CN101517931A - 无线网络中使用高频带宽发送和接收数据的切换方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供一种用于高频率带宽无线通信中的协调器的方法和设备。所述具有协调器的设备包括：装置优先级列表，记录能够作为协调器的装置的优先级；切换控制器，通过参照装置优先级列表请求切换到选择的装置；以及收发器，根据切换将网络信息发送到装置。

Description

无线网络中使用高频带宽发送和接收数据的切换方法和设备

技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及无线通信，更具体地，涉及高频带宽无线通信中的协调器切换。

背景技术

网络正变得无线化，对于高容量多媒体数据传输的需求在增加，并且需要研究开发用于无线网络环境的高效传输方法。进一步地，对于在各种家用装置之间无线发送高质量视频(诸如，DVD(数字视频碟片)图像、HDTV(高清晰电视)图像等)的需求在增加。

目前，一个IEEE 802.15.3c任务组正在推广能够在无线家庭网络中进行大量数据的传输的技术标准的采用。在被称为Wave(毫米波)的标准中，具有接近毫米的波长的无线电波(即，具有30GHz到300GHz的范围的频率的无线电波)被用于高容量传输。过去，该频带是未许可的频带，其使用被限制于通信提供商、无线电天文、车辆碰撞避免等。

图1是示出IEEE 802.11标准和Wave的频率带宽的比较的示图。IEEE802.11b和IEEE 802.11g采用2.4GHz的载波频率和大约20MHz的信道带宽。另外，IEEE 802.11a和IEEE 802.11n采用5GHz的载波频率和大约20MHz的信道带宽。相对地，Wave使用60GHz的载波频率，并具有范围在0.5到2.5GHz中的信道带宽。因此，Wave的载波频率和信道带宽远大于现有的IEEE 802标准的载波频率和信道带宽。如果以这种方式使用具有毫米波长(Wave)的高频信号，则可获得接近若干吉比特每秒(Gbps)的高数据速率，并且由于天线的尺寸可减少至低于1.5mm，因此可实现包括天线的单个芯片。另外，由于衰减率非常高，因此可减少装置之间的干扰。

具体地，最近已经进行了通过使用Wave的高带宽在无线设备之间发送未压缩的音频或视频数据(以下称为“未压缩AV数据”)的研究。压缩AV数据以这样的方式被有损压缩：通过运动补偿、离散余弦变换(DCT)、量化、可变长编码等处理去除人类视觉和听觉系统低敏感的部分。因此，在压缩AV数据的情况下，补偿损失可能造成图像质量的恶化，并且存在AV数据压缩和恢复操作必须遵从相同的标准的问题。相对地，未压缩的AV数据包含整体地表示像素分量(例如，R、G和B分量)的数值。

在网络中需要由通过高频带宽发送和接收数据的无线装置配置的网络协调器(以下，称为“协调器”)。通常，协调器执行网络管理功能，例如，网络的初始化、节点(无线装置)的管理和带宽的分配。然而，如果协调器被关闭，或者不能执行协调角色，则协调器角色被切换到另一装置，这被称为“切换”。

图2示出通常的切换。无线网络10包括能够彼此通信的多个装置11、12、13和15。所述装置中的一个执行协调器角色。也就是说，协调器15可同时执行装置角色和协调器角色。协调器15通过周期性地将诸如信标的管理帧发送到其他装置11、12和13，并从装置接收网络加入请求和带宽分配请求来执行网络管理功能。

当协调器15不能执行协调器角色(例如，断电或断网)时，协调器角色被切换到能够执行协调器角色的装置13。

当在现有技术的无线网络系统中协调器将协调器角色切换到另一装置时，协调器通过全面考虑无线装置和无线网络的属性来搜索最佳的无线装置，并将协调器角色切换到最佳装置。所述属性包括数据安全性、高容量无线装置的数量、可分配时隙的最大数量、传输功率水平和最高传输速率。

发明内容

技术问题

在无线网络系统中需要大量数据的连续和稳定传输，用于通过高频带宽发送和接收未压缩AV数据。因此，需要适合于该环境的切换算法。

技术方案

本发明的示例性实施例克服了上述的缺点和其他上面没有描述的缺点。同样地，本发明无需克服上述缺点，而且本发明的示例性实施例可以不克服上述的任何问题。

本发明的一方面提供一种高频带宽无线通信中的协调器的切换方法，该方法通过若干Gbps带宽发送大量未压缩AV数据。

通过查看以下的描述、附图和权利要求，本发明的该方面和其他方面对于本领域的技术人员将变得清楚。

根据本发明的一方面，提供一种在网络中用于发送和接收数据的具有协调器能力的设备，所述设备包括：装置优先级列表，记录能够作为协调器的装置的优先级；切换控制器，通过参照装置优先级列表请求到选择的装置的切换；收发器，根据切换将网络信息发送到该装置。

根据本发明的另一方面，提供一种在网络中用于发送和接收数据的协调器切换方法，所述方法包括：通过参照具有能够作为协调器的装置的优先级的装置优先级列表选择装置；请求到选择的装置的切换，并根据切换将网络信息发送到该装置。

根据本发明的另一方面，提供一种在网络中用于发送和接收数据的协调器切换方法，所述方法包括：基于装置优先级确定备用协调器，当超过预定时间周期的信标周期过去时，检测没有接收到信标，并将信标发送到网络上的装置作为新的协调器。

附图说明

通过参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得清楚，其中：

图1是显示IEEE 802.11标准和Wave的频率带宽的比较的示图；

图2示出一般的切换；

图3示出根据本发明示例性实施例的关联请求帧的配置；

图4是显示根据本发明示例性实施例的预期的切换处理的流程图；

图5是显示根据本发明示例性实施例的未预期的切换处理的流程图；

图6是显示根据本发明示例性实施例的无线装置的配置的框图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

可通过参照以下的示例性实施例和附图的详细描述更容易地理解本发明的各方面和实现各方面的方法。然而，本发明可以以多种不同形式实施，并且不应被理解为限制于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例从而使本公开将是彻底和完整的，并将本发明的构思完全地转达给本领域的技术人员。贯穿说明书，相同的标号表示相同的元件。

本发明的一方面涉及高频率带宽无线通信中的网络的协调器的切换方法，该方法限定了触发协调器切换的原因，并公开了详细的切换处理。

装置优先级列表

在提供的IEEE 802.15.3无线个域网(PAN)标准中，通过全面确定网络上的装置的若干功能来确定若干功能和最佳的协调器。然而，在通过高频率带宽发送大量数据的环境中，现有技术的确定标准不适合，需要与装置的属性相应的集合标准。因此，由装置优先级来区分协调器切换的优先次序。为了使装置成为协调器，假设装置被打开，且能够作为协调器(即，协调器能力)。

当第一次构建网络时，根据装置优先级确定协调器。即使当现有的协调器关闭或从网络分离时，根据装置优先级确定下一个协调器。如果优先级高于现有协调器的装置加入网络，则该装置可作为新的协调器。

具体地，可作为源装置操作的装置具有发送和接收大量数据的较高的优先级。当装置能够发送数据时，协调器根据装置的请求分配时间段(即，时隙)。根据网络状态，装置可能没接收到时隙，或可能接收的时隙不足够。如果源装置是协调器，由于该装置能够将时隙分配给自己，因此可以连续和稳定地发送大量AV数据。

如果存在能够作为源装置操作的若干装置，则具有高硬件性能的装置具有高优先级。表1显示装置优先级列表。

表1

装置优先级	装置类型
		1	数字TV
2	机顶盒
		3	PC
4	DVD刻录机
		5	DVD播放器
6	A/V接收器
		7	游戏控制台

如果在当前网络中存在数字TV、机顶盒和DVD刻录机，并且除了机顶盒的所有装置都具有协调器能力，则数字TV作为协调器进行操作。根据装置优先级，在数字TV与网络分离的情况下，DVD刻录机被预定为备用协调器。然后，如果数字TV关闭，则DVD刻录机作为网络中的协调器进行操作。

如果具有协调器能力的PC加入网络，则DVD刻录机再次检查装置优先级，并将协调器角色切换到PC。

协调器应该知道关于装置的信息以便选择备用协调器。当加入网络时，所有装置提供它们的信息，并将请求加入的关联请求帧发送到协调器。

图3示出根据本发明示例性实施例的关联请求帧的配置。

协调器能力字段21显示加入网络的装置是否能够作为协调器。装置类型字段22显示已经加入网络的装置的类型。如果预先根据装置的类型给定现有的识别号，则仅将识别号记录在该字段22中。

硬件信息字段23详细说明加入网络的装置的硬件性能。硬件性能包括处理器性能、存储器容量、传输功率水平和传输速率。

MAC地址字段24显示加入网络的装置的MAC地址。MAC地址是相应的装置的适当的地址。协调器可基于MAC地址分配在网络中使用的标识符，即，装置ID。

关联请求帧20还可包括记录帧的索引号的字段和记录帧的长度的字段(未示出)。

切换触发

可存在若干触发协调器切换的原因。例如，存在当前协调器突然断电，当前协调器关闭，当前协调器未适当地连接到网络上的其他装置，以及具有较高优先级的装置加入网络的情况。

切换处理

在本发明的示例性实施例中，存在预期的切换和未预期的切换。

图4是显示根据本发明示例性实施例的预期的切换处理的流程图。

当协调器放弃协调器角色，或者具有较高优先级和协调器能力的装置加入网络时，产生预期的切换。

首先，协调器30通过参照装置优先级列表选择网络中的装置31和32中的第一装置31作为备用协调器(S10)。

如果期望切换，则协调器30限制来自其他装置31和32的对于时隙的请求(S11)。具体地，当从装置31和32接收到对于时隙的请求时，协调器30将拒绝作为响应发送到装置31和32。

协调器30通过参照装置优先级选择备用协调器。如果第一装置31被选为备用协调器，则协调器30发送请求切换的帧(S12)。协调器30将网络信息发送到第一装置31(S13)，并将关于保留的时隙的信息(时隙时间表信息)发送到第一装置31(S14)。

接收到请求切换的帧的第一装置31可在预定的时间段耗尽之前发送响应协调器30的帧(S15)。此时，响应帧包括接受或拒绝切换。如果协调器30没有在时间段耗尽之前接收到响应切换的帧，则认为切换请求被拒绝。

如果第一装置31接受切换请求，则协调器30将包括切换信息元素(IE)的信标广播到网络中的装置31和32(S16)。通过信标，装置31和32可得知第一装置31将作为新的协调器(S17)。

第一装置31作为新的协调器进行操作，协调器30作为与第二装置32相同的一般装置进行操作。

图5是显示根据本发明示例性实施例的未预期的切换处理的流程图。

协调器30可执行预期的切换处理。然而，如果协调器30突然不能执行协调器角色，则可执行未预期的切换处理。

在这种情况下，协调器30通过参照装置优先级选择第一装置31作为网络中的装置31和32的备用协调器(S21)。然后，协调器30断电(S22)。

等待被周期性广播的信标的装置31和32连续错过信标(S23和S14)。如果被选为备用协调器的第一装置31错过信标的次数多于预定次数(S24)，则认为协调器30不能再执行协调器角色，因此第一装置31执行协调器角色。

然后，第一装置31通过将信标周期性地广播到网络中的另一装置32来开始新的协调器角色(S25)。此时，第一装置31(新的协调器)可通过在动态信道时间块(CTB)期间观察通信得知另一装置32的状态。

图6是显示根据本发明示例性实施例的无线装置100的配置的框图。无线装置100能够作为协调器，因此可以根据情况作为协调器或不执行协调器角色的一般无线装置。

无线装置100包括CPU 11O、存储器120、MAC单元140、PHY单元150、切换控制器141、控制帧产生单元142和天线153。MAC单元140、PHY单元150和天线153可被定义为收发器160。

CPU 110控制连接到总线130的其他元件，并处理上层的MAC层。因此，CPU 110处理由MAC单元140提供的接收数据(MAC服务数据单元(MSDU))，或产生将被发送的未压缩AV数据(传输MSDU)，并将数据提供给MAC单元140。

存储器120存储处理过的接收数据，或暂时存储产生的发送数据。存储器可被实施为非易失性存储器装置(例如，只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM))、或闪存、易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))或存储介质(例如，硬盘驱动器(HDD)或光盘)、或本领域已知的另外的形式。

MAC单元140通过将MAC头添加到从CPU 110提供的未压缩AV数据或由控制帧产生单元142产生的控制帧来产生MAC协议数据单元(MPDU)。PHY单元150发送产生的MPDU。

PHY单元150通过将信号场和前同步码添加到由MAC单元140提供的MPDU来产生PPDU，将产生的PPDU(即，数据帧)转换为无线信号，并通过天线153发送信号。PHY单元150可被划分为：基带处理器151，处理基带信号；处理的基带信号和射频(RF)单元152，从处理过的基带信号产生实际的无线信号，并通过天线153发送该信号。

具体地，基带处理器151执行帧格式化和信道编码。RF单元152执行模拟波放大，并转换和改变模拟/数字信号。

控制帧产生单元142产生用于控制网络中的通信的控制帧，并将控制帧提供给MAC单元140。控制帧包括在网络中被周期性广播的信标帧、对于时隙请求的响应帧、切换请求帧和将网络信息发送到备用协调器的帧。

装置优先级列表143具有根据装置类型的装置优先级。装置优先级列表143可被存储在存储器120中。

切换控制器141通过参照装置优先级列表选择无线装置作为网络中的其他无线装置的备用协调器，并当满足特定条件时请求切换到选择的无线装置。当请求切换时，切换控制器141控制控制帧产生单元142产生切换请求帧。

在被请求切换之后，切换控制器141通过收发器160将网络信息发送到选择的无线装置。网络信息包括关于网络中的其他无线装置的信息和关于请求的时隙的时间表信息。

然后，切换控制器141通过收发器160接收来自选择的无线装置的对于切换请求的响应。如果响应是接受，则正常执行切换，因而在网络上广播包括切换IE的信标帧。然而，如果响应是拒绝，则可通过参照装置优先级列表执行对下一优先级无线装置的切换。

图6的部件是执行特定任务的软件部件(例如，任务部件、类部件、子程序、处理、对象、执行线程和程序)，或者是硬件部件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))，或者是软件和硬件的组合。所述部件可被包括在机器可读存储介质中，某些部件可被进一步分成多个计算机。

如上所述，根据本发明示例性实施例的高频率带宽无线通信中的切换协调器的方法和设备产生如下所述的一种或更多效果。

工业可用性

在使用高频率带宽的无线网络中，可基于预定的装置优先级高效地执行协调器的切换。

虽然已经以示意性目的公开了本发明的示例性实施例，本领域的技术人员应理解，在不脱离权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和减少是可行的。

Claims (21)

1、一种具有在发送和接收数据的网络中的协调器能力的设备，所述设备包括：

装置优先级列表，记录将作为协调器的多个装置的装置优先级；

切换控制器，通过参照装置优先级列表请求切换到选择的装置；和

收发器，根据切换将网络信息发送到选择的装置。

2、如权利要求1所述的设备，其中，根据装置类型设置装置优先级。

3、如权利要求1所述的设备，其中，切换控制器通过参照装置优先级列表选择无线装置作为属于网络的其他无线装置的备用协调器，如果满足特定条件则请求切换到选择的装置。

4、如权利要求1所述的设备，其中，所述网络是高频率带宽网络，所述高频率带宽是数十吉比特，所述数据是未压缩的AV数据。

5、如权利要求2所述的设备，其中，如果装置是源装置，则将该装置设置为高优先级分配。

6、如权利要求5所述的设备，其中，如果多个装置中的装置是相同类型，则具有较高硬件性能的装置被设置为高优先级分配。

7、如权利要求5所述的设备，其中，如果装置是数字TV，则该装置具有高优先级分配。

8、如权利要求3所述的设备，其中，所述特定条件是以下条件之一：当前协调器突然断电，预期当前协调器将被关闭，当前协调器没有适当地连接到网络上的其他装置，以及具有较高优先级的装置加入网络。

9、如权利要求1所述的设备，其中，网络信息是关于其他装置的装置信息和时隙时间表信息。

10、如权利要求3所述的设备，其中，切换控制器从选择的装置接收切换响应。

11、如权利要求10所述的设备，其中，切换控制器通过收发器发送包含切换信息元素IE的信标。

12、一种网络中的协调器切换方法，所述方法包括：

通过参照具有装置的优先级的装置优先级列表选择多个装置中的一个作为协调器；

请求切换到选择的装置；和

根据切换将网络信息发送到该装置。

13、如权利要求12所述的方法，其中，根据装置类型设置装置优先级。

14、如权利要求12所述的方法，其中，所述网络是高频率带宽网络，所述高频率带宽是数十吉比特，所述数据是未压缩的AV数据。

15、如权利要求12所述的方法，还包括：

发送包含切换信息元素IE的信标。

16、如权利要求12所述的方法，其中，如果装置是源装置，则该装置具有高优先级分配。

17、如权利要求16所述的方法，其中，如果多个装置中的装置是相同类型，则具有较高硬件性能的装置被设置为高优先级分配。

18、一种网络中的协调器切换方法，所述方法包括：

基于装置优先级确定备用协调器；

检测到没有接收到信标帧，并且已经用去超过预定时间的信标时间段；和

作为新协调器将信标发送到网络上的多个装置。

19、如权利要求18所述的方法，其中，根据装置类型设置装置优先级。

20、如权利要求19所述的方法，其中，如果多个装置中的装置是源装置，则该装置被设置为高优先级分配。

21、如权利要求18所述的方法，还包括：

通过在动态信道时间块期间观察通信得知所述多个装置中的每个装置的状态。

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