CN101345669A - 一种uwb系统中解决设备地址冲突的实现方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式提供了一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法及装置，具体是当发生设备地址冲突时，选择其中之一设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。通过本发明技术方案的实施，可以使发生地址冲突的两设备中，只有其中之一的设备进行地址重新分配的过程，而另一设备保持现有的地址不变，这样就可以减少冲突设备又选择同一地址而再次发生冲突的概率；同时由于另一设备不再进行地址分配的过程，也节约了其能量开销。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法及装置。
背景技术
UWB(Ultra Wideband)是超宽带无线通信技术，在分布式UWB系统中，每一个设备都是独立和对等的，没有一个中心协调器来协调系统的信道占用和通信同步，而是根据定义的超帧概念和结构，来统一分配信道资源和进行通信同步。
超帧是设备之间数据交换的基本时间划分，信道时间被划分成连续的超帧集合。如图1所示为超帧的结构示意图，图中超帧由两部分组成：信标周期和数据交换周期(除信标周期外的其他部分)。在信标周期中各个信标时隙从低到高编号，且在信标周期内，设备只发送或者接收信标帧；在数据交换周期内，则进行数据帧和其它非信标帧的交换。
基于上述超帧的定义，在UWB系统中设备入网过程的流程图，如图2所示，图中：每一个设备在启动之后，首先扫描信道，检测信标帧；如果没有检测到信标帧，设备就发送自己的信标帧创建一个信标周期，则设备入网成功；如果在信道中检测到信标帧，则设备向现有的信标帧同步信标周期，然后接收信标帧，并解析得到设备在目前网络中的地址；如果设备现在的地址和网络中现存设备的地址有冲突，也就是说发生了设备地址冲突的情况，那么设备就重新选择一个和现存设备地址不冲突的地址，然后再发送信标帧，则入网成功；如果设备现在的地址和网络中现存设备的地址不冲突，就发送信标帧，则入网成功。
在以上所述的分布式UWB系统中，每一个独立的UWB设备都通过一个EUI-48来寻址，并分配一个16位短地址然后通过该地址进行通信。由于该16位短地址是设备自己生成的，没有一个中心协调器来协调各个设备的地址生成，所以几个设备同时分配一个地址的情况是可能发生的，这也就是所说的地址发生冲突的情况，而如果几个设备同时使用同一个地址进行通信，则通信就会发生混乱。一旦设备发生了地址冲突，设备就会进行地址分配过程，重新分配一个新的地址，如图3所示为发生地址冲突时现有的一种解决方案，从图中可以看出：在判断发生地址冲突后，发生地址冲突的设备都会放弃它们现在的地址，而重新分配一个新的地址，这一方面增加了冲突设备又重新选择同一个地址而再次发生冲突的概率；同时由于每个冲突设备都要进行地址重新分配的过程，也增加了设备的能量开销。
综上所述，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在分布式UWB系统中，设备发生地址冲突的情况时，发生地址冲突的设备都会放弃它们现在的地址，而重新分配一个新的地址，这样一方面增加了冲突设备又重新选择同一个地址而再次发生冲突的概率；同时由于每个冲突设备都要进行地址重新分配的过程，也增加了设备的能量开销。
发明内容
本发明实施方式提供了一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法及装置，以减少发生冲突的设备又重新选择同一个地址而再次发生冲突的概率。
本发明实施方式是通过以下技术方案实现的：
一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，包括：当发生设备地址冲突时，选择其中之一设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。
本发明实施方式还提供了一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，包括：
地址冲突判定模块：用于判定是否发生设备地址的冲突；
地址分配判断模块：用于在地址冲突判定模块判定发生设备地址冲突后，，判断设备是否进行地址重新分配；
地址生成模块：用于对地址分配判断模块中判断需要进行地址重新分配的设备，进行地址重新分配的操作，生成新的地址。
由上述所提供的技术方案可以看出，本发明实施方式能够使发生地址冲突的两设备中，只有其中之一的设备进行地址重新分配的过程，而另一设备保持现有的地址不变，这样就可以减少冲突设备又选择同一个地址而再次发生冲突的概率；同时由于另一设备不再进行地址分配的过程，也节约了其能量开销。
附图说明
图1为现有技术中超帧的结构示意图；
图2为现有技术中UWB系统设备入网过程的流程图；
图3为发生地址冲突时现有的一种解决方案的处理流程图；
图4为本发明实施方式所述方法解决方案的处理流程图；
图5为本发明实施方式所述装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施方式提供了一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法及装置。当发生设备地址冲突时，利用设备的信标时隙位置信息，选择其中之一设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。这里所说的设备地址冲突，指的是这样的情况：在UWB系统中的设备A接收到这样的信标帧：帧中的信息元素BPOIE(Beacon Period Occupancy Information Element)中包含一个地址DevAddr和设备A自己的地址相同，但是在信息元素BPOIE中指示的与该地址DevAddr对应的信标时隙内，设备A并没有发送信标，也没有处于休眠状态，此时就可以判定发生了以上所述的设备地址冲突。
为了更加清楚的描述本发明的实施方式，现对帧(即MAC帧)和信标帧的结构和相关域值的定义进行说明如下：
帧，指媒质接入控制MAC帧，其结构中包括一个固定长度的MAC Header(帧头)和可选可变长度的Frame Body(帧体)。Frame Body又由Frame Payload(帧负载)和FCS(循环冗余校验)组成，如下表1所示：
表1
表中，DestAddr域标识该帧的目的设备的地址，SrcAddr域标识发送该帧的源设备的地址。
信标帧的Frame Payload(帧负载)的格式如下表2所示：
表2
表中，Beacon Slot Number域标识发送该信标帧的设备选择的超帧中信标周期内时隙的编号，也就是本发明实施方式中所述的信标时隙位置信息。
表中还包括若干信息元素L1，L2，...LN等，以用来表示设备的各种信息。设备可以主动的或者在接收到相应请求之后，在信标帧中发送一个或多个信息元素，以向网络广播自身的信息。
信标周期占用信息元素BPOIE(Beacon Period Occupancy InformationElement)就是以上所述信息元素中的一种，且每个设备的每个信标中都必须包含该信息元素，用以标识设备的信标周期及其占用情况，其结构如下表3所示：
| octets：1 | 1 | 1 | K | 2 | ... | 2 |
| Element ID | Length(＝1+K+2*N) | BP Length | Beacon SlotInfo Bitmap | DevAddr 1 | ... | DevAddr N |
表3
表中，Element ID是信息元素的编号，用以标识该信息元素；Length是信息元素的长度；BP Length是设备的信标周期长度；Beacon Slot Info Bitmap标识各个信标时隙的状态；如果Beacon Slot Info Bitmap中标识某个信标时隙被占用，则后面对应的DevAddr N就代表占用该信标时隙的设备地址。
以上对本发明实施方式所涉及到的相关定义进行了说明，为了更好的描述本发明实施方式所述的实现方法，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
图4为本发明实施方式解决方案的处理流程图，图中包括：
步骤11：接收信标帧。在UWB系统中的设备在其信标周期内可以接收信标帧，同一个信标组(Beacon Group)的设备可以接收其他所有设备的信标帧。
步骤12：解析信标帧。设备对接收到的每一个信标帧进行解析，如上对信标帧的定义，可以在Frame Control域中得到帧控制信息；可以从DestAddr域和SrcAddr域得到信标帧的目的地址和发送该信标帧的源设备的地址，由于信标帧可以是组播或者广播的，所以DestAddr可以是组播地址或者广播地址；另外，可以从Beacon Slot Number域中得到发送该信标的设备的信标时隙位置信息；可以从L1，L2，...，LN域中得到信标帧携带的信息元素进而得到相关信息，比如可以得到信息元素BPOIE的信息等。除此之外，也可以解析到其它的相关信息。
步骤13：判定是否发生地址冲突。从上面对信标帧的解析中，可以获得信标帧携带的BPOIE信息元素中包含信息元素的标识Element ID，信标周期长度BP Length，信标周期中各个时隙的状态Beacon Slot Info Bitmap等信息，其中信标时隙的状态信息Beacon Slot Info Bitmap标识信标时隙是否被占用、是否可移动，而地址DevAddr N代表占用该信标时隙的设备地址。
将接收信标帧的设备记作设备A，在判定是否发生设备地址冲突时，如果信息元素BPOIE中包含的DevAddr N中存在地址DevAddr I与设备A的地址一样，但是在与DevAddr I相对应的信标时隙中，设备A并没有发送信标也没有处于休眠状态，即可判定发生了设备地址冲突。为方便描述，可将与地址DevAddr I相对应的信标时隙位置信息记为Beacon Slot Number B。
若发生了以上所述的设备地址冲突，则进行下一步操作，执行步骤14；否则，执行步骤15：继续进行既定的各种操作，包括接收信标帧、传输数据等原定的通信过程。
步骤14：判断是否进行地址重新分配。在判断发生了上面所述的设备地址冲突之后，可以通过冲突设备的信标时隙位置信息比较，来进行判断是否进行地址的重新分配；也可以采用随机选择的方式来判断选择设备是否进行地址重新。如是通过冲突设备的信标时隙位置信息的比较来进行判断，则具体的判断方法为：将接收信标帧的设备在信标周期中的信标时隙位置信息记为BeaconSlot Number A，将Beacon Slot Number A和Beacon Slot Number B进行比较，选择信标时隙位置在前或位置在后的设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。也就是说，若设定选择信标时隙位置在前的设备进行地址重新分配，而比较结果是Beacon Slot Number A在Beacon Slot Number B之前，则就可以判断接收信标帧的设备进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址，另一个与信标时隙位置信息Beacon Slot Number B相对应的地址设备不进行地址分配的操作，保持其现有地址不变，继续进行各种既定的操作，即执行步骤15；同样的，若设定选择信标时隙位置在后的设备进行地址重新分配，而比较的结果是Beacon Slot Number A在Beacon Slot Number B之前，则就可以判断接收信标帧的设备不进行地址重新分配的操作，保持其现有地址不变，执行步骤15：继续进行各种既定的操作。而另一个与信标时隙位置信息BeaconSlot Number B相对应的地址设备就进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址。
步骤16：生成新的地址，进行相关操作。若在上述步骤14中判断接收信标帧的设备进行地址重新分配的操作之后，接收信标帧的设备会生成新的地址，并以新的地址进行相关的操作，如可以以新的地址再接收一个信标帧，完成原定的通信过程。
本发明实施方式还提供了一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，图5为所述装置的结构示意图，图中包括地址冲突判定模块、地址分配判断模块和地址生成模块，其中地址冲突判定模块用于判定是否发生设备地址的冲突，判定方法如上所述，在判断出设备接收到的信标帧信息元素中包含一个地址DevAddr和所述设备的地址相同，且在与该地址DevAddr对应的信标时隙内，所述设备并没有发送信标也没有处于休眠状态时，则确定发生了设备地址冲突。具体来说就是，地址冲突判定模块若在解析得到的信息元素BPOIE所包含的地址DevAddr N中，得知存在地址DevAddr I与接收信标帧的设备A的地址相同，但是在与地址DevAddr I相对应的信标时隙中，设备A并没有发送信标也没有处于休眠状态，则地址冲突模块就可以判定发生了设备地址的冲突。为方便下面的描述，可将与地址DevAddr I相对应的信标时隙位置信息记为Beacon Slot Number B。
地址分配判断模块用于在地址冲突判定模块判定发生设备地址冲突后，判断设备是否进行地址重新分配。具体可以通过冲突设备的信标时隙位置信息比较来进行判断，也可以采用随机选择的方式来判断选择设备是否进行地址重新分配。如是通过冲突设备的信标时隙位置信息比较来进行判断，则具体的判断方法为：将接收信标帧的设备A在信标周期中的信标时隙位置信息记为BeaconSlot Number A，将Beacon Slot Number A和Beacon Slot Number B进行比较，选择信标时隙位置在前或位置在后的设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。也就是说，若设定选择信标时隙位置在前的设备进行地址重新分配，而比较结果是Beacon Slot Number A在Beacon Slot Number B之前，则就可以判断接收信标帧的设备A进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址，另一个与信标时隙位置信息Beacon Slot Number B相对应的地址设备不进行地址分配的操作，保持其现有地址不变，继续进行各种既定的操作；同样的，若设定选择信标时隙位置在后的设备进行地址重新分配，而比较的结果是Beacon Slot Number A在Beacon Slot Number B之前，则就可以判断接收信标帧的设备A不进行地址重新分配的操作，保持其现有地址不变，继续进行各种既定的操作，而另一个与信标时隙位置信息Beacon Slot Number B相对应的地址设备就进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址。
地址分配选择模块中还包括比较模块和判断模块，其中的比较模块用于比较冲突设备信标时隙位置的前后，比较方法如上所述；判断模块用于根据比较结果，判断设备是否进行地址重新分配，具体判断的方法如上所述。
地址生成模块用于对地址分配判断模块中判断需要进行地址重新分配的设备，进行地址重新分配的操作，生成新的地址。若在地址分配判断模块中，判断设备A需要进行地址重新分配的操作，则在地址生成模块中，就会对设备A进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址，并继续进行各种既定的操作，完成原定的通信过程。
另外，所述实现装置中还可包括信标帧解析模块，它用于对设备收到的信标帧进行解析，并将用于设备地址冲突判定的信标帧信息传送到地址冲突判定模块。同时，也可以通过对信标帧的解析获得用于比较的信标时隙位置信息以及其他相关的信息，如上对信标帧的定义，可以在信标帧的Frame Control域中得到帧控制信息；可以从DestAddr域和SrcAddr域得到信标帧的目的地址和发送该信标帧的源设备的地址，由于信标帧可以是组播或者广播的，所以DestAddr可以是组播地址或者广播地址；另外，可以从Beacon Slot Number域中得到发送该信标的设备的信标时隙位置信息；可以从L1，L2，...，LN域中得到信标帧携带的信息元素进而得到相关信息，比如可以得到信息元素BPOIE的信息等。
另外，所述的实现装置中还可包括更新操作模块，它用于在设备进行重新分配地址的操作，更新地址后，以新的地址进行原定的通信操作，如可以以新的地址再接收一个信标帧，完成原定的通信过程。
为进一步描述本发明实施方式，现结合具体的实施例对其技术方案作进一步说明：
实施例1：以UWB系统中设备A的通信操作为例，设备A首先在其信标周期内接收到一个信标帧，设备A再对接收到的信标帧进行解析，得到帧控制信息Frame Control、信标帧的目的地址DestAddr、发送该信标帧的源设备的地址SrcAddr；另外，还可以得到设备A在信标周期中的信标时隙位置信息BeaconSlot Number A；还可以从L1，L2，...，LN域中得到信标帧携带的信息元素BPOIE的信息。
如果信息元素BPOIE中包含的DevAddr N中存在地址DevAddr I与设备A的地址一样，但是在与DevAddr I相对应的信标时隙中，设备A并没有发送信标也没有处于休眠状态，即可判定发生了设备地址冲突。
同时为方便描述，将与地址DevAddr I相对应的信标时隙位置信息记为Beacon Slot Number B。
此时设定选择信标时隙位置在前的设备进行地址重新分配，然后将BeaconSlot Number A和Beacon Slot Number B进行比较，若比较结果是Beacon SlotNumber A在Beacon Slot Number B之前，则就可以判断设备A进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址，而另一个与信标时隙位置信息Beacon SlotNumber B相对应的地址所对应的设备，这里可记为设备B，不进行地址分配的操作，保持其现有地址不变，并继续进行各种既定的操作。
若比较结果是Beacon SIot Number A在Beacon Slot Number B之后，则设备A不进行地址重新分配的操作，保持其现有地址不变，继续进行各种既定的操作；而设备B就进行地址重新分配的操作，得到一个新的地址。
实施例2：还是以实施例1所提供的场景为例，在判断发生了设备地址冲突时，除了上述实施例1所描述的重新分配地址设备的判断方式外，还可以采用随机选择的方式来选择其中之一的设备进行地址重新分配的操作，这里随机选择的策略制定可以根据设备的使用情况和网络占用情况来定。
若随机选择了接收信标帧的设备A进行地址重新分配，则设备B就不进行地址分配的操作，保持其现有地址不变，继续进行各种既定的操作；若随机选择了设备B进行地址重新分配，则接收信标帧的设备A就保持现有地址不变，并继续进行各种既定的操作。
另外，设备A若被选中进行地址重新分配的操作，则在更新地址后，以新的地址进行相关的操作，如可以以新的地址再接收一个信标帧，完成原定的通信过程。
综上所述，本发明实施方式可以使发生地址冲突的两个设备中，只有一个设备进行地址重新分配的过程，而另一个设备保持现有的地址不变，这样就可以减少冲突设备又选择同一个地址而再次发生冲突的概率；同时由于另一个设备不再进行地址分配的过程，也节约了其能量开销。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1、一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，其特征在于，当发生设备地址冲突时，选择其中之一设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。
2、如权利要求1所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，其特征在于，所述发生设备地址冲突具体为：在判断出设备接收到的信标帧信息元素中包含一个地址DevAddr和所述设备的地址相同，且在与该地址DevAddr对应的信标时隙内，所述设备并没有发送信标也没有处于休眠状态时，确定发生了设备地址冲突。
3、如权利要求1所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，其特征在于，所述选择其中之一设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变的步骤具体为：通过冲突设备信标时隙位置的前后比较，选择信标时隙位置在前或位置在后的设备进行地址重新分配，而另一设备保持现有的地址不变。
4、如权利要求1所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，其特征在于，所述的选择其中之一设备进行地址重新分配之后，还包括：所述的设备以新的地址进行原定的通信操作。
5、如权利要求1所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现方法，其特征在于，所述的另一设备保持现有的地址不变之后，还包括：所述的另一设备继续进行原定的通信操作。
6、一种UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，其特征在于，包括：
地址冲突判定模块：用于判定是否发生设备地址的冲突；
地址分配判断模块：用于在地址冲突判定模块判定发生设备地址冲突后，，判断设备是否进行地址重新分配；
地址生成模块：用于对地址分配判断模块中判断需要进行地址重新分配的设备，进行地址重新分配的操作，生成新的地址。
7、如权利要求6所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，其特征在于，所述的地址分配判断模块中，包括：
比较模块：用于比较冲突设备信标时隙位置的前后；
判断模块：用于根据所述比较模块的比较结果，判断设备是否进行地址重新分配。
8、如权利要求6所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，其特征在于，还包括：
信标帧解析模块：用于对设备收到的信标帧进行解析，获得信标帧的信息，并将用于设备地址冲突判定的信标帧信息传送到地址冲突判定模块。
9、如权利要求6所述的UWB系统中解决设备地址冲突的实现装置，其特征在于，还包括：
更新操作模块：用于在所述地址生成模块生成新的地址后，对设备以新的地址进行原定的通信操作。
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