CN101543113B - 基于tdma网络内的带宽预留 - Google Patents
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Abstract
一种基于TDMA网络内带宽预留的方法，包括多个媒体接入时隙，其中在网络内的多个发射机-接收机对能够预留相同的媒体接入时隙。如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
Description
技术领域
本发明涉及分布式网络内的无线通信，特别涉及基于TDMA网络内的带宽预留。
发明背景
分布式或自组网络是这样一个网络，其中没有中央网络控制器来管理网络事务，并且每个网络成员(如节点或设备)具有相同的优先级和权利。进入网络资源是通过网络成员之间的协商而获得的。无线个域网(WPAN)是小型分布式网络的一个例子，其可以用于家庭娱乐、家庭办公和会议室网络应用。在家庭娱乐环境里，典型网络应用包括视频流诸如看电视、播放DVDs、打游戏、下载文件和浏览网页。在家庭办公和会议室环境里，典型网络应用包括多媒体展示和文件共享。网络内的每个设备与其它设备共享网络媒介，例如，在无线网络情况里的无线信道，并且协商使用网络资源，包括带宽预留。一些带宽预留方案已经被提议用于自组网络(ad-hocnetwork)，其使用一个分布式路由协议来发现整个网络内的路由，并沿着路由执行带宽预留。
WiMedia超宽带(UWB)是一种基于TDMA的无线技术，用于短程的高带宽通信，并在理论上适用于WPAN应用。WiMedia标准委员会已经提出了基于多频带正交频分复用(MB-OFDM)技术的包含媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)的一种WiMedia UWB无线平台。
通过实现相同的MAC层协议在所有网络设备内，WiMedia MAC协议剔除对网络骨干的需要。MAC使用一个网络超级帧(superframe)概念，其是一个65536微秒的周期，被分割成256个媒体分配时隙(MAS)，每个时隙是256微秒。超级帧也被分割成一个信标周期和一个数据周期。网络内的所有设备在信标周期(BP)内表识自己，并在数据周期内协商访问MAS，以便与其它网络设备进行数据通信。WiMedia MAC协议使用信息单元(IE)，其包含在信标和命令帧内，以便在网络内传输特定的管理和控制信息。
进入超级帧数据周期是通过两种被称为分布预留协议(DRP)或基于载波侦听多路访问(CSMA)的优先权竞争访问(PCA)的机制中的一种机制。在本发明里，我们仅关心DRP。预留的目的是确认没有产生干扰到从发射机设备到接收机设备的传输。为了避免干扰，在一个典型的自组网络内，当数据信息包正从发射机设备传输到接收机设备时，发送方和接收方的邻近设备必须保持安静。所以，当MAS被预留给一个从发射机设备(使用方)到接收机设备(目标方)的链接时，发射机和接收机的邻近设备应该将此MAS标记为不可用的。DRP IE被用来协商和维持一个预留。它包括请求的MAS、预留状态以及使用方和目标方信息。期望通过DRP进入媒介的设备，可以通过BP期间信标帧内或命令帧内传输的DRP-IE预留每个超级帧内的一个或多个MAS。如果使用方设备提出的DRP请求不与其它网络设备冲突，目标方设备则回复状态设置为接收的DRP IE而确认请求，否则，目标方设备回复状态设置为非接收的DRP IE以及DRP可获得IE，而拒绝请求，让使用方设备调整其请求的MAS。然后，设备可以在成功进行一次MAS预留之后开始发送至少一个超级帧的数据。无论何时设备通过用于其它预留的DRP IE旁听到MAS，它都应该保留这个信息，其被称为DRP可获得信息。
在一个分布式多路径路由和带宽预留协议里，多个候选路径在协商过程期间预留带宽。依照流量的QoS要求，每个路径的每一跳必须预留MAS。最后，仅有一个路径被选择用于信息包发送，从而在协商期间如果实施标准DRP，那么未被使用的平行路径预留了比实际需要更多的时隙，其占用比需求更多的带宽，从而降低DRP协议的性能，并降低路由和带宽预留的成功率。
当实施标准DRP时的时隙预留问题在图1内进行描述，其中源设备S将通过包括其它设备I1、I2、I3和I4的分布式自组网络传输数据到目标设备D。数据传输将通过至少两个其它网络设备，将是多跳的。路由和带宽预留协议运行如下：源设备S广播路由请求消息到网络。在路由请求到达目标设备D之后，D选择几个路由作为暂时路由，逐跳执行带宽预留到S。在带宽预留到达源设备之后，其仅选择一个路由作为最终路由。在此附图里，假设发现两个暂时路由：S-I1-I2-D和S-I4-I3-D。为了便于描述，假设在超级帧的数据周期内仅有三个可用的MAS。在使用标准DRP的路径路由和预留期间，沿着第一路由在设备D和设备I2之间的第一跳预留数据周期内第一时隙1。沿着第二路由从设备D到设备I3的第一跳预留数据周期内的第二时隙2。沿着第二路由从设备I3到设备I4的第二跳预留数据周期的第三时隙3。在刚才的三跳之后，超级帧数据周期内的所有可用MAS都被预留完了，从而路由和预留失败。路由和预留不能继续进行直到更多MAS变成可用的。
发明概述
所以，本发明的一个目的是提供一种带宽预留方法，其克服或至少缓解使用现有DRP方法出现的问题。本发明的另一个目的是提供一种用于小型分布式网络的预留方法供公众选择。
在本发明的一种带宽预留方法里，用于同一连接的多条路径，即网络的相同源和目标之间的一个连接，可以预留超级帧的数据周期内的同一时隙。信息与每次预留相关联，使得邻近设备内的多个发射机-接收机对能够共享相同的MAS。如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
鉴于前述，在此披露了一种基于TDMA网络内带宽预留的方法，此网络包括多个媒体接入时隙，其中网络内的多个发射机-接收机对可以预留同一媒体接入时隙。如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙本方法可以用于WiMedia UWB无线自组网络内，包括发出一个预留请求，预留媒体接入时隙，预留请求包括预留和路由信息，用来确定两个发射机-接收机对是否可以预留同一媒体接入时隙。
在本方法的一个特别方面，本方法包括带宽预留用于基于TDMA自组网络内源节点和目标节点之间的多路径路由，本网络包括多个媒体接入时隙，包括作出媒体接入时隙的第一预留，用于网络的源节点和目标节点之间的第一路由，并作出媒体接入时隙的第二预留，用于网络的源节点和目标节点之间的第二路由。如果第一和第二预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果第一和第二预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
从以下的描述并通过范例本发明的其它方面将变得越发清楚。
附图说明
现通过范例并结合附图，将描述本发明的典型方法，其中：
图1显示使用已知的分布式带宽预留方法的路由和预留；和
图2显示使用本发明的分布式带宽预留方法的路由和预留。
典型实施例描述
在依照本发明的一种带宽预留方法里，相同连接的多条路径，即在网络的相同源节点和目标节点之间的一个连接，可以预留超级帧的数据周期内的同一时隙。信息与每次预留关联，使得在邻近设备内的多个发射机-接收机对能够共享相同的MAS。例如，路由信息可以与每次预留关联，使得邻近设备上相同连接的平行路径上的多个发射机-接收机对可以共享相同的MAS：如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享时隙。为了便于简单介绍如何运用时隙共享分布式带宽预留协议，本发明将描述为实施在自组网络内一个分布式路由和带宽路由协议，如WiMedia MAC。但是，这不是意图限制本发明的使用范围或功能，依照本发明，时隙共享分布式带宽预留也可以被实施在基于协商过程而进行分布式网络预留的其它协议内。
参照图2，将描述如何运行本发明的方法，其中源设备S将通过包括其它设备I1、I2、I3和I4的分布式自组网络传输数据到目标设备D。数据传输将通过网络内至少两个其它设备，将是多跳的。为了便于描述，在超级帧的数据周期内仅有三个可用的MAS。假设路由过程是从源设备S到目标设备D的，而带宽预留过程是从目标设备D回到源设备S的。假设源设备S和目标设备D之间的两个候选路径被识别出来：S-I1-I2-D和S-I4-I3-D。
第一预留请求是用于沿着第一路径在设备D和设备I3之间的第一跳10，预留数据周期的第一时隙11。接着，做出第二预留请求，其是用于沿着第二路径在目标设备D和设备I2之间的第一跳12。由于这个预留请求被鉴别出是用于相同连接的一个不同路径，即在相同源设备S和目标设备D之间的一个连接，则根据本发明的方法，其被允许预留数据周期内的同一时隙11。
接着，作出第三预留请求，其是用于沿着第一路径的第二跳13。此请求是在设备I3和I4之间。由于时隙11已经被相同路径上的跳10预留，此请求则预留数据周期的下一个时隙14。在顺序上，下一个预留请求是在第二路径上网络设备I2和I1之间的第二跳15。再次，依照本发明，由于此请求是用于在相同连接上的一个不同路径，它也被允许预留一个由另一个不同路径预留的时隙，而不是相同路径。请求的时隙是超级帧数据周期的时隙14。
最后，作出第三预留请求，其是用于沿着第一路径网络设备I4和S之间的第三跳16。由于是相同路径上的一个请求，其中时隙11和14已经被预留，此请求必须预留超级帧数据周期的时隙17。预留成功，它使用三个可用的超级帧时隙完成沿着在网络源设备S和目标设备D之间整个连接的预留。
示例SSDRP协议
以下描述是一个示例协议，其后被称为时隙共享分布式预留协议(SSDRP)，用来在不同路径之间实施这种时隙-共享能力，用于依照本发明的多路径路由和带宽预留协议。这样补充了WiMedia MAC协议规范，也是现在ECMA-368高数据率超宽频PHY和MAC标准，其详细说明无线UWB网络的分布式媒体访问控制(MAC)子层和一种物理层(PHY)。在此，ECMA-368的整个内容(也被ISO/IEC 26907认可)通过引用被结合到本发明。该例子仅仅是通过范例进行描述，这并不是意在限制本发明的使用范围或功能。本发明不限于与WiMedia MAC一起使用，可以实施在基于协商过程而进行分布式网络预留的其它协议里。
1.功能描述
结合一个分布式多路径路由协议，SSDRP能够提供同一连接的不同路径之间的时隙-共享性能。为了实现此目标，辅助路由信息将与用于建立标准预留的DRP IE搭载在一起。这种辅助信息仅仅存在于路由协商过程里。在成功建立路由之后，它被释放，仅留下标准的DRP IE用来保留预留。
1.1预留类型
SSDRP仅支持硬性(hard type)预留。
1.2协商
在标准的DRP里，设备的可用信息是通过旁听获得，并明确通过邻近设备进行更新，无论在设备和邻近设备之间的预留何时失效。在SSDRP里，除了旁听，设备能够明确地从目标设备请求可用的信息。
在调用一个SSDRP请求之前，预留使用方发送一个SSDRP可用请求到预留目标方，接着，预留目标方应该回复bitmap信息(可用的MAS)对应此请求。SSDRP可用请求和回应消息包括路由信息和预留信息。
设备应该逐个回复SSDRP请求，它们之间的最小时间应该是mMaxLostBeacons超级帧的两倍。无论何时旁听到邻近SSDRP请求，设备也应该延迟两倍的mMaxLostBeacons超级帧而发送SSDRP请求。
在接收到一个SSDRP回复消息之后，如果DRP使用方发现在目标方上有足够的可用带宽来建立预留，使用方则通过发送一对IE消息到目标方发出SSDRP请求，其包括一个标准的DRP IE和一个SSDRP IE到目标方。接着，目标方回复一对IE消息到使用方。形成DRP IE的过程遵循如标准DRP的相同过程。注意到，SSDRP IE可以被定义为一个如在此使用的WiMedia MAC的IE新类型，它也可以被实施为一个与标准兼容的ASIE。另外，要求一种机制以确保这种ASIE和SSDRP IE和对应的DRP IE可以捆绑在一起，并被同时发送和接收。
在成功建立路由之后，应该删除SSDRP IE，仅保留DRP IE用来保留沿着路由的预留。
1.3SSDRP预留可用信息
虽然协商SSDRP预留，本地设备通过记住由SSDRP IE载有的相关路由信息应该能够区分标准DRP。对一次SSDRP预留而言，如果邻近预留属于相同连接的一个不同路径，它不会对预留造成干扰。
对多路径路由和带宽预留协议，预留是从目标设备到源设备进行的。SSDRP IE包括连接信息和路径信息。
SSDRP预留不能使用相同的MAS用于属于不同连接的那些预留以及属于相同路径和相同连接的预留。属于不同连接的预留可以通过检查有关连接信息进行鉴别，例如，源设备、目标设备和传送ID。有不同方法用来鉴别预留是否属于相同路径或相同连接。一种是让SSDRP IE记录所有路径迄今到达的设备EUI地址，从而鉴别路径。当然本发明也可以使用任何其它方法。
2.服务接入点
2.1SSDRP SAP接口
SSDRP提供用于MAC客户机的方法，来执行能够进行时隙-共享的分布式带宽预留用于一个多路径路由协议。SSDRP预留协商是由MAC客户机请求，并通过此子条款内提供的原语服务由MAC确认。表格1概括了SSDRP的原语管理服务。
表格1-SSDRP原语服务
| 原语服务 | 请求 | 识别 | 回应 | 确认 |
| SSDRP-资源 | X | X | X | X |
表格2定义了SSDRP原语服务使用的参数。
表格2-SSDRP原语服务参数
1.1.1SSDRP-RESOURCE.request
此原语参数请求建立一个新的SSDRP预留或释放一个现有预留。原语参数的语义如下：
SSDRP-RESOURCE.request (
DestEUI，
StreamIndex，
ReservationType，
MinB W，
DesiredBW，
MaxServiceInterval，
QoSGoal，
Explicit，
Source，
Destination，
ConnectionID，
PathLen，
Path
)
1.1.1.1产生时机
MAC客户机将此原语参数发信号到MLME，以便能够建立一个新的SSDRP预留或释放一个现有预留。
1.1.1.2接收结果
一旦接收到请求，MLME开始调用SSDRP协商过程，形成配对的IE消息即DRP IE和SSDRP IE，用于一个新的预留请求；或停止发送配对的IE消息用于释放一个现有预留。随后，确认将被反馈到DME。
1.1.2S SDRP-RESOURCE.indication
此原语参是用于MLME以便能够鉴别已经建立的一个新预留。
SSDRP-RESOURCE.indication(
SrcEUI，
StreamIndex，
Source，
Destination，
ConnectionID，
PathLen，
Path，
ResultCode，
ReasonCode
)
1.1.2.1产生时机
当MLME发现建立了SSDRP预留或检测到SSDRP预留已经断开时，产生此原语参数。
1.1.2.2接收效应
MAC客户机基于结果更新预留状态。
1.1.3SSDRP-RESOURCE.response
此原语参数用于MLME以便显示已经建立了一个新预留。
SSDRP-RESOURCE.indication(
SrcEUI，
StreamIndex，
Source，
Destination，
ConnectionID，
PathLen，
Path，
ResultCode，
ReasonCode
)
1.1.3.1产生时机
当MLME发现建立了SSDRP预留或检测到SSDRP预留已经断开时，产生此原语参数。
1.1.3.2接收结果
MAC客户机基于结果更新预留状态。
1.1.4SSDRP-RESOURCE.confirm
此原语参数用于MLME以确认已经建立了一个新预留。
SSDRP-RESOURCE.confirm(
SrcEUI，
StreamIndex，
Source，
Destination，
ConnectionID，
PathLen，
Path，
ResultCode，
ReasonCode
)
1.1.4.1产生时机
当MLME发现SSDRP预留已经成功建立或由于诸如超时或不够带宽的一些原因而失败时，产生此原语参数。
1.1.4.2接收结果
MAC客户机基于结果更新预留状态。
3.MAC帧格式
3.1信息单元
表格5-信息单元
3.1.1SSDRP能力
在MAC能力IE里宣布时隙共享DRP能力，如在表格6内定义，其对应在MAC规范里的表格64。
表格6-MAC能力bitmap
3.1.2时隙共享分布式预留协议IE
时隙共享分布式预留协议(SSDRP)IE是在表格7内描述。
表格7-时隙共享分布式预留协议IE格式
| Octets：1 | 1 | M |
| 单元ID | 长度(＝1+M) | 内容 |
SSDRP IE的内容字段的具体格式如表格8内描述。
表格8-SSDRP IE的内容格式
| Octets：2 | 2 | 2 | 6 | 6 | 1 | 1 | N |
| DRP控制 | Owner | Target | Source | Destination | ConnectionID | PathLen(N) | Path |
DRP控制载有诸如流标记和预留状态的预留信息。Owner是预留使用方的MAC地址，Target是预留目标方的MAC地址。Source是连接的源设备的EUI地址，Destination是连接的目标设备的EUI地址，Connection ID是连接的标识符，PathLen是指路径标识的长度(octets)，而Path是一个表示路径名称的字串。
3.1.3可用性请求和回应消息
预留可用性请求消息是由预留使用方使用，以明确从预留目标方请求预留可用性信息，而可用性回应消息是由预留目标方使用，用来回应请求。它们有类似的格式，其在表格9内显示。其中Len表示bitmap的长度。如果Len值是0，则它是一个请求消息，否则，它是一个回应消息。Bitmap表示MAS可用性信息，长度是由Len表示。
表格9-可用性请求和回应消息的格式
Claims (11)
1.一种基于TDMA网络内带宽预留的方法，用于同一连接的多条路径路由，包括多个媒体接入时隙，其中网络内多个发射机-接收机对可以预留相同的媒体接入时隙，如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括发出一个预留请求用于作出一个媒体接入时隙的预留，预留请求包括预留和路由信息，用来确定两个发射机-接收机对是否可以预留相同的媒体接入时隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在发出预留请求之前，发出一个包括预留信息和路由信息的控制消息，以从预留目标方请求预留可用性信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其用于WiMedia UWB标准兼容的无线自组网络内。
5.一种带宽预留方法，用于基于TDMA分布式网络内源节点和目标节点之间两个或多个路由，包括多个媒体接入时隙，其中一个媒体接入时隙可以在两个或多个路由上被预留，如果两次预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果两次预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
6.根据权利要求5所述的方法，其中该方法包括发出一个预留信息单元用来作出一个媒体接入时隙的预留，该信息单元包括预留和路由信息，用来确定两个或更多发射机-接收机对是否可以预留相同的媒体接入时隙。
7.根据权利要求6所述的方法，其中包括预留和路由信息的信息单元仅在路由协商过程期间发出，并在完成路由协商过程之后，信息单元仅包括预留信息。
8.根据权利要求6所述的方法，其中路由信息包括路由和源节点以及目标节点的识别符。
9.根据权利要求6所述的方法，其中路由信息包括源节点和目标节点之间路由和连接的识别符。
10.一种带宽预留方法，用于基于TDMA自组网络内源节点和目标节点之间的多路径路由，包括多个媒体接入时隙，本方法包括：
作出媒体接入时隙的第一预留，用于网络的源节点和目标节点之间的第一路由，和
作出媒体接入时隙的第二预留，用于网络的源节点和目标节点之间的第二路由，
如果第一和第二预留属于相同的连接但属于不同的路径，则它们可以共享媒体接入时隙；如果第一和第二预留属于相同连接和相同路径，则它们不能共享媒体接入时隙。
11.根据权利要求10所述的方法，其中作出媒体接入时隙的第二预留包括：提供一个包括预留和路由信息的预留信息单元，用来确定该预留是否用于网络的源节点和目标节点之间的第二路由。
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