CN101431398A - 控制保护设备保持激活状态的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制保护设备保持激活状态的方法及设备。该控制保护设备保持激活状态的方法包括以下步骤：从保护设备高层得知被选作备选保护设备，告知MAC子层；所述MAC子层要求物理层发送NPD码字，同时启动定时器；定时器超时后，所述MAC子层要求物理层再发送NPD码字，并重置定时器。本发明技术方案使得保护设备保持激活状态，从而使主保护设备和其他从保护设备检测到备选保护设备的存在。

Description

控制保护设备保持激活状态的方法及设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是一种控制保护设备保持激活状态的方法及设备。
背景技术
随着数字电视的推广，原本用于模拟电视的频段利用率越来越低。目前已批准免授权的设备在不造成干扰的前提下使用这部分未使用的电视频段。尽管这些电视信道没有被用来广播电视信号，但其他低功率的授权设备比如无线麦克风等，也工作在这些电视信道上。因此保护这些低功率的设备免受干扰就显得尤为重要。
IEEE 802.22.1标准定义了一种保护设备(Protecting Device，PD)或信标设备(Beaconing Device)用来组成信标网络(Beaconing Network)，加强对低功率的授权主用户设备(比如无线麦克风)的保护，有利于与免授权设备进行频谱共享。
信标网络中的信标传输都是广播的，发送的数据可以被网络覆盖范围内的任何设备接收和处理。信标网络中的保护设备分为主保护设备(PrimaryProtecting Device，PPD)和从保护设备(Secondary Protecting Device，SPD)。主保护设备制无线信道的接入，融合其他从保护设备的信标数据，负责广播该信标网络中的所有信标信息；从保护设备负责一部分区域的低功率的授权设备的保护，把信标内容发送给主用户设备。为了缩短主保护设备退出后重新选择新主保护设备的时间，IEEE 802.22.1标准定义了一种特殊的从保护设备，即备选保护设备(Next-in-line Protecting Device，NPD)。
设备初始化的步骤如下：保护设备开机后首先进行初始化。每个保护设备在指定的电视频道上侦听若干个超帧周期以判断该信道上是否存在主保护设备。若没有侦听到主保护设备，该保护设备就提升为主保护设备并开始发送信标帧；若侦听到一个或多个主保护设备的存在，该保护设备可决定成为主保护设备并开始发送自己的信标帧，或成为从保护设备并尝试与其中一个主保护设备联系。当信标网络中存在主保护设备时，主保护设备应该选择某个从保护设备作为备选保护设备。如果主保护设备停止发送信标，备选保护设备将提升为主保护设备，其他从保护设备最终会与新的主保护设备联系，新的主保护设备应该选择其中某个从保护设备成为新的备选保护设备。
保护设备的体系结构是基于开放系统互连(Open System Interconnection，OSI)七层模型的多层结构，如图1所示。每一层负责一部分协议，并向上层提供服务。
IEEE 802.22.1标准定义保护设备的物理层(Physical Layer，PHY)和介质接入控制(Medium Access Control，MAC)子层。物理层包括无线收发器以及底层的控制机制，向MAC层提供比特传输的服务。介质接入控制子层提供物理信道的接入服务，并进行MAC帧的组装和分解。高层(Next HigherLayer，NHL)不属于标准规定的部分，但由于高层执行选择工作信道、决定保护设备的工作模式(成为主保护设备还是从保护设备)、开始/停止信标帧的传送、处理接收到的信标帧的信息、融合数据以及处理安全机制的错误等功能，高层的行为对保护设备的正常工作非常重要。
各层之间的接口被称作服务接入点(Service Access Points，SAPs)。每个服务接入点提供了相邻两层之间的信息交互方法。高层与介质接入控制子层之间通过MLME(MAC sublayer Management Entity，MAC子层管理实体)-SAP接口进行信息交互；介质接入控制子层与物理层之间的数据通过PD-SAP进行交互，控制信息通过PLME(PHY Layer Management Entity，物理层管理实体)-SAP进行交互。
IEEE 802.22.1系统的超帧(superframe)结构如图2所示，一个超帧周期分为31个时隙(slot)，前30个时隙用于发送信标数据，后文称作信标期，第31个时隙用作设备间通信(Inter-device communication period，ICP)，后文称作设备间通信期。信标期内超帧分为两个逻辑信道：同步信道(Synchronization channel)和信标信道(beacon channel)。同步信道包含30个同步突发(Sync burst)，用来进行超帧同步；信标信道用来发送信标数据(MAC beacon frame)。设备间通信期又分为两部分：接收期(Rx period)和应答期(Acknowledgement/No acknowledgement period，ANP)。
设备间通信期为一个时隙长度，包括32个调制符号，其中包括8个符号长度的接收期和8个符号长度的应答期，如图3所示。从保护设备可以在接收期内发送RTS(Request to Send)请求，主保护设备在接收期内检测到RTS请求后，在随后的应答期内做出接收或拒绝的回复。若主保护设备接收了RTS请求，则在应答期内发送对应的ACK(Acknowledgement)码字；若主保护设备拒绝了RTS请求，则在应答期内发送NACK(No Acknowledgement)码字。
主保护设备初始化完成后，需要广播信标帧以便其他保护设备能够侦听到主保护设备的存在，并与主保护设备进行联系，把相关的保护信息上报。主保护设备的初始化传输过程持续100个超帧周期，在这个过程中，只有主保护设备发送信标帧，因此不需要设置设备间通信期，在第31个时隙对应的同步信道上发送同步突发，信标信道上发送全零。主保护设备初始化传输过程中超帧的结构如图4所示。
保护设备之间存在两种数据传输模型：主保护设备向从保护设备发送数据，从保护设备向主用户设备发送数据。
由于主保护设备控制无线信道的接入，因此主保护设备向从保护设备发送数据时(即主保护设备广播信标，从保护设备或其他设备侦听信标)，把保护信息发送给MAC层构成信标帧通过PHY层发送即可。处于主保护设备覆盖范围内的从保护设备侦听来自主保护设备的信标，并恢复其中的保护信息。
当从保护设备向主保护设备发送信标时，必须在ICP的接收期内向主保护设备发送RTS请求，在ICP的应答期得到主保护设备的ACK后，在下一个超帧周期的信标期内发送信标帧。从保护设备利用RTS请求一般只能得到下一个超帧的发送机会，即主保护设备必须在下一个超帧的应答期内回应NACK，收回再下一个超帧的发送权。具体流程如图5所示，包括以下步骤：
步骤s501，主保护设备携带保护信息的信标帧通过物理层发送给从保护设备。
步骤s502，从保护设备在ICP接收期内向主保护设备发送RTS请求。
步骤s503，主保护设备在应答期内发送ACK.
步骤s504，从保护设备在ICP的应答期得到主保护设备的ACK后，在下一个超帧周期的信标期内发送信标帧。
步骤s505，主保护设备在下一个超帧的应答期内回应NACK，收回再下一个超帧的发送权。再继续向从保护设备发送信标帧(转步骤s501)。
若从保护设备需要连续两个超帧周期进行发送，则首先通过RTS请求得到发送机会，在发送的信标帧中设置NST(Next SPD Superframe to Transmit)位为1，表示从保护设备需要再发送一个信标帧。主保护设备收到该帧后，可以拒绝从保护设备的NST要求，也可以同意该要求，因为主保护设备负责控制无线信道的接入。若主保护设备同意从保护设备的NST要求，则必须在应答期内发送Go-On码字。需要注意的是NST要求是有时间限制的，若从保护设备在发出设置了NST位的信标帧后的两个超帧时间内没有收到Go-On码字，则必须重新发送RTS请求。
若某个从保护设备被选为备选保护设备，必须周期性地在接收期内发送NPD码字，以指示备选保护设备的存在。
现有技术中，主保护设备选择某个从保护设备作为备份，以便主保护设备停止发送周期性信标帧时，该从保护设备能及时成为新的主保护设备。这个被选中的从保护设备叫做备选保护设备。信标帧中定义了一些比特位来辅助完成该功能，如表1所示，主保护设备的信标帧中参数2(Parameter2)的比特6-7为NPD指示域(NPD Indication field)，其含义如表1所示；从保护设备的信标帧中参数2的比特6为NPD域，若该域设置为1，则表示是备选保护设备发送的信标帧，否则表示是从保护设备发送的信标帧。
表1：主保护设备信标帧中的NPD指示域
Figure A200710169617D00061
Figure A200710169617D00071
当主保护设备需要选择一个备选保护设备时，在信标帧中设置NPD指示域为“00”，即当前信标网络中没有备选保护设备且需要选一个备选保护设备。所有收到主保护设备的信标帧的从保护设备必须发送RTS请求，如果主保护设备许可后，发送一个信标帧，表示志愿成为备选保护设备。主保护设备收到这些从保护设备的信标帧后，按照某种准则选择其中一个成为备选保护设备。需要注意的是，主保护设备必须在收到某个从保护设备的信标帧后的两个超帧周期内宣布该从保护设备被选中成为备选保护设备。例如，某个从保护设备在第n个超帧周期内发送一个信标帧，主保护设备必须把信标帧中的NPD指示域设置为“01”，并在第n+2超帧周期内发送以便通知该从保护设备已被选中成为备选保护设备。主保护设备的高层通过MLME-NPD.request原语把选中的从保护设备的地址(即参数NPDAddress的值)告知MAC子层，即地址为NPDAddress的从保护设备已被选作备选保护设备。
从保护设备收到主保护设备的信标帧(NPD指示域为“01”)，即被告知已被选中为备选保护设备，把MAC信息库中的macNPDAddress属性设置为自己的地址，并在两个超帧周期内开始发送NPD码字作为回应。例如，从保护设备在第n+2超帧周期内收到主保护设备的信标帧，必须在第n+4超帧周期内开始发送NPD码字。
若某个从保护设备被选为备选保护设备，每aNPDPeriod(常数，值为10)个超帧就必须在接收期内发送NPD码字，已指示备选保护设备的存在。主保护设备和其他从保护设备必须检测NPD码字，若在一段时间内没有检测到NPD码字或没有收到来自备选保护设备的信标帧，则认为备选保护设备不存在了。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在以下缺点：
从保护设备在收到主保护设备NPD指示域为“01”的信标帧后，其高层得知被选作备选保护设备，MAC子层通过对macNPDAddress的检查或依据是否收到MLME-NPD.request原语，判断是否被选中。但MAC子层无法要求物理层在两个超帧周期后开始发送NPD码字，导致主保护设备和其他从保护设备认为备选保护设备不存在，使得保护设备不能保持激活状态。
发明内容
本发明的实施例提供一种控制保护设备保持激活状态的方法及设备，使主保护设备和其他从保护设备根据备选保护设备发送的NPD码字或信号帧持续进行业务交互。
本发明实施例提供了一种控制保护设备保持激活状态的方法，包括以下步骤：
从保护设备高层得知被选作备选保护设备，告知MAC子层；
所述MAC子层要求物理层发送NPD码字，同时启动定时器；
定时器超时后，所述MAC子层要求物理层再发送NPD码字，并重置定时器。
本发明实施例还提供了一种控制保护设备保持激活状态的设备，包括：
高层，用于从保护设备高层得知被选作备选保护设备，告知MAC子层；
MAC子层，用于向物理层发送请求以发送NPD码字，同时启动定时器，并当定时器超时后，指示所述物理层再次发送NPD码字，并重置所述定时器；
物理层，用于控制收发机发送NPD码字。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：
本发明实施例中，通过改进MAC子层与物理层的原语交互，使MAC子层可以请求物理层在两个超帧周期后开始发送NPD码字，使得保护设备保持激活状态，从而使主保护设备和其他从保护设备检测到备选保护设备的存在。
附图说明
图1是现有技术中保护设备的体系结构示意图；
图2是现有技术中超帧结构示意图；
图3是现有技术中设备间通信期的示意图；
图4是现有技术中主保护设备初始化传输的超帧结构示意图；
图5是现有技术中从保护设备到主保护设备的通信示意图；
图6是本发明实施例一中控制保护设备保持激活状态的流程示意图；
图7是本发明实施例二中从保护设备被选作并被激活为主保护设备的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明实施方式做进一步说明。
本发明实施例一中提供一种控制保护设备保持激活状态的方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤s601，从保护设备高层得知被选作备选保护设备，并通知从保护设备MAC子层。
步骤s602，所述从保护设备MAC子层请求从保护设备物理层发送NPD码字，同时启动定时器。
步骤s603，定时器超时后，所述从保护设备MAC子层请求物理层再发送NPD码字，并重置定时器。
本发明实施例二以从保护设备高层发起成为备选保护设备并保持激活状态为例进行说明，如图7所示，该方法主要的信令交互过程包括以下步骤：
步骤s701，从保护设备高层通过MLME-START-BEACON.request原语，把信标帧的信息和控制信息传递给从保护设备MAC子层。
步骤s702，从保护设备MAC子层通过MLME-START-BEACON.confirm原语向从保护设备高层返回确认信息。
步骤s703，从保护设备MAC子层请求该从保护设备物理层发送RTS请求，监听应答期，若收到ACK，则根据信标帧的信息和控制信息生成MAC子层协议数据单元，设置好收发机的状态后，通过PD-DATA.request原语向从保护设备物理层发出发送请求。
步骤s704，从保护设备物理层收到请求后，通过PD-DATA.confirm原语告知从保护设备MAC子层请求已收到。并把MAC子层协议数据单元进行编码，生成物理层协议数据单元在信标信道上发送，同时生成30个同步突发在同步信道上发送，超帧结构如图2所示，这里不再赘述。
步骤s705，从保护设备物理层在第n+2帧收到主保护设备的信标帧(该信标帧用于主保护设备告知该从保护设备为备选保护设备)，通过PD-DATA.indicatioin上报给从保护设备MAC子层。
步骤s706，从保护设备MAC子层通过MLME-INCOMING-BEACON.incidation原语把收到的信标帧上报给从保护设备高层。
步骤s707，从保护设备高层指示从保护设备MAC子层通过MLME-NDP.request原语把MAC信息库中的macNPDAddress属性设置为从保护设备自己的地址。
步骤s708，从保护设备MAC子层通过MLME-NDP.confirm原语向从保护设备高层返回确认信息。
步骤s709，从保护设备MAC子层通过PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语向从保护设备物理层发送请求以发送NPD码字，同时启动长度为aNPDPeriod的定时器T。
该步骤中，PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语是备选保护设备的MAC子层产生并发给从保护设备物理层，要求从保护设备物理层在超帧的接收期内发送NPD码字。该原语没有参数。
步骤s710，物理层通过PLME-NPD-HEARTBEAT.confirm原语告知从保护设备MAC子层NPD码字已经发送。
该步骤中，PLME-NPD-HEARTBEAT.confirm原语是备选保护设备的物理层产生并发给它的MAC子层，作为对PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语的回应，告知NPD码字已经发送。该原语的参数如表2所示。
表2：PLME-NPD-HEARTBEAT.confirm原语的参数
 
名称 类型 取值范围 描述
Status 枚举 COMPLETE 请求发送NPD码字的结果。
步骤s711，当定时器超时时，从保护设备MAC子层通过PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语再向从保护设备物理层发送请求以发送NPD码字，并重置定时器T。
步骤s712，从保护设备物理层通过PLME-NPD-HEARTBEAT.confirm原语返回确认信息，并发送NPD码字。
在本实施例中，从保护设备在收到主保护设备NPD指示域为“01”的信标帧后，其高层得知被选作备选保护设备，通过MLME-NPD.request原语(其参数NPDAddress为该从保护设备的地址)告知MAC子层，设置macNPDAddress属性为参数NPDAddress的值。然后MAC子层管理通过PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语要求物理层发送NPD码字，同时启动长度为aNPDPeriod的定时器T。定时器T超时后，MAC子层管理通过PLME-NPD-HEARTBEAT.request原语要求物理层再发送NPD码字，并重置定时器T。从而使备选保护设备持续地处于激活状态。
本发明实施例还提供一种控制保护设备保持激活状态的设备，包括：
高层，用于从保护设备高层得知被选作备选保护设备，告知MAC子层。
MAC子层，用于要求物理层发送NPD码字，同时启动定时器，并当定时器超时后，要求物理层再发送NPD码字，并重置定时器。
物理层，用于发送NPD码字。
在该系统中，高层具体包括：
信标帧接收单元，用于接收并保存主保护设备信标帧的NPD指示域；
判断单元，用于通过所述主保护设备信标帧的NPD指示域得知被选作备选保护设备。
所述MAC子层具体包括：
定时单元，用于请求物理层发送NPD码字同时进行计时；
管理单元，用于请求物理层发送NPD码字，并当定时单元超时时，再次请求物理层发送NPD码字。
本发明实施例中，通过MAC子层与物理层之间的原语交互，完善了备选保护设备保持激活状态的方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(如手机、PDA等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种控制保护设备保持激活状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
从保护设备高层获知被选作备选保护设备，通知媒体接入控制MAC子层；
所述MAC子层指示物理层发送NPD码字，同时启动定时器；
所述定时器超时后，所述MAC子层指示所述物理层再次发送NPD码字，并重置所述定时器。
2、一种控制保护设备保持激活状态的设备，其特征在于，包括：
高层，用于从保护设备高层得知被选作备选保护设备，告知MAC子层；
MAC子层，用于向物理层发送请求以发送NPD码字，同时启动定时器，并当定时器超时后，指示所述物理层再次发送NPD码字，并重置所述定时器；
物理层，用于控制收发机发送NPD码字。
3、如权利要求2所述控制保护设备保持激活状态的设备，其特征在于，所述高层具体包括：
信标帧接收单元，用于接收并保存主保护设备信标帧的NPD指示域；
判断单元，用于通过所述主保护设备信标帧的NPD指示域得知被选作备选保护设备。
4、如权利要求2所述控制保护设备保持激活状态的设备，其特征在于，所述MAC子层具体包括：
定时单元，用于请求物理层发送NPD码字同时进行计时；
管理单元，用于请求物理层发送NPD码字，并当定时单元超时时，再次请求物理层发送NPD码字。
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