CN101860969A - 用于动态带宽管理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于在毫米波无线信道上进行对等通信期间分配时隙的无线通信装置、无线通信系统和方法。时隙分配通过以下方法来进行：缩短所分配的时隙的信道时间；在无微微网网络控制器介入的情况下释放所分配的时隙的缩短的信道时间用于通信；以及通过利用所分配时间的释放的信道时间来动态地分配竞争访问周期。

Description

用于动态带宽管理的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于动态带宽管理的方法和设备。
背景技术
无线个域网(WPAN)是用于在靠近某个人的计算装置(例如，电话和个人数字助理)中进行通信的网络。这些装置可以或者可以不属于所讨论的这个人。WPAN的可及范围可以是几米。WPAN可用于在这些个人装置本身中进行人与人之间的通信，或者可用于经由上行链路连接到更高级网络和例如互联网。
IEEE 802.15.3任务组3c(TG3c)成立于2005年3月。TG3c正在为现有的802.15.3无线个域网(WPAN)标准(如IEEE 802.15.3-2003)开发基于毫米波(mmWave)的备选物理层(PHY)。这种mmWave WPAN可在包括由FCC 47CFR 15.255定义的57-64GHz免许可证频带的频带工作。毫米波WPAN可允许超过2千兆位/秒(Gbps)的非常高数据速率的应用，例如高速互联网接入、流式传输内容下载(例如，视频点播、高清晰电视(HDTV)、家庭影院等)、实时流式传输和用于替换电缆的无线数据总线。
然而，由于氧吸收和在通过障碍物时的高衰减，mmWave通信链路的鲁棒性显著低于低频(例如，2.4GHz和5GHz频带)的通信链路。此外，mmWave通信链路可利用定向天线和/或天线阵列来增加通信范围。定向天线的使用使得链路对移动非常敏感。例如，装置方位的略微改变或附近物体和/或人的移动都会扰乱链路。
预期mmWave频率的应用享有可变位速率(VBR)类型的业务，例如压缩的无线显示、某个外部输入/输出(I/O)和互联网类型的业务等。用于带宽管理的方法包括利用网络协调器或控制器(例如，微微网协调器(PNC))，它们会使装置和PNC的功耗增加。
发明内容
本发明涉及一种方法，包括：
在毫米波无线信道上进行对等通信期间分配时隙；
缩短所分配的时隙，并在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信；以及
利用所述缩短的时间的释放的时间来动态地分配竞争访问周期(contention access period CAP)。
本发明涉及一种无线通信装置，包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
本发明涉及一种包括两个或两个以上站的无线通信系统，其中站包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
本发明涉及一种无线通信装置，包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)；以及
波束形成器，在操作上耦合到两个或两个以上偶极天线以形成直接到接收装置的波束。
本发明涉及一种处理器，包括：
计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在执行时导致：
在毫米波无线信道上进行对等通信期间分配时隙；
缩短所分配的时隙，并在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信；以及
利用所述缩短的时间的释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
附图说明
本说明书的结论部分中特别指出视为本发明的主题并明确要求其权利。但是，通过参照附图阅读以下详细描述，可最佳地理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优点，附图中：
图1是根据本发明示范性实施例的无线通信网络的示意图；
图2是根据本发明示范性实施例的超帧的示意图；
图3是根据本发明示范性实施例的超帧的示意图；以及
图4是根据本发明一些实施例的带宽分配方法的流程图。
将明白，为了简单且清楚的说明，图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为清楚起见，其中一些元件的尺寸可相对于其它元件有所夸大。此外，在认为合适时，附图中可重复使用附图标记来表示对应或类似的元件。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了众多具体细节以便全面理解本发明。但是，本领域技术人员将了解，在没有这些具体细节的情况下也可实现本发明。在其它情况下，没有详细描述熟知的方法、过程、组件和电路以免使本发明晦涩难懂。
以下详细描述的一些部分用对计算机存储器内的数据位或二进制数字信号的操作的算法和符号表示加以介绍。这些算法描述和表示可以是数据处理领域的技术人员用来向本领域其它技术人员传达他们的工作实质的技术。
除非另外特别指出，否则从以下论述显而易见，将明白，在整篇说明书中，利用诸如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”等术语的论述是指操纵表示为计算系统的寄存器和/或存储器内的物理(如电子)量的数据和/或将这些数据变换为类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其它这样的信息存储或传送装置内的物理量的其它数据的计算机或计算系统或类似电子计算装置的动作和/或过程。本文所用的术语“一(a/an)”定义为一个或一个以上。本文所用的术语“多个”定义为两个或两个以上。本文所用的术语“另一个”定义为至少第二或更多个。本文所用的术语“包括和/或具有”定义为但不限于包含。本文所用的术语“耦合”定义为以诸如机械、电子、数字、直接、通过软件、通过硬件等任何期望的形式在操作上连接。
应了解，本发明可用于各种应用。本文公开的电路和技术可用于诸如无线电系统的站的许多设备，但本发明在这方面不受限制。只举例来说，要包含在本发明范围内的站包括无线局域网(WLAN)站、无线个人网络(WPAN)等
要在本发明范围内的WPAN站的类型包括但不限于移动站、接入点、或用于接收和传送诸如跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、补码键控(CCK)、正交频分复用(OFDM)等扩频信号的站。
首先转到图1，示出根据本发明示范性实施例的无线通信网络100的示意图。根据本发明的示范性实施例，无线通信网络100可以是WPAN。WPAN 100可根据例如由IEEE 802.15.3任务组3c(TG3c)开发的标准进行工作。TG3c正在为现有的802.15.3无线个域网(WPAN)标准802.15.3-2003开发一种基于毫米波(mmWave)的备选物理层(PHY)。
根据本发明的这个示范性实施例，WPAN 100可包括微微网协调器或控制器(PNC)110以及站120、130和140。站120、130、140分别描绘为无线通信装置1(DEV1)、DEV2和DEV3。PNC 110可包括笔记本型计算机、膝上型计算机等。站120、130和140可包括照相机、鼠标、耳机、扬声器、显示器、移动个人装置等。
根据本发明的这个示范性实施例，DEV1130可包括包含计算机可读存储介质131的通信处理器132、收发器134、波束形成器136和在操作上耦合到波束形成器136的多个天线138。
例如，根据本发明的实施例之一，微微网(如WPAN 100)可包括PNC 110和在PNC 110的传输范围内的若干从属装置(如DEV 120、130和140)，但本发明的范围在这方面不受限制。任何DEV 130和140可包括与DEV1120类似的体系结构，并且如果需要，可作为PNC工作。
根据本发明的至少一个实施例，PNC 110可通过广播例如信标分组来提供基本定时。信标可用于设置微微网的定时分配和管理信息。信标可包括供站120、130和/或140通信的信道时间分配(CTA)。如果需要，站120、130和140可根据所接收的信标内的信息使它们本身与PNC 110同步和/或使它们彼此同步。
此外，根据本发明的实施例，PNC 110和/或每个站120、130和140可通过利用CTA缩短和CTA延长消息来缩短和/或延长竞争访问周期(CAP)。例如，在所有传输都已结束之后，倘若在当前CTA中仍有信道时间可用，则CTA缩短可允许DEV释放(release)CTA的任何未用部分以供微微网中的所有其它装置使用。如果需要，可在将要缩短的CTA期间传送CTA缩短消息。倘若在当前CTA之后仍有未分配的信道时间可用，则CTA延长消息可允许DEV在当前CTA之后请求更多信道时间。可在将要延长的CTA期间传送CTA延长消息，但应了解，本发明的范围在这方面不受限制。
根据本发明的示范性实施例，站130可包括用于分配时隙以在诸如无线信道150的无线信道上传送和接收信号的通信处理器132。例如，通信处理器132可包括和/或可在操作上耦合到计算机可读存储介质131。计算机可读存储介质131可包括将由通信处理器132执行以缩短、延长和释放CAP和/或CTA的指令。例如，计算机可读存储介质131可包括诸如只读存储器(ROM)的非易失性存储器、诸如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器、闪存(FLASH)等。
通信处理器132可缩短所分配的时隙和/或可释放信道时间用于通信。此外，通信处理器132可通过利用所分配时隙的释放的信道时间来动态地分配CAP。根据本发明的一个示范性实施例，通信处理器132可设计成在诸如60GHz的mmWave频带内工作，但本发明的范围在这方面不受限制。如果需要，通信处理器132也可延长CTA。
站130的一个示范性实施例可包括收发器134。根据这个实例，收发器134可包括在操作上耦合到波束形成器136的一个或多个接收器(RX)和一个或多个发射器(TX)。收发器134可在操作上耦合到通信处理器132，并且可传送和/或接收用于缩短所分配时隙的信道时间的命令和消息。收发器134可通过利用例如对等通信方案在毫米波频带上传送和/或接收用于分配CAP的命令和/或消息。例如，对等通信方案可包括随机访问通信方案、载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)通信方案等。
站120、130、140和PNC 110可包括在操作上耦合到两个或两个以上天线138的波束形成器136。波束形成器136可形成直接指向接收装置(如站120)的波束。例如，波束形成器136与收发器134和天线138一起可形成多输入多输出(MIMO)发射器-接收器系统，如果需要，该系统可生成瞄向这些站和/或PNC之一的天线波束。
这两个或两个以上天线138可包括用于接收所分配的竞争访问周期(CAP)的至少一个全向天线，并且如果需要，可包括多个定向天线。例如，天线可包括偶极天线和/或其它期望类型的天线，但本发明的范围在这方面不受限制。
应了解，根据本发明的实施例，PNC 110与站120、130和140可采用类似的硬件和软件体系结构。通信处理器132、收发器134和波束形成器136可通过硬件、通过软件和/或通过硬件和软件的任何组合来实现。
转到图2和图3，示出根据本发明示范性实施例的超帧的时隙的图示。图2和图3中的超帧可包括三个主要部分：信标(例如，图2中的信标200和图3中的信标300)、竞争访问周期(CAP)(例如，图2中的CAP 230和图3中的CAP 320)以及CTA(例如，图2中的CTA 210和图3中的CTA 310)。
根据本发明的实施例，CAP可用于异步数据或通信命令。例如，CAP期间的媒体访问机制可以是载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)。CTA可用于命令、同步流、异步数据等。可在CTA中保证无冲突传输，但本发明的范围在这方面不受限制。
首先转到图2，在这个实例中，站120和130可在每个站的传输机会(TxOP)240期间建立对等通信。由于站120和130可能没有利用整个TxOP 240来通信，所以TxOP 240可缩短。例如，CTA 210是这些站用来通信的时间，而用虚线示出的缩短的时间220是在需要时这些站可释放出来供其它站使用的时间。
根据本发明的示范性实施例，站120和站130可在无PNC 110介入的情况下将缩短的时间220释放给站140用于通信。根据这个实例，站120和站130可在无PNC 110介入的情况下直接将缩短的时间220释放给站140，并且如果需要，可允许站140重新使用剩余的CTA时间(例如，缩短的时间220)用于它自己的通信。这可节省PNC 110处的功率，并且可允许在PNC 110处实现更大程度的空间再利用，但本发明的范围在这方面不受限制。
转到图3，示出CAP 320的动态分配。一旦站120和站130缩短了CTA 210，便可通过向无线网络的所有DEV(如站120、130和140)广播CAP开始命令来动态地分配CAP(如CAP 320)。一旦动态分配了CAP 320，站120、130和140便可通过诸如CSMA/CA的规定的随机访问方案来访问无线介质。这可免除任何调度的需要，可提高信道效率，并可使PNC 110与站120、130和140的微微网系统更具伸缩性。
在本发明的另一个实施例中，除了动态分配CAP 320之外，PNC110可动态地缩短/延长CAP。例如，通过遵循CSMA/CA访问方案的访问规则，PNC 110可访问无线介质，并发送CAP缩短或CAP延长消息以分别缩短或延长CAP 320的长度，但本发明的范围在这方面不受限制。
转到图4，示出根据本发明一些实施例的带宽分配方法的流程图。根据本发明的示范性实施例，站120和130可利用毫米波无线信道上的对等通信来在PNC 110介入的情况下从直接到另一装置的传输分配信道时间(文本框410)。站120和130可在所分配的时隙(如TxOP)中传送信号(文本框420)。如果站120和130没有利用全部TxOP(菱形框430)，则可执行缩短CTA并在无PNC介入的情况下释放缩短的CTA供其它网络装置使用的步骤(文本框440)，否则方法可结束(文本框460)。
根据这个实例，站120和130可传送和接收用于缩短所分配时隙的命令。此外，站120和130可通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于分配竞争访问周期的命令，并且如果需要，可通过利用释放的缩短的信道来动态地分配竞争访问周期(文本框450)。
本发明的实施例可包括用于编码、包含或存储指令(如计算机可执行指令)的物品，例如计算机或处理器可读介质、或诸如存储器、磁盘驱动器或USB闪速存储器的计算机或处理器存储介质，其中指令在由处理器或控制器执行时实现本文公开的方法。
尽管本文示出并描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员现在将能联想到许多修改、替换、改变和等效物。因此，将了解，随附权利要求要涵盖所有这些落在本发明真实精神内的修改和改变。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
在毫米波无线信道上进行对等通信期间分配时隙；
缩短所分配的时隙，并在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信；以及
利用所述缩短的时间的释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于缩短所分配的时隙以及用于分配所述竞争访问周期的命令。
3.如权利要求2所述的方法，其中利用所述对等通信方案包括利用随机访问通信方案。
4.一种无线通信装置，包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
5.如权利要求4所述的无线通信装置，包括：
收发器，在操作上耦合到所述通信处理器，用于通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于缩短所分配的时隙以及用于分配所述竞争访问周期(CAP)的命令。
6.如权利要求5所述的无线通信装置，其中所述对等通信方案包括随机访问通信方案。
7.如权利要求5所述的无线通信装置，其中所述对等通信方案包括载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)通信方案。
8.如权利要求4所述的无线通信装置，包括：
波束形成器，在操作上耦合到两个或两个以上天线以形成直接到接收装置的波束。
9.如权利要求8所述的无线通信装置，其中所述两个或两个以上天线之一是用于接收所分配的竞争访问周期的全向天线。
10.一种包括两个或两个以上站的无线通信系统，其中站包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
11.如权利要求10所述的无线通信系统，其中站包括：
收发器，在操作上耦合到所述通信处理器，用于通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于缩短所分配的时隙以及用于分配所述竞争访问周期(CAP)的命令。
12.如权利要求11所述的无线通信系统，其中所述对等通信方案包括随机访问通信方案。
13.如权利要求11所述的无线通信系统，其中所述对等通信方案包括载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)通信方案。
14.如权利要求10所述的无线通信系统，其中所述站包括：
波束形成器，在操作上耦合到两个或两个以上天线以形成直接到接收装置的波束。
15.如权利要求14所述的无线通信系统，其中所述两个或两个以上天线之一是用于接收所分配的竞争访问周期的全向天线。
16.一种无线通信装置，包括：
通信处理器，用于分配时隙以便在无线信道上传送和接收信号，缩短所分配的时隙，在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信，并通过利用释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)；以及
波束形成器，在操作上耦合到两个或两个以上偶极天线以形成直接到接收装置的波束。
17.如权利要求16所述的无线通信装置，其中所述两个或两个以上天线之一是用于接收所分配的竞争访问周期的全向天线。
18.如权利要求16所述的无线通信装置，包括：
收发器，在操作上耦合到所述通信处理器，用于通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于缩短所分配的时隙以及用于分配所述竞争访问周期(CAP)的命令。
19.如权利要求18所述的无线通信装置，其中所述对等通信方案包括随机访问通信方案。
20.如权利要求18所述的无线通信装置，其中所述对等通信方案包括载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)通信方案。
21.一种处理器，包括：
计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在执行时导致：
在毫米波无线信道上进行对等通信期间分配时隙；
缩短所分配的时隙，并在无微微网网络控制器介入的情况下释放缩短的时间用于通信；以及
利用所述缩短的时间的释放的时间来动态地分配竞争访问周期(CAP)。
22.如权利要求21所述的处理器，其中所述指令在执行时导致：
通过利用对等通信方案在毫米波频带上传送和接收用于缩短所分配的时隙以及用于分配所述竞争访问周期的命令。
23.如权利要求22所述的处理器，其中所述指令在执行时导致：
在执行对等通信时利用随机访问通信方案。
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