CN100397836C - 支持多个无线通用串行总线主机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线(WUSB)主机的方法和设备。该在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线主机的方法包括：从属于基于协调器的无线网络的装置之中的特定装置接收包括用于请求无线通用串行总线主机的角色的信息的请求帧；分配信道，由此，发送所述请求帧的装置可用作WUSB主机；和将包括关于分配的信道的信息的信息帧发送到属于所述基于协调器的无线网络的装置。

Description

支持多个无线通用串行总线主机的方法和设备
技术领域
根据本发明的设备和方法涉及无线通用串行总线。更具体地讲，本发明涉及一种在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线主机的方法和设备。
背景技术
最近通信和网络技术的发展已引起使用各种频带的信号的无线网络的广泛使用。这是从使用比如同轴电缆和光缆的有线介质的有线网络转变而来的。
无线网络可被分成两种类型：基础设施模式和自组织模式。
如图1所示，基础设施模式无线网络包括接入点110，然而如图2所示，自组织无线网络没有接入点。
基础设施模式无线网络将无线网络和有线网络连接，或者允许接入点110在属于无线网络的网络设备之间中转数据。因此，在基础设施模式无线网络环境中通过接入点110发送所有数据。
在自组织模式无线网络中，属于单个无线网络的无线网络设备直接互相发送数据而不通过比如接入点的中继装置。
自组织模式无线网络还可被分成两种类型。在一种类型中，在属于单个无线网络的无线网络设备之中随机选择的无线网络设备用作协调器，该协调器分配在其期间数据被发送到其它无线网络设备的时间(以下称为“信道时间”)，并且所述其它无线网络设备在分配给它们的信道时间期间可发送数据。
在另一种类型中，不存在协调器，并且无线网络设备可根据在它们之中处理的协商结果随时发送数据。
在前一种情况下，即，在具有用作协调器的无线网络设备的网络类型(以下称为“基于协调器的无线网络”)中，单个独立的无线网络基于协调器被构造。在这一方面，当多个基于协调器的无线网络存在于一个区域中时，每一个无线网络都具有用于区别它们的标识符。
对于在这种无线网络环境中的通信，为了以无线方式连接各个网络设备，需要无线接口。这样的无线接口比如IrDA和Bulutooth被应用到电子设备。对无线通用串行总线(WUSB)技术的研究已经开始以使得作为传统的有线网络技术的USB成为无线的。
USB是标准化的有线接口，其将包括鼠标、打印机、调制解调器和扬声器的外围装置与计算机系统连接。与其它有线接口相比，USB更好，由于这个原因，它已被广泛地应用到个人计算机(PC)和相关的外围设备。USB技术最近已被用于在蜂窝电话/数字相机和PC之间发送数据。
为了简要地描述USB的优点，一般串行端口具有小于100Kbps的数据发送率，然而USB可支持12Mbps的数据发送率。当USB被用作网络设备之间的接口时，安装复杂的适配器的负担被减轻。另外，当使用USB时，最多127个设备可被互相连接。另外，当外围设备被连接到PC时，不需要安装分离的软件或硬件。由于所有外围设备通过相同的连接器而被连接，所以端口的数量可急剧减少。另外，USB的安装简单，USB的使用使得小型便携式PC能够被制造。
WUSB具有USB的优点，并且适合于从有线网络转变到无线网络的网络环境。WUSB可以以基于协调器的无线网络为基础。在以基于协调器的无线网络为基础而研究和开发至今的WUSB技术中，只有可将信道时间分配给其它设备的协调器可以是WUSB主机。根据传统技术，单个WUSB主机存在于单个基于协调器的无线网络中。
例如，当多台PC组成单个基于协调器的无线网络时，仅起协调器作用的一台PC用作WUSB主机，并且被连接到支持WUSB的外围设备。在这种情况下，如果任何其它的PC想要作为WUSB主机，则连接的PC必须构造分离的独立的基于协调器的无线网络以成为构造的基于协调器的无线网络的协调器。
然而，由于存在于固定区域内的基于协调器的无线网络的数量是有限的，WUSB主机的数量因此是有限的。例如，在基于在其中在固定区域(10m范围)中可用的通信信道的数量被限制为4的IEEE 802.15.3标准构造的基于协调器的无线网络中，由于每一个通信信道仅可存在一个微微网，所以在连接有关的区域中可能的WUSB组的最大数量是4。
传统WUSB技术具有在固定区域中无法支持多个WUSB主机的问题。
发明内容
提出本发明以解决上述问题，本发明的目的在于在单个基于协调器的无线网络中支持多个WUSB主机。
根据本发明的一方面，提供一种在基于协调器的无线网络中支持多个WUSB主机的方法，包括：PNC从属于基于协调器的无线网络的装置之中的特定装置接收包括用于请求WUSB主机的角色的信息的请求帧；PNC分配信道，从而发送请求帧的所述特定装置可用作WUSB主机；PNC将包括关于分配的信道的信息的信息帧发送到属于所述基于协调器的无线网络的装置。
根据本发明的一方面，提供一种在基于协调器的无线网络中支持多个WUSB主机的方法，包括：WUSB主机将包括用于请求WUSB主机的角色的信息的请求帧发送到在属于基于协调器的无线网络的装置之中用作协调器的装置；WUSB主机接收包括关于可由WUSB主机使用的信道的信息的信息帧，所述信道由已经接收到所述请求帧的用作协调器的装置分配；和WUSB主机通过由被包括在接收到的信息帧中的所述关于信道的信息所指定的信道进行与WUSB装置的通信。
根据本发明的一方面，提供一种基于协调器的无线网络设备，包括：数据收发单元，与属于基于协调器的无线网络的装置收发数据；控制单元，当从所述装置之中的特定装置接收到包括用于请求WUSB主机的角色的信息的请求帧时，所述控制单元根据通信介质的资源分配信道，从而所述特定装置能够用作WUSB主机；和帧产生单元，产生包括关于由所述控制单元分配的信道的信息的信息帧，并且通过所述收发单元将所述信息帧发送到属于所述基于协调器的无线网络的装置。
根据本发明的一方面，提供一种基于协调器的无线网络设备，包括：数据收发单元，与属于基于协调器的无线网络的装置收发数据；帧产生单元，产生包括用于请求WUSB主机的角色的信息的请求帧，并且通过所述数据收发单元将所述请求帧发送到在属于所述基于协调器的无线网络的装置之中用作协调器的装置；和控制单元，当信息帧被接收时，所述控制单元控制通过由包括在所述信息帧种的关于信道的信息所指定的信道与WUSB装置的通信，所述信息帧包括关于由WUSB主机使用并且由用作所述协调器的装置分配的信道的信息。
附图说明
通过参照附图对其示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特点及优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出包括接入点的无线网络；
图2示出在自组织模式下的无线网络；
图3示出由WPAN协调器管理的超级帧；
图4示出根据本发明示例性实施例的信道时间请求命令的结构；
图5示出根据本发明示例性实施例的信标帧；
图6示出根据本发明示例性实施例的超级帧的结构；
图7是示出根据本发明示例性实施例的PNC的构造的方框图；
图8是示出根据本发明示例性实施例的USB主机的构造的方框图；
图9是示出根据本发明示例性实施例的WUSB主机的信道分配的流程图；和
图10示出根据本发明示例性实施例的微微网。
具体实施方式
以下，本发明示例性实施例的特定方面将通过说明书中的详细的描述和附图而被论及。通过参照示例性实施例的下面的详细描述和附图可更容易理解本发明的优点和特点及实现其的方法。然而，本发明可以以许多不同的形式被实施，不应该被解释为限于在此阐述的实施例。当然，提供这些实施例以使本公开是彻底和完整的并且将本发明的构思充分地传达给本领域的技术人员，本发明将仅由所附权利要求限定。在说明书中相同的标号始终表示相同的部件。
以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
关于基于协调器的无线网络，电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.3提出关于物理层(PHY层)和介质访问控制(MAC)层的标准。在与由国际标准化组织(ISO)提出的网络模型有关的开放系统互连(OSI)的7层之中，所述层分别对应物理层和数据链路层。
为了更好的理解，本发明将基于IEEE 802.15.3无线个人域网(WPAN)被描述成以WUSB为基础的基于协调器的无线网络的示例性实施例。
在WPAN中，无线网络设备被称为“装置”，包括至少一个装置的单个无线网络被称为“微微网”，作为微微网中的协调器的装置被称为“微微网协调器”(缩写为“PNC”)。为了一致，下面的WPAN描述将使用这些术语。
图3示出由WPAN中的PNC管理的超级帧。
参照图3，超级帧包括：信标210，包括控制信息；竞争访问周期(CAP)220，在其期间通过使用退避算法竞争而占用信道从而发送数据；和信道分配周期(CTAP)230，在其期间，数据在没有竞争的情况下被在装置之间发送了由PNC分配的时间周期那么久。CTAP 230的部分可用管理CTA(信道时间分配)来代替。此时，载波侦听多点访问/冲突避免(CSMA/CA)算法被用在CAP 220中，而时隙aloha协议被用在MCTA中以占用信道。
如图3所示，一旦超级帧的基于时间的部署通过PNC而被建立，则微微网的装置根据建立的基于时间的部署来发送数据。
根据本发明的示例性实施例，装置可将它想作为WUSB主机的意图通知PNC。此时，PNC可将CTAP 230的一部分分配给WUSB主机，WUSB主机构造具有WUSB装置(例如，比如打印机和鼠标的支持WUSB的外围装置)的WUSB组，并且在由PNC分配的CTAP中发送数据。
如图4所示，作为本发明的示例性实施例，装置可将它想作为WUSB主机的意图和信道时间请求一起传达。
图4示出根据本发明的示例性实施例的信道时间请求命令的结构。
WUSB主机可发送用于命令信道时间请求的帧(信道时间请求命令帧)300，由此，WUSB请求PNC分配如所需要的那么多的信道时间以与WUSB装置通信。当遵循IEEE 802.15.3标准的装置请求PNC分配信道时间时，信道时间请求命令帧300被使用。
信道时间请求命令帧300包括指示命令种类的“命令类型”字段、指示由一个或多个信道时间请求块(CTRqB)占用的八位字节的总数量的“长度”字段和包含用于请求PNC分配信道时间的内容的一个或多个CTRqB。
每一信道时间请求块310包括比如“目标数量”字段、“TU的期望的数量”字段的多个字段和包含关于信道时间请求的多个控制信息的信道时间请求控制(CTRq控制)字段320。
CTRq控制字段320包括比如优先权、PM CRTq类型、CTA类型、CTA率类型、目标ID列表类型的子字段。除这些传统字段之外，使用预留字段的1位来添加WUSB主机请求字段321。
WUSB主机请求字段321可被设置为值0或1。为了表示发送信道时间请求命令帧的装置将作为WUSB的主机的意图，WUSB主机请求字段321被设置为“1”。否则，WUSB主机请求字段321被设置为“0”。
当已从WUSB主机接收到上述信道时间请求命令300的PNC将信道时间分配给请求信道时间的WUSB主机或者因为资源不足还没有分配信道时间时，PNC使用IEEE 802.15.3标准的信道时间响应命令帧可发送与信道时间分配请求相配的结果。
当信道时间已经分配给WUSB主机时，PNC将信道时间已经分配给WUSB主机通知给在微微网内的在PNC的控制下的装置。该信息可通过将参照图5被描述的信标而被发送。
图5示出根据本发明的示例性实施例的信标帧。
在从WUSB主机接收到信道时间请求命令帧300之后，当通信资源足够时，PNC通过如图5所示的信标将信道时间分配给WUSB主机。该信标帧的基本结构可与IEEE 802.15.3标准的信标帧相同。
图5示出包括信道时间分配信息元素(CTA IE)字段410、WUSB信息元素(WUSB IE)字段420和几个信息元素字段430的信标帧400的结构。
CTAIE 410包括一个或多个信道时间分配块(CTA块)字段411。每一CTA块包括指示其发送的数据流的身份的流索引字段、指示CTA在超级帧中的位置的CTA位置字段、和指示CTA的持续时间的CTA持续时间字段。CTA块411的一部分被分配给用于WUSB组通信(WUSB-CTA)的WUSB主机，将用作WUSB主机的装置的标识符可被包括在WUSB-CTA字段中。
在每一WUSB-CTA中关于将用作WUSB主机的装置的信息被包括在WUSB IE 420中。
在WUSB IE 420中，元素ID字段421设置标识符以识别WUSB IE字段420，长度字段422指示厂商OUI字段423、和WUSB属性字段424的长度。厂商OUI字段423存储WUSB主机的生产者标识信息。在WUSB属性字段424中，流索引(SI)字段425设置流索引，关于WUSB主机的特性或性能的信息被包括在属性字段426中。
从PNC接收包含WUSB IE 420的信标的WUSB装置可选择该WUSB的流索引以通过WUSB IE 420与之关联。WUSB装置可通过选择流索引并且在分配的时间(WUSB-CTA)中将关联请求发送到WUSB主机来组织WUS B组。另外，WUSB主机安排分配给它的WUSB-CTA周期，并且基于安排的信道时间在WUSB装置之间收发数据。
当存在多个WUSB主机时，PNC可在信标中设置分配给每一WUSB主机的信道信息。因此，WUSB IE 420的WUSB属性字段的最大数量可与存在于单个微微网中的WUSB主机的数量相等。根据本发明的另一示例性实施例，在单个信标帧内的WUSB IE字段420的最大数量可与存在于单个微微网中的WUSB主机的数量相等。
图6示出根据本发明示例性实施例的超级帧的结构。
如图6所示，在超级帧中的信标帧400与参照图5描述的信标帧相同。如上所述，包括在信标帧400中的CTAIE 410的CTA块411包括关于设置在CTAP中的信道时间分配(CTA)的信息，基于该信息CTAP 500的信道时间被分配。参照图4描述的信道时间请求命令300被发送到PNC，由此，已接收到信道时间分配的WUSB主机通过信标帧400确认分配给它的WUSB-CTA，并且在确认的WUSB-CTA中进行WUSB组通信。
图7是示出根据本发明示例性实施例的PNC的构造的方框图。
如图7所示，PNC包括控制单元610、数据收发单元620和帧产生单元630。
从WUSB主机接收到为了作为WUSB主机的请求帧，控制单元610确定资源(信道时间)是否可用于预留。如果存在足够的资源，则控制单元610分配可由WUSB主机使用的WUSB-CTA。
数据收发单元620与另一装置收发数据，因此，多个帧可通过数据收发单元620被发送或接收。
帧产生单元630根据控制单元610的指示产生对来自WUSB主机的请求的响应(帧)。该响应帧可以是根据IEEE 802.15.3标准的信道时间响应命令。
当控制单元610将信道时间分配给WUSB主机时，帧产生单元630还产生信息帧以将关于分配的信道时间的信息通知其它装置。由帧产生单元630产生的信息帧可以是参照图5描述的信标帧。
图8是示出根据本发明示例性实施例的WUSB主机的方框图。
如图8所示，WUSB主机包括控制单元710、收发单元720和帧产生单元730。
控制单元710控制帧产生单元730，并且产生将被发送到PNC的预定请求帧。已经接收到通过请求帧从PNC分配的在其期间WUSB主机将用作WUSB主机的信道时间，控制单元710安排该分配的信道时间，并且进行与WUSB装置的通信。控制单元710可通过比如信标帧的从PNC发送的信息帧对分配给WUSB主机的信道时间进行分类。
数据收发单元720与其它的装置收发数据，因此，通过数据收发单元720可发送和接收多个帧。
为了作为WUSB主机，帧产生单元730根据控制单元710的控制产生请求帧。该请求帧可以是参照图4描述的信道时间请求命令300。
将参照图9更详细地描述PNC和WUSB主机的操作。
图9是示出根据本发明示例性实施例将信道时间分配给WUSB主机的流程图。在图9中，WUSB主机820和WUSB装置830支持WUSB，然而一般装置840不支持WUSB。
首先，WUSB主机820向PNC 810发送包括用于请求WUSB主机的角色的信息的请求帧(S110)。该请求帧可以是上述的信道时间请求帧300。
从WUSB主机820接收了请求帧的PNC 810确定资源是否可用于预留，并且如果有可用的资源，则它为WUSB主机分配信道(S120)。然后，PNC 810将响应帧发送到WUSB主机820(S130)。该响应帧可以是IEEE 802.15.3的包括关于是否将信道时间分配给WUSB主机的信息的信道时间响应帧。
PNC 810向微微网内的装置820、830和840发送包括关于分配给WUSB主机820的信道时间的信息的信息帧(S140)。该信息帧可以被广播，并且该信息帧可以是上述的信标帧400。
接收了信息帧的WUSB主机820可与WUSB装置830形成WUSB组，并且它可通过使用分配给它的信道与它们通信(S150)。
图10示出根据本发明示例性实施例的微微网。
通过上述操作，一个或多个WUSB主机以及PNC可存在于单个微微网中，因此，一个或多个WUSB组可以被形成。
如上所述，提供在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线(WUSB)主机的设备和方法，该设备和方法能够在单个基于协调器的无线网络中支持多个WUSB主机。
本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节的各种替换、修改和改变。因此，应该理解上述实施例仅为了说明的目的，不应该被解释成本发明的限制。

Claims (20)

1.一种在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线主机的方法，包括：
微微网协调器从属于基于协调器的无线网络的装置之中的特定装置接收包括用于请求无线通用串行总线主机的角色的信息的请求帧；
微微网协调器分配信道，由此，发送所述请求帧的所述特定装置用作WUSB主机；和
微微网协调器将包括关于分配的信道的信息的信息帧发送到属于所述基于协调器的无线网络的装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述请求帧是由IEEE 802.15.3指定的信道时间请求命令帧。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述信息帧是信标帧。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述信标帧是由IEEE 802.15.3指定的信标帧。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述信道是包括在由IEEE 802.15.3指定的超级帧的信道时间分配周期中的信道时间。
6.一种在基于协调器的无线网络中支持多个无线通用串行总线主机的方法，包括：
WUSB主机将包括用于请求无线通用串行总线主机的角色的信息的请求帧发送到在属于基于协调器的无线网络的装置之中用作协调器的装置；
WUSB主机接收包括关于可由无线通用串行总线主机使用的信道的信息的信息帧，所述信道由已经接收到所述请求帧的用作协调器的装置分配；和
WUSB主机通过由被包括在接收到的信息帧中的所述关于信道的信息所指定的信道进行与无线通用串行总线装置的通信。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述请求帧是由IEEE 802.15.3指定的信道时间请求命令帧。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述信息帧是信标帧。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述信标帧是由IEEE 802.15.3指定的信标帧。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述信道是包括在由IEEE 802.15.3指定的超级帧的信道时间分配周期中的信道时间。
11.一种基于协调器的无线网络设备，包括：
数据收发单元，与属于基于协调器的无线网络的装置收发数据；
控制单元，当从所述装置之中的特定装置接收到包括用于请求无线通用串行总线主机的角色的信息的请求帧时，所述控制单元根据通信介质的资源分配信道，从而所述特定装置能够用作无线通用串行总线主机；和
帧产生单元，产生包括关于由所述控制单元分配的信道的信息的信息帧，并且通过所述收发单元将所述信息帧发送到属于所述基于协调器的无线网络的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述请求帧是由IEEE 802.15.3指定的信道时间请求命令帧。
13.如权利要求11所述的设备，其中，所述信息帧是信标帧。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述信标帧是由IEEE 802.15.3指定的信标帧。
15.如权利要求11所述的设备，其中，所述信道是包括在由IEEE 802.15.3指定的超级帧的信道时间分配周期中的信道时间。
16.一种基于协调器的无线网络设备，包括：
数据收发单元，与属于基于协调器的无线网络的装置收发数据；
帧产生单元，产生包括用于请求无线通用串行总线主机的角色的信息的请求帧，并且通过所述数据收发单元将所述请求帧发送到在属于所述基于协调器的无线网络的装置之中用作协调器的装置；和
控制单元，当信息帧被接收时，所述控制单元控制通过由包括在所述信息帧中的关于信道的信息所指定的信道与无线通用串行总线装置的通信，所述信息帧包括关于由无线通用串行总线主机使用并且由用作所述协调器的装置分配的信道的信息。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述请求帧是由IEEE 802.15.3指定的信道时间请求命令帧。
18.如权利要求16所述的设备，其中，所述信息帧是信标帧。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述信标帧是由IEEE 802.15.3指定的信标帧。
20.如权利要求16所述的设备，其中，所述信道是包括在由IEEE 802.15.3指定的超级帧的信道时间分配周期中的信道时间。
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