CN101218801B - 在无线网络中发送超帧的方法及使用超帧来控制设备的唤醒的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种在无线通信网络的MAC中定义的PAL,并且更具体地,提供了一种超帧结构和同步无线通信网络中的设备之间的唤醒周期的方法。该在WPAN中发送/接收的超帧包括:LWS周期字段,包括设备唤醒处的超帧的周期信息;以及LWS倒计数字段,包括直到发送设备唤醒处的超帧为止要发送的剩余超帧的数目的信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种在无线通信网络的媒介接入控制层(MAC)中定义的协议适配层(PAL),更具体地说,涉及一种超帧结构和对无线网络中的设备之间的唤醒周期进行同步的方法。
背景技术
进来,随着人们对家庭网络兴趣的增加,在作为在本地区域(即在大约10米的范围内)中使用的个人网络解决方案的无线个域网(WPAN)技术已成为关注的焦点。WPAN表示在本地区域中(即在从大约几十厘米至几十米范围内)的数据传输,并表示用于与邻近设备进行平滑通信的个人化的无线网络。因为WLAN由于其特征而不需要通信基础设施(infrastrcuture)、易于应用于各种类型的设备、并具有良好的成本和功率效率,所以其被称为卓越的解决方案。
图1是根据IEEE 802.15标准的WPAN的结构的图。
参考图1,各种类型的设备(即数字照相机、打印机、键盘、MP3播放器、个人数字助理(PDA)、鼠标、数字用户线(xDSL)、接入点(AP)和扫描仪)将WPAN构造为以计算机为中心的协调器(coordinator)。通过使用预定频段的无线方法而不是有线方法来连接每个设备。
符合IEEE 802.15标准的WPAN具有各种工作组(WG),所述工作组包括讨论IEEE 802.15标准和执行所述标准的各种行为的4个项目组(TG)。WPAN超宽带(UWB)通信方法,即在讨论IEEE 802.15.3时所谓的WiMedia,具有如下的特征:
1)WiMedia是分散网络。即,WPAN中的每个设备自我维护,而无需WPAN中的专用协调器。而且,每个设备以专用(ad-hoc)方式运行。
2)WPAN中的每个设备根据信标周期发送信标。
3)WiMedia可以使用两类接入方法,分布式保留协议(Distributed Reservation Protocol,DRP)和优先竞争接入(Prioritized Contention Access,PCA)。
重要的是WiMedia具有较高的数据传输速率和较短的传输覆盖范围,并且其以对于每个设备的功率效率的较低功率工作。
因此,在本发明中,在WPAN的WiMedia通信方法中,提供了一种新的超帧结构和使用该超帧的方法,其可以最大化设备的功率效率并且最小化WPAN中的设备之间的数据流量。
发明内容
技术目标
本发明提供了一种超帧和使用该超帧的方法,因为通过在WPAN中广播本地唤醒间隔(LWI)而向每个设备通知其邻近的其它设备的唤醒/睡眠模式,所以其可以最小化WPAN中的数据流量。
本发明也提供了一种超帧和使用该超帧的方法,因为通过在WPAN中广播本地唤醒间隔(LWI)而向每个设备通知其邻近的其它设备的唤醒/睡眠模式,所以可以最大化当向目标接收(Rx)设备发送时的发送(Tx)设备的功率效率。
本发明也提供了一种超帧和使用该超帧的方法,其可以通过在WPAN中广播全局唤醒间隔(GWI)而根据预定周期来唤醒WPAN中的所有设备。
本发明也提供了一种超帧和使用该超帧的方法,因为每个设备动态地控制其在WPAN中的唤醒/睡眠模式,所以其可以最优化WPAN中的数据流量和设备的功率效率。
技术方案
根据本发明的一个方面,提供了一种在无线通信网络中发送/接收的超帧,包括:本地唤醒超帧(LWS)周期字段,包括在那里唤醒设备的超帧的周期信息;以及LWS倒计数字段,包括在发送用于在那里唤醒设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目的数目信息。
根据本发明的另一方面,提供了一种在无线通信网络中发送/接收的超帧,包括:全局唤醒超帧(GWS)周期字段,包括将在无线个域网(WPAN)中的所有设备都唤醒的超帧(*“要发送”?*)的信息;以及GWS倒计数字段,包括在发送用于在那里唤醒所有设备的超帧之前要发送的剩余超帧的 数目的信息。
附图说明
图1是示出根据IEEE 802.15的WPAN的配置的图;
图2是示出在一般WPAN中发送的超帧以及在Rx和Tx设备之间唤醒/睡眠模式的操作的图;
图3是示出根据本发明的示范性实施例的位于WPAN中的设备的配置的图;
图4是示出根据本发明的示范性实施例的在位于WPAN中的设备中发送的LWS的帧结构的图;
图5是示出根据本发明的示范性实施例的在位于WPAN中的设备中发送的GWS的帧结构的图;
图6是示出根据本发明的示范性实施例的包括在LWS或GWS中的周期和倒计数的图;
图7是示出根据本发明的示范性实施例的在使用LWS或GWS的WPAN中的设备的唤醒/睡眠模式的操作的图;
图8是示出根据本发明的示范性实施例的位于WPAN中的设备的操作的流程图;并且
图9是示出根据本发明的示范性实施例的位于WPAN中的设备的配置的框图。
具体实施方式
图2是示出在一般WPAN中发送的超帧以及在Rx和Tx设备之间唤醒/睡眠模式的操作的图。
参考图2,在一般WPAN中连续发送超帧200。根据其唤醒/睡眠模式周期来唤醒每个设备。在图2中,唤醒/睡眠模式用于增加设备的功率效率,Rx设备处于唤醒模式2个超帧持续时间,在随后的5个超帧持续时间内处于睡眠模式,并且在这随后的5个超帧持续时间之后的超帧持续时间中处于唤醒模式。此外,Tx设备在最初的3个超帧持续时间处于睡眠模式,且该Tx设备在随后的超帧持续时间处于唤醒模式。
参考图2的实施例,当Tx设备向Rx设备发送数据时,Rx设备在Tx设 备进入唤醒模式之后的随后4个超帧持续时间期间处于睡眠模式,因此,该Rx设备所不能接收的已发送的超帧被浪费。即,就Rx设备而言,功率效率已降低,因为就WPAN而言,已发生了浪费的数据流量。在图2中,在Tx/Rx设备唤醒之后,可以通过超帧来进行数据传输。
在图2的实施例中,将如下参考图3描述其中很小数目的设备位于WPAN的情况,然而可以有大量设备位于一般WPAN中。
图3是示出根据本发明的示范性实施例的位于WPAN中的设备的配置的图。
参考图3,8个设备位于一个WPAN中,该8个设备中的每一个具有其自己特定的传输覆盖范围,并且执行WPAN中的联网操作。设备310至340可以是数字照相机、打印机、键盘、MP3播放器、个人数字助理(PDA)、鼠标、xDSL接入点(AP)或扫描仪中的任何一个,类似于图1的各类设备。WPAN中的每个设备以图4和图5所示的格式发送超帧,并且随后向每个设备通知其邻近的其它设备的LWI和WPAN中的GWI。
LWS的帧结构
图4是示出根据本发明的示范性实施例的在位于WPAN中的设备中发送的LWS的帧结构的图。
参考图4,超帧400包括信标时隙(slot)410和数据时隙420。信标时隙410包括作为LWI IE 430的信息元素(IE),根据本发明,LWI IE 430被包括在超帧400中。LWI IE 430包括LWS周期字段431和LWS倒计数字段432。
记录在LWS周期字段431中的值包括用于在那里唤醒相应设备的超帧400的周期信息。特别地,当相应设备处于睡眠模式2个超帧持续时间时,并且当该设备在随后的超帧持续时间处于唤醒模式时,记录在LWS周期字段431中的值变为3。记录在LWS周期字段431中的周期信息可以是基于设备的用户需要的创建值,或是基于WPAN的本地参数由设备确定的值。用于创建LWS周期字段431的本地参数可以是设备的当前流量信息、所期望的流量信息、WPAN的信道条件或设备的功率级别中的至少任意一个。
记录在LWS倒计数字段432中的值包括在发送用于在那里唤醒设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目的信息。LWS倒计数字段432具有初始值,即比LWS字段431中的值小1,并且在随后的超帧中,具有比前一超帧中的LWS倒计数字段值432小1的值。
参考图6,下面将更详细地描述创建LWS倒计数字段432中的值。作为示例,当包括在LWI 610的LWI IE 615中的LWS周期字段431的值是3时,包括在LWI IE 615中的LWS周期字段431的值是3,而LWS倒计数字段432的初始值是2。然后,包括在LWI 620的LWI IE 625中的LWS周期字段431的值是3,而LWS倒计数字段432的值变为1。然后,包括在LWI 630的LWIIE 635中的LWS周期字段431的值是3,而LWS倒计数字段432的值变为0。当发送其中LWS倒计数字段432的值变为0的LSW 630时,相应设备被唤醒并且以唤醒模式操作。在预定数目的超帧传输期间被保持为唤醒模式之后,该设备返回到睡眠模式,将包括在LWI 640的LWIIE 645中的LWS周期字段431的值创建为3,并且将LWS倒计数字段432的初始值创建为2。对于随后的LWS,重复上述的操作。
为了便于描述,采用LWS字段倒计数432的上述值作为示例,并且可以将LWS倒计数字段432的初始值和用于在那里唤醒相应设备的LWS倒计数字段432的值创建为不同值。对LWS倒计数字段432的值的修改或变化对于本领域技术人员来说应当是显而易见的。
GWS的帧结构
图5是示出根据本发明的示范性实施例的在位于WPAN中的设备中发送的GWS的帧结构的图。类似于图4的描述,一个超帧500包括信标时隙510和数据时隙520。信标时隙510包括作为GWI IE(530)的IE,根据本发明,该GWI IE 530被包括在超帧500中。GWI IE 530包括GWS周期字段531和GWS倒计数字段532。
记录在GWS周期字段531中的值包括当WPAN中的所有设备都被唤醒时的超帧500的周期信息。特别地,当在3个超帧持续时间之后的随后的超帧持续时间中所有设备都被唤醒时,GWS周期字段531中的值变为3。记录在GWS周期字段531中的周期信息可以由充当协调器的设备(即WPAN中的网关或桥接器)来确定,也可以根据例如控制、媒介或数据的网络类型、网络负载或其它参数来确定。
记录在GWS倒计数字段532中的值包括关于在发送用于在那里唤醒WPAN中的所有设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目的信息。GWS倒计数字段532具有初始值,即比GWS字段531中的值小1,并且在随后的超帧中,其具有比前一超帧中的GWS倒计数字段值532小1的值。
返回参考图6,下面将更详细地描述创建GWS倒计数字段532中的值。作为示例,当包括在GWI 610的GWI IE 615中的GWS周期字段531的值是3时,包括在GWI IE 615中的GWS周期字段531的值是3,而GWS倒计数字段532的初始值是2。然后,包括在GWS 620的GWI IE 625中的GWS周期字段531的值是3,而GWS倒计数字段532的值变为1。然后,包括在GWS 630的GWI IE 635中的GWS周期字段531的值是3,而GWS倒计数字段532的值变为0。在其中GWS倒计数字段532变为0的GWS 630中,与WPAN中的相应设备通信的所有设备被唤醒,包括充当WPAN中的协调器的设备。在设备被唤醒之后,当在预定数目的超帧持续时间期间被保持为唤醒模式的设备返回到睡眠模式时,将包括在LWS 640的GWI IE 645中的GWS周期字段531的值创建为3,并且将GWS倒计数字段532的初始值创建为2。对于随后的GWS,重复上述的操作。
如参考图4所述,为了便于描述,采用GWS字段倒计数532的值作为示例,并且可以将GWS倒计数字段532的初始值和用于在那里唤醒相应设备的GWS倒计数字段532的值创建为不同值。对GWS倒计数字段532的值的修改或变化对于本领域技术人员来说应当是显而易见的。
使用LWS/GWS控制唤醒/睡眠模式的方法
通过参考图7,将使用通过参考图4至图6描述的LWS和GWS来描述根据本发明的、控制位于WPAN中的设备之间的唤醒/睡眠模式的方法。
图7是示出根据本发明的示范性实施例的在使用LWS或GWS的WPAN中的设备的唤醒/睡眠模式运行的操作的图。为了便于描述,在图7中,将下述情况作为示例:即所述设备仅在相应设备唤醒之后的一个超帧持续时间处于唤醒模式,而在随后的超帧持续时间中该设备返回睡眠模式。参考图7,充当网关的设备(G/W)的全局唤醒周期(GP)是6,设备1的本地唤醒周期(LP)是3,设备2的LP是5,而设备3的LP是7。
如图7中所示,在沿时间轴发送的超帧(SF)710中,根据WPAN,设备(G/W)在初始的SF持续时间以睡眠模式运行,并且在随后的SF持续时间中该设备(G/W)被唤醒。由于将GP创建为6,所以执行与该设备(G/W)通信的设备1至3被唤醒,以便以唤醒模式运行相应的SF持续时间。由于设备1的LP是3,所以根据GP,设备1在最初的2个SF持续时间以睡眠模式运行,在第3个持续时间被唤醒以便以唤醒模式运行,并且在第6个SF持续 时间再次被唤醒以便以唤醒模式运行。
由于设备2的LP是5,所以根据GP,设备2在最初的SF持续时间以睡眠模式运行,在第5个SF持续时间被唤醒以便以唤醒模式运行,在第6个SF持续时间再次被唤醒以便以唤醒模式运行。相反,由于设备3的LP是7,所以根据GP,设备3在第6个SF持续时间被唤醒以便以唤醒模式运行,并且在第7个SF持续时间停留在唤醒以便以唤醒模式运行。
如上所述,WPAN中的所有设备根据由WPAN中的设备生成的LWS或GWS以唤醒/睡眠模式运行。
使用WLS/GWS来燥作WPAN中的设备的方法
通过参考图8和图9,将详细描述设备的配置和其中使用LWS/GWS来执行控制唤醒/睡眠模式的方法的操作WPAN中的设备的方法。
图8是示出根据本发明的示范性实施例的操作位于WPAN中的设备的方法的流程图。参考图8,在操作810中,如参考图4描述的,位于WPAN中的设备确定LWS周期。在操作810中的LWS周期包括在那里唤醒相应设备的超帧的周期信息。特别地,当相应设备处于睡眠模式2个超帧持续时间时,并且当该设备在随后的超帧持续时间处于唤醒模式时,LWS周期变为3。记录在LWS周期中的周期信息可以是依赖于设备的用户需要而创建的值,或是基于WPAN的本地参数由设备确定的值。在操作820中,将在操作810中创建的LWS周期和LWS倒计数字段的值记录在LWS的信标时隙的LWI IE中,并且广播WPAN中的LWS。LWI IE包括LWS周期字段和LWS倒计数字段,并且将LWS周期字段和LWS倒计数的值记录在每个字段中。在操作830中,当发送随后的超帧时,在LWI IE中包括比前一超帧中的LWS倒计数字段的值小1的值,并且重复地广播。在操作840中,确定LWS倒计数字段的值是否达到0,并且当LWS倒计数字段的值达到0时,在操作850中,唤醒该设备。
与在操作810至850中描述的本地唤醒一起执行使用GWS在WPAN中广播的全局唤醒。当在图8的操作840中LWS倒计数字段的值未达到0时,在操作860中,监听GWS倒计数字段的值,GWS倒计数字段的值包括在GWS中。在操作870中,确定所监听的GWS倒计数字段的值是否达到0。当所确定的值达到0时,在操作880中执行全局唤醒。当所确定的值未达到0,重复广播LWS,并且重复操作830。
如参考图8所描述的,WPAN中的设备通过WPAN中的LWS来广播关于其自己的唤醒/睡眠模式的方案信息。因此,向邻近的其它设备通知相应设备的唤醒/睡眠模式。因而,希望像预定目标Rx设备发送数据的Tx设备监视目标Rx设备的唤醒/睡眠模式,并且能够当目标Rx设备唤醒以便以唤醒模式运行时发送预定的数据。因此,可以减少参考图2所描述的浪费的超帧持续时间,并且可以优化WPAN中的流量效率和Tx设备的功率效率。
图9是示出根据本发明的示范性实施例的位于WPAN中的设备的配置的框图。参考图9,根据本发明的设备是MAC,并且包括PAL 900和预定的物理层(PHY)910。
PAL 900可以包括本地参数分析单元920、LWS周期管理单元930、倒计数单元940、超帧生成单元950、控制单元960和GWS周期/倒计数管理单元970。PHY 910控制物理传输和与无线媒介的接口连接。
本地参数分析单元920通过分析位于WPAN中的相应设备的本地参数而确定LWS周期。如上所述,本地参数可以是所述设备的当前流量信息、所期望的流量信息、WPAN的信道条件或设备的功率级别中的至少任意一个。可以以不同的方式来设计通过分析本地参数来确定LWS周期的算法。
LWS周期管理单元930将在本地参数分析单元920中确定的LWS周期的值或从用户输入的LWS周期的值保持为设置值。根据LWS周期的值,确定包括在LWS的LWI IE中的LWS倒计数的值。
只要发送LWS,倒计数单元940就发送比LWS倒计数的值小1的值。
通过插入在LWS周期管理单元930中保持的LWS周期的值和从倒计数单元940发送的LWS倒计数的值,超帧生成单元950通过PHY 910向WPAN广播LWS周期和LWS倒计数的值。
控制单元960根据LWS周期和LWS倒计数的值控制要被唤醒的设备。特别地,当倒计数单元940的LWS倒计数的值达到0时,通过执行本地唤醒信令来控制相应设备以唤醒模式运行。此外,当包括在从GWS周期/倒计数管理单元970监听的GSW中的GWS倒计数的值达到0时,通过执行全局唤醒信令来控制相应设备以唤醒模式运行。
在图9中示出了生成LWS并使用该LWS来控制唤醒/睡眠模式的设备的配置,因为生成GWS的逻辑类似于生成LWS的逻辑,所以生成GWS并使用该GWS来控制唤醒/睡眠模式的设备的配置类似于图9中所示的配置。
采用WPAN中的设备的配置的PAL 900和PHY 910作为示例,用于描述执行生成LWS/GWS和控制唤醒/睡眠模式的方法的功能模块,即,对使用本发明的LWS/GWS的功能模块的修改以及分割/组合等应当落入本发明的范畴内。
关注于符合IEEE 802.15.3规范的WiMedia而描述了本发明的特征,此外,本发明也可以应用于采用其它方法而不是WiMedia的控制WPAN中的每个设备的唤醒/睡眠模式的网络技术。
尽管已示出和描述了本发明的几个实施例,但是本发明不限于所描述的实施例。相反,本领域技术人员应当明白,在不背离本发明的原理和精神的情况下,可以对这些实施例进行改变,由所附权利要求书及其等价物来限定本发明的范围。
工业实用性
根据本发明,提供了一种在无线通信中发送/接收的超帧,因为通过在WPAN中广播本地唤醒间隔(LWI)来向每个设备通知其邻近的其它设备的唤醒/睡眠模式,所以其可以最小化WPAN中的数据流量。
根据本发明,提供了一种在无线通信中发送/接收的超帧,因为通过在WPAN中广播本地唤醒间隔(LWI)来向每个设备通知其邻近的其它设备的唤醒/睡眠模式,所以其可以最大化当向目标接收(Rx)设备发送时的发送(Tx)设备的功率效率。
根据本发明,提供了一种在无线通信中发送/接收的超帧,其可以通过在WPAN中广播全局唤醒间隔(GWI)来根据预定周期唤醒WPAN中的所有设备。
根据本发明,提供了一种在无线通信中发送/接收的超帧,因为在WPAN中每个设备动态地控制其的唤醒/睡眠模式,所以其可以最优化WPAN中的数据流量和设备的功率效率。
Claims (9)
1.一种在无线通信网络的设备中发送超帧的方法,该方法包括:
确定本地唤醒超帧LWS周期字段值,该LWS周期字段值包括当唤醒设备时的周期信息;
生成包括信息元素IE的超帧,该超帧包括LWS周期字段和LWS倒计数字段,所述LWS倒计数字段包括在发送用于在那里唤醒设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目;以及
通过预定的物理层PHY向WPAN广播该超帧。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过设备的用户输入或WPAN的本地参数来确定LWS周期字段值。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述本地参数是设备的当前流量信息、所期望的流量信息、WPAN的信道条件和设备的功率级别中的任意一个。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述LWS倒计数字段具有比随后的超帧中LWS周期减1的初始值,具有比前一超帧中的LWS倒计数字段值小1的值,并且当所述LWS倒计数字段值达到0时所述设备被唤醒。
5.一种在无线通信网络的设备中发送超帧的方法,该方法包括:
确定全局唤醒超帧GWS周期字段值,该GWS周期字段值包括当无线个域网WPAN中的所有设备被唤醒时的超帧的周期信息;
生成包括信息元素IE的超帧,由GWS倒计数字段和GWS周期字段来配置所述IE,所述GWS倒计数字段包括关于在发送用于在那里唤醒所有设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目信息;以及
通过预定的物理层PHY向WPAN广播该超帧。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述GWS倒计数字段具有比随后的超帧中GWS周期少1的初始值,具有比前一超帧中的GWS倒计数字段值小1的值,并且当所述GWS倒计数字段值达到0时所述设备被唤醒。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述广播超帧的设备是充当协调器的、包括WPAN中的网关或桥接器的设备。
8.一种在无线通信网络的设备中发送超帧的方法,该方法包括:
接收从目标接收Rx设备发送的超帧,该超帧包括本地唤醒超帧LWS周期字段以及本地唤醒超帧LWS倒计数字段,所述LWS周期字段包括当目标Rx设备被唤醒时的超帧的周期信息,所述LWS倒计数字段包括在唤醒所述设备的超帧之前的剩余超帧的数目;以及
在其中LWS倒计数字段值达到0的超帧持续时间中,向目标Rx设备发送该超帧。
9.一种控制包括在无线通信网络的设备的唤醒/睡眠状态的方法,该方法包括:
1)确定本地唤醒超帧LWS周期字段值,该LWS周期字段值包括唤醒设备时的超帧的周期信息;
2)生成超帧,该超帧包括LWS周期字段和信息元素IE,由LWS倒计数字段来配置所述IE,所述LWS倒计数字段包括在发送用于在那里唤醒设备的超帧之前要发送的剩余超帧的数目;
3)通过预定的PHY向WPAN广播该超帧;
4)从WPAN中的第二设备接收包括全局唤醒超帧GWS周期字段和全局唤醒超帧GWS倒计数字段的超帧;以及
5)当在操作2)中LWS倒计数字段值达到0时,或当在操作4)中GWS倒计数字段值达到0时,控制唤醒该设备。
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