CN101646241A - 用于动态时隙预留的轮询系统和方法 - Google Patents

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Abstract

实施例包括用于向微网控制器的网络中的多个设备分配时间的系统和方法。实施例包括在轮询过程期间相继地选择性地将微网控制器的方向可控天线波束定向到多个设备，以便从所述多个设备中的一个或多个设备接收时间分配请求。在轮询过程之后执行授权过程，其中将在后续时间间隔中的发送许可授权给设备。此外，在授权过程期间，指示一个或多个设备从被授权发送许可的设备进行接收。轮询过程和授权过程发生在同一超帧中。

Description

用于动态时隙预留的轮询系统和方法
技术领域
本书面说明书涉及无线计算领域。更具体地，本书面说明书涉及在无线设备之间以时分多址(TDMA)模式进行通信的领域。
背景技术
“无线计算”是用来描述计算设备之间的无线通信的术语，所述计算设备包括计算机和外围设备。例如，包括台式和膝上型计算机在内的许多计算机具有无线通信卡，该无线通信卡包括连接到天线的发射机和接收机。这使得计算机能够通过射频(RF)传输来与由计算机和外围设备组成的网络进行通信。无线计算所提供的灵活性和移动性是其商业成功的主要原因。
在无线环境中，将主体系统设置为通过无线链路进行通信。因此，收发机(发射机和接收机)使得计算机能够无线连接到由无线连接的计算机和外围设备组成的网络，所述外围设备诸如同样配备有收发机的打印机和扫描仪。
附图说明
图1示出了由微网控制器(PNC)接收从无线设备发送的请求以及在下一个后续超帧中分配时隙的传统方式的实施例。
图2示出了PNC的实施例，其具有定向轮询机制以选择性地轮询PNC网络内的单个设备并且具有用于进行发送和接收的收发机。
图3示出了可以存在于PNC的一些实施例中的计算机的实施例。
图4示出了可以存在于PNC中以及PNC网络内的无线设备中的收发机的实施例。
图5示出了对预留时隙的分配，其提供用于进行轮询和授权发送与接收许可的时间片以及发送持续时间。
图6示出了在进行轮询和授权发送与接收许可步骤期间PNC和PNC网络内的设备的天线定向的实施例。
图7示出了用于在设备之间进行轮询、授权许可和发送的流程图的实施例。
具体实施方式
下面是在附图中描述的实施例的详细说明。这些实施例详细到可以清楚地表述本发明。然而，所提供的大量细节并不旨在限制实施例的可预期的变型，与此相反，其意图在于覆盖落在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围之内的所有变型、等价物和替换。下面的详细说明被设计为使得本领域技术人员能够清楚这些实施例。
本文描述和讨论的无线通信系统旨在代表多种无线系统中的任何无线系统。这些系统可以包括但不限于NFC(近距离通信)、WPAN(无线个域网)、WLAN(无线局域网)、WMAN(无线城域网)、WiMAX(微波存取全球互通)、2.5-3G(代)蜂窝、3G RAN(无线接入网络)、4G、RFID(射频识别)等。这些系统还可以包括遵循正在开发或将要开发的无线标准的系统。
实施例包括向微网(piconet)控制器的网络中的多个设备分配时间的系统和方法。实施例包括在轮询过程期间将微网控制器的方向可控天线波束相继地选择性地定向到多个设备，以便从所述多个设备中的一个或多个设备接收时间分配请求。当接收到一个以上时间分配请求时，系统选择一个设备以使其在后续时间间隔中进行发送。在轮询过程之后，执行授权过程，其中向一个设备授权在后续时间间隔中的发送许可。此外，在授权过程期间，指示一个或多个设备从被授权发送许可的设备进行接收。轮询过程、授权过程和在所分配时间期间的后续传输都发生在同一超帧中。在一些实施例中，在轮询过程期间，在设备发送的发送请求中发送所请求的持续时间。
由于在非常高的载频(例如60GHz)上在空中进行发送时的高信号射频(RF)损耗，将高定向天线用于在消耗非常高的数据速率(例如每秒千兆比特(Gbps)等级的速率)的电子设备之间获得较大地增加的范围。为了在对等设备之间进行通信，每个对端将高定向天线波束用于发送和接收。在无线传输中需要非常高的数据速率的数据实例是未压缩高清电视(HDTV)。当在毫米范围内进行发送和接收时，可将波束成形用于实现空间分集。然而，CSMA(载波侦听多路访问)变得低效，从而替代地使用TDMA(时分多址)。
TDMA的已知问题是时隙分配的慢响应。图1示出了响应于来自微网控制器(PNC)的网络中的请求设备的请求来分配时隙的传统方法。在超帧n的起始部分(间隔A)，PNC对该超帧进行时隙分配，并且可以将该时隙分配传送给邻近设备。在图1中，在超帧n(间隔B)期间，PNC从一个设备接收向该设备进行时间分配的请求。因此，在超帧n部分的时间期间，PNC以广播模式侦听来自PNC网络中的设备的请求。在该侦听时间期间，当同时从两个或多个设备接收到请求时可能发生时间冲突。根据传统方法，请求时隙分配的设备在该设备能够使用所分配时隙之前将等待大约一个超帧的持续时间。特别地，在超帧n+1的起始部分，PNC响应于在超帧n中所接收的请求来通告(广播)所做出的新时隙分配。在超帧n+1期间，分配给该设备的时隙由该设备使用。
时隙分配的传统方法是非常低效的。例如，在关键时间段需要峰值比特速率的设备应当分配全部恒定比特速率带宽，以便确保其会及时接收到所请求的业务。因此，损失了设备不使用的时间。换句话说，在非高峰时间期间，设备没有使用所分配的全部时间。在接收到时间请求时的同一超帧期间，如果存在足够的预留时隙且每个时隙都能被迅速地分配，则将解决恒定比特速率分配问题而不会出现前述的使用损失。在本实施例中，设备将得到其在非高峰时间期间所需要的最少时间。其它时隙可以被预留，并被动态地分配给网络中的不同设备。然后，可以在第一设备需要带宽时将所预留的带宽立即分配给该第一设备。
问题在于如何以高效的方式动态地共享时间以及如何花费少量的时间来进行分配。这个问题涉及到具有中央微网控制器(PNC)的微网，其中该PNC对网络中设备之间的传输进行调度。在一些情况下，一个时隙可能已经被预留给某些设备对(这种对被称为链路)，但由于定向传输的特性，还可以在不产生任何干扰的情况下由另一链路并行地使用该时隙。PNC包含这些链路的存储器并且根据时间预留请求分配链路。因此，还需要对已经由某一链路预留但仍可被分配给其它链路的时隙进行动态分配。
图2示出了用于控制设备272、274、276之间的通信的微网控制器(PNC)260。设备272、274和276可以是如图3所示的计算机或诸如打印机、扫描仪等其它设备。此外，PNC 260的功能可以由如图3所示的执行微网控制代码312的计算机实现。可选地，PNC 260可以由专用电路实现。在一个实施例中，PNC 260包括请求解释器262、时间分配器264、定向轮询机制268和收发机270。收发机270的一个实施例如图4所示。
PNC 260控制设备272、274和276之间的通信。在操作的轮询阶段，定向轮询机制268轮询每个设备272、274和276，其中逐一地从这些设备接收请求。通过将收发机270的定向天线首先指向设备1，然后指向设备2等来实现前述操作。当指向设备1时，轮询机制268向设备1发送消息，以便提示设备1如果存在对所请求时间的需求则发送时隙分配请求。当被轮询消息提示时，如果设备1具有时隙分配请求，则其发送该请求。设备的发送时间请求包含被指明用于在所分配时间期间接收传输的设备地址。然后，PNC 260的轮询机制268使得收发机270的天线指向设备2。当指向设备2时，轮询机制268接着搜索来自设备2的时隙分配请求。然后，轮询机制268转向设备3，等等。
每当从多个设备中的一个设备接收到请求时，请求解释器262就解释该请求。例如，来自设备1的请求可以是向设备2进行发送。作为响应，时间分配器264将向设备1分配持续时间以便向设备2进行发送。因此，在完成了对每个设备的轮询之后，收发机270接着再次仅仅指向进行了分配的设备以便传送分配。例如，收发机可以指向设备1，以便在轮询发生时所处于的同一超帧内的后续时隙中传送向设备2进行发送的许可授权。在传送了该发送许可授权之后，收发机270接着指向设备2，并指示设备2在同一超帧的所分配时隙期间从设备1进行接收。可以在轮询过程期间由设备发送到微网控制器的发送请求中指定分配给设备的用于进行发送的持续时间。因此，轮询过程之后接有授权过程。在一些实施例中，轮询过程和授权过程发生在同一超帧期间。
图3示出了连接到如图4所示的收发机以便与无线设备进行通信的计算机300的更详细视图。计算机300可以存在于PNC 260的实施例中或者一个或多个无线设备272、274、276中。在本文中，无线设备是——虽然其可能具有线路——主要通过RF或光传输来与其它设备进行通信的设备。计算机300包括系统存储器310、存储器控制器320、L2高速缓存330和处理器340。系统存储器310包括硬盘驱动器存储器、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。系统存储器310存储微网控制代码312、操作系统(OS)代码314、基本输入输出系统(BIOS)代码(未示出)和用于其它应用程序316的代码。系统存储器310也存储数据和文件318。微网控制代码312、操作系统代码314和应用代码316通常被存储在硬盘上，而BIOS代码通常被存储在ROM中。与此不同，L2高速缓存330是快速动态随机存取存储器(RAM)。
存储器控制器320实现从系统存储器310到L2高速缓存330以及从L2高速缓存330到处理器340的L1高速缓存344的指令和数据的传递。因此，当接近需要在处理器340中执行数据块和指令的时间时，将数据块和指令从存储器310的硬盘驱动器传递到L2高速缓存。L2高速缓存330是物理地接近于处理器340的快速存储器。指令可以包括载入和储存指令、分支指令、运算逻辑指令、浮点指令等。L1高速缓存344位于处理器340中，并且包含从L2高速缓存330接收的数据和指令。理想地，随着接近执行程序指令的时间，将指令与数据(如果有的话)一起传递，首先传递到L2高速缓存，然后随着执行时间的临近而传递到L1高速缓存。
除了芯片上的1级高速缓存344，处理器340还包括指令提取器342、指令解码器346、指令缓冲器348、分发单元350、执行单元352和控制电路354。指令提取器342从存储器提取指令。指令提取器342维持一个程序计数器并从L1高速缓存330提取指令。指令提取器342的程序计数器包括将被执行的下一指令的地址。指令提取器342也执行预取操作。因此，指令提取器342与存储器控制器320进行通信，以便发起从系统存储器310到指令高速缓存L2330以及到指令高速缓存L1344的指令传递。从系统存储器310将指令传递到高速缓存中的位置是由根据系统存储器地址所获得的索引来确定的。标签标识高速缓存中的指令。
指令提取器342获取被传递到指令高速缓存344的指令并且将其传递到指令解码器346。指令解码器346接收并解码由指令提取器342提取的指令。指令缓冲器348从指令解码器346接收已解码的指令。指令缓冲器348包括用于多个指令的存储器位置。指令缓冲器348可以对从指令解码器346接收到的指令的执行顺序进行重新排序。因此，指令缓冲器348包括指令队列，以便提供将指令发送到处理器340的分发单元350时所采用的顺序。
分发单元350将从指令缓冲器348接收的指令分发给执行单元352。在超标量体系结构中，执行单元352可以包括载入/存储单元、整数运算/逻辑单元、浮点运算/逻辑单元以及图形逻辑单元，所有这些单元并行地操作。因此，分发单元350将指令分发给一些或所有执行单元以便同时执行指令。执行单元352包括多个级，用于完成在执行从分发单元350接收的指令过程中涉及的步骤。可以在未示出的整数寄存器文件和浮点寄存器文件中存储由执行单元352处理的数据，以及从整数寄存器文件和浮点寄存器文件访问所述数据。因此，指令被循序地且并行地执行。
图3还示出了控制电路354，用于执行对处理器300的操作进行控制的多种功能。例如，控制电路354中的操作控制器解释包含在指令中的操作码(OPCode)并且命令适当的执行单元执行操作码所指示的操作。此外，控制电路354可以包括分支重定向单元，用于当确定分支已被误预测时对指令提取器342进行重定向。控制电路354还可以包括清除控制器，用于清除比误预测分支指令更新的指令。计算机300还包括未在图1中示出的其它组件和系统，包括RAM、外围驱动器、系统监测器、键盘、活动磁盘驱动器、可移动非易失介质驱动器、CD和DVD驱动器、例如鼠标的指针设备等。计算机300可以是个人计算机、工作站、服务器、大型计算机、笔记本或膝上型计算机等。
图4示出了集成电路401的一个示例性实施例，包括收发机单元400及其相关电路，该收发机单元400可以与处理器内核402集成到同一管芯上。例如，图4的收发机可以位于微网控制器中，其中处理器内核402执行计算机代码以便实现本文所述的微网控制器的功能。收发机400代表位于PNC 260中或设备272、274、276中的收发机。收发机400包括接收机404和发射机406。接收机404接收RF通信信号，发射机406发送RF通信信号。发射机的一些实施例包括编码器408、调制器410、上变频器412和放大级414。接收机的一些实施例包括放大级420、下变频器422、解调器424和解码器426。收发机400还包括一个或多个天线418。现在描述收发机400的每个组件及其功能。
发射机406的编码器408从处理器内核402接收用于传输的数据。处理器内核可以采用块(例如数据比特)的形式将数据提供给收发机400。编码器408使用目前已知的或正在开发的多种算法中的任意一种算法来对数据进行编码。可以进行编码，以便实现多个不同目的中的一个或多个目的。例如，可以进行编码，以便减少为了传递将由收发机406发送的每个信息符号而必须被发送的平均比特数目。可以进行编码，以便减少在接收机处的符号检测中的差错概率。因此，编码器可以向数据流引入冗余。加入冗余会增加发送信息所需要的信道带宽。然而，加入冗余可导致较少的差错，并且使信号能够以较低功率进行发送。编码也可以包括为了安全性而进行的加密。
一种类型的编码是块编码。在块编码中，编码器将含有k个信息比特的一个块编码成相应的分别含有n个代码比特的多个块，其中n是大于k的整数。来自编码器的含有n个比特的每个块构成了在含有M＝2k个可能码字的一组码字中的一个码字。可以实现的块编码器的一个实例是编码领域的技术人员所公知的里德-所罗门编码器。另一种类型的编码是线性卷积编码。卷积编码器可被视为线性有限状态移位寄存器，其输出序列包括输入序列的一组线性组合。来自移位寄存器的对应于每个输入比特的输出比特数目是对代码中的冗余的度量。因此，不同实施例可以实现不同的编码算法。
发射机406的调制器410从编码器408接收数据。调制器410的目的是将从编码器408接收的每个二进制数据块变换成当进行了上变频和放大时可由天线发送的唯一连续时间波形。调制器将所接收的数据块压缩到选定频率的正弦波形上。更具体地，调制器将数据块映射到正弦波形的一组相应的离散幅度，或者正弦波形的一组离散相位，或者与正弦波形频率有关的一组离散频移。调制器的输出是带通信号，该带通信号被上变频到发送频率、被放大并被传递到天线。
在一个实施例中，调制器410将一个二进制数字序列映射到载波频率的一组离散幅度。这被称为脉冲幅度调制(PAM)。通过将来自信息序列的两个分离的k比特符号压缩到表示为cos(2πfct)和sin(2πfct)的两个正交载波上来实现正交脉冲幅度调制(QPAM)。
在另一个实施例中，调制器410将从编码器408接收的数据块映射到载波的一组离散相位，以便产生相移键控(PSK)信号。通过将输入序列的分别含有k＝log2M个二进制数字的多个块映射到M个相应相位θ＝2π(m-1)/M中的一个相位来产生M相PSK信号，其中m是小于或等于M的正整数。所产生的等效低通信号可以表示成：
u ( t ) = Σ n = 0 ∞ e jθ n g ( t - nT )
其中，g(t-nT)是基脉冲，其波形可以通过例如减少符号间干扰的方式进行优化，以便增加接收机处的精确检测的概率。在信道使得脉冲失真时产生符号间干扰。当发生此情况时，相邻的脉冲被拖尾，导致难以区分单个脉冲。因此，可以选择脉冲形状以减少由于符号间干扰导致的符号误检测的概率。
在另一个实施例中，调制器410将来自从编码器408接收的信息序列的数据块映射到一组离散频移，以便产生频移键控(FSK)信号。所产生的等效低通信号可以表示成：
u ( t ) = Σ n = 0 ∞ exp ( jπΔft I n ) g ( t - nT )
其中，In是直到M-1的奇数，Δf是频移单位。因此，在频移键控信号中，信息序列的每个符号被映射到M个频移中的一个。
本领域技术人员将会认识到，本文讨论的数学公式是示例性的和说明性的，可以将不同的数学表达式用于表示将要由调制器410操作的相关信号。此外，可以在调制器410中实现的其它形式的调制也是本领域技术人员所公知的。例如，脉冲幅度调制(PAM)和相移键控(PSK)的组合可以被实现用于产生PAM-PSK信号。可选地，可以实现正交频分复用(OFDM)。本领域技术人员也将认识到，调制可以发生在基带或中频处。
调制器410的输出被馈送到上变频器412。上变频器412的目的是将从调制器410接收的调制波形移动到更高频率。通过在发送前将信号移动到更高频率，可以采用具有实际尺寸的天线。也就是说，发送频率越高，天线可以越小。因此，例如，可以实现操作在60GHz(千兆赫兹)的标称载波频率的实施例。所发送信号需要的带宽部分地取决于调制器410的调制方法。大约6GHz(10％)的带宽是示例性的。在大约是60GHz的发送频率处，波长约为5毫米(mm)，所以天线尺寸可以在几毫米的级别上。这与CMOS中集成电路的电路布线尺寸相当。因此，小型毫米波天线或天线阵列可以很好地与管芯的电路集成。60GHz载波的另一优点是该带宽还未用于计算机通信。
典型的上变频器412将已调制波形与正弦信号相乘以获得具有特定载波频率的信号，该载波频率是波形中心频率和正弦波形频率之和。该操作基于三角恒等式：
sin A cos B = 1 2 [ sin ( A + B ) + sin ( A - B ) ]
因此，在一些实施例中，在和频率(A+B)上的信号被传递到滤波器和放大器414，而在差频率(A-B)上的信号被滤除。因此，将带通滤波器提供为理想地滤除将要被发送的中心位置在载波(和)频率的信息之外的所有信息。
已经编码、调制、上变频、过滤的信号被传递到放大器414。在一个实施例中，放大器414提供高功率放大以便驱动天线418。然而，该功率不需要高得可以被接近发射机406的接收机所接收。多收发机系统的实施例中的收发机之间的距离可能很小。因此，可以实现具有中等或者低功率输出容量的发射机。因此，实现通信所需要的RF发射机功率取决于通信中的无线设备之间的期望距离。在距离较大的情况下，一般需要较大的功率。另外，无线设备的天线的定向将会影响保持通信所需的功率量。
图4还示出连接到天线418的双工器416。因此，在该实施例中，将单个天线或多个天线用于进行发送和接收。当进行发送时，来自放大器414的信号通过双工器416，并且利用上变频的信息承载信号来驱动天线。双工器阻止来自放大器414的信号进入接收机404。当进行接收时，由天线418接收的信息承载信号通过双工器416，以便将信号从天线418传递到接收机404。当进行接收时，双工器防止所接收的信号进入发射机406。因此，双工器416像开关那样操作，以便将天线交替地连接到接收机和发射机。
在另一实施例中，可以将两个单独的天线用于进行发送和接收，而不采用双工器。因此，发射机406将驱动一个发送天线或多个天线，而接收机404将从单独的接收天线或多个天线进行接收。当存在单独的天线时，发送和接收可以同时发生。在频率双工(FD)结构中，RF发送发生在一个频率，而RF接收发生在另一个频率。因此，一个收发机在频率fa进行发送并在频率fb进行接收，而另一个收发机在频率fa进行接收而在频率fb进行发送。当将两个单独的天线用于进行发送和接收时，发送和接收可以同时发生。
在本文讨论的实施例中，位于PNC 260的收发机中的天线418是选择性地定向的。位于设备272、274和276的收发机中的天线也是选择性地定向的。因此，在一个实施例中，天线418可以是包括多个天线单元的方向可控相控阵天线(steerable phased array antenna)。在另一个实施例中，天线418可以包括多个可切换天线，每个天线指向(朝着不同设备的)不同方向。在一些实施例中，PNC及PNC网络中的设备的天线被预先训练，以便获知以何种方式控制方向以将定向天线波束指向所选择的设备。
除了频率双工外，或者替代频率双工，本文的实施例也采用时分多址(TDMA)。在TDMA中，通信信号被分成多个连续的时隙。一个时隙用于向第一接收机的信息发送，而另一个时隙用于向第二接收机的信息发送。在频率双工中，当一个时隙被用于进行发送时，可以在同一时间间隔中进行接收。因此，在TDMA配置中，来自单个处理器402的数据可被复用并在不同的时隙中顺序地发送到不同的接收机。通过同样的方式，接收机可以在两个不同的时隙期间从两个不同的发射机接收信息.
发送天线418将信息承载信号辐射成可被接收机的天线接收的时变、空间分布的电磁波。然后，接收机可以提取接收信号的信息。每个天线可以包括单个天线单元或天线单元阵列。在一个实施例中，天线418是可控地定向的，以实现空分多址(SDMA)。因此，可以对天线单元的相控阵列的方向进行控制，以将发送天线的中心波束定向到特定接收机。相似地，在接收天线的辐射图中的波束的方向可以被控制为指向特定发射机。此外，可以结合例如时分多址的其它多址方法来实现空分多址。
可以使用现有的印刷电路板金属工艺来容易地实现天线418。因此，例如，微带、带线、槽线、贴片和切口都是天线418的候选。如前所述，在大约60GHz(千兆赫兹)的频率上，印刷电路板天线单元可以很小，其处于几毫米的级别。因此，可以在单个管芯上将天线单元的阵列与收发机400和其它电路进行集成，在一些实施例中所述其它电路包括无线设备的处理器。可选地，天线单元的阵列可以被印刷在与收发机相分离的印刷电路板上，以便从与处理器电路一起集成到管芯上的收发机电路接收调制信号。因此，具有集成到其上的处理器和接收机的芯片可以具有引脚，所述引脚连到在具有该芯片的同一电路板上印刷的天线单元。
图4还示出了用于接收、放大、下变频、解调和解码信息承载信号的接收机404的示例性实施例。将该信号从天线418馈送到低噪声放大器420。放大器420包括滤波器电路，其传递期望的信号信息以及滤除噪声和在滤波器电路通带之外频率上的不需要的信号。下变频器422将在载波频率上的信号下变频到中频或基带。再次，这是基于上述三角恒等式而通过将接收信号与正弦波形倍乘以获得差频率来实现的。通过过滤，接受了差频率上的信号并拒绝了和频率上的信号。本领域技术人员将会认识到可以实现一级以上的下变频。通过将接收信号移动到较低频率或者基带，可以更容易地执行解调功能。
解调器424解调所接收到的下变频信号。解调是从所接收到的下变频信号中提取信息内容以便产生信息信号的过程。解调可以发生在中频或基带上。解调方法取决于信息被调制到接收信号上的方法。因此，例如，如果调制是相移键控(PSK)，则解调涉及相位检测以便将相位信息转换为二进制数据序列。由此，通过解调向解码器426提供信息比特序列。解码器426对从解调器424接收的二进制数据块进行解码，并且将已解码的信息发送到处理器内核402。解码方法取决于发送编码信号的设备如何对信号进行编码。
图4的收发机的拓扑结构仅仅是代表性的。此外，本领域技术人员将会认识到，接收机和发射机将包括许多未在图4中示出的附加组件和电路。通常，这些设备和电路可以包括参考振荡器、分频器、滤波电路、同步电路、可能的多个变频级和多个放大级等。
因此，一些实施例包括微网控制器，用于向微网控制器的网络中的多个无线设备分配时隙。微网控制器包括存储器，用于存储持续时间分配信息以及存储从网络中的所述多个设备中的一个或多个设备接收的发送请求。微网控制器还包括处理器，用于通过改变微网控制器的天线方向来相继地轮询所述多个设备中的每个设备。处理器还从所述多个设备中的一个或多个设备接收发送请求，以及将发送许可授权给所述多个设备中的一个设备并且将接收许可授权给所述多个设备中的一个或多个其它设备。微网控制器还包括收发机，其具有选择性定向天线，用于向所述多个设备传送轮询消息和许可授权以及从所述多个设备接收发送请求。
在一些实施例中，微网控制器的处理器还根据指定的准则选择请求发送许可的多个设备中的哪个设备将被授权接着进行发送的许可。在一些实施例中，处理器还指定分配给发送设备的发送持续时间。在一些实施例中，发送请求本身指定了所请求的发送持续时间。在一些实施例中，收发机的选择性定向天线包括方向可控相控阵天线。
图5示出了根据本文所述实施例的对一部分超帧的划分。预留时隙500的第一组N个时间片502用于当存在N个要被轮询的不同设备时由轮询机制268进行的轮询。因此，在时间片1中对设备1进行轮询，并且可以在时间片1期间从设备1接收请求。在时间片2期间，对设备2进行轮询，等等。在轮询之后，在时间片N+1(504)期间，PNC 260接着向每个设备定向地进行发送。例如，如果在轮询期间，设备1请求向设备2和3同时地或顺序地进行发送，然后在时间片N+1期间设备1从PNC 260接收到发送许可授权，则设备2和3被指示在所分配的时间间隔期间进行接收。在时间片N+1之后，所请求的从设备1向设备2和3的发送发生在时间间隔506中。请求及请求的执行发生在同一超帧中，因此克服了现有技术中的方法的低效问题。此外，应当注意到，图5所示的多个预留时隙500可以发生在同一超帧中，因此进一步提高了效率。
因此，本文公开的轮询机制采用在高发送速率上的高定向辐射。为支持轮询，时隙被构建成如图5所示。存在若干个用于轮询和接收设备请求的时间片，以及存在另一个用于PNC向不同设备进行授权的时间片。轮询时间片的数目等于被轮询设备的数目。在轮询期间发送到设备的轮询消息包括被轮询设备的地址，以使得被轮询设备知道该轮询消息是发给它的而不是发给其它设备的。反过来，由设备发送的请求包括接收设备的地址。授权时间片504根据从设备接收到的请求来传送对发送和接收许可的授权。
应当注意，可能出现如下情况，即，在轮询期间PNC 260可能接收到来自一个以上设备的发送请求。在这种情况下，本领域已知的或将要开发的算法可以建立一个设备相对于另一设备的优先级，以便在时间间隔506期间只有一个设备进行发送以及其它设备中的一个或多个设备进行接收。一种这样的算法是简单循环方法，其中每个请求设备被依次授权发送许可。
图6示出了轮询过程以及授权过程。在一些实施例中，步骤包括：
1.与微网控制器(PNC)关联的每个设备首先被训练，以便知道将其天线波束定向到哪个方向，从而引起从/向PNC以及向/从其它设备的定向发送和接收。因此，每个设备和PNC获知将其波束指向何处以便彼此进行通信。
2.在超帧的起始部分期间，PNC向所有设备广播时隙分配信息，其包括哪些时隙可供分配给设备。
3.最初，在轮询过程开始时，每个设备的定向天线被定向到PNC以便获得轮询消息。图6A示出了每个设备将其天线波束指向PNC以便侦听轮询消息。
4.在对第一设备DEV 1进行轮询期间，PNC将其发送天线定向到DEV
1的方向并且向该设备发送轮询消息。然后，PNC切换成接收模式以便从该设备接收请求。因此，图6B示出了指向DEV 1的PNC的波束。
5.将其天线指向PNC的设备DEV 1利用分配请求来应答轮询消息，该分配请求包含在可用时隙期间设备DEV 1想要发送到的接收机地址。
6.如图6C所示，对设备DEV 2和系统中的任何其它设备重复轮询过程。
7.PNC决定向哪个设备提供发送许可授权。当在轮询期间PNC从一个以上设备接收到发送请求时，该决定是必要的。发送请求可以包括将要发送到的设备地址。在一些实施例中，发送请求包括所请求的持续时间，以将设备进行发送所需要的时间告知PNC。
8.在授权时间片504期间，PNC首先将其发送天线调整到所选择的发送设备(图6D中的DEV 1)，向该设备发送包含该设备地址的消息，告知该设备其被授权在所分配时间期间进行发送的许可，以及还可以指明何时开始发送和发生多长时间的发送。
9.此外，在授权时间片期间，PNC调整其发送天线以便连续地指向每个接收设备(如图6E和图6F所示)，向每个设备发送包含该设备将在所分配时隙期间接收到发送的设备地址的信息，以及还可以通知接收设备发送将在何时发生。
图7示出了定向轮询、授权时间分配和执行请求的实施例的流程图700，所述操作全部位于单个超帧内。首先，PNC将其定向发送天线指向一个设备(第一设备或者还未被轮询的下一个设备)(单元702)。在将其定向发送天线指向该设备的同时，PNC发送轮询消息(单元704)。轮询消息可以包含当前所指向的设备的地址以及时隙持续时间可用性。然后，PNC将其接收天线指向该设备，并从该设备接收请求(如果存在的话)(单元706)。该请求可以包含发送请求和将要发送到的设备地址。
然后，PNC确定是否所有设备都已被轮询(单元708)。如果不是，则轮询所述设备中的下一个设备(单元702)。如果所有设备都已被轮询，则PNC确定哪个设备将会被授权发送许可(当一个以上设备提交了发送请求时)(单元710)。这可以通过根据特定准则建立优先级来实现。一种方法是循环方法，在该方法中每个请求设备依序被授权发送许可。一旦PNC选择了发送设备，PNC就将其发送天线定向到所选择的请求发送许可的设备(单元712)。然后，PNC向所选择的设备发送对向被指明接收发送的设备进行发送的许可的授权(单元714)。然后，PNC向每个指明进行接收的设备发送指令(单元716)。在做出所有授权后，指明的接收设备将其天线指向所选择的发送设备，以及所选择的发送设备向指明的接收设备进行发送(单元718)。
因此，一些实施例包括一种由微网控制器实现的方法，用于向微网控制器的网络中的多个设备分配超帧时间。该方法包括：在轮询过程期间，将微网控制器的天线波束相继地定向到所述多个设备中的每个设备。当在轮询过程期间将波束定向到所述多个设备中的一个设备时，微网控制器向该设备发送轮询消息，然后从该设备接收发送请求。发送请求指明一个或多个设备接收来自该请求进行发送的设备的传输。在授权过程期间，该方法包括将微网控制器的天线的波束定向到在轮询过程期间从其接收到发送请求的设备，并且在所分配时隙中从微网控制器向被许可发送的设备进行发送。此外，在授权过程期间，微网控制器将接收授权发送到被指明进行接收的设备。
该方法还可以包括确定在轮询过程期间提交发送请求的多个设备中的哪个设备将接着进行发送。这是在轮询过程期间接收到一个以上设备的发送请求的情况。在一些实施例中，利用循环过程来实现用于确定多个设备中的哪个设备将接着进行发送的方法，其中每个设备依序被授权发送许可。该方法还可以包括由微网控制器向网络中的设备广播时隙分配信息。在一些实施例中，轮询过程和授权过程发生在同一超帧中，因此有助于实现时隙分配的高效性。在一些实施例中，将天线的波束定向包括电性地控制天线的波束。此外，在一些实施例中，发送请求包括对发送持续时间的请求。
本发明的一些实施例被实现为与例如图1所示的计算机100的计算机系统一起使用的程序产品。程序产品可被用在其它计算机系统或处理器上。程序产品的(多个)程序定义了实施例(包括本文所述的方法)的功能，并且可被包含在多种信号承载介质上。说明性的信号承载介质包括但不限于：(i)永久存储在不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器设备，如可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM磁盘)上的信息；(ii)存储在可写存储介质(例如，磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘)上的可变信息；以及(iii)由通信介质通过例如计算机或者电话网络(包括无线通信)传递到计算机的信息。特别地，后一个实施例包括从互联网和其它网络下载的信息。当这种信息承载介质携带实现本发明功能的计算机可读指令时，其代表了本发明的实施例。
一般地，被执行用来实现本发明实施例的例程可以是操作系统或具体应用、组件、程序、模块、对象或指令序列的一部分。本发明的计算机程序一般由大量指令组成，这些指令将被本地计算机转换成机器可访问的格式并因此成为可执行指令。此外，程序由变量和数据结构组成，所述变量和数据结构本地驻留于程序上或者存在于存储器或储存设备上。另外，可以基于在本发明特定实施例中通过执行下文所述各种程序所实现的应用来标识各种程序。然而，应当了解，下面任何特定程序术语仅仅用于方便性的目的，因此本发明不应被限制于仅仅在由这些术语标识和/或意指的任何特定应用中使用。
因此，本发明的另一实施例提供了一种包括指令的机器可访问介质，当所述指令被机器执行时，所述指令使得机器高效地执行用于为微网控制器的网络中的多个设备分配时隙的一系列操作。所述操作包括：在轮询过程期间，将微网控制器的天线的波束相继地定向到所述多个设备中的每个设备。当在轮询过程期间将波束定向到一个设备时，所述操作包括向该设备发送轮询消息并且从该设备接收发送请求，其中发送请求指明一个或多个设备进行接收。在授权过程期间，所述操作包括将微网控制器的天线的波束定向到在轮询过程期间从其接收到发送请求的设备，以及从微网控制器将发送许可发送到该设备。此外，在授权过程期间，所述操作包括将接收授权发送到被指明进行接收的设备。所述操作还可以包括确定在轮询过程期间提交发送请求的多个设备中的哪个设备将接着进行发送。在一些实施例中，轮询过程和授权过程发生在同一超帧中。在一些实施例中，发送请求包括对发送持续时间的请求。
已经针对一些实施例详细描述了本发明及其一些优点。应当理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本文做出各种变化、替换和变更。本发明的实施例可以实现多个目的，但是并非落在所附权利要求书的范围内的每个实施例都能实现每个目的。此外，本申请的范围并不旨在限制于说明书中描述的过程、机器、制造产品、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员将从本发明的公开中容易地领会到，目前现有的或将要开发的过程、机器、制造产品、物质组成、装置、方法或步骤等效于并落入权利要求的范围。因此，所附权利要求书旨在将诸如过程、机器、制造产品、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围之内。

Claims (25)

1、一种微网控制器，用于向所述微网控制器的网络中的多个无线设备分配时隙，所述微网控制器包括：
存储器，用于存储持续时间分配信息以及从所述网络中的所述多个设备中的一个或多个设备接收的发送请求；
处理器，用于通过改变所述微网控制器的天线方向来相继地轮询所述多个设备中的每个设备，接收来自于所述多个设备中的一个或多个设备的发送请求，以及将发送许可授权给所述多个设备中的一个设备并且将接收许可授权给所述多个设备中的一个或多个其它设备；以及
收发机，其具有选择性定向天线，用于向所述多个设备传送轮询消息和许可授权以及从所述多个设备接收发送请求。
2、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，所述处理器还根据准则来选择请求发送许可的多个设备中的哪个设备将被授权接着进行发送的许可。
3、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，所述处理器还处理发送请求，以确定所述一个或多个其它设备中的哪个设备将从被授权发送许可的所述一个设备进行接收。
4、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，所述处理器还指定分配给发送设备的发送持续时间。
5、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，所述收发机的选择性定向天线包括方向可控相控阵天线。
6、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，发送请求包括所请求的发送持续时间。
7、根据权利要求1所述的微网控制器，其中，发送请求包括从被授权发送许可的所述一个设备接收传输的设备地址。
8、一种由微网控制器实现的方法，用于向所述微网控制器的网络中的多个设备分配超帧时间，所述方法包括：
通过将所述微网控制器的天线的定向波束相继地逐一定向到所述多个设备来轮询所述多个设备；
相继地逐一向所述多个设备发送轮询消息，并且从所述多个设备中的至少一个设备接收发送请求，其中所述发送请求指明一个或多个设备进行接收；以及
将所述微网控制器的所述天线的定向波束定向到所述多个设备中从其接收到发送请求的一个设备并将发送许可授权发送到该设备，以及将接收授权发送到所述发送请求指明进行接收的所述一个或多个设备。
9、根据权利要求8所述的方法，还包括：
确定在所述轮询过程期间提交发送请求的多个设备中的哪个设备将接着进行发送。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，通过循环过程来确定所述多个设备中的哪个设备将接着进行发送。
11、根据权利要求8所述的方法，还包括：
估算发送请求中的地址，以确定哪些设备被指明对传输进行接收，其中所述传输来自于从其接收到所述发送请求的所述一个设备。
12、根据权利要求8所述的方法，还包括：
由所述微网控制器向所述网络中的设备广播时隙分配信息。
13、根据权利要求8所述的方法，其中，所述轮询过程和所述授权过程发生在同一超帧中。
14、根据权利要求8所述的方法，其中，将所述天线的波束定向包括：
电性地控制所述天线的波束的方向。
15、根据权利要求8所述的方法，其中，发送请求包括对发送持续时间的请求。
16、一种机器可访问介质，包括用于向微网控制器的网络中的多个设备分配时间的指令，当机器执行所述指令时，所述指令使得所述机器执行以下操作，包括：
通过将所述微网控制器的天线的定向波束相继地逐一定向到所述多个设备来轮询所述多个设备；
向所述多个设备相继地逐一发送轮询消息，并且从所述多个设备中的至少一个设备接收发送请求，其中所述发送请求指明一个或多个设备进行接收；以及
将所述微网控制器的所述天线的定向波束定向到所述多个设备中从其接收到发送请求的一个设备并将发送许可授权发送到该设备，以及将接收授权发送到所述发送请求指明进行接收的所述一个或多个设备。
17、根据权利要求16所述的机器可访问介质，其中，所述操作还包括：
确定在所述轮询过程期间提交发送请求的多个设备中的哪个设备将接着进行发送。
18、根据权利要求16所述的机器可访问介质，其中，所述操作还包括：
估算发送请求中的地址，以确定哪些设备被指明对传输进行接收，其中所述传输来自于从其接收到所述发送请求的所述一个设备。
19、根据权利要求16所述的机器可访问介质，其中，所述轮询过程和所述授权过程发生在同一超帧中。
20、根据权利要求16所述的机器可访问介质，其中，发送请求包括对发送持续时间的请求。
21、一种用于在微网中向微网控制器的网络中的多个设备分配时间的方法，包括：
将所述多个设备中的每个设备的定向天线指向所述微网控制器；
通过将所述微网控制器的天线的定向波束相继地逐一定向到所述多个设备来轮询所述多个设备；
向所述多个设备相继地逐一发送轮询消息，并且从所述多个设备中的至少一个设备接收发送请求，其中所述发送请求指明一个或多个设备进行接收；以及
将所述微网控制器的所述天线的定向波束定向到所述多个设备中从其接收到发送请求的一个设备并将发送许可授权发送到该设备，以及将接收授权发送到所述发送请求指明进行接收的所述一个或多个设备。
22、根据权利要求21所述的方法，还包括：
确定在所述轮询过程期间提交发送请求的多个设备中的哪个设备将接着进行发送。
23、根据权利要求21所述的方法，还包括：
由所述微网控制器向所述网络中的设备广播时隙分配信息。
24、根据权利要求21所述的方法，其中，所述轮询过程和所述授权过程发生在同一超帧中。
25、根据权利要求21所述的方法，其中，将天线的波束定向包括：
电性地控制所述天线的波束的方向。
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