CN101889461A - 分布式频谱认知无线电网络中的频道管理方法 - Google Patents

Abstract

一种处理多媒体流数据源的分布式频谱认知无线电无线网络中的源辅助频道管理方法，处理形成组的多个通信设备(1，2，3)，并且在没有在可应用的IEEE标准中提及的单独的控制器的情况下管理频道。源代表设备组做出预留，知道业务时间表并且确定带外频道扫描、备用频道以及频道腾空。该方法使用灵活的MAC超帧结构并且主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道、识别组中的设备，所述设备在来自通信设备(1，2，3)组的任何一个设备检测到现任者时应当腾出当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道。该方法确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS。

Description

分布式频谱认知无线电网络中的频道管理方法

根据35USC§119(e)提出对于2007年12月6日提交的美国临时专利申请No.60/992,814的优先权要求。

本发明总体上涉及无线电网络中的频道管理，更特别地，涉及没有来自中央控制器的帮助的基于认知无线电的无线网络中的频道管理。

可以根据IEEE 802.22网络标准的背景来理解本发明。IEEE 802.22和相关外设的简要讨论相信有助于理解本发明的贡献。

众所周知，IEEE 802.22是IEEE 802LAN/MAN标准委员会工作组，其旨在利用已分配的TV频谱中的空白空间(尚未使用的频道)构造无线区域网络(WRAN)。频谱的使用将以机会主义的方式进行管理以便不干扰可能正在传输的任何TV频道。

无线区域网络的IEEE 802.22工作组正演变为IEEE 802LAN/MAN标准委员会工作组。其正式称为Standard for Wireless Regional AreaNetworks(WRAN)-Specific requirements-Part 22：Cognitive WirelessRAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications：Policies and procedures for operation in the TV Bands的项目集中在构造一种一致的国家固定点对多点WRAN，该WRAN将利用54与862MHz之间的UHF/VHF TV频带。特定的TV频道以及这些频道的保护频带计划用于在IEEE 802.22中通信。

由于IEEE 802.22工作组成立于2004年，因此正在做出努力以就PHY/MAC层的特定功能进行规范。然而，IEEE与FCC一起似乎正在追求用于可用频谱发现的集中式方法。特别地，每个接入点(AP)将装备允许报告其位置的GPS接收器。该信息将回送给集中式服务器(在美国，这些将由FCC进行管理)，所述服务器将以有关AP区域内的可用免费TV频道和保护频带的信息进行响应。其他的提议将仅允许本地频谱感测，其中AP将独自确定哪些频道可用于通信。在WRAN拓扑结构中，也可以设想这两种方法的组合。

IEEE 802.22标准规定网络应当工作在点对多点的基础上(P2MP)。系统将由基站(BS)和客户驻地设备(CPE，上面称为接入点或AP)形成。CPE将通过上述频率内的无线链接附接到BS。BS将控制附接到它的所有CPE的媒体访问。WRAN基站的一个关键特征在于，它们将能够执行分布式感测。这意味着CPE将感测频谱并且将发送周期性报告给BS，向其通知有关它们感测的内容。在收集了信息之后，BS将评估在利用的频道内变化是否必要，或者相反地，它是否应当在相同频道内保持发送和接收。换言之，在IEEE 802.22中，BS充当中央控制器并且负责频道管理。

PHY层方法：

该层的目的是提供优秀的、然而简单的性能。PHY层必须能够适于不同的条件并且还需要是灵活的，以便从频道跳变到频道而没有传输错误或者丢失客户端(CPE)。该灵活性也是能够动态地调节带宽、调制和编码方案所需的。OFDMA将是用于上行和下行链路中的传输的调制方案。利用OFDMA，将有可能实现BS和CPE所需的这种快速的调适。通过使用仅仅一个TV频道(TV频道具有6MHz的带宽；在一些国家中，它们可用是7或8MHz)，那么在30km距离处近似的最大比特率为19Mb/s。所实现的速度和距离不足以满足所述标准的要求。特征频道绑定解决了这个问题。频道绑定存在于将超过一个频道用于Tx/Rx。这允许系统具有更大的带宽，其将反映在更好的系统性能上。

MAC层方法：

该层将基于认知无线电技术。它需要同样能够通过感测频谱而动态地适于环境的变化。MAC层将包括两个结构：帧和超帧。超帧将由许多帧形成。超帧将具有SCH(超帧控制头部)和报头。这些将在有可能进行传输并且不造成干扰的每个频道内由BS发送。当CPE打开时，它将感测频谱，发现哪些频道可用并且将接收所有需要的信息以便附接到BS。两种不同类型的频谱测量将由CPE完成：频带内和频带外。频带内测量存在于感测正由BS和CPE使用的实际频道。频带外测量将存在于感测其余频道。MAC层将在频带内或频带外测量中执行两种不同类型的感测：快速感测和精细感测。快速感测将存在于以小于每频道1ms的速度感测。该感测由CPE和BS执行，并且BS的感测将收集所有的信息并且将确定是否存在要做的新事情。精细感测花费更多的时间(近似每频道.25ms或者更多)并且其基于先前的快速感测机制的结果而被利用。这些感测机制主要用来识别是否存在现任传输(incumbent transmitting)，以及是否存在避免干扰它的需要。

利用最近的用于允许电视频带的无许可使用的FCC的NPRM(提议规则制定通知)，存在允许新实时应用的日益增长的兴趣。FCC正在考虑两种类别的设备：固定/访问和个人/便携式。固定/访问类型的设备倾向于为高功率并且因而提供长的范围，也需要集中式网络协议架构，例如IEEE 802.22中推荐的架构。然而，个人/便携式类型的设备更类似于现有的范围内WiFi。与WiFi中不同的是，个人/便携式设备将很可能用于家庭内多媒体内容的分布，从而需要对等的架构。

为了使用电视频道(从传播特性和提供附加的频谱的观点来看，这是吸引人的)，CR必须首先能够可靠、鲁棒和快速地检测现任用户的存在性。首先，现有的WiFi网络不是认知性的；第二，IEEE 802.22网络是集中式的，其中所有的频道管理功能都由中央控制器进行处理。需要这些功能处于分布式协议架构中。

频谱捷变/认知无线电技术经常需要用来机会式地利用可用频道。频谱捷变/认知无线电网络中的一个核心设计是频道切换。设备可以多快地完成频道切换并且恢复传输在服务质量(QoS)提供方面起着关键的作用。

作为正常的过程，设备在频道切换之后需要重做网络进入和初始化，这包括但不限于以下过程，频道扫描和设备发现、网络关联和认证、设备能力否定、频道预留、会话建立。每个过程可能花费大量的时间。特别地，频道扫描和设备发现花费高达数分钟。

在IEEE 802.22中，预先选择备用频道的列表以便避免耗时的频道扫描。

然而，即使利用选择的备用频道，恢复传输的总时间可能仍然是不可接受的，对于像高质量AV那样的延迟敏感应用，尤其如此。总的网络复位时间可能随着作用于频道切换的网络设备数量的增加而非线性增加。部分原因在于，一些过程需要使用基于竞争的方法解决多用户冲突。例如，在802.22和WiMedia中，网络进入信令是基于竞争的。例如，在802.22或WiMedia中，假设用于基于竞争的网络进入的信令窗口是小的且信令窗口之间的间隔为数十毫秒，那么用于超过十个用户的网络关联可能花费数百毫秒到数秒。这是不希望的，并且可以看作频道扫描风暴问题。

本发明旨在提供没有中央控制器的基于认知无线电的无线网络中的频道管理的问题的解决方案(克服使用中央控制器的现有IEEE802.22解决方案中的阻碍)。在一种形式下，在IEEE 802.22实现方式中，基站充当中央控制器并且负责频道管理。本发明在消除使用中央控制器方面包括步骤：识别一组通信设备，其中多媒体流的源可能确定何时无线网络应当腾空频道、去往哪个频道(这里称为备用频道)以及何时主动地扫描备用频道以便确保没有对现有(现任)用户造成干扰。同时，确保CR无线网络服务的应用不经历中断(即维持其QoS)。为此目的，有利的是，本发明的一种形式针对使用新MAC超帧结构和信标方法的频道管理。

本文给出的是一种快速频道切换方法，假设空备用频道可用并且网络设备同步。本方法的第一特征在于，设备经过协调以便从旧频道切换并且经过同步以便在新频道中恢复传输。本方法的第二元素在于，旧频道中使用的相同设置/状态/规则保留在新频道中以便避免耗时的重新建立过程。结果，可以显著地减少频道切换时间。本文描述的方法适用于集中式网络和分布式网络。

此后描述的是有利于快速频道切换的方案，其基于空的备用频道可用这一假设。假设基于超帧的机制用于媒体访问控制(或者频谱访问控制)。超帧具有固定长度(在时域中)并且是周期性的。网络中的所有设备以分布式或集中式方式与网络协调器同步。网络协调器可以是802.22中的基站、Zigbee/802.15.4中的PAN协调器、蓝牙/802.15.1中的主设备、WiMedia中的信标设备或者流源。在分布式信标网络中，存在多个信标设备(协调器)，但是每个信标设备占用超帧开始处的一个专用信标时隙。网络协调器通常在超帧开始时发送帧控制或信标以用于同步以及规定超帧结构。超帧结构规定超帧的开始和结束，以及例如时间块单元中的超帧其余部分的使用，例如，谁是特定时间块的预留所有者。

本方法的第一元素是协调切换。每个网络设备应当在切换到新频道之前了解新超帧何时在该新频道中恢复。为此，网络协调器应当向其他设备发送协调切换消息(为了提高可靠性，可能发送多次)，其包括新频道中的恢复超帧目标时间(TRS)。新频道中的恢复传输时间的持续时间取决于应用和共存性要求(例如监管要求)，但是通常应当足够长以便允许硬件要求意义上的频道切换时间以及其他开销。例如，在认知网络中，可能要求在使用新频道之前进行频带感测。在频道切换之后，当恢复超帧目标时间接近时，网络协调器恢复帧控制/信标的传输。

本方法中的第二元素是频道切换之后的频道成像。频道成像表示网络中的每个设备应当最大程度地保持与旧频道中设置相同的PHY/MAC设置，从而避免/减少重新安置频道预留以及其他解析(比如地址解析)、协商(比如设备能力)和认证过程的时间。

不是网络中的每一个设备都可以接收协调切换消息。那些不接收协调切换消息但是最终实现移动的设备应当在特定的长持续时间内在新频道执行频道扫描。该频道扫描允许那些丢失同步的设备发现其他网络设备并且再次同步。在分布式信标网络中，丢失同步的信标设备可以在至少特定的持续时间内扫描新频道，所述持续时间可以根据旧频道中的信标顺序来调节。

本发明的一种形式在于分布式频谱认知无线电无线网络中的源辅助频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备，该方法包括步骤：配置所述多媒体流源以便跟踪数据的业务时间表；主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；识别网络中的特定通信设备，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；以及确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS。

本发明的第二种形式在于分布式频谱认知无线电无线网络中的源辅助频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备，而不使用可应用的IEEE标准中提及的单独的控制器，该方法包括步骤：配置所述多媒体流源以便跟踪数据的业务时间表；主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；识别网络中的特定通信设备，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；以及确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS。

本发明的另一种形式在于分布式频谱认知无线电无线网络中的频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备，而不使用可应用的IEEE标准中提及的单独的控制器，该方法包括步骤：配置所述多媒体流源以便跟踪所述数据的业务时间表；主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；识别网络中的特定通信设备，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；以及确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS；该方法使用信令窗口来交换网络进入消息和频道预留请求；该方法包括在频道切换之后使设备同步以便在选择的备用频道中恢复传输、为选择的备用频道保留如所述当前频道中使用的未变化的设置/状态的步骤。

有利的是，上面叙述的示例性方法可以通过使用灵活的MAC超帧结构来实现。本方法的更多特征将在下面的段落中加以描述。

根据以下通过实例给出的并且应当结合附图来理解的优选实施例的描述，可以获得对于本发明的更详细的理解，在附图中：

图1为本发明上下文中的主设备协调网络的图示；

图2说明了用于本发明上下文中的主设备协调网络的传输的示例性快速恢复；

图3为本发明上下文中的示例性分布式协调网络的图示；

图4说明了用于本发明上下文中的分布式协调网络的传输的示例性快速恢复；以及

图5为本发明上下文中的示例性新MAC结构。

下面，在通过实例说明本发明原理的附图的上下文中提供了对于本发明的一个或多个实施例的详细描述。尽管结合这样的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明并不限于任何实施例。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求书限定，并且本发明包含许多可替换方案、修改和等效物。为了举例的目的，在下面的描述中阐述了许多特定的细节以便提供对于本发明的彻底理解。

本发明可以在没有这些特定细节的一些或全部的情况下依照权利要求来实施。为了清楚起见，在与本发明有关的技术领域中已知的技术材料未加详细描述，以避免使本发明难以理解。

新MAC超帧结构和信标方法：

在分布式无线协议架构中，多个设备可以工作于一定频道上，共享资源。一方面，FCC的现有提议的规则要求，如果第一设备检测到现任者的存在，那么第一设备必须在数秒内腾出频道。另一方面，由于需要在非常低的信噪比水平下检测现任者，因而感测算法具有高的检测概率以及低(但是非零)的虚警率。一种容易且明显的解决方案可能是，如果任何一个设备检测到现任者，那么所有设备就腾出频道。然而，由于虚警的原因，这不是希望的解决方案，因为无线网络可能不必要地保持改变频道。本方法定义了一组通信设备，并且当来自该组的设备之一检测到现任者时，只有该定义的组中的设备才腾出频道。该通信设备组为源和目的地配对，或者多播/广播组。

在通信设备组中，存在多媒体内容的一个源。该源设备充当用于通信设备组的控制器(根据情形)。它了解通信组中的所有设备的忙时间表(传输、接收和感测时间)。它可以请求组内的设备在不忙时访问其他频道，以便了解其他频道内正在发生的事情，并且如果通信在当前频道内中断的话，主动地选择用于通信组的备用频道。

给定所述通信组并且给定主动确定备用频道的源，那么当组中的设备之一检测到现任者时，它向包括源在内的组中所有设备报告。它宣告它将在数超帧内腾出频道。然后，源将流排进队列以便不造成中断，并且在频道切换之后恢复。在我们的原型中，我们看到由于频道改变而引起的一个超帧的附加延迟抖动(大约为100ms数量级)，而没有分组丢失。频道中的其他设备可以根据该组内的设备是否检测到现任者而就是否腾出做出独立的决策。

有利的是，本方法使用新MAC超帧结构和信标方法来实现频道管理。

图1举例说明了由主设备协调的网络。主设备在每个超帧开始时发送信标，并且宣告每个时隙的频道分配。网络中的两个流依照所述分配以交织的方式共享时隙。如图2中所示，例如在超帧m-1期间观察到一种情形。主设备于是在超帧m的开始处在其信标内广播协调切换消息。协调切换消息包括开始频道切换的时间(在时间t₁+T处)以及等于t₁+T+Δt的恢复超帧时间。一旦频道切换开始，那么将保持和缓冲源处的分组。一旦新频道中的新超帧恢复，那么遵循旧频道中设置的相同规则恢复传输。由于启用了协调，Δt可以非常短。结果，QoS(例如分组丢失、延迟和吞吐量)不会由于频道切换而受损。

图3举例说明了分布式协调网络。如图4中所示，每个设备在信标时段期间在专用的信标时隙内发送信标。每个信标包括设备观察的超帧规定。在数据传输时段期间，设备遵循分布式预留规则以便发送和接收数据。例如，在超帧m期间观察到一种情形。观察到该情形的每个设备都应当在超帧m+1的开始处在其信标内包含协调切换信息元素。协调切换信息元素包括开始频道切换的时间(在时间t₁+T处)以及等于t₁+T+Δt的恢复超帧时间。一旦频道切换开始，那么将保持和缓冲源处的分组。一旦新频道中的新超帧恢复，那么遵循旧频道中设置的相同规则恢复传输。类似于主设备协调网络，Δt可以非常短并且没有因频道切换而产生显著的分组丢失或延迟。

本发明上下文中的子网和设备类型的定义：在本发明中，将子网定义为处于一个实体(例如网络管理员)的管理下并且共享公共MAC协议的设备集合(或组)。如果子网中的媒体访问由单个设备控制，那么将子网定义为集中式子网。另一方面，如果以分布式方式协调子网中的媒体访问，那么将子网定义为分布式子网。分布式子网中的设备称为对等设备；集中式子网中的子网协调器称为主设备；并且集中式子网中不同于子网协调器的设备称为从设备。在任何给定时间，设备可以仅作为三种类型之一而工作，即设备可以为主设备、从设备或者对等设备。此外，如果两个子网共享相同的频道并且来自第一子网的至少一个活动设备处于第二子网的传输范围，那么这两个子网称为相邻子网。图4示出了用于分布式协调网络的传输的快速恢复的图示。

灵活的MAC(Flex-MAC)超帧结构：

如图5中所示，提出的MAC协议遵循循环超帧结构，其包括信标时段(BP)、数据/感测/休眠时段(DSSP)以及信令窗口(SW)。信令窗口和信标时段用于广播/交换控制/管理信息并且它们的大小(以时隙为单位)是动态可调节的。

共享相同频道的连接的子网中的所有设备应当遵循相同的超帧结构。如果遵循不同超帧结构且共享相同频道的两个子网变成邻居，那么超帧合并是必要的。

所有设备在信标时段和信令窗口期间应当保持唤醒以便捕获可能与每个设备相关的所有控制/管理信息。设备可以在数据/感测/休眠时段期间交换数据、监控一个或多个频道(认知网络中需要的)或者进入休眠模式。

出于本发明的目的，如果设备在信标时段BP内拥有信标时隙并且有规律地发送信标，那么将设备作为信标设备对待。与WiMedia不同的是，不是每个设备都需要是信标设备，这允许具有灵活性和可伸缩性。出于本发明的目的，设备是否应当变成信标设备将取决于以下考虑因素：

a)对等设备应当是信标设备。

b)主设备必须是信标设备。换言之，主设备必须在信标时段内拥有一个专用的信标时隙。在相同的网络中可能存在多个主设备，每个主设备控制一组从设备。在这种情况下，每个主设备应当在信标时段内拥有一个信标时隙。

c)从设备通常是非信标设备，其在信标时段内并不拥有信标时隙。但是在某些方案中，从设备可以是信标设备，例如以便允许共存并且降低隐藏终端问题。

上面的考虑因素可以用来帮助建立跨相互连接的子网的信标主干。利用信标主干以及信标时隙的专门用途，那些处于协调角色或者处于实时和密集传输的设备可以容易地保证可靠且及时地输送控制信息(包括带宽预留信息)，从而提高了QoS支持和系统可靠性。

提出的MAC中一个显著的部分是同步。为了同步设备，连接的子网中的所有设备应当遵循相同的BPST(信标时段开始时间)和相同的超帧号。BP开始时间和超帧号由建立信标时段的第一设备启动，该第一设备可以是主设备或对等设备。如果两个断开的子网变为连接的，那么BPST和超帧结构的合并是必要的。

信标时段(BP)操作：

用于信标时段的频道访问方法是基于预留的，特别是基于TDMA的。将信标时段划分成多个相等的信标时隙，其从零编号并且逐个增大。超帧的开始时间等效于第一信标时隙的开始时间。每个信标设备拥有一个信标时隙，在其自身的信标时隙内发送信标并且侦听其他信标时隙。这类似于WiMedia。

新信标设备优选地应当选择BP中最小的可用信标时隙作为其自身的信标时隙。例如，如果设备正是启动BP的第一设备，那么它应当选择信标时隙零作为其自身的信标时隙号。信标设备应当在其自身的信标时隙内有规律地发送信标。

除了WiMedia标准中所定义的，例如信标时段占用IE(BPOIE，其包括BP长度)、DRP可用性IE、PCA可用性IE、业务指示图(TIM)IE、标识IE，如本文所描述的信标设备有利地使用信标以广告其自身的超帧号、设备类型(表1中所示)、子网ID(其可以是例如由子网所有者配置的名称串)、SW长度。通过信标中表示的上述信息，网络中的每个设备知道该超帧结构和频道预留状态。表3中说明了信标的一个示例性格式。

表1设备类型编码的说明

值	设备类型
		0	主设备
1	对等设备
		2	从设备

表2子网ID格式的说明

语法	大小
		Subnet_ID_Format(子网ID格式)(){
Length(长度)(＝N)	1字节
		Name String(名称串)	N字节

表3信标帧有效载荷格式的说明

语法	大小	备注
			Beacon_Frame_Payload_Format(信标帧有效载荷格式)()
Device Identifier(设备标识符)	6字节	通过EUI-48定义
			Superframe Number(超-帧号)	2字节	首先建立信标时段的设备将初始化超帧号。超帧号每超
		帧递增一次，遵循模计数器
			SW length(SW长度)	1字节	根据MAS的数量
Device Type(设备类型)	1字节	在表1中定义
			Subnet ID(子网ID)	可变	在表2中定义
For(i＝1，i＜＝N，i++){

语法	大小	备注
			IEi	可变	信息元素

信标时段长度可在最小BP长度(BP_min，例如一个信标时隙)与最大BP长度(BP_max)之间调节。当建立信标时段时，BP长度缺省具有最小长度。当新信标设备请求加入BP时，可以延长信标时段。当信标设备离开网络时，可以减小信标时段并且可以将信标时隙移到较低编号的时隙。

这里不进一步详细论述延长或收缩BP以及移动信标时隙的过程。但是BP延长的一般要求是确保每个信标设备了解BP调节请求并且确认这样的调节请求。例如，每个信标设备应当在其信标内确认/更新/广告这样的BP调节。

如前所述的网络进入是网络协议设计中的基本部分。当前的网络进入方案通常支持分布式模式或集中式模式，但是不支持灵活的操作。因此，必须设计新的网络进入方案以便利用Flex-MAC的灵活性。

可以工作于集中式模式或分布式模式的灵活无线系统的网络进入过程在下文中进行讨论。主要的部分列出如下：

1)设备发现：提供用来辅助设备发现的有效机制。

2)BP建立/加入过程。

3)主-从关联：允许了灵活性，因为不需要网络进入序列顺序。如果从设备在主设备之后进入网络，那么可以由从设备启动关联。如果主设备在从设备之后进入网络，那么可以通过主设备的邀请来完成关联以便避免竞争开销。

图5中说明了一种示例性灵活MAC结构，其包括信标时段、DSSP(数据/感测/休眠时段)部分以及信令窗口SW。为了陈述方便起见，如果其他设备属于相同的组并且共享相同的组或网络标识符(例如子网ID)，那么在功能上相对于其他设备将特定设备作为家庭设备对待。前面讨论了设备类型(包括对等设备、主设备和从设备)。从设备在主设备的上下文中定义。如果没有主设备，那么缺省地将设备作为对等设备对待。如果对等设备找到家庭主设备，那么该对等设备可以变成从设备。

在下面的部分中，作为实例详细描述了每个网络进入部分。

网络进入过程概述：

主设备或对等设备应当在加入网络之后有规律地进行信标发送。为了辅助设备发现，信标除广告其它信息外还广告子网ID、设备名称和设备类型。对于主设备而言，信标还可以包括从设备列表。

当新设备上电时，它执行以下网络进入过程：

1)扫描信标以执行设备发现。

2)如果在特定观察时段之后没有接收到信标，那么设备应当如下面的段落中所述建立BP。

3)如果找到家庭设备并且该家庭设备为主设备，那么新设备应当向家庭主设备注册自己并且变成从设备。

4)在其他情况下，新设备可以加入现有的信标时段。而且，如果新设备为主设备并且它在网络中找到其他家庭设备，那么它可以如下面所限定的进一步请求其他家庭设备变成从设备。

BP建立过程：

如果没有找到信标设备，那么新设备应当建立BP。建立新BP的示例性过程如下。新设备选择BP开始时间、将信标时隙零作为自身的信标时隙，然后有规律地发送信标。除其他参数之外，第一信标通告初始超帧号、BP长度和SW长度。该设备还应当宣告其设备类型。例如，如果该新设备为主设备，那么它应当将设备类型设置为主设备；否则，该新设备将设备类型设置为对等设备。

BP加入过程：

如果搜索主设备的新设备在信标设备中没有找到任何家庭主设备，那么它可以加入BP。加入现有BP的过程描述如下。新设备在发送请求加入BP的消息之前应当扫描至少一个超帧。在扫描期间收集的诸如BP占用和频道预留之类的信息可以帮助该新设备判断是否加入BP。这在其中需要动态频率选择的多频道环境中是非常有用的。

如果新设备决定加入BP，那么它应当在信令窗口内广播请求加入BP的BP_JOIN_REQ消息(参见图1)。BP_JOIN_REQ指示新设备打算使用的信标时隙。由于SW期间的传输是基于竞争的，因而BP_JOIN_REQ可能与其他消息冲突。为了提高可靠性，新设备也可以选择信标设备作为接触点以告知收悉(acknowledge)BP_JOIN_REQ。接触点设备在成功接收BP_JOIN_REQ之后并且如果没有检测到冲突，应当立即告知收悉，即SIFS(短帧间空间)。如果在发送BP_JOIN_REQ之后在SIFS间隔过后没有接收到ACK，那么新设备可以在随机的退避过程之后重新发送BP_JOIN_REQ。

接收BP_JOIN_REQ的信标设备应当通过更新其信标内的BPIOE来在后面的BP中确认这样的请求。更新的BPIOE指示新设备变成请求的信标时隙的所有者。然而，如果信标设备观察到预期的信标时隙已经被其他设备占用，那么该信标设备可以通过指示所有者不同于做出请求的新设备来隐含地拒绝这样的请求。如果存在开放的信标时隙，那么信标设备可以为该新设备建议新的信标时隙。

在建立至少一个确认/建议并且没有反对之后，新的信标设备可以在后面的BP中在由信标设备确认的信标时隙内开始发送信标。否则，新设备可以之后在信令窗口(图5)内尝试。

从设备启动主-从关联：

如果新设备在网络进入期间找到家庭主设备，那么该新设备应当启动主-从关联。新设备应当在信令窗口内发送REG_REQ(关联请求消息)给家庭主设备。该主设备在接收到REG_REQ之后立即告知收悉，即在SIFS内告知收悉。在处理所述请求之后，主设备使用REG_CFM消息确认该请求。REG_CFM可以在信令窗口内使用显式消息来发送，或者在信标内使用隐含信息元素来发送。依照REG_REQ内指示的主设备的命令，任何必要的认证过程可以在关联确认之后进行。已经与主设备关联的从设备通常不是信标设备，因此不需要如下所述的BP加入过程。然而，为了辅助共存，从设备可以由主设备提升为信标设备。

主设备邀请主-从关联：

主设备可以在其他一些家庭设备之后加入网络，所述家庭设备在主设备加入时作为对等设备出现。假设这些家庭设备在主设备出现之后变成从设备。因此，主设备应当逐个邀请这些家庭设备执行关联。关联邀请消息REG_IND(注册指示)可以包含在信标内。依照REG_IND内指示的主设备的命令，从设备与主设备之间的任何必要的认证过程可以遵循REG_IND。在变成从设备之后，过去为信标设备的家庭设备通常变成非信标设备以便节省信标开销。然后，将在完成该转变之后释放信标时隙。然而，为了使得能够共存，家庭设备在转变为从设备之后仍然可以保持信标发送。

应当指出本发明一个实施例的下列特征：(代表通信设备组做出预留的)源确定带外频道扫描、备用频道以及频道腾空，因为它知道业务时间表。

本发明实现的至少一个独特的进步是扩展到分布式架构的基本认知功能的形式。

所提出的频道管理方法预期提议为UCoMS标准的基本部分。

在本发明实施例的前面的详细描述中，出于简化本公开的目的，将各种特征一起分组到单个示例性实施例中。本公开的该方法不应当解释为反映了以下目的：本发明所述的实施例需要比每项权利要求中明白记载的特征更多的特征。相反地，如下面的权利要求书所反映的，本发明的主题存在于少于单个公开的实施例的所有特征之中。因此，下面的权利要求书特此合并到本发明实施例的详细描述中，每个权利要求独自作为单独的实施例。应当理解的是，上面的描述预期是说明性的，而不是限制性的。其意在涵盖可以包含在所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有可替换方案、修改和等效物。本领域技术人员在研究了上面的描述时应当清楚许多其他的实施例。本发明的范围因此参照所附权利要求书连同这样的权利要求书有权涵盖的等效物的完整范围一起来确定。在所附权利要求书中，措词“包含”和“在其中”在存在的地方分别用作对应的措词“包括”和“其中”的普通英语等效物。而且，措词“第一”、“第二”和“第三”等等(如果使用的话)仅仅是标记，并且并不预期对关联的对象施加了数字要求。

Claims (20)

1.一种分布式频谱认知无线电无线网络中的源辅助频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备，该方法包括步骤：

配置所述多媒体流源来跟踪所述数据的业务时间表；

主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；

识别网络中的特定通信设备(1，2，3)，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；以及

确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS。

2.如权利要求1的源辅助频道管理方法，其中所述多个通信设备为源设备和目的地设备的配对。

3.如权利要求1的源辅助频道管理方法，其中所述多个通信设备(1，2，3)为多播广播设备组。

4.如权利要求1的源辅助频道管理方法，其中在所述多个通信设备内，多媒体内容的一个源设备被配置成充当用于所述多个通信设备的所有其余设备的控制器。

5.如权利要求4的源辅助频道管理方法，其中所述一个源设备进一步被配置成了解所述多个通信设备中的所有设备的传输、接收和感测时间。

6.如权利要求5的源辅助频道管理方法，其中所述一个源设备附加地被配置成请求所述设备组中的设备在不忙时访问其他频道以便知道任何频道活动并且主动地选择用于设备组的备用频道。

7.如权利要求4的源辅助频道管理方法，其中当所述组中的设备之一检测到现任设备时，该方法包括向组中包含源设备的所有设备报告。

8.如权利要求7的源辅助频道管理方法，包括所述设备之一在数个超帧内腾出频道的步骤。

9.如权利要求7的源辅助频道管理方法，包括源设备将所述多媒体流排进队列以便不造成中断的步骤。

10.如权利要求8的源辅助频道管理方法，包括其中频道中的其他设备可以独立做出是否腾出的决定的步骤。

11.一种分布式频谱认知无线电无线网络中的源辅助频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备(1，2，3)，而不使用在可应用的IEEE标准中提及的单独的控制器，该方法包括步骤：

配置所述多媒体流源来跟踪所述数据的业务时间表；

主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；

识别网络中的特定通信设备，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；以及

确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS。

12.如权利要求11的源辅助频道管理方法，其中所述多个通信设备为源设备和目的地设备的配对。

13.如权利要求11的源辅助频道管理方法，其中所述多个通信设备(1，2，3)为多播广播设备组。

14.如权利要求11的源辅助频道管理方法，其中在所述多个通信设备内，多媒体内容的一个源设备被配置成充当用于所述多个通信设备的所有其余设备的控制器。

15.如权利要求14的源辅助频道管理方法，其中所述一个源设备进一步被配置成了解所述多个通信设备中的所有设备的传输、接收和感测时间。

16.如权利要求15的源辅助频道管理方法，其中所述一个源设备附加地被配置成请求所述设备组中的设备在不忙时访问其他频道以便知道任何频道活动并且主动地选择用于设备组的备用频道。

17.如权利要求14的源辅助频道管理方法，其中当所述组中的设备之一检测到现任设备时，该方法包括向组中包含源设备的所有设备报告。

18.如权利要求17的源辅助频道管理方法，包括所述设备之一在数个超帧内腾出频道的步骤。

19.如权利要求17的源辅助频道管理方法，包括源设备将所述多媒体流排进队列以便不造成中断的步骤。

20.一种分布式频谱认知无线电无线网络中的频道管理方法，所述网络处理使用当前频道的多媒体流数据源并且具有形成组的多个通信设备(1，2，3)，而不使用在可应用的IEEE标准中提及的单独的控制器，该方法包括步骤：

配置所述多媒体流源来跟踪所述数据的业务时间表；

主动地扫描可以代替当前频道使用的备用频道；

识别网络中的特定通信设备，其在来自通信设备组的任何一个设备检测到现任者时应当腾空当前频道并且根据所述业务时间表确定无线网络应当何时腾空当前频道；确保没有对现有用户造成干扰并且维持了QoS，

该方法使用信令窗口来交换网络进入消息和频道预留请求；该方法包括在频道切换之后使设备同步以便在选择的备用频道中恢复传输、为选择的备用频道保留如所述当前频道中使用的未变化的设置/状态的步骤。

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