CN100336353C - 操作媒体访问控制器的方法 - Google Patents

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CN100336353C CNB028225740A CN02822574A CN100336353C CN 100336353 C CN100336353 C CN 100336353C CN B028225740 A CNB028225740 A CN B028225740A CN 02822574 A CN02822574 A CN 02822574A CN 100336353 C CN100336353 C CN 100336353C
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Abstract

提供一种方法用于远程设备使用循环信标监控无线网络并且与无线网络进行通信。该远程设备接收一个信标(1405)，该信标包括信标信息，其定义一个超帧。该远程设备从该信标信息确定所接收的信标和关联的超帧是否被分配到一个网络设备或者未分配(1410)。通过接收在该网络中许可的尽可能多的信标，该远程设备可以确定该网络是否饱和(1430)。如果远程设备处理所有信标，并且所有信标都表明它们关联的超帧被分配，然后该远程设备确定该网络是饱和的并且执行网络饱和功能。如果远程设备接收一个信标，其表示相关的超帧未分配，则确定该网络是不饱和的并且在未分配的超帧过程中执行关联请求(1415)。

Description

操作媒体访问控制器的方法
技术领域
本申请要求在2001年10月3日提交的名称为“MiniMAC TDMAProtocol”的临时申请的优先权，其公开的全部内容通过引用的方式被包含于此。
背景技术
本发明涉及无线个人网和无线局域网。更加具体来说，本发明涉及用于在无线个人网或无线局域网环境中控制数据发送的系统、方法、设备和计算机程序产品。
国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)标准提供在终端用户和可以与不同系统通信的物理设备之间的7层层级。每个层负责不同的任务，并且OSI标准指定在层之间的相互作用，以及在符合该标准的设备之间的相互作用。
图1示出7层OSI标准的层级。从图1可以看出，该OSI标准100包括物理层110、数据链路层120、网络层130、传输层140、会话层150、表示层160和应用层170。
物理(PHY)层110通过网络在电、机械、功能和过程级别上传送位流。其提供在载体上发送和接收数据的硬件装置。该数据链路层120描述在物理介质上的数位表示和在该介质上的消息格式，用适当的同步发送数据块(例如帧)。该网络层130处理把数据路由和转发到适当目的地，保持和结束连接。传输层140管理端到端控制和错误检查，以保证完整的数据传输。会话层150设置、协调和结束在每端上的应用程序之间的会话、交换和对话。该表示层160把输入和输出数据从一种表示格式转换为另一种表示格式。该应用层170是识别通信方、识别服务质量、考虑用户认证和隐私以及识别对数据语法的任何限制的层面。
IEEE802委员会已经开发出一种用于局域网的三层构架，其大体上对应于OSI标准100的物理层110和数据链路层120。图2示出IEEE802标准200。
如图2中所示，IEEE802标准200包括物理(PHY)层210、媒体访问控制(MAC)层220和逻辑链路控制(LLC)层225。该PHY层210基本上操作为在OSI标准100中的物理层110。该MAC和LLC层220和225共用在OSI标准100中的数据链路层120的功能。该LLC层225把数据置于可以在PHY层210上通信的帧中；并且MAC层220管理在该数据链路上的通信，发送数据帧和接收确认(ACK)帧。与MAC和LLC层220和225负责错误检查以及不被接收和确认的帧的重新发送。
图3为可以使用IEEE802.15标准200的无线网络300的方框图。在一个优选实施例中，该网络300是一个无线个人网(WPAN)或微网。但是，应当知道本发明还可以应用于其他设置，其中带宽在几个用户之间共享，例如无线局域网(WLAN)或者任何其他适当的无线网络。
当使用术语“微网”时，其表示以特别(ad hoc)方式连接设备的网络，其中有一个设备作为协调器(即，作为一个服务器)，并且其他设备(有时称为电台)遵循该协调器的时间分配指令(即，它们作为客户机)。该协调器可以是一个指定设备或者仅仅是被选择作为一个协调器的设备。在该协调器和非协调器的设备之间的主要差别是该协调器必须能够与该网络中的所有设备进行通信，并且各种非协调器的设备不一定能够与所有其他非协调器的设备进行通信。
如图3中所示，该网络300包括协调器310和多个设备321-325。该协调器310用于控制网络300的操作。如上文所述，协调器310和设备321-325的系统可以被称为微网，在这种情况中，协调器310可以被称为一个微网协调器(PNC)。每个非协调器的设备321-325必须通过主无线链路330连接到协调器310，并且还可以通过副无线链路340连接到一个或多个其他非协调器的设备321-325，该副无线链路也被称为对等链路。
另外，尽管图3示出设备之间的双向链路，它也可以是单向的。在这种情况中，每个双向链路330、340可以被示出为两个单向链路，在一个方向上的第一通道和在相反方向上的第二通道。
在一些实施例中，除了用于协调该系统的附加功能以及要求与在网络300中的每个设备321-325进行通信之外，协调器310可以是与任何非协调器的设备321-325相同种类的设备。在其他实施例中，该协调器310可以是一个分离指定的控制单元，其作为设备321-325之一。
在下文的描述过程中，协调器310将被认为是与非协调器的设备321-325相同的设备。但是，其他实施例可以使用一个专用的协调器310。另外，各个非协调器的设备321-325可以包括协调器310的功能元件，但是不使用它们，作为非协调器的设备。可以是这样的情况，其中任何设备是一个潜在的协调器310，但是在一个给定网络中仅仅一个设备实际起到这样的作用。
网络300的每个设备可以是一个不同的无线设备，例如，数码相机、数字摄像机、个人数字助理(PDA)、数字音乐播放器或者其他个人无线设备。
各种非协调器的设备321-325被限制为一个可用的物理区域350，其根据协调器310可以成功地与每个非协调器的设备321-325进行通信的程度而设置。任何能够与协调器310进行通信的非协调器的设备321-325(反之亦然)在网络300的可用区350内。但是，如上文所述，不需要在网络300中的每个非协调器的设备321-325都与每个其他非协调器的设备321-325进行通信。
图4为在图3的网络300中的设备310、321-325的方框图。如图4中所示，每个设备(即，每个协调器310或者非协调器的设备321-325)包括物理(PHY)层410、媒体访问控制(MAC)层420、一组上层430以及管理实体440。
该PHY层410通过主或副无线链路330或340。其以可发送的数据格式产生和接收数据，并且转换为通过MAC层420可用的格式。该MAC层420作为由PHY层410所需的数据格式和由上层430所需的数据格式之间的接口。该上层205包括设备310、321-325的功能性。这些上层430可以包括TCP/IP、UDP、RTP、IP、LLC等等。
一般来说，在一个WPAN中的协调器310和非协调器的设备321-325共用相同的带宽。相应地，该协调器310协调该带宽的共享。人们已经开发出标准来建立用于在无线个人网(WPAN)设置中共享带宽的协议。例如，IEEE标准802.15.3提供一种用于PHY层410和MAC层420的标准，在这样一个设置中，使用时分复用(TDMA)共享带宽。使用该标准，该MAC层420定义帧和超帧，通过帧和超帧，用协调器310和/或非协调器的设备321-325管理由设备310、321-325共享的带宽。
特别令人感兴趣的是各个设备321-325如何可以加入现有的网络300，以及它们如何在网络300的操作过程中与协调器310进行通信。这最好避免在不同设备之间的冲突，如果两个或多个设备321-325同时尝试(相互或与协调器310)进行通信，则可能出现冲突。
下面将描述本发明的优选实施例。尽管在此描述的实施例是在WPAN(或者微网)情况下的，但是应当知道本发明还可以应用于其他设置，其中在几个用户之间共享带宽，例如无线局域网(WLAN)或者任何其他适当的无线网络。
发明内容
与该部分的小标题相一致，现在仅仅简单描述本发明的一些特征。本发明的更加完全的描述是本文献的主题。
本发明的一个目的是提供一种加入现有的无线网络而不与其他设备发生冲突的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种在设备和协调器之间适应通信以避免冲突的方法。
本发明的另一个特征是解决常规的通信系统和方法的上述和其他缺陷。
一些这样的目的通过一种用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法实现，该方法包括：在该远程设备处接收信标，该信标包括定义超帧的信标信息；从该信标信息确定所接收的信标和关联的超帧是否被分配到网络设备；重复接收和确定的步骤，直到该远程设备接收到M个被分配的信标或一个未分配的超帧；如果该远程设备接收到未分配的超帧，则执行关联请求；如果远程设备接收M个被分配的超帧，则执行网络饱和功能，其中M为大于1的整数，其中该信标信息包括表示超帧是否被分配的超帧分配信息，其中该超帧分配信息包括设备标识信息。
该超帧分配信息可以包括表示超帧是否被分配的单个位。如果超帧被分配，则设备标识信息是关联网络设备的设备标识，以及如果超帧不被分配，则该设备标识是不对应于任何网络设备但是表示未分配的超帧的一个给定的未分配数值。
该网络饱和功能包括把错误消息发送到更高层。
还提供一种用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中包括：在该远程设备处接收信标，该信标包括定义超帧的信标信息；从该信标信息确定所接收的信标和超帧是否被完全分配到N个网络设备；重复接收和确定的步骤，直到该远程设备接收到M个被完全分配的超帧或一个未分配的超帧；如果该远程设备接收到未分配的超帧，则执行关联请求；如果远程设备接收到M个被完全分配的超帧，则执行网络饱和功能，其中M为大于1的整数，并且N为大于1的整数。N的数值可以对每个超帧为常数或可以变化。
该信标信息包括超帧分配信息，其表示该超帧是否被完全分配或未分配。
该超帧分配信息包括第一至第N个设备标识信息。第一至第N个设备标识信息中的每一个最好是一个关联网络设备的设备标识或不对应于任何网络设备但是表示未分配的超帧的给定的未分配数值。如果所有第一至第N个设备息是设备标识，则认为该超帧被完全分配，并且如果第一至第N个设备信息中的任何信息是该给定的未分配数值，则认为该超帧未分配。
该网络饱和功能包括把错误消息发送到更高层。
另外，提供一种用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中包括：产生M个信标，每个信标包括定义M个超帧之一的信标信息；以及在M个超帧的过程中顺序地发送M个信标，其中该信标信息包括表示该信标和关联的超帧是否被分配到该网络中的设备的数据，其中M为大于1的整数。
在该网络的整个操作过程中，连续地重复产生M个信标并且顺序地发送M个信标的步骤。
M可以等于在该网络中允许的设备的最大数目，或者M可以等于在该网络中被分配的设备的数目加上给定值。该给定值可以是1。
提供另一种用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中包括：产生M个信标，每个信标包括信标信息，其定义M个各自的超帧之一；以及在M个各自的超帧的过程中顺序地发送M个信标，其中该信标信息包括表示该信标和关联的超帧是否被分配到该网络中的N个设备的数据，以及其中M为大于1的整数，以及其中N为大于1的整数。
在该网络的整个操作中，连续地重复产生M个信标和顺序发送M个信标的步骤。
(M×N)数值可以等于在该网络中允许的设备的最大数目。
附图说明
通过结合附图参照下文的详细描述可以更加完整地获得和理解本发明及其附加的优点。在图中相同的参考标号表示相同或相应的部分。
图1为用于计算机通信构架的OSI标准的方框图；
图2为用于计算机通信构架的IEEE802标准的方框图；
图3为无线网络的方框图；
图4为在图3的无线网络中的设备或协调器的方框图；
图5为根据本发明优选实施例的超帧的方框图；
图6为根据本发明优选实施例的一个帧的方框图；
图7A和7B为示出根据本发明优选实施例的图6的MAC报头的方框图；
图8A至8H为示出根据本发明第一优选实施例的来自图6的示意有效负荷的方框图；
图9为示出根据本发明第一优选实施例的在一个超帧中的元素的排列的方框图；
图10为示出根据本发明第二优选实施例的在一个超帧中的元素的排列的方框图；
图11为示出在一个循环信标超帧结构中的超帧副本的方框图；
图12A-12D为示出在图11的超帧的结构的方框图；
图13为根据本发明优选实施例用于识别是否存在一个现有网络的启动过程的流程图；
图14为根据本发明优选实施例的关联过程的流程图；
图15为根据本发明优选实施例的启动网络的新设备的SDL消息顺序图；以及
图16为根据本发明优选实施例的示意启动和关联过程的SDL消息顺序图。
具体实施方式
本发明提供通过使用定义在网络300上的数据路径在超帧内的循环信标协调在网络300中操作或者尝试加入网络300的设备310、321-325的方法。
设备ID和MAC地址
在网络300中协调设备310、321-325的一个重要方面是唯一地识别每个设备310、321-325。存在可以实现该目的的几种方式。
与所在的任何网络相独立，每个设备310、321-325具有唯一的MAC地址，其可以用于识别该设备。该MAC地址通常由制造商所分配，使得没有两个设备310、321-325具有相同的MAC地址。用于本发明的优选实施例中管理MAC地址的一组标准可以在IEEE标准802-1990“用于局域网和城域网的IEEE标准：概述和构架”中找到。
为了便于操作，该网络300还可以把一个设备ID分配到在网络300中的每个设备310、321-325，以结合其唯一的MAC地址而使用。在优选实施例中，该MAC 420使用特别的设备ID来识别设备310、321-325。这些设备ID例如可以被用于MAC报头中。该设备ID通常比用于每个设备310、321-325的MAC地址小得多。在该优选实施例中，该设备ID为4位并且该MAC地址为48位。
每个设备310、321-325应当保持映射表，其映射设备ID和MAC地址之间的对应关系。该表根据由协调器310提供到设备321-325的设备ID和MAC地址信息而填充。这使得每个设备310、321-325通过设备ID或MAC地址来指代它们自身或其他设备。
本发明可以使用用于高速WPAN的IEEE803.15.3标准，该标准目前由IEEE802.15 WPAN任务组3(TG3)来开发。包括802.15.3工作组的档案的目前草案802.15.3标准的具体细节可以在网址：http://www.ieee802.ora/15/pub/TG3.html中找到。在此公开的内容被认为是与在IEEE802 LAN/MAN标准委员会网页上给出的草案802.15.3标准相兼容的。
超帧
在一个给定网络300中的可用带宽被协调器310在时间上分离为一系列重复的超帧。这些超帧定义可用的传输时间如何在各种任务之间被分割。然后根据在超帧中给出的时序在这些超帧内传送各个数据帧。
图5为根据本发明优选实施例的一个超帧的方框图。如图5中所示，每个超帧500可以包括信标周期510、争用访问周期(CAP)520和无争用周期(CFP)530。
为协调器310留出信标周期510，以发送一个信标帧(例如参见图6和8H)到在该网络300中的非协调器的设备321-325。每个设备321-325已知如何在加入网络300之前识别信标510，并且使用信标510来识别现有的网络300以协调在该网络300内的通信。
CAP 520被用于在网络上发送命令或异步数据。该CAP 520可以在许多实施例中被取消，然后该系统将仅仅在CFP 530过程中传送命令。
该CFP 530包括多个时隙540。这些时隙540由协调器310分配到成对的设备310、321-325，用于在它们之间传送信息(即，每个时隙540被分配到一个特定的发送器-接收器对)。
该时隙540可以是管理时隙(MTS)或者保证时隙(GTS)。一个MTS是用于在协调器310和一个非协调器的设备321-325之一之间发送管理信息的时隙。这样，必须使得协调器310作为该传输对的一个成员。如果协调器310是该接收设备，则一个MTS可以进一步被定义为一个上行链路MTS(UMTS)，或者如果协调器310是发送设备，则MTS可以被定义为一个下行链路MTS(DMTS)。
一个GTS是用于在网络300中在设备310、321-325之间发送非管理数据的时隙。这可以包括在两个非协调器的设备321-325之间发送的数据或者在协调器310和非协调器的设备321-325之间发送的非管理数据。
如在本申请中所用，一个数据流是在源设备和一个或多个目标设备之间的通信。该源和目标设备可以是在该网络300中的任何设备310、321-325。对于到多个目的地的数据流，该目标设备可以是在网络300中的所有或一些设备310、321-325。
在一些实施例中，该上行链路MTS可以位于CFP 530的前方，并且下行链路MTS位于CFP 530的末端，以使得协调器310有机会在相同超帧500中的下行链路MTS中响应上行链路MTS。但是，这不要求协调器310在相同的超帧500中响应一个请求。相反，该协调器310可能响应分配到在较后超帧500中的非协调器的设备321-325的另一个下行链路MTS。
该超帧500是在时间上重复的固定时间结构。该超帧500的特定持续时间在信标510中描述。实际上，信标510一般包括关于信标510重复的频率的信息，其有效地对应于超帧500的持续时间。该信标510还包括关于网络300的信息，例如每个时隙540的发送器和接收器的标识，以及协调器310的标识。
用于网络300的系统时钟最好通过信标510的产生和接收而同步。每个非协调器的设备321-325将存储在有效信标510成功接收后的同步点时间，然后使用该同步点时间来调节其自身的时序。
尽管未在图5中示出，最好有分布在CFP 530中的时隙540之间的保护时间。保护时间被用于TDMA系统来防止由于时钟精度的不可避免的错误和基于空间位置的传播时间差而导致两次传输的时间重叠。
在一个WPAN中，该传播时间与时钟精度相比通常不重要。因此，由于先前的同步事件，所需的保护时间量最好主要基于时钟精度和持续时间。当设备321-325成功地从协调器310接收信标帧时，通常出现这样一种同步事件。
为了简单起见，单个保护时间值可以被用于整个超帧。该保护时间最好被置于每个信标帧、GTS和MTS的端部。
帧
在每个超帧500内，在设备310、321-325之间通过帧传输信息，其定义如何发送信号。特别地，一个帧定义构成该信号的数位如何被组织，使得它们以可识别的格式而发送。
图6为根据本发明优选实施例的一个帧的方框图。如图6所示，该帧600可以包括前同步码610、报头620、报头检查序列(HCS)630、有效负荷640、帧检查序列(FCS)450以及后同步码660。该报头620最好被分为物理报头622和MAC报头624。这些元素将在下文中详细讨论。
前同步码
前同步码610是一个给定位组合格式，其被用于在两个通信的设备310、321-325之间同步发送时序。当通过给其一个统一、已知的开始点启动数据发送时，它保证接收器正确地翻译。另外，该前同步码610可以包括被用于在各种设备310、321-325中同步时钟的开始帧分隔符(SFD)。
报头
如上文所述，该报头620被分为物理报头622和MAC报头624。物理报头622提供关于在设备310、321-325之间发送的物理信号的信息，并且其最好至少包括当前有效负荷640的长度。它还可以包括与发送有效负荷640的数据率相关的信息或者其他信息。
该MAC报头624最好包括与在设备310、321-325之间的帧的传输相关的数据。图7A和7B为示出根据本发明优选实施例的图6的MAC报头的方框图。图7A为示出根据第一优选实施例的MAC报头的方框图，以及图7B为示出根据第二实施例的MAC报头的方框图。
如图7A中所示，MAC报头624包括版本标识符705、ACK策略指示符710、序列号715、帧类型720、目标设备ID 725以及源设备ID730。
该版本标识符705包括所用的报头620的版本。在该优选实施例中，版本标识符705是单个数位。在另一个实施例，它可以更大。
ACK策略指示符710被用于设置在当前帧600被发送之后何时需要一个确认(ACK)。在该优选实施例中，ACK策略指示符710是当需要一个ACK时被设置为“真”数值(例如，“1”)并且当不需要ACK时被设置为“假”数值(例如，“0”)的单个数位。在广播和多播帧中，应当设置为“假”数值，从而该接收器将不产生一个ACK帧。另外，确认帧将具有设置为“伪”数值的ACK策略指示符710，因为它们不被确认。
序列号715被用于跟踪数据帧的发送并且负责复制帧。序列号715循环通过F数值，其被分配给连续发送的数据帧。如果接收器接收具有相同序列号715的两个连续帧，它知道由于重新发送而接收一个重复帧。该重复帧应当被确认，但是被抛弃。在该优选实施例中(F＝3)。对于所有其他帧600，该序列号保持为零。
该帧类型720表示什么类型的帧600被发送。在该优选实施例中，该帧类型720为4比特。帧类型720包括：信标、状态请求、关联请求、关联回复、分离指示、ACK、数据、流分配请求、流分配回复、流解除分配、流重新分配。
一个信标帧类型表示该帧为一个信标510，其由协调器310在每个超帧500开始时产生。一个状态请求帧由MTS中的协调器310所发送，以检查该目标设备的状态。一个关联请求帧由一个新设备所发送，请求该协调器310让它加入协调器310。响应关联请求帧，一个关联请求帧由协调器310发送到新设备。一个分离指示帧由当前设备321-325发送到协调器310，以表示与网络300分离。一个ACK帧表示一个先前帧的立即确认(ACK)。一个数据帧在任何两个设备之间发送，以沿着一个数据流传送同步数据。一个流分配请求帧由当前设备321-325发送到协调器310，以请求它被分配一个数据流。一个流分配答复帧被响应一个流请求帧从协调器310发送到一个当前设备321-325。一个流解除分配帧被从当前设备321-325发送到协调器310，以表示该当前设备321-325不再需要一个数据流。一个流重新分配帧被从一个设备321-325发送到协调器310，以请求改变已经分配的数据流。
该目标设备ID 725是接收帧600的设备310、321-325的设备ID。
源设备ID 730是发送帧600的设备310、321-325的设备ID。
图7B示出根据本发明第二实施例的MAC报头624。该实施例符合IEEE802.15.3标准的报头格式。如图7B所示，该MAC报头624包括帧控制755、网络ID 760、目标设备ID 725、源设备ID 730、碎片控制765和流控制770。
帧控制755提供关于版本、帧类型、确认策略、重试策略等等。在该优选实施例中，帧控制755为16位，并且被分为多个字段：表示报头格式的版本的协议版本字段；表示被发送的帧类型的帧类型字段；表示是否将使用安全协议的SEC字段；表示将用于该帧的确认策略的ACK策略字段；表示是否应当对当前帧作延迟确认的延迟ACK请求字段；表示该帧是否为先前帧的重新发送的重试字段；以及表示该发送设备是否具有要在相同GTS中的当前帧之后发送的更多数据。
网络ID 760表示用于网络300的标识号。最好该号对于网络300的持续时间保持恒定，并且还对由给定协调器310所创建的任何网络300保持固定。
目标设备ID 725是接收帧600的设备310、321-325的设备ID。
源设备ID 730是发送帧600的设备310、321-325的设备ID。
碎片控制765被用来有助于在网络300中的服务数据单元(SDU)的碎片和重新组合。其最好包括与当前服务数据单元、当前碎片号和先前碎片号相关的信息。
流控制770表示用于由当前帧600所使用的数据流的唯一流标识符。
在第一优选实施例中，该报头620为32位。如果对于报头620的给定部分需要更少的位，则未使用的为可以被保留。换句话说，它们可以说明该报头长度并且用每个报头发送，但是不由该接收设备所使用。结果，所使用的实际位数是不重要的。
例如，在第一优选实施例中(参见图6和7A)，选择如下数值。物理报头622和MAC报头624都为16位。在物理报头622内，该帧长度为15位，并且1位被保留。在该MAC报头624内，该版本标识符705是1位，该ACK策略指示符710是1位，该序列号715是2位，该帧类型720是4位，该目标地址725是4位，以及该源地址730是4位。
报头检查序列(HCS)
HCS 630是包含用于确认报头620的循环冗余校验码(CRC)。在第一优选实施例中，该HCS是16位，并且它最好使用如下被称为CRC-CCITT的16次标准生成多项式来计算：
G(x)＝x16+x12+x5+1                 (1)
该HCS 630是下列数的总和的1的的补数(模2)：(1)xk×(x12+x11+x10+x8+x3+x2+x1+1)除以G(x)(模2)的余数，其中k是在该计算字段中的数位；以及(2)在计算字段的内容(作为多项式)乘以x32然后除以G(x)之后的余数。
该HCS 630最好以最高阶的项的系数为开始而发送。
在优选实施例中，该除法的初始余数在该发送器都被预设为1，然后由该生成多项式G(x)通过计算字段的除法而更改。然后该余数的1的补码(反码)被发送，首先发送高阶位，与HCS 630相同。
在该接收器处，初始余数接着被预设为全1，并且当被G(x)所除时该计算字段的系列输入位和HCS 630在没有传输错误时导致一个单一的非零余数数值。该单一的余数数值是多项式：
x12+x11+x10+x8+x3+x2+x+1           (2)
或者0x1D0F
在第一优选实施例中，在HCS 630中的CRC为16位。在其他实施例中，该位数可以增加或减小。
有效负荷
有效负荷640包含由当前帧600所需的数据(如果需要的话)。图8A至8H为示出根据本发明第一优选实施例来自图6的示意有效负荷640的方框图。特别地，图8A为关联请求有效负荷；图8B为关联回复有效负荷；图8C为流请求有效负荷；图8D为流回复有效负荷；图8E为无流有效负荷；图8F为流重新分配有效负荷；图8G为数据有效负荷；以及图8H为信标有效负荷。
图8A为示出根据第一优选实施例的关联请求有效负荷的方框图。这在新的设备中的MAC 420变为网络300的一个部分被使用。如图8A中所示，关联请求有效负荷810包括请求者812的MAC地址。
图8B为根据第一优选实施例的关联回复有效负荷的方框图。这在协调器310响应关联请求帧820时被使用。如图8B中所示，关联请求帧820包括一个MAC地址822、填充块824和设备ID 826。
MAC地址822为该请求者的地址，并且可以是任何单播地址。
填充块824是未使用但被分配到回复有效负荷820的一组数位。这是因为该帧最好被对齐为八位组，并且需要填充块824来提供正确的对齐。在另一个实施例中，在没有使用八位组对齐或者不需要填充以保持八位组对齐的情况中，可以消除填充块。最好，存储在填充块824中的数值为零，即，一个0串。
设备ID 826是由协调器310分配到请求设备的一个地址。在图7A的优选实施例中具有一个4位设备ID。如果协调器310拒绝关联，则该设备ID 826以被指定为未分配的数值而返回。
图8C为根据第一优选实施例的流请求有效负荷的方框图。这在设备321-325请求一个数据流以与另一个设备进行通信时使用。如图8C中所示，该流请求有效负荷830包括一个目标地址832、GTS较低数值834、GTS较高数值836和保留块838。
目标地址832是在当前数据流中的数据包接收器的MAC地址。该目标地址832可以是任何单播地址或广播地址。它可能不是多播地址。
GTS较低数值834是GTS的最小可接受量，其可以被分配到要被发送的数据。该GTS较高数值836是用于数据传输的最大被请求的GTS。在该实施例中，GTS较低数值834和GTS较高数值836应当在1和64之间，包括1和64在内。另外，GTS较低数值834应当小于或等于GTS较高数值836。
保留块838表示在有效负荷640中的数位，其不用于该实施例中。在另一个实施例中，其他参数可以被更改，以减小或消除保留块838。
图8D为根据第一实施例的流回复有效负荷的方框图。这在协调器310响应来自设备321-325的流请求有效负荷830时被使用。如图8D所示，该流答复有效负荷840包括流ID 842、目标ID 844、GTS槽值846和保留块848。
流ID 842是给予被分配到请求设备321-325的唯一标识符。如果分配失败，则该数值被设置为一个指定流失败数值。(例如在第一实施例中被编码为0xF)。
该目标ID 844是指定接收器设备的设备ID。如果没有发现接收器，则该数值被返回为未分配。
在成功分配之后，GTS槽值846表示被分配槽的数目。在分配失败之后，GTS槽值846包含可以用于分配的槽的量。
保留块838表示在没有在本实施例中所用的有效负荷640中的位。在其他实施例中，其他参数可以被改变以减小或消除保留块838。
图8E为根据第一优选实施例的无流有效负荷的方框图。这由设备321-325所使用，以通知协调器310，它不再需要使用数据流并且可以重新使用相应的GTS。如图8E所示，该无流有效负荷850包括填充块852、流ID 854和保留块856。
该填充块852是未使用但被分配到无流有效负荷850的一组数位。这是因为该帧最好被对齐为八位组，并且需要填充块852来提供正确的对齐。在其他实施例中，不使用八位组对齐或者不需要填充以保持八位组对齐，该填充块可以被取消。最好存储在该填充块852中的数值为零，即它是一串0。
该流ID 854是与在一个关联流答复有效负荷840中返回的流ID相同的流ID 842。其对被分配的流提供唯一的标识符。
该保留块856表示在没有用于本实施例中的有效负荷640中的数位。在其他实施例，其他参数可以被更改以减小或取消保留块856。
图8F为根据第一优选实施例的流重新分配有效负荷的方框图。这被一个设备用于为一个流请求增加或减小GTS的量。在其他实施例中，这还可以被用于请求改变其他参数。如图8F中所示，流重新分配有效负荷860包括填充块862、流ID 864和GTS被请求数值866。
该填充块862是未使用但被分配到流重新分配有效负荷860的一组数位。这是因为该帧最好被对齐为八位组，并且需要填充块862来提供正确的对齐。在其他实施例中，没有使用八位组对齐，或者不需要填充来保持八位组对齐，该填充块可以被取消。最好，存储在填充块862中的数值为0，即它是一串0。
该流ID 864是在关联的流答复有效负荷840中返回的相同流ID842。它对被分配的流提供一个唯一标识符。
该GTS被请求数值866是请求者所需的新的GTS量。协调器310可以否认该请求并保持GTS分配不变，或者它可以允许该请求并且相应地增加或减小GTS的分配，或者它可以部分地允许该请求，把增加或减小该GTS分配为小于所请求的量。
图8G为根据第一优选实施例的数据有效负荷的方框图。它在数据必须在两个设备310、321-325之间发送时被使用。如图8G中所示，该数据有效负荷870包括数据块872。该数据块872仅仅是在物理报头622中给出的一定长度的一串数据位。
图8H为根据第一优选实施例的信标有效负荷的方框图。这被用于在每个超帧500开始时发送的信标帧520。如图8H中所示，该信标有效负荷880包括MTS计数881、MTS标志882、停机数值884、关联地址887和RxTx表。在优选实施例中，还具有在停机数值884和关联地址887之间的一个保留部分885。
该MTS计数881示出在该信标周期中的当前信标的数目。这还被用于识别该设备，如果有的话，它当前被分配到超帧500，即已经被在超帧500中使用MTS。
MTS标志882表示当前信标510是否被分配到一个设备。这将在下文中更加详细地描述。在第一优选实施例中，该MTS标志882是单个数位。
停机数值884是表示网络300是否准备关闭的数值。在正常操作过程中，这最好被设置为“假”数值，并且在网络300关闭之前对一个给定数目的超帧500设置为“真”数值。在参见图7A的优选实施例中，该停机数值是对于正常操作被设置为“假”数值的单个数位(例如，“0”)，但是在网络300关闭之前对于三个超帧被设置为“真”数值。在该协调器启动网络关闭处理的时间段中，将不允许进一步的请求。
关联地址887是该设备的一个IEEE802 MAC地址，如果存在的话，其被分配到当前信标。
该RxTx表888提供关于如何在当前超帧500中分配GTS的指示。在图7A所表示的实施例中。每个超帧包括4个GTS(参见图9)。该RxTx表888(在其他实施例中被称为信道时间分配(CTA))存储被分配到每个GTS的发送器-接收器对的设备ID。因此，它存储128个4为设备ID：64个发送器设备ID以及64个关联接收器的设备ID。其他实施例可以使用信道时间分配(CTA)，其包括与时隙的数目、持续时间、布局和分配相关的信息。
另外，一些帧类型不需要有效负荷640。例如，确认(ACK)帧不需要有效负荷640。在这样的帧600中，有效负荷640和FCS 650可以都被取消。
帧检查序列(FCS)
该FCS 650包含用于确认有效负荷640的循环冗余校验码(CRC)。在第一优选实施例中，该FCS字段是一个32位字段，其包括一个32位CRC。关于此的更加详细的细节可以在美国国家标准协会的“先进数据通信处理(ADCCP)”，ANSI X3.66，1979中找到。
该FCS在有效负荷640上计算，该HCS有效负荷640在此被称为计算字段。该FCS使用如下32阶的标准生成多项式来计算；
G(x)＝x32+x26+x23+x22+x+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1       (3)
该HCS 630是下列数的总和的1的的补数(模2)：(1)xk×(x31+x30+x29+...+x2+x1+1)除以G(x)(模2)的余数，其中k是在该计算字段中的数位；以及(2)在计算字段的内容(作为多项式)乘以x32然后除以G(x)之后的余数。
该FCS字段650最好以最高阶的项的系数为开始而发送。
在第一优选实施例中，该除法的初始余数在该发送器都被预设为1，然后由该生成多项式G(x)通过计算字段的除法而更改。然后该余数的1的补码(反码)被发送，首先发送高阶位，与FCS字段650相同。
在该接收器处，初始余数接着被预设为全1，并且当被G(x)所除时该计算字段的系列输入位和FCS在没有传输错误时导致一个单一的非零余数数值。该单一的余数数值是多项式：
x31+x30+x26+x25+x24+x18+x15+x14+x12+x11+x10+x8+x6+x5+x4+x3+x+1   (4)
后同步码
帧600还可以包括后同步码660，其是设置在每个帧600的端部的一个位序列，以有助于同步化或者执行其他管理功能。一个后同步码660可以在一些实施例中被取消。实际上，下文参照图7A描述的优选实施例不使用后同步码660。
应当知道，上述帧是通过举例来描述的，并且不是限制性的。还可以使用具有其他帧格式的其他帧。特别地，本发明可用于在IEEE802.15.3标准中使用的帧格式。
超帧实施例
一个超帧500的具体设计可以根据应用而改变。图9和10示出一个具体超帧设计的两个优选实施例。图9为示出根据第一优选实施例在一个超帧中的元素的排列。图10为示出根据本发明第二优选实施例在一个超帧中的元素的排列。
第一优选实施例
如图9中所示，该传输图900涉及把可用的发送时间分为多个超帧910。该实施例使用在图7A中公开的MAC报头622以及在图8A至8H公开的有效负荷640。
在该实施例中，每个独立超帧910包括信标帧920、上行链路MTS930、多个GTS 940和下行链路MTS 950。
该信标帧920是一个帧600，其HCS有效负荷640是信标有效负荷880，如图8H中所示。它通过关联ID(在IEEE802.15.3草案标准中被称为设备ID)表示被分配到当前超帧910的设备321-325。它还通过RxTx表888表示被分配到各个GTS 940的发送器/接收器对。
在其他实施例中，可以添加一个流索引，以允许在相同源-目的地对具有多个流。这例如在用于草案802.15.3标准中示出，其允许这样的多个流。
该上行链路MTS 930被保留用于分配到当前超帧910的设备321-325，以把信号上载到协调器310。在该时隙过程中，所有其他设备321-325对当前信道保持沉默，在该信道上的所有其他电台必须在上行链路MTS 930过程中保持沉默，尽管它们仍然可以在其他信道上发送。
多个GTS 940(在第一优选实施例中为64个)是为每个设备310、321-325相互通信而保留的时隙。它们还根据在信标帧920中的RxTx表888中给出的信息而实现。每个GTS 940最好足够大，以发送一个或多个数据帧。当一个设备对被分配多个GTS 940时，它们最好是连续的。
该下行链路MTS 950被保留用于协调器310把信号下载到分配给当前超帧910的的设备321-325。所有其他设备321-325可以忽略在该时隙过程中的所有传输。
下行链路MTS 950的长度是固定的，并且最好被选择为具有在10和30ms之间的持续时间，以使得数据缓冲要求最小化。
该上行链路MTS 930和950的长度必须被选择为处理最大可能的管理帧、立即确认帧以及接收器-发送器周转时间。对于GTS 940，其长度和数目必须被选择以适应要被发送的帧600的特殊要求，例如，短MPEG帧、最大许可长度的大帧以及流与立即确认操作。
任何给定有效负荷640的长度受到物理报头622中的长度字段和FCS 650的限制。在第一优选实施例中，在物理报头622中的长度字段是15位，并且FCS 650是4字节。因此，有效负荷640不可能大于215-4＝32766字节。
尽管，第一优选实施例使用64个GTS，置于GTS之前的一个UMTS以及置于GTS之后的一个DMTS，但是在其他实施例中，GTS、UMTS和DMTS的数目、分配和分布可以根据不同应用的要求而变化。
第二优选实施例
如图10中所示，该传输图1000涉及把可用的传输时间分为多个超帧1010。该实施例使用在图7B中公开的MAC报头624。所用的有效负荷640最好是使用IEEE 802.15.3标准。
在该实施例中，数据传输图1000包括在网络300上发送时间上连续的超帧1010。每个超帧1010包括信标1020、争用访问周期(CAP)1030、以及无争用周期(CFP)1040。该无争用周期1040可以包括一个或多个管理时隙(MTS)1050以及一个或多个保证时隙(GTS)1060。
管理时隙1050可以是信息被从协调器310发送到非协调器的设备321-325的下行链路管理时隙(DMTS)或者是信息被从非协调器的设备321-325发送到协调器310的上行链路管理时隙(UMTS)。
在该优选实施例中，每个超帧1010、一个上行链路和一个下行链路使用两个管理时隙1050，尽管其他实施例可以选择不同数目的管理时隙1050和上行链路与下行链路的混合。MTS还被在多个设备321-325之间共享。在这种情况中，必须使用一种常规解决方法，例如时隙Aloha成组广播系统(slotted Aloha)。另外，如果一个CAP 1030被用于传送管理信息，则MTS 1050的使用必须被减小或消除。
在第二优选实施例中，存在有与有源主和副无线链路330和340中的同样多的保证时隙1060。但是，这在其他实施例可以改变。在任何给定超帧500中，可以有比有源主和副无线链路330和340更多或更少的保证时隙1060。在这种情况中，协调器310指定设备310、321-325应当如何使用可用保证时隙1060。
在本实施例中的GTS 1060的大小最好是动态的。被分配一个GTS1060的每个发送器-接收器对还被告知把对装置分配到该信标的GTS1060持续时间。这些持续时间对于在单个超帧1010中的不同GTS可以具有不同的大小。另外，给定GTS 1060的长度和位置可以在不同超帧1010上改变，仅仅由协调器310成功地把该改变通知给非协调器的设备321-325的能力所限制。该保证时隙1060的启动时间和持续时间由协调器310所确定，并且根据应用在争用访问周期1030或者一个管理时隙1050过程中被发送到设备321-325。
在第二优选实施例中，该协调器310使用信标1020(无论它是什么格式)和MTS来把各个设备310、321-325的调度协调到它们各自的保证时隙1060内。所有设备310、321-325在信标周期1020过程侦听协调器310。每个设备321-325将接收零个或多个时隙1050、1060，在信标周期1020过程中，该设备被从协调器310通知每个开始时间和持续时间。该协调器310自动把管理时隙1050分配到每个设备321-325。但是，管理时隙1050仅仅在设备321-325要求时被分配。
在信标1020中的信道时间分配(CTA)字段包括开始时间、数据包持续时间、源设备ID、目标设备ID和流索引。该信标信息使用通常被称为TLV的格式，其代表类型、长度和数值。结果，每个设备得知何时发送以及何时接收。在所有其他时间中，设备310、321-325可以停止侦听，并且进入节能模式。因此，该信标周期1020被用于协调设备310、321-325的发送和接收。
在每个超帧1010开始时，协调器310把信标1020发送到所有非协调器的设备321-325。该信标1020把该超帧1010的持续时间以及关于其MAC地址的其他信息通知给每个非协调器的设备321-325。每个信标1020还包括不正好为一个CTA的信息。一块信息将定义该信标周期1020，并且描述信标周期1020的开始时间和持续时间。另一个将定义争用访问周期1030(如果存在的话)并且描述争用访问周期1030的开始时间和持续时间。每个信标还可以具有多个CTA。在此，对于每个时隙1050、1060具有一个CTA(MTS或GTS)。使用动态时隙，该时隙分配可以在每个超帧改变CTA。
在发送过程中，每个设备321-325必须侦听信标1020，使得它们将知道哪个时隙1050、1060已经被分配到它们，作为发送器或接收器。如果该设备错过信标1020，则它必须侦听整个超帧1010，以防万一它正在接收数据。另外，在一些应用中，可能在超帧1010的持续时间中不允许发送，因为它并不知道何时被允许发送。这对该系统是有害的，因为这可能导致数据传输的中断。
该网络可以通过可选的争用访问周期1030、管理时隙1050或这两者在协调器310和各种设备321-325之间传送控制和管理信息。例如，这可能涉及关于要加入网络300的新设备的信息。该特定应用将决定使用什么特殊选项：它可以包括争用访问周期1030、一个或多个管理时隙1050或者它们的一些组合。
设备310、321-325根据在信标1020给出的时间表，在无争用周期1040过程中发送帧。分配到给定保证时隙1060的设备对310、321-325使用分配到它们的GTS 1060来在它们之间发送帧1070。这可以是从指定发送器到指定接收器的数据，或者从指定接收器到指定发送器的确认(ACK)帧。
如上文所述，保护时间1080最好被提供在帧之间，以根据设备310、321-325的空间位置解决时钟精度和传播延迟的差别。
在没有CAP 1030或MTS 1050的超帧中，可能希望在信标1020和第一GTS 1060之间设置延迟，以给予各个设备321-325有时间处理信标1020。否则被分配到第一GTS 1060的设备321-325可能不及时地进入发送/侦听模式，以使用被分配时隙1060。
循环信标
在一个特别网络300中的一个问题是协调设备进入和退出网络300，以及协调在协调器310和设备321-325之间传送管理帧。本发明通过使用循环信标来监控网络300以及其中的设备321-325来解决该问题。
每个网络最好具有给定数目N个设备310、321-325。在优选实施例中，N为2的次幂，例如4或8(即，协调器310和三个非协调器的设备321-325或者协调器310和7个非协调器的设备321-325)，尽管允许的设备的确切数目N可以变化。但是，用于网络的N最大值可以通过扩展可用传输时间，并且允许每个设备足够充分和频繁地通信，以保持所需的操作级别。2的次幂是优选的，但是不是必须的。
该超帧500被以N个超帧500为批次而归组在一起。在该组内，一个超帧500被分配到当前在网络300中的每个设备310、321-325。最好，一个指定超帧(例如，第一超帧)总是被分配到协调器310。
然后每个非协调器的设备321-325可以使用分配给它的超帧500，以发送和从协调器310接收管理命令(例如，在管理时隙中)。分配给协调器310的超帧500可以被用于允许网络300之外的设备与该协调器通信，例如请求进入网络300。它们还被用于该协调器把信息发送到所有非协调器的设备321-325。另外，在一些实施例中，未分配的超帧500还可以用于在该网络之外的设备与协调器310通信。
协调器310将在信标510指出哪一个设备310、321-325被分配给给定超帧500。因此，把超帧500分配到给定设备310、321-325有时被称为把信标510分配到一个设备310、321-325。
在其他实施例中，该协调器310可以把多个设备分配到单个超帧。例如，每个超帧可以包括用于两个设备的管理时隙。结果，在变为“被分配”之前，两个设备与该超帧相关联。
图11和12A-12D为示出根据本发明的优选实施例的循环信标超帧结构的方框图。图11为示出在一个循环信标超帧结构中的超帧的重复副本。图12A-12D为示出图11的超帧的结构的方框图。
在图11和12A-12D公开的实施例中，允许四个设备310、321-325进入网络300。这意味着网络300将最多允许一个协调器310和三个非协调器的设备321-325。其他实施例可以改变该数目。例如，其他实施例可以具有8或16个设备。
超帧结构
如图11中所示，每个设备310、321-325被分配一个超帧。该协调器被分配一个协调器超帧1101；第一设备被分配一个第一非协调器设备超帧1102；该第二非协调器设备被分配一个第三设备超帧1104；以及第三非协调器设备被分配一个第三设备超帧1104。只要网络300工作，这些超帧1101、1102、1103和1104被顺序重复。
即使在网络300中具有四个设备310、321-325也是如此。例如，如果在网络300中仅仅有二个设备(即，协调器310和一个非协调器的设备321-325)，该发送时间仍然被分为四个超帧1101、1102、1103和1104，每个设备310、321-325被分配给单个超帧。
但是，在其他实施例中，协调器310可以选择一个循环，使得在一个不饱和的网络300中仅仅有指定数目的未分配超帧(例如，一个)到最大数目的许可超帧。例如，在上述环境中，最多有四个设备，但是仅仅出现两个设备，协调器310可以循环通过三个超帧1101、1102和1103，两个被分配以及一个未分配。
如图12A中所示，协调器超帧1101包括一个协调器信标1211和无争用周期1231。该无争用周期1231包括一个协调器上行链路MTS(UMTS)1251、协调器下行链路MTS(DMTS)1261以及多个GTS1271。
协调器信标1211包括表示其被分配到协调器310的信息(在任何网络中将仅仅有一个协调器310)。该协调器UMTS 1251被用于协调器广播到整个网络，或者用于来自尝试加入该网络的设备的关联请求；该协调器DMTS 1261被用于协调器广播到整个网络；以及GTS 1271被用于在设备310、321-325之间发送信息帧。
如图12B中所示，该第一设备超帧1102包括第一设备信标1212和无争用周期1232。该无争用周期1232包括第一设备上行链路MTS(UMTS)1252、第一设备下行链路MTS(DMTS)1262以及多个GTS1272。
该第一设备信标1212包括表示第一设备超帧1102是否被分配到设备310、321-325，如果被分配则表示设备310、321-325中的哪一个被分配的信息。该第一设备UMTS 1252被用于把管理请求从第一设备(如果1被分配)发送到协调器310；该第一设备DMTS 1262被用于把管理指令从协调器310发送第一设备(如果1被分配)；以及GTS 1272被用于在设备310、321-325之间发送信息帧。
如图12C中所示，该第二设备超帧1103包括第二设备信标1213和第二设备空闲周期1233。该第二设备空闲周期1233包括第二设备上行链路MTS(UMTS)1253、第二设备下行链路MTS(DMTS)1263以及多个GTS 1273。
该第二设备信标1213包括表示第二设备超帧1103是否被分配到设备310、321-325，如果被分配则表示设备310、321-325中的哪一个被分配的信息。该第二设备UMTS 1253被用于把管理请求从第二设备(如果1被分配)发送到协调器310；该第二设备DMTS 1263被用于把管理指令从协调器310发送第二设备(如果1被分配)；以及GTS 1273被用于在设备310、321-325之间发送信息帧。
如图12D中所示，该第三设备超帧1104包括第三设备信标1214和第三设备空闲周期1234。该无争用周期1234包括第三设备上行链路MTS(UMTS)1254、第三设备下行链路MTS(DMTS)1263以及多个GTS 1274。
该第三设备信标1214包括表示第三设备超帧1104是否被分配到设备310、321-325，如果被分配则表示设备310、321-325中的哪一个被分配的信息。该第三设备UMTS 1254被用于把管理请求从第三设备(如果1被分配)发送到协调器310；该第三设备DMTS 1264被用于把管理指令从协调器310发送第三设备(如果1被分配)；以及GTS 1274被用于在设备310、321-325之间发送信息帧。
该实施例被示出为不具有CAP 520，以说明在一些设计中，CAP 520可以被取消。在该实施例中，在协调器310和非协调器的设备321-325之间的管理仅仅通过使用MTS 1251、1261、1252、1262、1253、1263、1254和1264来实现。但是，其他实施例可以包括在每个超帧1101、1102、1103和1104中的CAP 520。
另外，该实施例被示出为具有两个MTS、UMTS 1251、1252、1253、1254和DMTS 1261、1262、1263、1264。如上文所述，在其他实施例中可以更改该MTS的数目、分配和分布。
信标信息
如上文所述，每个信标包括两个关于其分配状态的两个重要信息块：(1)它是否被分配到设备310、321-325，以及(2)如果它被分配，则它被分配到设备310、321-325中的哪一个。可以用于多种不同的方式公开两个信息块。
例如，在第一优选实施例中，该信标帧包括表示何时分配一个超帧以及何时空闲的一个数位(MTS标志882)，以及计数器，其表示被分配到与该信标相关的超帧的设备310、321-325(如果存在的话)的设备ID(MTS计数881)。
侦听给定超帧的设备可以通过检查MTS标志882而分辨它是否被分配。并且如果MTS标志882表示该超帧被分配，则该设备检查MTS计数881，以得知哪个设备被分配给它。在网络300中的一个设备可以使用该信息来查找被分配给它的超帧。在网络300外部的一个设备可以使用该信息来查找所需的一个空超帧，或者把其他管理信息传送到协调器310的协调器超帧。
在其他实施例中，该信标帧可以简单地包括保存与分配到给定超帧的设备相关的标识符(设备ID、MAC地址等等)。并且如果没有设备被分配到该超帧，则该寄存器可以被填充不对应于许可的设备的虚地址，但表示一个未分配的超帧。
侦听给定超帧的设备可以通过检查该标识符寄存器而分辨它是否被分配。如果该寄存器具有有效标识符(例如，有效设备ID)，则该设备将得知该超帧被分配。特别地，如果该寄存器具有被分配到该协调器的标识符，则该设备将得知特定的超帧被分配到该协调器。并且如果该标识符寄存器具有该虚地址，则该设备已知该超帧未分配，并且可以相应地执行操作。
如上文所述，在网络300中的一个设备可以使用该信息来查找它被分配到的超帧。在该网络外部的一个设备可以使用该信息来查找所需的空超帧，或者协调器超帧，以把其他管理信息传送到协调器310。其还可以使用该信息来查找用于被分配到特定信标的设备的MAC地址。
在分配到它的超帧1102、1103、1104的过程中，一个非协调器的设备321-325可以使用UMTS和DMTS把管理帧传送到和发送自该协调器310。在不分配到它的超帧的过程中，在该超帧的MTS过程中，一个给定设备将保持沉默。但是，，可以自由使用在该超帧过程中分配到它的GTS。
当一个新设备希望进入一个网络时，它开始侦听一个信标。一旦它发现该信标，则它等待直到侦听到一个未分配的超帧。如果它发现一个未分配的超帧，则它在该超帧的上行链路MTS过程中发送一个加入请求。
但是，如果它通过整批的N个超帧，而没有检测到一个未分配的超帧，则它得知该网络是饱和的，并且可以采用适当的步骤，例如，把一个错误消息发送到其用户或更高层，在给定时间段之后重试，改变信道等等。
如上文所述，其他实施例可以把多个设备分配到单个超帧，相应地分配管理时隙。在这种情况中，该超帧将保持未分配，直到它被分配到其最大数目的设备。检查该超帧的分配状态的新设备必须检查在该超帧中是否具有任何空闲的空间。如上文所述，这可以用表示分配到该超帧的设备的标志或一系列设备ID来实现。
加入或启动网络
图13-16示出一个设备如何确定是否存在网络并且尝试加入该网络或者如果不存在网络的话则创建一个网络。图13为根据本发明一个优选实施例用于识别是否具有一个现存网络的启动过程。图14为根据本发明一个优选实施例的关联过程的流程图。图15为根据本发明一个优选实施例的启动网络的新设备的SDL消息顺序图。图16为根据本发明一个优选实施例的示意启动和关联过程的SDL消息顺序图。
如图13中所示，一个新设备通过如下启动过程1300以确定是否存在网络。在该启动过程1300中，该新设备首先等待一个给定信标间隔，检查其是否侦听来自现有网络的信标510(步骤1305)。该信标间隔应当至少为超帧500的持续时间，因为信标510通常在每个超帧500中仅仅重复一次。
如果在该信标间隔结束时没有接收信号(步骤1310)，则该设备最好在附加的随机间隔侦听该信标(步骤1315)。该随机间隔最好比该信标间隔更短，但是比一个信标发送持续时间更长。
如果在该随机间隔结束时没有接收信号(步骤1320)，则该设备将认为在此没有网络300，并且将以其自身作为该协调器310而启动一个新的网络300(步骤1325)。然后，该设备(现在为协调器310)将发出一个新的信标510(步骤1330)，并且将作为协调器310进行正常操作。
但是，如果该设备在信标间隔(步骤1310)随机间隔(步骤1320)之后接收一个信号，则该设备将确定该信号是否为一个信标510(步骤1335)。
如果所接收信号是一个信标510，则该设备将确定在此存在一个现有的网络300，并且将执行与该网络的协调器310的关联过程，请求加入(步骤1340)。
但是，如果所接收信号不是一个信标510，则该设备将进入错误状态，因为所需的带宽被其他信号所阻断(步骤1345)。在这种情况中，该设备将根据特定的应用切换信道、随后再次尝试、放弃以及把一个错误消息发送到其用户或更高层，等等。
该随机间隔不是必须的，但是包含在该优选实施例中以便于操作。这是因为存在可能导致多个设备同时进入启动过程1300的情况。例如，如果一个网络300被解散，多个设备将紧接着在该网络300解散之后开始启动过程1300。通过包括一个随机间隔(步骤1315)，该过程减小多个设备同时尝试发送新的信标的可能性(步骤1330)，因此减小将出现信标冲突的可能性。
如图14中所示，当决定进入一个现有网络300时，每个设备执行关联过程1400。该关联过程1400在该设备接收信标510时开始(步骤1405)。
如参照图11所述，在网络300中的超帧500被分为N个超帧1101、1102、1103、1104(每个超帧用于在网络300中的每个潜在设备)，其在网络操作过程中循环重复。这些超帧1101、1102、1103、1104被分配到每个设备位置，并且每个超帧表示它在关联信标510中的状态。
在步骤1405中接收一个信标510之后，该设备确定该信标510表示当前超帧1101、1102、1103、1104被分配(有时称为分配信标510)(步骤1410)。
如果所接收的信标510表示当前超帧1101、1102、1103、1104未分配，则该设备在下一个适当的时间把一个关联请求帧发送到协调器310，例如在未分配超帧的UMTS的过程中(步骤1415)。如果两个设备冲突(即，它们同时尝试和发送到协调器310)，则它们使用争用解决算法，例如时隙Aloha。
如果所接收的信标510表示其在步骤1410被分配，则该设备确定其是否已经循环通过所有可能信标(步骤1420)。换句话说，它确定其是否已经检查N个连续信标，其中N为在网络300中的可用设备310、321-325的总数。
如果该设备还没有循环通过所有可能信标，则其等待下一个信标(步骤1425)然后处理该信标，就象它对前一个信标进行的操作那样(步骤1410以及随后的步骤)。H
一旦它结束处理所有信标并且确定它们都被分配，则该设备确定该网络是饱和的，并且执行任何所需的“饱和网络”处理(步骤1430)。这可以包括把该网络是饱和的情况通知给该设备的该操作员或更高层、切换信道或者等待直到以后再次尝试。
图15为执行启动处理的新设备的示意SDL消息顺序图1500。如图15中所示，一个新设备1505沿着执行启动处理的新设备时间线1510前进。
首先，该新设备1505对该随机间隔设置一个信标定时器1515，并且等待该时间段，查找输入信标。(执行图13中的步骤1305)。
在该信标间隔结束时，该新设备1505还没有接收到一个输入的信标，从而它对一个随机间隔设置一个随机定时器1520，并且等待该时间段，再次查找输入信标(采用步骤1310中的“否”分支并且执行图13的步骤1315)。
在该随机间隔结束时，该新设备1505还没有接收到一个输入信标，从而它进入协调器状态1525，以其自身作为一个协调器310启动一个新的网络300(采用图1320的“否”分支，并且执行图13的步骤1325)。
一旦处于协调器状态1525中，该新设备1505开始发送信标1530，并且继续对新的网络300操作为一个协调器310(执行图13的步骤1330)。
图16为一个示意启动和关联处理的SDL消息顺序图。在该处理中，允许的网络大小为四个设备。
如图16中所示，一个新设备1605在开始启动处理1500并且继续进行关联处理中沿着新设备时间线1610前进。首先，该新设备1505对该信标间隔设置一个信标定时器1515，并且等待该时间段，查找一个输入信标(执行图13的步骤1305)。
在这种情况中，在该信标间隔结束之前，该新设备1505接收由协调器1640沿着协调器时间线1645发送的信标1635。(采用图13的步骤1310的“是”分支)。这中断信标间隔定时器1515，并且该新设备1505开始处理该输入信标。在这种情况中，该新设备1505确定该输入信号为一个信标，并且开始关联过程(执行图13的步骤1335并且采用“是”分支)。
该新设备1505该第一输入信标1635是一个被分配信标。这仅仅是它所接收的第一信标，从而它继续等待下一个信标。(在图14中采用步骤1410的“是”分支，采用步骤1420的“否”分支并且执行步骤1425)。
然后，新设备1505接收下一个信标1650并且确定该信标也被分配。它检查到目前为止它已经通过多少个信标(两个)并且确定它仍然没有循环通过所有许可的信标。因此，它等待下一个信标(在图14中，执行步骤1405，采用步骤1410的“是”分支，采用步骤1420的“否”分支，以及执行步骤1425)。
然后，该新设备1505接收下一个信标1655并且确定该信标未分配。然后它等待直到下一个适当的时间，该协调器将侦听关联请求1660，并且把其发送到协调器1640(在图14中执行步骤1405，采用步骤1410的“否”分支)。
在从新设备1505接收关联请求1660之后，该协调器1640把一个确认(ACK)1670和一个关联响应1675发送到新设备1505。在这种情况中，该协调器1640把未指定的信标及其相关超帧发送到新设备1505。该新设备1505把一个ACK 1680发送到协调器1640，并且在该网络300执行正常操作。
显然，在上述技术的启发下，本发明可以有各种更改和变型。例如，尽管在无线网络的环境下进行描述，但是所公开的方法可以用于应用于有线网络。因此，应当知道在所附权利要求的范围内，除了在此的具体描述之外，也可以实现本发明。

Claims (18)

1.一种用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，包括：
在该远程设备处接收信标，该信标包括定义超帧的信标信息；
从该信标信息确定所接收的信标和关联的超帧是否被分配到网络设备；
重复接收和确定的步骤，直到该远程设备接收到M个被分配的信标和关联的超帧或一个未分配的信标和关联的超帧；
如果该远程设备接收到未分配的信标和关联的超帧，则执行关联请求；
如果远程设备接收到M个被分配的信标和关联的超帧，则执行网络饱和功能，
其中M为大于1的整数，
其中该信标信息包括表示超帧是否被分配的超帧分配信息，
其中该超帧分配信息包括设备标识信息。
2.根据权利要求1所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中该超帧分配信息包括表示超帧是否被分配的单个位。
3.根据权利要求1所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，
其中如果超帧被分配，则设备标识信息是关联网络没备的设备标识，以及
其中如果超帧不被分配，则该设备标识是不对应于任何网络设备但是表示未分配的超帧的给定的未分配数值。
4.根据权利要求1所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中该网络饱和功能包括把错误消息发送到更高层。
5.一种用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，包括：
在该远程设备处接收信标，该信标包括定义超帧的信标信息；
从该信标信息确定所接收的信标和超帧是否被完全分配到N个网络设备；
重复接收和确定的步骤，直到该远程设备接收到M个被完全分配的信标和超帧或一个未分配的信标和超帧；
如果该远程设备接收到未分配的信标和超帧，则执行关联请求；
如果远程设备接收到M个被完全分配的信标和超帧，则执行网络饱和功能，
其中M为大于1的整数，并且N为大于1的整数。
6.根据权利要求5所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中N的数值可以对每个超帧变化。
7.根据权利要求5所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中该信标信息包括超帧分配信息，其表示该超帧是否被完全分配或未分配。
8.根据权利要求7所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中该超帧分配信息包括第一至第N个设备标识信息。
9.根据权利要求8所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，
其中第一至第N个设备标识信息中的每一个是关联网络设备的设备标识和不对应于任何网络设备但是表示未分配的超帧的给定的未分配数值之一，以及
其中如果所有第一至第N个设备信息是设备标识，则认为该超帧被完全分配，并且如果第一至第N个设备信息中的任一信息是该给定的未分配数值，则认为该超帧未分配。
10.根据权利要求5所述的用于远程设备监控无线网络并与其进行通信的方法，其中该网络饱和功能包括把错误消息发送到更高层。
11.一种用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中包括：
产生M个信标，每个信标包括定义M个超帧之一的信标信息；以及
在M个各自的超帧的过程中顺序地发送M个信标，
其中该信标信息包括表示该信标和关联的超帧是否被分配到该网络中的设备的数据，其中M为大于1的整数。
12.根据权利要求11所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中在该网络的整个操作过程中，连续地重复产生M个信标并且顺序地发送M个信标的步骤。
13.根据权利要求11所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中M等于在该网络中允许的设备的最大数目。
14.根据权利要求11所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中M等于在该网络中被分配的设备的数目加上给定值。
15.根据权利要求14所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中该给定值为1。
16.一种用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，包括：
产生M个信标，每个信标包括信标信息，其定义M个各自的超帧之一；以及
在M个各自的超帧的过程中顺序地发送M个信标，
其中该信标信息包括表示该信标和关联的超帧是否被分配到该网络中的N个设备的数据，以及
其中M为大于1的整数，以及其中N为大于1的整数。
17.根据权利要求16所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中在该网络的整个操作中，连续地重复产生M个信标和顺序发送M个信标的步骤。
18.根据权利要求16所述的用于协调器在采用超帧结构的无线网络中传送信息的方法，其中(M×N)等于在该网络中允许的设备的最大数目。
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