CN101584161A - 用于具有定向天线的无线网络的在多个信道上的邻接发现 - Google Patents

Abstract

一种通信系统包括第一和第二设备，其中第一设备和第二设备中至少一个设备的处理器被配置为建立具有超帧持续时间(T_s)的超帧并且在每个超帧持续时间(T_s)期间由第一设备发送信标；第二设备通过扫描每个扇区达超帧持续时间(T_s)并且重复跳跃序列来扫描全部扇区(N_beam)。该跳跃序列具有序列持续时间(T_total)，其等于控制信道的控制持续时间(T_c)与数据信道的持续时间(KT_d)之和。该处理器还被配置为在发现时间(T_f)期间通过第二设备发现第一设备，其中该控制持续时间(T_c)大于数据信道的持续时间(KT_d)。

Description

用于具有定向天线的无线网络的在多个信道上的邻接发现

本申请要求均在2007年1月16日提交的美国临时申请第60/885187号、60/885184号(律师卷号第007837号)和60/885192号(律师卷号第007839号)的优先权，这些申请包括均在2008年1月16日提交的相关国际申请第PCT/IB/2008/050157(律师卷号第007837号)和PCT/IB/2008/050136(律师卷号第007839号)，在本文中全部引入作为参考。

本系统涉及用于发现无线网络内的混合型定向终端并且在定向终端之间建立通信的系统、方法、用户界面(UI)以及设备。

随着无线频谱作为保持连接性的手段变得越来越重要，频谱变得越来越拥挤，这会造成关于无线访问和/或交互点方面的问题。对于现代的设备类型的设备(例如冰箱、洗衣机、玩具等)，普遍存在的通信思想不仅存在频谱方面的问题，而且延伸到这些设备的连接还面临其它问题，因为该连接必须可靠，然而不是对于任何质量的服务(QoS)要求都需要这样，并且必须便宜。无线个人局域网络(WPAN)被认为满足这个要求，并且是IEEE 802.15工作组的主题，其具有专注于该问题不同部分的几个任务组。

全向天线，例如根据IEEE 802.11工作组的全向天线对于诸如在局域网络内的个人计算和数据传送的任务而言是所希望的，但是需要成本更高的部件，它们必须满足QoS的至少一些方面，而这些方面是WPAN所不要求的。而且，全向天线的功率要求使得它们不适合典型地需要较低功率、更短距离传输的大多数WPAN应用。

装备有全向天线的传统无线设备沿着全部方向播送每个信息包。容易理解的是，可以利用每次仅朝一个方向发射的定向天线。然而，在发射功率相同的情况下，定向天线具有高得多的天线增益并且发射到更远的距离。当然，当使用定向天线获得类似于全向天线的范围时需要更少的功率。利用定向天线的无线设备还可以具有简化的设计并且可以实现为采用空间上的重复使用。由采用定向天线的设备构成的WPAN被称作定向WPAN或者下文中被称作的D-WPAN。

通常将无线频谱分成多个信道。设备可以在一个信道上通信而不会干扰其它信道上的通信，而在相同信道上的两个同时传送可能会相互干扰。因此，使用多个信道具有将吞吐量提高多倍的潜力。为了减少天线设计的复杂性和硬件成本，一些天线具有固定的发射方向或者选择仅朝一个方向发射。这些天线通常不能独立改变发射方向，并且仅能通过用户操纵无线设备的位置来改变。

容易理解的是，通过利用来自每个天线的固定方向电波，与上述的全向天线相比，可以提高通信的距离或范围并且/或者可以降低能量和部件成本。例如，固定方向天线非常适合扩展两个位置之间的局域网络(LAN)，例如两个建筑物之间的局域网络。在这种系统中，每个建筑物可以包括LAN或其一部分。可以利用定向天线设备以高可靠性桥接建筑物之间的LAN，并且无需运行建筑物之间的固定(例如有线)系统。取代固定方向电波，无线设备可以具有可朝不同方向或者扇区操纵的定向电波，包括通过不同扇区以覆盖全圆、全球或者360°范围的操纵。可以手动或自动完成定向天线或电波的操纵，例如美国临时专利申请第60/885192(律师卷号第007839号)中所公开的。

图1示出包括具有定向天线的四个无线设备1、2、3、4的无线通信系统100，其中希望相互通信的设备必须使其定向天线彼此面对，在各个天线的通信或者天线范围内并且在相同信道上。

在系统100中，第一设备1的第一天线范围110包含了第二设备2，并且第二设备的第二天线范围120包含了第一设备1。而且，设备1和2也表示为无线节点N1、N2，它们均在同一信道上，即信道C2，并且因此可以相互通信。如图1所示，第三设备3的第三天线范围130包含了第二设备2，第四设备4的第四天线范围140包含了第一设备1。而且，在这种情况下，第三设备3或者节点N3在信道C1上，并且第四设备4或者节点N4在信道C3上。因为第三和第四设备3和4既未使其定向天线彼此面对，也不在同一信道上，所以它们不能相互通信。

在具有定向天线的无线设备能够相互通信之前，该设备需要彼此发现，例如使它们的定向天线相互面对并且选择共同的通信信道。传统的设备发现包括借助用户输入的手动发现，例如手动操纵使天线彼此面对并且手动选择相同的共用信道。传统的自动发现是复杂并耗费时间的，在该过程中扫描了全部方向和全部信道。需要一种高效的方法使设备彼此发现，包括发现并且选择共同可用的信道，以便在选定信道上(对于至少两个设备是相同的)开始在所述至少两个设备之间进行数据通信。

本系统、方法、通信协议和设备的一个目的是克服传统通信系统和设备的缺点。根据一个示例性实施例，一种通信系统包括第一和第二设备，其中第一设备和第二设备中至少一个设备的处理器被配置为建立具有超帧持续时间(T_s)的超帧并且在每个超帧持续时间(T_s)期间由第一设备发送信标；由第二设备通过扫描每个扇区达超帧持续时间(Ts)并且重复跳跃序列来扫描全部扇区(N_beam)。该跳跃序列具有序列持续时间(T_total)，其等于控制信道的控制持续时间(T_c)与数据信道的持续时间(KT_d)之和。该处理器还被配置为在发现时间(T_f)期间通过第二设备发现第一设备，其中该控制持续时间(T_c)大于数据信道的持续时间(KT_d)。

通过下文中提供的详细说明，本设备、系统和方法的其它适用性范围将变得显然。应当理解，这些详细说明和特定实例在表示了本系统和方法的示例性实施例的同时仅是为了说明的目的而无意限制本发明的范围。

通过以下的描述、所附权利要求和附图，本发明的装置、系统和方法的这些及其他特征、方面和优点将变得更容易被理解，在附图中：

图1示出根据本系统一个实施例的无线设备的定向发射和多个信道；

图2示出根据一个实施例的用于无线网络中的无线设备的超帧结构；

图3示出根据本系统一个实施例的设备的时序图；

图4示出根据一个实施例的保证在初始扫描阶段中在所有扇区的两个连续扫描周期内新设备A发现现有设备B的时序结构；

图5示出根据一个实施例的具有不同的持续周期T_total开始时间以用于在信道之间跳跃的两个无线设备；以及

图6示出根据本系统另一个实施例的包括定向天线的设备的一部分。

以下对于某些示例性实施例的说明本质上仅仅是示例性的，并且绝不限制本发明的应用和使用。在以下对于本系统和方法的实施例的详细描述中，参照构成其一部分的相应附图，并且其中通过示例的方式示出可以实施所述系统和方法的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述以使所属领域技术人员实现当前公开的系统和方法，并且应当理解可以利用其它实施例并且可以在不背离本系统精神和范围的情况下进行结构和逻辑改变。

为了简化对本系统的说明，本文中使用的术语“可操作地耦合”及其派生词是指能够根据本系统工作的设备或其部分之间的连接。例如，可操作地耦合可以包括能够在两个或更多设备或其部分之间实现单向和/或双向通信路径的这些设备之间的有线连接和/或无线连接中的一个或多个。

因此，以下的详细说明不应理解为限制的意义，并且本系统的范围仅由所附权利要求限定。本文附图中的附图标记的前面的(多个)数字典型地对应于图号，例外情况为多个附图中出现的相同部件由相同的附图标记标识。此外，为了清楚的目的，省略了对公知设备、电路和方法的详细描述，从而避免使得本系统的描述难以理解。

在一个实施例中，当在处理器(在图6中表示为附图标记620)上执行多信道邻接发现算法时，使得设备能够彼此发现、进入相同信道、使其定向天线彼此面对并且能够相互通信。当在处理器620上执行该多信道邻接发现算法时，该算法可以被配置为将固定信道(例如信道1)指派为公共控制信道，而将其它信道视为数据信道。控制信道可以用于交换控制和其它信息以促进设备发现彼此。该数据信道主要用于数据或内容的通信。当然，该控制信道也可以用于数据/内容通信。该数据或内容可以是任意类型的数据，例如音频、视频、文本、图像等。每个信道，无论是控制信道还是数据信道均具有每个设备(例如图1所示的设备1、2、3、4)所使用的超帧结构的一倍或整数倍的持续时间。

图2示出由该设备1、2、3、4中的至少一个建立并被该设备1、2、3、4之一使用的超帧结构200。每个超帧200具有持续时间周期T_s，其包括用于信标发送的信标周期210和用于数据或内容发送的数据发送周期220。一个信标周期210包括多个信标时段230，其中每个设备在信标时段230的相应的时段中发送其信标。例如，设备1在第一信标时段发送其信标，设备2在第二信标时段发送其信标等。这些设备在各个信标时段230中在控制信道或者数据信道上发送其信标。举例来说，当第一设备使用控制信道时，随后在超帧200的信标周期210的第一信标时段中在控制信道上发送其信标；以及当第一设备使用数据信道时，随后该第一设备仍然在超帧200的信标周期210的第一信标时段中在数据信道上发送其信标。

图6中所示的处理器620可以被配置为将这些设备分成两组。一组是非共享设备组，每个设备仅与一个其它非共享设备通信。另一组是共享设备组，其包括不属于第一组的全部设备并且它们中的每一个可以与多个设备通信。

当接通非共享设备时，其首先保留在控制信道上，直到发现其希望的通信设备为止。当两个非共享设备决定彼此对话时，它们选择或选定一个信道来开始数据通信并且可以仅沿着它们交换数据信息包的方向在(固定/保留的)控制信道上发送信标。美国临时专利申请第60/885184(律师卷号第007837号)和60/885192(律师卷号第007839)中描述了信标协议。

当接通共享设备时，其首先保留在控制信道上，并且在全部方向上扫描来自现有设备的信标。如果该共享设备探测到信标，则其加入现有的信标组。否则，如果没有探测到信标，则该共享设备开始发送其自己的信标。在扫描了全部方向的扫描阶段之后，如果该共享设备仍没有发现希望的通信设备，则该共享设备采用图3中的定时结构在不同信道之间跳跃，例如在存在两个数据信道的情况下从信道2跳到信道3，以及跳到控制信道和从控制信道跳回。在图2所示的示例性实施例中，信道的总数为3个。即，总共3个信道，其中一个是具有时间周期T_c的控制信道，另两个是数据信道。在以下的示例性实施例中，为了简化，数据信道的数量K为2(K＝2)，每个信道具有时间周期T_d。然而，应当理解，数据信道的数量可以是大于或等于1的任意整数。

当通电设备时遵循以下程序。在通电之后，设备进入第一阶段，即控制/公共信道扫描阶段，也被称作扫描阶段。在扫描阶段中，该设备在控制/公共信道扫描N_beam电波或方向中扫描的两个连续N_beam超帧，该方向可以是覆盖全球或者其一部分的全部方向。也就是说，N_beam是设备扫描的扇区数。N_beam个总扇区的每个扇区被扫描达超帧周期Ts。因此，在全部扇区中进行两次的该扫描的时间周期是

在控制/公共信道在全部扇区中被扫描总共2N_beam T_S时间周期(其中每个扇区被扫描达超帧周期T_s)的第一阶段或者(控制/公共信道)扫描阶段之后，该设备开始第二阶段(被称为扫描和跳跃阶段)，其中扫描控制/数据信道并且该设备在控制/数据信道之间跳跃。在本文中使用的示例性实例中，信道数量为3，即一个控制信道被扫描达持续时间T_c，并且两个数据信道分别被扫描达持续时间T_d。在第二阶段或者跳跃和扫描阶段过程中，当该设备在特定或者选定数据信道上发现其目标设备时，该设备停止扫描和跳跃，并且开始在该特定或选定的数据信道上通信；这被当作最后或第三阶段。当然，两个设备之间的通信被局限为通过数据信道，并且还可以将控制信道用于两个设备之间的通信。

关于刚通电的新设备A试图发现先前已经通电的另一设备B，存在四种情况或情形：

情况1是先前通电的设备B仍然处在控制/公共信道扫描阶段并且新的设备A被通电的情况。如果该新的设备A在新设备A的控制/公共信道扫描阶段期间无法发现该旧的(或者先前通电的)设备B，则该新设备A将建立其自身的超帧，该超帧可以具有不同于旧设备B的超帧结构的开始时间。在这种情况下，新设备A发现旧设备B的发现时间T_f由公式(1)给出：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_c-{\mathrm{KT}}_d}\×N_{\mathrm{beam}}---\left(1\right)$

其中T_total＝T_c+2T_d，T_c是设备A保持在控制信道上并且扫描该信道的持续时间，并且T_d是设备A保持在数据信道上并且扫描该信道的持续时间，T_s是超帧周期或者持续时间，N_beam是该新设备A所扫描的扇区数量，以及K是数据信道的数量。下面将结合针对具有两个数据信道(K＝2)的示例性实例的图5和公式(5)进一步描述这种情况。

情况2是旧设备B处在其第二阶段或者扫描和跳跃阶段中并且新设备A被通电的情况。该新设备A将在第一设备A的第一阶段或者扫描阶段中发现该旧设备B。发现时间T_f小于或者等于全部扇区的两个扫描周期，即2N_beamT_s。

情况3是旧设备B处在最后的或者第三阶段中并且保持在不同于控制信道(用于与其已经发现的目标设备进行通信)的数据信道中并且新设备A被通电的情况。该新设备A将在其自身的第二阶段(即新设备A的扫描和跳跃阶段)中发现旧设备B。由公式(2)给出了新设备A发现旧设备B的发现时间T_f，将结合图3和公式(3)对其进行进一步描述

$T_s\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_d}\×N_{\mathrm{beam}}---\left(2\right)$

情况4是旧设备B处在最后的或者第三阶段并且保持在控制信道中并且新设备A被通电的情况。该新设备A将在其自身的第一阶段(即扫描阶段)中发现旧设备B。新设备A发现旧设备B的发现时间T_f小于或者等于全部扇区的两个扫描周期，即2N_beamT_s。

图3示出非共享设备在图2所示的超帧200的信道之间跳跃的时序图300，其中每个超帧200具有时间周期持续时间T_s。令信道总数为3，其中一个信道是控制信道并且另两个信道是数据信道。也就是说，K或者数据信道的数量为2，其中每个数据信道针对数据或内容信息的传送具有时间周期持续时间T_d。

令T_total＝T_c+2T_d。每个还没有开始数据通信的共享设备在每个如图3所示的T_total重复在信道之间的跳跃序列。当该设备处在控制信道上时，其照常发送其信标并且还试图探测其希望的通信设备。当该设备处在数据信道上时，其不发送信标并且仅扫描信道以试图发现希望的通信设备。

该扫描程序从一个方向开始并且一个接一个地经历全部方向。扫描设备1保持在每个方向上达超帧扫描周期T_s，其中T_s是超帧200的持续时间，如图2所示。在全部方向上扫描所需的时间是N_beamT_s，其中N_beam是(试图发现其它设备的新设备的)扇区数量。应当注意，不同设备可以具有不同数量的扇区，并且N_beam不是(持续时间Td的)设备的数量或者数据信道的数量。还应当注意，在2维空间中，圆或者360°覆盖了全部方向。然而，在3维空间中，如通常情况那样，球取代了圆覆盖了全部方向。可以将该球分成多个扇区，并且为了完全覆盖(球形的)全部方向，则使设备1的定向天线移动以扫描全部方向或者扇区。当然，设备的扇区数量N_beam不可能覆盖整个球并且取决于各个设备和天线的设计。

设备任何一个时间仅可以在一个方向(或在一个扇区中)发送或接收。一些设备能够动态地调整扇区的尺寸或者电波的宽度。如果设备能够在全部方向或者扇区中扫描，则可以将N_beam视作该设备实际用来覆盖其可以发送或接收信号的全部方向的扇区数量。

假设存在4个彼此发现并且相互通信的设备。为了进行单播通信(其中存在单一媒质访问信道/物理信道MAC/PHY，其仅传送到单一的设备/目的地)，则必须同时使两个设备1，2指向彼此，以便这两个设备1，2相互通信(发送和/或接收数据)。当这两个设备1，2相互通信时，它们不能与网络中的其它设备通信，这是因为无线设备每次一般仅发送或接收，而不是同时发送和接收。为了进行多播通信(即单一MAC/PHY传送朝向两个或多个设备的多播)，多个目标设备2，3，4必须处在发送器(源)1的相同扇区(方向)中。如果在第一设备1将数据发送到第二设备2之后，第一设备1希望与第三设备3通信，则在第二和第三设备2，3未处在相同扇区(和/或方向)中的情况下，第一设备1必须改变其电波的方向，并且使其指向第三设备3。

以上的讨论既适用于超帧中的数据发送周期(发送数据)，又适用于超帧的信标周期(发送信标和控制信息)。存在多种与设备如何朝向彼此发送信标相关的信标协议，例如美国临时专利申请第60/885184(律师卷号第007837号)和60/885192(律师卷号第007839号)中所述的协议，其中例如存在作为将要接通的设备的主设备。该第一或主设备通过在超帧中的每个扇区/方向中发送信标来建立超帧结构。该主设备发送多个信标，每个扇区中一个信标。被称作辅助设备的其它设备在主设备之后被接通或通电，这些设备加入主设备的超帧。辅助设备仅朝主设备发送一个信标。

返回图3，其中非共享设备希望使用时序图300发现彼此，即通过在每个T_total中在信道之间重复跳跃序列300，可以在一个数据传送周期T_d中或者在多个数据周期中(这取决于数据传送周期T_d的长度)完成对全部方向或扇区的扫描。

如果希望的通信设备(以下标为B)已经进入数据信道，则新加入的共享设备(以下标为A)将在发现时间周期T_f期间发现设备B，其中T_f由公式(3)限定：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_d}\×N_{\mathrm{beam}},$ $\mathrm{or}{T}_d\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_f}\×N_{\mathrm{beam}}---\left(3\right)$

其中：

T_total＝T_c+KT_d(在本实例中对于2个数据信道K＝2)，

T_c是控制信道的持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是试图发现另一个设备B的新设备A的扇区总数。

可以将各个参数设为满足公式(3)，这样保证了新设备A将发现例如已经进行发送的现有设备B。因此，如果希望例如新设备A在给定的发现时间T_f内发现现有设备B，则在给定T_c和N_beam的情况下公式(3)产生了所需的数据信道持续时间T_d。可替代地，如果给定了T_total、T_c、T_d和N_beam，则公式(3)可以用于确定所需的发现时间T_f。

应当注意，如果设备B在控制信道(而不是使用数据信道之一)上进行数据通信，则设备B将保持在控制信道上，并且不会改变信道。因此，设备B将不会采用以上程序在信道之间跳跃。因此，当接通新设备A时，新设备A将在通电或者接通之后在设备A的扫描阶段中发现B。

图4示出时序结构400，以保证已经通电(在设备B之后)的新设备A在初始扫描阶段中的全部扇区的两个扫描周期(2N_beamT_s)内发现现有设备B(已在之前通电)。如图4所示，如果设备B还没有开始数据通信，则新设备A能够在控制信道上探测某些信标以加入包括设备B的信标组。这样，设备A和B将在相同信标组中彼此发现。为了确保在设备A的扫描阶段中该新设备A发现设备B，该算法要求供数据信道上的设备B使用或专用于设备B的周期不占据在N_beam电波或方向上扫描的两个连续N_beam超帧中的相同超帧，该电波或方向可以是覆盖整个球的全部方向或者其一部分。因为设备A在针对每个方向或扇区的超帧周期T_s内一个接一个地扫描全部方向，所以设备A在两个连续超帧中两次扫描相同的方向。该算法或程序保证了当设备A扫描每个方向时，在两次机会期间，设备B至少在控制信道上出现一次。图4示出了这样的实例。

如果在设备A的初始扫描阶段之后两个设备A和B需要发现彼此，则设备A和B的在信道之间跳跃的时序结构可以具有不同的开始时间。多信道邻接发现算法在处理器620上执行时保证了设备A和B在相同时刻均处在控制信道上达某个周期。

图5示出其在信道之间跳跃的周期T_total具有不同开始时间的两个无线设备A、B。如前所述T_total＝T_c+KT_d，其中K是数据信道的数量，在本示例性实例中其为2(K＝2)。如图5中的hash或对角线所示，针对存在两个数据信道或者K＝2的情况，每个周期T_total中设备A和B均处在控制信道上的重叠时间T_overlapping由公式(4)给出：

T_overlapping≥T_c-2T_d                            (4)

因此，新设备A发现现有设备B所需的发现时间T_f近似由公式(5)给出：

$T_f\≈T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_{\mathrm{overlapping}}}\×N_{\mathrm{beam}}\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_c-2T_d}{\×N}_{\mathrm{beam}}---\left(5\right)$

最差的情况是，T_overlapping＝T_c-2T_d，或者以下如公式(6)所示：

$T_c\≈{2T}_d+T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_f}\×N_{\mathrm{beam}}---\left(6\right)$

对于公式(4)到(6)，可以看出设备A发现设备B所需的T_c与T_d之间的关系由公式(7)给出：

T_c＞2T_d                                         (7)

只要满足公式(7)，其中差值T_c-2T_d(即T_overlapping)至少为超帧长度或持续时间T_s，则设备A和B将发现彼此。这些变量的特定值取决于根据公式(3)和(5)的发现时间T_f的要求。当然，公式(7)针对的是数据信道数量K为2(K＝2)的情况。因此，通用公式为

T_c＞KT_d                                         (8)

在两个共享设备A、B发现彼此并且决定在它们之间进行数据通信之后，它们选择并且进入公共信道(可以用于设备A、B上)并且开始数据通信。该公共信道既可以是数据信道也可以是控制信道。

如果两个共享设备A、B中的至少一个能够改变其天线方向并且在信道上扫描，以及不存在其它信标设备将天线切换到该信道上，则设备A、B中能够改变其天线的一个设备在信标或控制周期210(图2)中朝全部方向发送信标。这些信标可以使随后接通的其它共享设备发现一个或两个共享设备A、B。

相互通信的设备A、B(或者图1所示的1、2、3、4)可以具有图6所示的部分。特别是，图6示出具有天线610的设备600的一部分，该天线可以是根据本系统实施例的固定和/或可操纵的定向天线。例如，本系统600的一部分还可以包括与存储器630、显示器640、有线连接650、用户输入设备660和天线610可操作地耦合的处理器620。该存储器630可以是存储应用数据以及其它与所述操作相关的数据的任意类型的设备。处理器620接收应用数据和其它数据以配置该处理器620从而执行根据本系统的操作。该操作动作可以包括通电、为信标搜索可用信道和/或扇区、发送信标、扫描等。没有介绍设备600的细节以简化此处的讨论，然而这对于本领域技术人员来讲是容易理解的。该设备600根据精确的用途可以包括用户输入端或界面600以及显示器640以促进这些实施例的特定方面，然而这对于操作来说是不需要的。例如，用户可以借助用户界面660提供用户输入以接通/断开该设备600，并且朝希望的方向操纵天线610，例如朝另一个设备以与其通信。显示器640可以被配置为显示各种数据，例如包含在信道列表中的探测到的信道，包括显示希望相互通信的设备A、B探测到的两个信道列表，包括信道的各种特性，例如包括带宽、信噪比、码间干扰、共享或非共享信道等与每个信道相关的QoS参数，其中基于例如QoS参数自动地或者借助用户选择和输入手动地选择可用于设备A、B的最佳信道。

处理器620的操作动作还可以包括控制显示器640以显示任何其它内容，例如可用于设备600的任何内容，例如用户界面。用户输入端660可以包括键盘、鼠标、轨迹球或者其它设备，所述其他设备包括触摸敏感显示器，它们可以是独立的或者作为系统的一部分，例如个人计算机、个人数字助理、移动电话、机顶盒、电视或者借助任何可操作连接与处理器610相通信的其它设备的一部分。该用户输入设备660可以用于与处理器660交互，包括启动用户界面和/或本系统的其它元件内的交互。显而易见的是，处理器620、存储器630、显示器640、天线610和/或用户输入设备660可以全部或部分地作为天线设备或者根据本系统工作的其它设备的一部分，该工作例如设置通信系统，包括启动、发现和在多个可操纵和不可操纵设备之间的通信。

本系统的方法特别适合由计算机软件程序实施，该程序包含对应于本系统所述和/或预见的各个步骤或动作中的一个或多个的模块。该程序当然可以嵌入计算机可读媒质中，例如集成芯片、外围设备或者存储器，例如存储器630或者与处理器620相耦合的其它存储器。

存储器630将处理器620配置为实现本文中公开的方法、操作动作和功能。该存储器可以分布在例如天线与处理器620之间，其中可以提供附加的处理器，该附加处理器还可以为分布式的或者单一的。该存储器可以被实现为电、磁或光的存储器，或者这些或者其它类型存储设备的任意组合。此外，术语“存储器”应当被解释为足够广义以包含能够从处理器620可访问的可寻址空间中的地址读取或者写入该地址的任意信息。在这种定义下，可通过有线连接650(例如与诸如因特网的网络的有线连接)和/或天线610访问的信息仍然位于例如存储器630内，这是因为处理器620可以从根据本系统的可操纵连接610、650中的一个或多个获取信息。

该处理器620可被操作以用于响应于来自用户输入设备660的输入信号以及响应于网络的其它设备提供控制信号和/或实施操作以及执行存储在存储器630中的指令。该处理器620可以是专用或者通用的集成电路。而且，该处理器620可以是根据本系统发挥作用的专用处理器，或者可以是通用处理器，其中许多功能中仅有一个根据本系统发挥作用。处理器620可以利用程序部分、多个程序段工作，或者可以是利用专用或多功能集成电路的硬件设备。本领域普通技术人员容易想到本系统的其它变化，并且这些变化均包含在以下的权利要求书中。

当然，应当理解，以上实施例或方法中的任意一个可以与一个或多个其它实施例和/或方法相结合，或者可以是独立的和/或在根据本系统的独立设备或设备部分之间发挥作用。

最后，以上的讨论仅仅为了阐述本系统，并且不应被解释为将所附权利要求限制为特定实施例或实施例组。因此，尽管参照示例性实施例特别具体地描述了本系统，但是还应当理解，本领域技术人员在不背离以下权利要求所提出的本系统更宽和希望的精神和范围的情况下设计多种修改和的替代的实施例。因此，说明书和附图应视为示例性的，并且其目的不是限制所附权利要求的范围。

在解释所附权利要求时应当理解：

a)词语“包括”不排除除了给出的权利要求中所列的元件或动作之外的其它元件或动作的存在；

b)元件之前的词语“一”或者“一个”不排除多个这种元件的存在；

c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；

d)几个“装置”可以由相同项或者硬件或软件实现的结构或功能表示；

e)所公开的任意元件可以由硬件部分(例如包括离散的和集成的电子电路)、软件部分(例如计算机程序)及其任意组合构成；

f)硬件部分可以由模拟和数字部分的一个或两个构成；

g)除非特别规定，所公开的任何设备或其部分可以组合在一起或者分离到其它部分中；

h)除非特别规定，不要求特定顺序的动作或步骤；以及

i)术语“多个”元件包括两个或更多所要求保护的元件，并且不意味着任何特定数量范围的元件；也就是说，多个元件可以像两个元件那样少，并且可以包括不可估计数量的元件。

Claims (24)

1.一种用于在具有第一定向天线的第一设备与具有第二定向天线的第二设备之间通信的方法，该方法包括以下动作：

建立具有超帧持续时间(T_s)的超帧并且在每个超帧持续时间(T_s)期间由第一设备发送信标；

给第二设备通电；

由第二设备扫描两个扫描周期(2N_beamTs)，其中在每个扫描周期中，第二设备通过扫描每个扇区达超帧持续时间(T_s)来扫描全部扇区(N_beam)；

重复跳跃序列，该跳跃序列具有等于控制信道的控制持续时间(T_c)与数据信道的持续时间(KT_d)之和的序列持续时间(T_total)；

如果在控制信道上未探测到现有信标，则建立新的超帧，或者如果在控制信道上探测到现有信标，则在控制持续时间(T_c)期间在控制信道上加入现有超帧；

在数据信道的持续时间(T_d)期间由第二设备扫描；

在发现时间(T_f)期间由第二设备发现第一设备；

选择公共信道以开始在公共信道上与第一设备进行通信以及停止跳跃序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该控制持续时间(T_c)大于数据信道的持续时间(KT_d)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当第一设备重复该跳跃序列时，发现时间(T_f)小于或等于序列持续时间(T_total)乘以扫描全部扇区的时间(N_beamT_s)除以数据信道的持续时间(T_d)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道数，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s是超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，数据信道的持续时间(T_d)满足以下关系：

$T_d\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_f}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K＝数据信道数量，

T_c是控制信道的持续时间，

T_f是第二设备发现第一设备所需的时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

6.根据权利要求1所述的方法，其中当第一设备重复跳跃序列或者当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，第二设备的发现动作发现了控制信道上的第一设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，第二设备的发现动作发现了控制信道上的第一设备。

8.根据权利要求1所述的方法，其中当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_c-K{T}_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道数，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s是超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

9.一种通信系统，包括第一设备和第二设备，其中第一设备和第二设备中至少一个设备的处理器被配置为：

建立具有超帧持续时间(T_s)的超帧并且在每个超帧持续时间(T_s)期间由第一设备发送信标；

由第二设备扫描两个扫描周期(2N_beamTs)，其中在每个扫描周期中，第二设备通过扫描每个扇区达超帧持续时间(T_s)来扫描全部扇区(N_beam)；

重复跳跃序列，该跳跃序列具有序列持续时间(T_total)，其等于控制信道的控制持续时间(T_c)与数据信道的持续时间(KT_d)之和；

如果在控制信道上未探测到现有信标则建立新的超帧，或者如果在控制信道上探测到现有信标则在控制持续时间(T_c)期间在控制信道上加入现有超帧；

在数据信道持续时间(T_d)期间由第二设备扫描；

在发现时间(T_f)期间由第二设备发现第一设备；以及

选择公共信道以在该公共信道上开始与第一设备开始通信，并且停止跳跃序列。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其中该控制持续时间(T_c)大于数据信道的持续时间(KT_d)。

11.根据权利要求9所述的通信系统，其中当第一设备重复跳跃序列时，发现时间(T_f)小于或等于序列持续时间(T_total)乘以扫描全部扇区的时间(N_beamT_s)除以数据信道的持续时间(T_d)。

12.根据权利要求9所述的通信系统，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道数，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s是超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

13.根据权利要求9所述的通信系统，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，数据信道的持续时间(T_d)满足以下关系：

$T_d\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_f}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K＝数据信道数量，

T_c是控制信道的持续时间，

T_f是第二设备发现第一设备所需的时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

14.根据权利要求9所述的通信系统，其中当第一设备重复跳跃序列或者当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，处理器被配置为由第二设备发现控制信道上的第一设备。

15.根据权利要求9所述的方法，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，处理器被配置为由第二设备发现控制信道上的第一设备。

16.根据权利要求9所述的方法，其中当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_c-K{T}_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道的数量，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s时超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是第二设备扫描的扇区总数。

17.一种计算机程序产品，其存储在计算机可读媒质上，该计算机程序在由处理器执行时被配置为：

建立具有超帧持续时间(T_s)的超帧并且在每个超帧持续时间(T_s)期间由第一设备发送信标；

由第二设备扫描两个扫描周期(2N_beamTs)，其中在每个扫描周期中，第二设备通过扫描每个扇区达超帧持续时间(T_s)来扫描全部扇区(N_beam)；

重复跳跃序列，该跳跃序列具有序列持续时间(T_total)，其等于控制信道的控制持续时间(T_c)与数据信道的持续时间(KT_d)之和；

如果在控制信道上未探测到现有信标则建立新的超帧，或者如果在控制信道上探测到现有信标则在控制持续时间(T_c)期间加入控制信道上的现有超帧；

在数据信道持续时间(T_d)期间由第二设备扫描；

在发现时间(T_f)期间由第二设备发现第一设备，该发现时间小于或等于全部扇区的两个扫描周期(2N_beamT_s)；以及

选择公共信道以在该公共信道上开始与第一设备通信，并且停止跳跃序列。

18.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中该控制持续时间(T_c)大于数据信道的持续时间(KT_d)。

19.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中当第一设备重复跳跃序列时，发现时间(T_f)小于或等于序列持续时间(T_total)乘以扫描全部扇区的时间(N_beamT_s)除以数据信道的持续时间(T_d)。

20.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道数，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s是超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

21.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，数据信道的持续时间(T_d)满足以下关系：

$T_d\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_f}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，K＝数据信道数量，

T_c是控制信道的持续时间，

T_f是第二设备发现第一设备所需的时间，以及

N_beam是由第二设备扫描的扇区总数。

22.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中当第一设备重复跳跃序列或者当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，处理器被配置为由第二设备发现控制信道上的第一设备。

23.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中在停止了跳跃序列之后当第一设备与其它设备相通信时，处理器被配置为由第二设备发现控制信道上的第一设备。

24.根据权利要求17所述的计算机程序产品，其中当第二设备的跳跃序列的开始时间不同于第一设备的跳跃序列的开始时间时，发现时间(T_f)满足以下关系：

$T_f\≤T_{\mathrm{total}}\×\frac{T_s}{T_c-K{T}_d}\×N_{\mathrm{beam}}$

其中：T_total＝T_c+KT_d，

K是数据信道的数量，

T_c是控制信道的持续时间，

T_s时超帧持续时间，

T_d是数据信道的持续时间，以及

N_beam是第二设备扫描的扇区总数。

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