信使用演进的通用移动通信系统(universalmobiletelecommunicationssystem，简称umts)地面无线接入(evolvedumtsterrestrialradioaccess，简称e-utra)或无线lan(wirelesslan，简称wlan)。3gpp兼容通信系统支持演进型prose远程ue的用户业务会话，其经由演进型proseue到网络中继中继到网络。应该注意的是，演进型prose远程ue具有在没有中继的情况下直接连接到演进型分组核心网(evolvedpacketcore，简称epc)的功能。较低的功耗和较低的复杂度是演进型prose远程ue的两个方面。考虑到了对3gpplte无线频谱进行有效使用，尤其是当其在内覆盖与外覆盖演进型prose远程ue之间共享时。诸如蓝牙等的其他通信技术也可以认为是远程设备(例如，prose远程ue)与中继设备(例如，proseue到网络中继)之间通信的候选者。

图4示出了强调涉及rd的不同连接类型的通信系统400。通信系统400包括rd405。如图4所示，rd405是移动的，能够与接入节点420进行直接通信或与接入节点420进行中继通信。接入节点420也可以称为基站、接入点、nodeb、演进型nodeb(evolvednodeb，简称enb)、gnodeb(gnodeb，简称gnb)、主nodeb(masternodeb，简称menb)或主gnb(mastergnb，简称mgnb)、辅nodeb(secondarynodeb，简称senb)或辅gnb(secondarygnb，简称sgnb)等。通过该连接(直接或中继的)，rd405能够通过网络430参与与应用服务器425的通信。

例如，3gpprat支持的直接连接435实现了rd405与应用服务器425之间的实时和/或非实时数据通信。

当rd405移动时，它可能会遇到具有覆盖区域411的中继设备410。应该注意的是，为了避免混淆，rd405在覆盖区域411中被示为rd407。当在覆盖区域411中时，rd407可以经由间接连接440与接入节点420进行通信，其中，间接连接440包括中继设备410与接入节点420之间的第一连接442以及中继设备410与rd407之间的第二连接444。第一连接442可以是3gpprat连接，而第二连接444可以是3gpprat或非3gpprat连接(取决于rd407和中继设备410都支持的rat)。当rd405移动到中继设备415的覆盖区域416中时，可能会发生类似的情况(其中，为了避免混淆，rd405现在称为rd409)。

根据示例性实施例，无线连接建立过程的各个阶段均使用优化功耗的rat和/或ran来执行。根据无线连接的设备的一个或多个选择标准，选择与无线连接建立过程的每个阶段相关联的rat和/或ran。选择标准可以针对无线连接的特定阶段或者对于多个阶段是共同的。与每个阶段相关联的rat和/或ran的选择本质上可以是自动的、智能的和动态的。选择标准的示例包括设备能力、设备建立、操作场景、移动性场景、服务历史、服务类型、服务要求、服务质量(qualityofservice，简称qos)要求、rat和/或ran条件、rat和/或ran负载等。

图5示出了强调利用分阶段(其中，“分离的”意味着使用可能不同的rat和/或ran来执行阶段)以及rat和/或ran的第一示例性组合建立无线连接的通信系统500。通信系统500包括rd505。如图5所示，rd505是移动的，能够与接入节点515进行直接通信和/或通过中继设备510与接入节点515进行中继通信。通过该连接(直接或者中继的)，rd505能够通过网络525参与与应用服务器520的通信。

当rd505移动时，它可能会遇到具有覆盖区域511的中继设备510。应该注意的是，为了避免混淆，rd505在覆盖区域511中被示为rd507。当在覆盖区域511中时，可以建立rd507与中继设备510之间的无线连接。如图5所示，触发阶段由接入节点515通过3gpprat连接发送的3gpp触发发起(事件530)。3gpp触发可以是用于rd发现的寻呼和/或控制消息，可以包括与rd507或业务请求相关联的参数。3gpp触发可以使中继设备510开始发现包括rd507等的附近rd的过程，从而发起rd到中继设备的通信。可选的，当存在直接3gpp连接时，中继设备或rd可以发起触发阶段。可选的，可以通过3gpprat连接将蜂窝寻呼指向rd以指示rd开始触发阶段。

中继设备510执行设备和/或业务发现阶段(事件535)。在一个示例中，中继设备510使用具有中继或uu参数的蓝牙和/或ble来执行基于通用接入配置文件(genericaccessprofile，简称gap)的发现，例如，查询-查询扫描或广播扫描、蓝牙寻呼-寻呼扫描、用于同步等的ble扫描以及用于认证的配对。如果需要，还执行基于属性协议(attributeprotocol，简称att)和/或通用att(genericatt，简称gatt)或业务发现协议(servicediscoveryprotocol，简称sdp)的业务发现。与蜂窝同步、蜂窝能力或相关rat相关的信息也可以包括在发现阶段期间交换的信息中。

rd507和中继设备510参与连接建立阶段(事件540)。rd507与中继设备510之间的连接可以利用rd507和中继设备510都支持的任何rat(3gpp或非3gpp)。在一个示例中，lte-d用于rd507与中继设备510之间的连接。为了帮助节省时间和/或功率，可以在连接建立阶段对使用诸如蓝牙或ble等替代rat的消息交换进行使用。设备发现阶段和连接建立阶段就时间和rat而言可以是彼此分离的，从而在两个阶段中实现灵活性以及不同的rat组合。在一个示例中，业务发现阶段可以使用不同的rat用于发现目的。

在rd507与接入节点515之间建立间接连接(例如，中继的3gpp连接)(事件545)。通过触发阶段、设备发现阶段和连接建立阶段期间交换的消息来建立间接连接。

如果rd505不在中继设备的覆盖区域中，例如，不在中继设备510的覆盖区域511中，则在rd505与接入节点515之间建立直接3gpp连接(事件550)。直接3gpp连接的示例包括3gpprrc连接和/或3gppuu连接。关于间接连接或直接连接建立的选择可以在实践中的任何时间进行，并且可以是基于rd505和/或中继设备510的需要。在一个示例性实施例中，直接连接例如可以是窄带iot(narrowbandiot，简称nb-iot)类m2连接。

图6示出了由参与利用分阶段以及rat和/或ran的第一示例性组合建立无线连接的设备所执行的消息交换和处理的示图600。示图600显示了rd605、中继设备607和接入节点609(其代表网络实体)执行的消息交换和处理。可以对图6所示事件和块的排序打乱或重新排序。

接入节点609检测触发条件(块615)。触发条件可以包括rd605的移动事件。或者，触发事件可以是与rd605相关联的应用，其认为需要与rd605进行通信。接入节点609发起无线连接建立的触发阶段(事件617)。在一个说明性示例中，接入节点609将3gpp触发(例如，寻呼和/或控制消息)发送到中继设备607。例如，3gpp触发可以指定特定的业务和rd发现请求。中继设备607确定存在未注册的rd，即rd605，并且该发现是允许的(块619)。如果是这样，中继设备607发起发现阶段(也是块619)，其通常还包括如事件621所示的配对阶段(例如，利用蓝牙或ble)。或者例如，此处未示出，中继设备607可能会从两个设备之间的先前发现过程的记录中发现rd605已经注册。因此，不需要发现阶段(例如，信标和扫描)，仅需要配对阶段，包括用于同步、认证以及重新注册等的rd605和中继设备607之间的操作。在一个说明性示例中，中继设备607使用蓝牙或ble发现技术，例如，前面讨论的那些，来执行设备发现。例如，设备发现会对3gpp触发中接入节点609提供的参数进行利用。在一个可选的示例性实施例中，rd605可以通过发现中继设备来触发建立无线连接。

远程设备607和rd605交换消息以执行设备发现和配对(事件621)。高功率的rat可以用于执行设备发现。在一个说明性示例中，远程设备607和rd605在执行设备发现时交换蓝牙或ble消息。设备发现中使用的rat可以由接入节点609请求或由rd605和中继设备607自动选择。rd605执行参数解封装和/或封装以及配置和能力检查(块623)。远程设备607和rd605交换的消息包括接入节点609提供的参数，并且可以基于设备发现中使用的rat来封装。由于只有具有设备发现期间交换的信息的设备才能够正确地执行封装和解封装，因此交换的信息或数据的封装(和解封装)有助于设备的认证。远程设备607确定发现了rd605并且协商和交换了连接参数(块625)。在一个说明性示例中，尽管蓝牙或ble用于设备发现，但还是要对用于3gpp连接(例如，3gpplte)的连接参数进行协商和交换。在可选的示例性实施例中，rd605可以已经注册了中继设备607，或者中继设备607可以选择与注册的rd进行同步和配对，而不是执行设备发现。

在连接建立阶段，建立rd605与中继设备607之间的无线连接(事件627)。第一rat(已经存在于rd605与中继设备607之间)中的连接可以用于在第二rat(用于rd605与接入节点609之间的连接)中建立连接。在一个示例中，蓝牙或ble连接和/或蓝牙或ble消息用于建立3gpplte连接，例如，直接或间接3gpplte连接或侧链路3gpplte连接。rd605与中继设备607之间的无线连接本质上可以是无连接或异步无连接(asynchronousconnection-less，简称acl)的，但是中继设备607到rd605查询/广播消息交换不需要是无连接的，除了第一个消息以外。另外，蓝牙连接或ble事务可以用于传送信息，其用于rd605与接入节点609之间的直接、间接或侧链路3gpplte通信。可选地，中继设备607和接入节点609对设备发现、连接和参数进行确认(事件629)。

rd605确定在rd605与接入节点609之间建立无线连接(块631)。例如，rd605可以确定建立了直接或间接或侧链路3gpplte连接。如果建立了直接3gpplte连接，则rd605和接入节点609能够直接通信(事件633)。rd605与接入节点609之间的通信可以使用用于任何允许的3gpplte连接类别的uu连接来完成。如果建立了间接3gpplte连接，则中继设备607对rd605与接入节点609之间的通信进行中继(事件635和637)。应该注意的是，rd605与中继设备607之间的连接以及中继设备607与接入节点609之间的连接可以使用不同的rat。直接和间接连接可以用于相同目的或用于补充目的，并且可以通过独立方式、顺序或互斥的方式建立。可以使用封装在中继消息内的消息来建立直接、间接或侧链路3gpplte连接，例如，使用连通性或lte-d而不是通过未封装的形式到达rd605。3gpplte连接可以是分离的直接和间接连接的组合。对于任一配置，较新的消息通过具有蜂窝能力交换的不同rat进行封装，例如，使用att/gatt消息的蓝牙或ble。

当rd605与接入节点609之间建立直接3gpplte连接时，中继设备607仍然可以通过诸如事件627中所建立的rd到中继设备连接来帮助rd605。在一个说明性示例中，中继设备607在中继连接上将下行载波信息从中继设备607传送到rd605，从而帮助蜂窝uu下行同步。在另一说明性示例中，中继设备607执行随机接入信道(randomaccesschannel，简称rach)前导码预指定，从而帮助rd605的uu上行同步。在又一说明性示例中，中继设备607帮助了rd特定的mib/sib解码以及rrc信令。

利用直接、间接或侧链路3gpplte连接建立，rd605可以使用wi-fi、蓝牙或ble用于rd605与中继设备607和3gpplte之间的点对点(point-to-point，简称p2p)通信，以用于中继或直接的蜂窝通信。如果支持直接蜂窝通信，则可以使用3gpplte或nb-iot的uu。如果支持中继蜂窝通信，则可以使用lte-d或pc5侧链路或任何非3gpp连通性链路以及中继设备607的uu连接。中继设备607可以通过建立的p2p连接来帮助rd605实现蜂窝上下文或rrc状态的维护。

图7示出了强调利用分阶段以及rat和/或ran的第二示例性组合建立无线连接的通信系统700。通信系统700包括rd705。如图5所示，rd705是移动的，能够与接入节点715进行直接通信和/或通过中继设备710与接入节点715进行中继通信。通过连接(直接或中继的)，rd705能够通过网络725参与与应用服务器720的通信。如图7所示，rd705没有lte连通性但是具有lte-d能力和低数据速率能力的nb-iot连接。当rd705需要高数据速率连接时，rd705触发建立与接入节点715的无线连接，因为此时rd705没有可用的替代连接。应该注意的是，尽管存在nb-iot无线连接，但nb-iot无线连接可能不能支持所需的数据速率。此外，如果rd705在没有接入节点715帮助的情况下进入触发阶段，则可能导致过多的时间和功耗，例如，由于在盲目搜索任何可用通信路径中使用了较大的搜索空间。此外，如果rd705采用使用nb-iot连接的通信来执行与接入点715的通信，可能导致过度的功耗，例如由于低数据速率造成了过多的通信时间。

当rd705移动时，它可能会遇到具有覆盖区域711的中继设备710。应该注意的是，为了避免混淆，rd705在覆盖区域711中被示为rd707。当在覆盖区711中，可以建立rd707和中继设备710之间的无线连接，支持比rd705与接入节点715之间先前建立的nb-iot的无线连接更高数据速率的通信。如图7所示，触发阶段由rd705发送的3gpp触发发起(事件730)。在一个说明性示例中，rd705将3gpp触发直接发送到接入节点715以请求中继设备发现。3gpp触发包括业务请求以及诸如rd参数等的参数。或者，可以在直接3gpppc5接口上使用lte-d在rd707与中继设备710之间发送3gpp触发，例如，在nb-iot部署中。或者，可以使用wi-fidirect或lte-d和wi-fidirect的组合而不是lte-d来发送3gpp触发。在另一替代方案中，rd707与中继设备710之间的高功率d2d技术连接可以用于帮助建立高数据速率的无线连接。在又一替代方案中，中继设备710可使用本文所讨论的任何技术来发起触发阶段，例如lte-d、wi-fidirect、高功率d2d技术、蓝牙，ble等。

接入节点715使用直接3gpp通信将3gpp触发发送到中继设备710(事件735)。3gpp触发可以是用于rd发现的寻呼和/或控制消息，并且可以包括与rd707相关联的参数(由发起事件730中触发阶段的3gpp触发中的rd705所提供)或业务请求。3gpp触发可以使中继设备710开始发现附近rd的过程，包括rd707，从而发起rd到中继设备的通信。在一个替代的示例性实施例中，可以用rd707来代替事件730中发送的3gpp触发和/或事件735中发送的3gpp触发，从而直接发现中继设备710，然后通过中继设备710建立与接入节点715的间接连接。

中继设备710执行设备和/或业务发现阶段(事件740)。在一个示例中，中继设备710根据业务请求或参数使用lte-d来执行d2d发现。接入节点715向rd705通知候选中继设备(事件745)。来自接入节点715的通知可以通过直接3gppuu接口(例如，通过事件745中的nb-iot)发送，并且可以包括与候选中继设备相关联的参数。rd705(例如，在中继设备710的情况下为rd707)使用分配的资源启动或响应d2d发现。在可选的示例性实施例中，事件745还可以形成高速直接3gppuu数据连接(例如，通过ltembb或移动宽带)作为事件750中建立的高速中继数据连接的替代选择或bw聚合候选。

rd707和中继设备710参与连接建立阶段(事件750)。在一个示例中，rd707和中继设备710交换消息以建立基于业务请求或参数的3gpppc5侧链路连接。在rd707与接入节点715之间建立间接3gpp连接或高速直接3gpp连接(其为关于事件730中使用的无线连接的替代或增强，这在图7中的事件745中示为ltembb连接)(事件755)。

图8示出了由参与利用分阶段以及rat和/或ran的第三示例性组合建立无线连接的设备所执行的消息交换和处理的示图800。示图800显示rd805、第一中继设备807、第二中继设备809和接入节点811(其代表网络实体)执行的消息交换和处理。可以对图8中所示的事件和块的排序打乱或重新排序。

rd805检测到触发条件(块815)。触发条件可以包括与需要高数据速率连接的rd805相关联的应用，例如虚拟现实应用。rd805通过向接入节点811发送中继请求来发起触发阶段(事件817)。可以通过nb-iot连接、lteuu连接等来发送中继请求。应该注意的是，nb-iot连接对于发送中继请求可能是功率有效的，但是对于满足高数据速率连接的要求不具有功率效率，可能根本无法满足。接入节点811执行检查以确定是否在rd805附近存在任何已知的中继设备以及它们是否能够为rd805进行中继(块819)。出于讨论的目的，需要考虑第一中继设备807和第二中继设备809在rd805的附近，并且能够为rd805进行中继的情况。接入节点811采用中继业务请求对第一中继设备807和第二中继设备809进行寻呼(事件821)。中继业务请求可以包括关于rd805的信息、rd805正在请求的业务、与rd805相关联的参数等。

尽管第一中继设备807和第二中继设备809都能够为rd805提供中继服务，但实际上两者可能都不提供中继服务。在一个示例中，第二中继设备809的所有者可以拒绝允许第二中继设备809提供中继服务，第二中继设备809的电池状况不允许第二中继设备809提供中继服务，第二中继设备809的能力不符合rd805的要求等。因此，第二中继设备809不响应来自接入节点811的业务请求(块823)。然而，第一中继设备807(或其所有者)愿意为rd805提供中继服务，并且通过确认来响应来自接入节点811的业务请求(事件825)。应该注意的是，即使接入节点811能够为rd805找到一个或多个中继设备，当所有的中继设备都不能够或者都不愿意提供中继服务时，可能会出现这种情况。

第一中继设备807进行发送或请求以实现发现的目的(块827)。在一个示例中，第一中继设备807使用pc5针对rd805进行发送。接入节点811发送关于中继设备的信息和发现参数，其中，该中继设备对事件821中发送的中继业务请求进行响应(事件829)，这在图8所示的实例中包括第一中继设备807的信息和发现参数。rd805根据接入节点811提供的信息和发现参数来执行设备发现(块831)。在一个示例中，rd805监视或触发设备发现，例如，使用pc5通知、请求或请求响应。在通知或请求响应的情况下，rd805向第一中继设备807进行发送。可以使用rd805(在事件817中用信号通知)或接入节点811选择的rat(例如，lte侧链路)来执行设备发现。或者，rat可以由rd805和接入节点811自动选择。可以基于第一中继设备807或rd805的请求发起本文示出的基于pc5的发现，从而支持lte-d中的模式a或模式b。

rd805和第一中继设备807交换消息以建立中继连接，例如pc5连接(事件833)。第一中继设备807可选地向接入节点811发送中继连接确认响应(事件835)。发送到接入节点811的确认也可以由rd805或rd805和第一中继设备807进行发送。rd805和接入节点811通过第一中继节点807的间接连接进行通信(事件837)。间接连接可以包括用于所请求业务的pc5侧链路和uu链路。需要注意的是，事件821、829和833中交换的业务和/或业务发现的参数以及块827中产生的广播或请求可以一次全部进行传送，或者通过涉及的设备之间的几次握手迭代进行通信和协商。

图9示出了在无线连接建立期间进行功率优化的同时参与建立无线连接的选择设备中发生的示例性操作900的流程图。操作900可以指示选择设备(例如rd、中继设备或接入节点)中发生的操作，因为选择设备参与建立无线连接。

操作900开始于选择设备为无线连接建立过程的阶段选择rat和/或ran，选择rat和/或ran可以优化所涉及设备的功耗并满足无线连接的性能要求(块905)。如前所述，无线连接建立过程是一个多阶段过程，并且选择设备能够为其参与的过程中任一阶段选择rat和/或ran。在选择rat和/或ran时考虑rd的功耗。另外，在进行选择时也可以考虑中继设备的功耗，因为功耗也是某些中继设备的考虑因素。在一个示例中，为了支持rd与中继设备之间的高数据速率连接，选择设备通过nb-iot连接选择lte-d侧链路连接，从而优化功耗并满足无线连接的性能要求。类似地，当蓝牙或ble连接满足rd与中继设备之间的无线连接的性能要求时，选择设备通过3gpplte选择蓝牙或ble以优化rd(以及可能的中继设备)的功耗。也可以根据所涉及设备的能力来选择rat和/或ran。在一个示例中，选择设备将不会选择所涉及设备不支持的rat和/或ran。在另一示例中，如果所涉及的设备支持多个较好的候选rat和/或ran，则选择设备可基于其他考虑因素来选择rat和/或ran，例如，对相邻设备的干扰、操作环境条件、抗干扰性等。选择设备参与无线连接建立过程的阶段(块910)。

图10示出了用于执行本文所述方法的处理系统1000实施例的框图，其中，所述处理系统1000可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统1000包括处理器1004、存储器1006和接口1010至1014，它们可以(或可以不)如图10所示排列。处理器1004可以是用于执行计算和/或其它处理相关任务的任何组件或组件的集合，存储器1006可以是用于存储程序和/或指令以供处理器1004执行的任何组件或组件的集合。在一个实施例中，存储器1006包括非瞬时性计算机可读介质。接口1010、1012和1014可以是任何允许处理系统1000与其它设备/组件和/或用户通信的组件或组件的集合。例如，接口1010、1012和1014中的一个或多个可以用于将数据、控制或管理消息从处理器1004传送到安装在主机设备和/或远程设备上的应用。在另一示例中，接口1010、1012和1014中的一个或多个可以用于允许用户或用户设备(例如，个人计算机(personalcomputer，简称pc)等)与处理系统1000进行交互/通信。处理系统1000可以包括图10中未示出的附加组件，例如，长期存储器(例如，非易失性存储器等)。

在一些实施例中，处理系统1000包括在接入或部分接入通信网络的网络设备中。在一个示例中，处理系统1000处于无线或有线通信网络中的网络侧设备中，例如，基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用程序服务器，或通信网络中的任何其它设备。在其它实施例中，处理系统1000处于接入无线或有线通信网络的用户侧设备中，例如，用于接入通信网络的移动台、用户设备(userequipment，简称ue)、个人计算机(personalcomputer，简称pc)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或任何其它设备。

在一些实施例中，接口1010、1012和1014中的一个或多个将处理系统1000连接到用于通过通信网络发送和接收信令的收发器。图11示出了用于通过通信网络发送和接收信令的收发器1100的框图。收发器1100可以安装在主机设备中。如图所示，收发器1100包括网络侧接口1102、耦合器1104、发射器1106、接收器1108、信号处理器1110以及设备侧接口1112。网络侧接口1102可以包括任何用于通过无线或有线通信网络发送或接收信令的组件或组件的集合。耦合器1104可以包括任何有利于通过网络侧接口1102进行双向通信的组件或组件的集合。发射器1106可以包括任何用于将基带信号转化为可通过网络侧接口1102发送的调制载波信号的组件(例如，上变频器和功率放大器等)或组件的集合。接收器1108可以包括任何用于将通过网络侧接口1102接收的载波信号转化为基带信号的组件(例如，下变频器和低噪声放大器等)或组件的集合。信号处理器1110可以包括任何用于将基带信号转换成适合通过设备侧接口1112传送的数据信号或将数据信号转换成适合通过设备侧接口1112传送的基带信号的组件或组件的集合。设备侧接口1112可以包括任何用于在信号处理器1110和主机设备内的组件(例如，处理系统1000、局域网(localareanetwork，简称lan)端口等)之间传送数据信号的组件或组件的集合。

收发器1100可通过任意类型的通信媒介发送和接收信令。在一些实施例中，收发器1100通过无线媒介发送和接收信令。例如，收发器1100可以为用于根据无线通信协议进行通信的无线收发器，例如，蜂窝协议(例如长期演进(longtermevolution，简称lte)等)、无线局域网(wirelesslocalareanetwork，简称wlan)协议(例如wi-fi等)或任意其它类型的无线协议(例如，蓝牙、近距离通讯(nearfieldcommunication，简称nfc)等)。在此类实施例中，网络侧接口1102包括一个或多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口1102可以包括单个天线、多个单独的天线或用于多层通信的多天线阵列，例如，单输入多输出(single-inputmultiple-output，简称simo)、多输入单输出(multiple-input-single-output，简称miso)、多输入多输出(multiple-inputmultiple-output，简称mimo)等。在其他实施例中，收发器1100通过有线介质发送和接收信令，例如，双绞线电缆、同轴电缆、光纤等。具体的处理系统和/或收发器可以使用示出的全部组件或使用组件的子集，并且设备的集成程度可能互不相同。

应该理解的是，本文提供的实施例方法的一个或多个步骤可以由相应的单元或模块执行。例如，信号可以由发送单元或发送模块进行发送。信号可以由接收单元或接收模块进行接收。信号可以由处理单元或处理模块进行处理。其它的步骤可以由选择单元/模块、参与单元/模块和/或交换单元/模块执行。各个单元/模块可以为硬件、软件或其组合。例如，一个或多个单元/模块可以为集成电路，例如，现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)或专用集成电路(application-specificintegratedcircuit，简称asic)。

虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。