CN102724762B - 在无线网络中变更信道及配置子网络的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在无线网络中变更信道及配置子网络的方法。一种在无线网络中变更第一设备的信道的方法，该无线网络包括第一协调器和至少一个设备，该方法包括在无线网络中搜索当前所使用的第一信道之外的另一个信道是否可用，在作为搜索步骤结果的至少一个或多个可用信道之中将第一信道变更至第二信道，并且通过第二信道传输数据给第二设备或从第二设备接收数据。

Description

在无线网络中变更信道及配置子网络的方法

本申请是2009年3月2日提交的国际申请日为2007年8月28日的申请号为200780032626.9（PCT/KR2007/004136）的，发明名称为“在无线网络中变更信道及配置子网络的方法”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种无线网络，尤其涉及一种在无线网络中变更信道和配置子网络的方法。

背景技术

近来，蓝牙和无线个人局域网（WPAN）技术得到了发展，其通过在有限场地，例如家庭或小型公司内的较少数的数字设备之间配置无线网络而允许在设备之间交换音频或视频数据。WPAN可被用于在较近距离内在较少数的数字设备之间交换信息，并且使数字设备之间的通信有较低功耗和较低成本。在2003年6月12日获得批准的IEEE802.15.3(对于高速率无线个人局域网的无线媒质接入控制（MAC）和物理层（PHY）规范)定义了高速率WPAN的MAC和PHY层的规范。

图1是表示WPAN的配置的示例的框图。如图1所示，该WPAN是在有限场地，例如家庭内的设备之间配置的网络。该网络被配置为在设备之间直接进行通信而实现应用之间信息的无缝交换。

参见图1，该WPAN包括用户设备11至15中的至少两个，其中的一个用户设备被操作为协调器11。该协调器11用于提供WPAN的基本时钟，并且控制服务质量（QoS）需求。用户设备的例子包括计算机，PDA，笔记本电脑，数字电视机，可携式摄像机，数码相机，打印机，麦克风，扬声器，耳机，条形码阅读器，显示器和移动电话。所有电子设备都可作为用户设备。

该WPAN是一种自组网络(ad hoc network)（以下称为“微微网”（piconet）），该自组网不是之前设计的，但是在需要时不需要中央红外（central infra）的帮助即可形成。以下将描述形成一个微微网的过程。该微微网以可被操作为协调器的设备执行协调器功能这样的方式开始。在与一个现有微微网关联之前，所有设备启动一个新的微微网或执行扫描。扫描意味着设备收集和存储信道信息并且搜索现有微微网的存在。由上层指令而启动微微网的设备形成一个新的微微网，而不与之前在信道中形成的微微网相关联。基于扫描期间所获得的数据，该设备通过选择具有较小干扰的信道而启动微微网，并且通过所选择的信道广播一个信标。在这种情况下，该信标是定时分配信息、在微微网内的其它设备的信息以及协调器广播的来控制和管理微微网的控制信息。

图2表示在微微网中所使用的超帧的示例。微微网中的时钟控制就是基于该超帧而执行的。参见图2，每一个超帧由协调器传输的一个信标而开始。使用竞争访问期（CAP）以允许设备执行基于命令或异步数据的传输的竞争。信道时间分配期可包括管理信道时间块（MCTB）和信道时间块（CTB）。该MCTB是在协调器和设备之间或在设备之间传输控制信息的时期，而CTB是在设备和协调器之间或和其它设备之间传输异步或同步数据的时期。在每个超帧中，由协调器确定CAP，MCTB和CTB的数量，长度和位置，并通过信标传输给在微微网中的其它设备。

如果在微微网中的一个随机设备需要传输数据给协调器或另一个设备，该设备请求协调器提供一个用于数据传输的信道时间，并且协调器在可用的信道资源范围内分配信道时间给该设备。如果竞争访问期存在于超帧中并且协调器允许在竞争访问期内传输数据，该设备可以通过竞争访问期传输少量数据，而不需要协调器分配的信道时间。

如果在微微网中的设备数量较少，因为每个设备传输数据的信道资源很充足，则在信道时间分配上不会发生特别的问题。然而，如果因为大量设备而导致信道资源不充足时，或者如果一个特殊设备持续占用信道来传输大容量数据，例如运动图片时，即使设备数量较少，也会发生不能进行通信的问题，那是因为信道资源没有被分配给要传输数据的其它设备。同样的，即使信道资源被分配给了其它设备，还可能发生信道资源小于存储在其它设备中的数据容量的问题。

发明内容

因此，本发明是针对一种在无线网络中变更信道以及配置子网络的方法，其充分避免了因相关技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种在无线网络中变更信道以及配置子网络的方法，其中在该无线网络中信道资源得到了充分利用。

本发明的另一个目的是提供一种在无线网络中变更信道以及配置子网络的方法，其中属于现有无线网络的设备可通过使用另一个信道而轻松的形成另一个无线网络。

为了实现这些目的和其他优点并根据如同包括并广泛描述的本发明的目的，提供一种在包括第一协调器和至少一个设备的无线网络中变更第一设备的信道的方法，其包括：搜索是否有除该无线网络当前所使用的第一信道之外的另一个信道可用；将该第一信道变更到作为该搜索步骤的结果的至少一个或多个可用信道之中的第二信道；通过操作为第二协调器来传输第二信标；和通过该第二信道将数据传输到第二设备或从该第二设备接收数据。

在本发明的另一个方面中，提供一种在包括协调器的无线网络中变更第一设备的信道的方法，该方法包括从协调器处接收响应于在该无线网络当前使用的信道中的信道资源的分配请求的拒绝响应；搜索是否有除该当前信道之外的另一个信道可用；向该协调器请求将信道变更到至少一个或多个可用信道中的特定信道；和如果该协调器允许信道变更，将该当前信道变更到该特定信道。

在本发明的另一个方面中，提供一种在通过第一信道和第二信道执行通信的无线网络中变更第一设备的信道的方法，该方法包括搜索除该第一信道和该第二信道之外的其它信道以执行信道变更；将该第一信道和该第二信道变更到由该搜索结果所选择的第三信道和第四信道；和在该第四信道中对信标进行广播。

在本发明的另一个进一步的方面中，一种配置子网络的方法包括在包括协调器的无线网络中搜索当前所使用的第一信道之外的另一个信道是否可用；在作为搜索步骤结果的至少一个或多个可用信道之中将第一信道变更至第二信道，并且在第二信道中配置子网络。

在本发明实施例中，优选的是在通过信道变更而新近形成的无线网络中的每个设备识别现有无线网络的状态。为此，新无线网络中的每个设备需要返回到现在无线网络中的超帧上的一段时间。尤其优选的是在信标传输期或现有无线网络的非保留期接收现在无线网络的信道。

附图说明

图1是表示WPAN配置示例的图。

图2是表示微微网中所使用的超帧的示例的图。

图3是表示WVAN配置示例的图。

图4是表示WVAN中所使用的HRP和LRP信道的频带的图。

图5是表示WVAN中所使用的超帧的结构示例的图。

图6是表示根据本发明优选实施例的过程的流程图。

图7是表示依照本发明优选实施例在信道变更之后的设备的操作过程的示例图。

图8是表示依照本发明优选实施例在信道变更之后的设备的操作过程的另一个示例图。

图9是表示根据本发明优选实施例的另一个过程的流程图。

具体实施方式

以下，通过参考本发明优选实施例，本发明的结构，操作和其它特征将变得易于理解，其例子已表示在附图中。以下所描述的实施例是本发明的技术特征应用于WPAN的其中一种的无线视频局域网络（WVAN）的示例。

图3表示WVAN配置示例。如同图1所示的WPAN，该WVAN包括用户设备31至35中的至少两个，其中一个用户装置被操作为协调器31。该协调器31用于提供WVAN的基本时钟和控制服务质量（QoS）需求。不同于图1所述的WPAN，图3所示的WVAN支持两种物理（PHY）层。换句话说，该WVAN支持物理层，也就是高速率物理（HRP）层和低速率物理（LRP）层。该HRP层是支持1Gb/s或更高速率的数据传输速度的物理层，而该LRP层是支持几Mb/s速率的数据传输速度的物理层。该HRP层是高定向性的（highly directional），并且被用作通过单播连接来传输同步数据流，异步数据，MAC命令和A/V控制数据。该LRP层支持定向或全方位（omni-directional）模式，并且被用作通过单播或广播来传输信标，异步数据和MAC命令。

图4是表示WVAN中所使用的HRP和LRP信道的频带图。该HRP层在57-66GHz频带使用四个带宽为2.0GHz的信道，而该LRP层使用三个带宽为92MHz的信道。如图4所示，该HRP信道和该LRP信道共同使用一个频带，并且通过时分多址（TDMA）模式来分别使用该频带。

图5是表示WVAN中所使用的超帧的结构示例图。参见图5，每个超帧包括一个传输信标的信标区域，一个由协调器依照设备的请求而分配给设备的保留区域，以及一个没有被协调器分配的非保留区域以依照基于竞争的模式在协调器和设备之间或在设备之间传输和接收数据，其中每个区域都是由时分方式划分的。该信标包括在相应超帧中的时钟分配信息以及WVAN的管理和控制信息。该保留区域被用作允许一个设备传输数据给另一个设备，其中协调器依照该设备的信道时间分配请求将信道时间分配给该设备。可通过该保留区域来传输命令，数据流，异步数据等。如果一个特定设备通过该保留区域传输数据给另一个设备，可能会使用HRP信道。如果接收数据的设备响应于接收到的数据而传输确认或否定确认（ACK/NACK），可能会使用LRP信道。非保留区域可被用作在协调器和设备之间或在设备之间传输控制信息，MAC命令或异步数据。为了避免在非保留区域中的两个设备之间的数据冲突，可使用一种载波侦听多路访问（CSMA）模式或时隙Aloha（slotted Aloha）模式。在该非保留区域中，可仅通过LRP信道来传输数据。如果有大量命令或控制信息要被传输，保留区域可被设置到LRP信道。在每个超帧中的保留区域以及非保留区域的长度和数量可取决于该超帧和由协调器来控制。

图6是表示根据本发明优选实施例的过程的流程图。在图6中，其假设协调器，第一设备，第二设备以及其它设备通过特定HRP和LRP信道组成了一个WVAN。为了便于描述，第一和第二设备之外的设备没有示出。

参见图6，协调器在WVAN内广播一个信标以允许在WVAN内的设备接收该信标（S61）。第一设备和第二设备通过接收到的信标获取在相应超帧中的信道时间分配信息和WVAN的管理或控制信息。如果该第一设备有要被传输给第二设备的数据或有要从第二设备接收的数据，该第一设备请求协调器分配信道资源（S63）。该协调器确定是否存在依照第一设备的信道资源分配请求而分配给第一设备的信道资源。如果不存在要被分配给第一设备的信道资源（S64），该协调器传输一个信道资源分配请求的拒绝消息给第一设备（S65）。

接收到信道资源分配请求的拒绝消息的第一设备向协调器报告其将执行扫描过程，以搜索在WVAN中当前所使用的那些信道之外的信道中是否存在可用信道（S66）。第一设备和第二设备执行扫描以在可用信道之中选择最合适的信道（S67）。该扫描过程可由第一设备和第二设备中的其中之一来执行，也可由第一设备和第二设备一起执行。在扫描之后，提供一种通过检查LRP信道的信道状态而选择具有良好信道状态的LRP信道，以及确定相应于可被考虑的所选的LRP信道的HRP信道的信道状态来选择最佳HRP的方法。反之，可从通过首先扫描HRP信道而从所选的HRP信道来选择LRP信道。如果完成了该扫描过程，第一设备根据扫描结果，通过互相协商来选择要移动到的信道（S68）。换句话说，第一设备和第二设备在所有HRP和LRP信道集合之中选择最合适的集合。优选的是，该第一设备和该第二设备选择与现有WVAN所使用的信道有最小干扰的信道。

该第一设备和第二设备请求协调器来执行到所选择的HRP信道和LRP信道的信道变更（S69）。在此时，该第一设备提供所选择的HRP信道和LRP信道的索引以及将从当前信道变更到所选的信道的设备的身份（ID）信息，也就是第二设备的信息。如果协调器允许第一设备和第二设备的信道变更，该协调器登记该信道变更的事实（S70），并且传输信道变更的批准消息给第一设备和第二设备（S71）。在这种情况下，协调器可传输信道变更的批准消息给请求信道变更的第一设备，并且接着该第一设备可将信道变更的批准事实传递给第二设备。该协调器制作一个执行信道变更的设备列表，并且存储该列表，周期性或非周期性的通知列表中的其它设备。如果第一设备和第二设备接收到来自协调器的信道变更的批准消息，它们将当前信道变更到所选择的HRP信道和LRP信道（S72）。

在信道变更之后，第一设备和第二设备组成一个子网络，并且它们中的一个被操作为在新信道中的协调器。可以考虑多种将设备操作为协调器的选择方法。举例来说，向协调器请求信道变更的设备（图6中的第一设备）可被操作为协调器。作为另一种方法，可考虑使用一种依照事先确定的优先级来确定将被操作为协调器的设备的方法。换句话说，因为一些设备可能不适合被操作为用于管理和控制WVAN的协调器，可事先设置一个优先级，该优先级考虑了设备的多个特征，以允许WVAN内的所有设备共用WVAN内所有设备的优先级信息。在这种情况下，可轻松确定哪个设备应该被操作为协调器。在确定优先级中所考虑的设备特征包括是否可以显示运动图片，电源是否一直打开，与其它设备是否接近，输出功率等。

在图6中，在信道变更后，第一设备被操作为协调器。参见图6，该第一设备通过变更后的信道传输信标。图7是表示依照本发明优选实施例在信道变更之后的设备的操作过程的示例图。在图7中，信道#i表示信道变更前的信道，信道#j表示信道变更后的信道。信道#i和信道#j都包括HRP信道和LRP信道。其认为第一设备将当前信道变更到信道#j，并且接着广播信标，则在信道#j上形成了一个新的WVAN。然而，该新的WVAN可被认为是使用另一个信道而临时形成的辅助WVAN，因为在现有WVAN中的设备不能在现有WVAN中获取充足的信道资源。优选的是，第一设备在其信标中包括身份信息以允许试图重新与一个网络相关联的设备被可选地关联到现有WVAN或新的WVAN，其中该身份信息指示该新的WVAN是现有WVAN的辅助网络。

参见图7，如果形成新的WVAN的第一设备和第二设备需要知晓现有WVAN的状态，它们可以周期性的或非周期性的返回到原始信道#i，并且在特定时期内接收LRP信道或HRP信道。举例来说，第一设备和/或第二设备之前识别了从现有WVAN的协调器（以下称为“第一协调器”）传输来的信标中的超帧中的传输期间信息，并且如果必要时或周期性地接收第一协调器传输来的信标和/或接收信道#i的非保留区域。在这种情况下，优选的是，该第一设备和该第二设备接收从第一协调器传输来的信标和直接跟着该信标的非保留区域。

尽管新WVAN的协调器（第一设备，以下称为“第二协调器”）可与由第一协调器传输来的信标同步以传输新WVAN的信标，其也可以不管由第一协调器传输的信标而传输新WVAN的信标。在图7中，第二协调器与由第一协调器传输的信标相同步以传输它的信标。因为由第一协调器传输的信标包括在现有WVAN中使用的信道的超帧的信道持续信息，第二协调器可识别信道#i的信标区域，保留区域和非保留区域。该第二协调器根据以上信息在其信标中设置要被分配给信道#j的信标区域，保留区域，和要跳跃到信道#i的区域，并且广播所设置的区域。接着，所有移动到信道#j的设备（图6中的第二设备）使用信道#j，并且跳跃到信道#i以共用信道#j的非保留区域，从而通过信道#i的LRP信道来传输以及接收控制和管理信息。如果第一和第二设备结束非保留区域的接收，它们依照通过信道#i而接收到的信标信息来执行信道变更，切换到信道#j的传输和接收模式，并且通过由第二协调器传输的信标来执行通信调度。如果要被通过信道#i的保留区域传输给第一设备或第二设备的数据的存在由第一协调器传输的信标来识别的话，该第一设备或该第二设备可通过在必要时切换到信道#i来接收数据。

如果第一设备（第二协调器）和第二设备之间的传输和接收是在信道#j的保留区域中执行的，接收方可能需要依照传输方传输的数据包的ARQ（自动重发请求）或HARQ（混合自动重发请求）来传输ACK信号或NACK信号。在这种情况下，该接收方使用信道#j的LRP区域。第二协调器通过使用包括在第一协调器传输的信标中的信道#i的信道持续信息来在信道#i和信道#j之间切换以执行通信。为了允许第二协调器在更大范围内共用信道#i的非保留区域，信道#i的保留区域可与信道#j的保留区域相匹配，或者信道#j的保留区域要被定义的比信道#i的保留区域更小，这样第二协调器可接收信道#i的所有非保留区域。

再次参见图6，如果在信道#j上的第一设备和第二设备之间的数据传输已经完成，该第一设备和该第二设备向第一协调器请求信道返回（S76）。该第一协调器登记第一设备和第二设备的信道返回（S77），并且传输信道返回的批准消息（S78）。如果接收到信道返回的批准消息，第一设备和第二设备返回到原始信道#i（S79）。

图8是表示依照本发明优选实施例在信道变更之后的设备的操作过程的另一个示例图。在图6的例子中，在第一设备和第二设备执行信道变更之后（S72），它们操作为一个新的WVAN而不管现有WVAN。在图7的例子中，即使在信道变更后，第一设备和第二设备重复信道切换以识别现有WVAN的状态，从而接收现有WVAN所使用的信道#i的信标和/或非保留区域。然而，在图8的例子中，在信道变更后，第一设备和第二设备独立地形成一个新WVAN以执行通信。从而，新WVAN的第二协调器可传输其信标而不与现有WVAN的第一协调器传输的信标同步。同样的，因为可通过使用HRP信道和LRP信道来分别使用新WVAN中的保留区域和非保留区域，新设备可关联于该新WVAN。如果第一设备和第二设备之间的通信结束了，该第一设备和该第二设备将当前信道切换到信道#i以返回现有WVAN，并且接收第一协调器传输的信标。该第一设备和该第二设备向第一协调器请求信道返回，并且接收从第一协调器接收信道返回请求的批准以执行在现有WVAN中的正常通信。

图9是表示根据本发明优选实施例的另一个过程的流程图。与图6的实施例相比较，在图9的实施例中，当需要信道资源时，第一设备和第二设备执行扫描（S83和S84）而不向协调器请求信道资源分配，并且在选择信道之后直接执行信道变更（S85）。这样形成一个辅助WVAN。举例来说，如果在识别现有WVAN的状态时，必须在属于现有WVAN的第一设备和第二设备之间继续大容量数据流的传输，并且如果第一设备和第二设备需要在传输后快速返回到现有WVAN，则其必须使用现有WVAN所使用的信道之外的信道来在现有WVAN中生成一个新的辅助WVAN，而不在现有WVAN中请求信道资源分配。因为其它步骤都与参照图6和图7或图8的描述相同，此处就不赘述。

根据本发明，无线网络可有效利用信道资源，属于现有无线网络的设备可通过使用另一个信道而容易地形成另一个无线网络。

此处使用的术语可用其它术语替代。例如，设备可替代为用户设备（或装置）或站，协调器可替代为协调装置（或控制装置），协调设备（或控制设备），协调站（或控制站），或微微网协调器（PNC）。

通过以预定的方式来组合本发明的结构元件和特征可以实现上述的实施例。除了特别分离的，每个结构元件或特征都应该选择性地进行考虑。每个结构元件或特征可不与其它结构元件或特征相组合就能实现。同样的，一些结构元件和/或特征可与另一个相组合以组成本发明的实施例。本发明的实施例中所描述的操作顺序可以改变。一个实施例的一些结构元件或特征可包括在另一个实施例中，或者可用另一个实施例中的相应的结构元件或特征来代替。此外，一些引用特定权利要求的权利要求可与一些引用特定权利要求之外的其它权利要求的其它权利要求相组合以组成实施例或通过在提交申请之后的修改来增加新的权利要求。

根据本发明的实施例可以多种方式来实现，例如硬件，固件，软件或它们的组合。如果根据本发明的实施是由硬件来实现的，其可由一个或多个专用集成电路（ASIC），数字信号处理器（DSP），数字信号处理设备（DSPD），可编程逻辑设备（PLD），场可编程门阵列（FPGA），处理器，控制器，微控制器，微处理器等来实现。

如果根据本发明的实施例是由硬件来实现的，其也可由模块，过程或功能的方式来实现，其执行上述的功能或操作。软件码可存储在存储器单元中并被处理器驱动。该存储器单元可位于处理器之外或之内以通过多种公知方式传输数据给处理器或从处理器处接收数据。

很明显本领域的技术人员可以其它特定方式来实施本发明，而不脱离本发明的精神和本质特征。上述实施例在所有方面来说是示例性的而不是限制性的。本发明的范围应该由附加的权利要求的合理解释来确定，并且根据本发明的等价范围而作的所有修改都落入到本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种由包括至少一个协调器、第一设备和第二设备的第一无线网络的所述第二设备进行数据通信的方法，所述方法包括： 

在第一信道上接收由所述协调器广播的信标，所述第一信道包括第一高速物理信道和第一低速物理信道； 

将所述第一信道切换到第二信道，所述第二信道包括第二高速物理信道和第二低速物理信道； 

在由所述第一设备建立的子网络中，在所述第二低速物理信道上接收由所述第一设备广播的信标，其中，在所述第二信道上建立所述子网络之后，在所述第一无线网络中所述协调器继续在所述第一低速物理信道上广播信标；以及 

周期地返回到所述第一信道以在特定周期接收由所述协调器广播的信标和跟着由所述协调器广播的信标之后的非保留区域，其中，所述第二设备在所述第一信道上接收所述信标和所述非保留区域之后回到所述第二信道，以与所述子网络中的所述第一设备进行通信。 

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子网络是临时形成的网络。 

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二低速信道上由所述第一设备广播的所述信标包括指示所述子网络是临时形成的网络的身份信息。 

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一设备为所述第一无线网络的所述协调器提供所述第二低速和高速物理信道的索引。 

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一设备为所述第一无线网络的所述协调器提供由所述第一信道切换到所述第二信道的设备的身份信息。 

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一无线网络的所述协调器通知在所述第一无线网络中的设备执行所述信道切换的设备的列表。 

7.一种无线网络系统，包括： 

在第一信道上建立的第一无线网络，所述第一信道包括第一高速物理信道和第一低速物理信道，所述第一无线网络包括： 

协调器，适于在所述第一低速物理信道上广播信标；以及 

第一设备和第二设备，适于接收由所述协调器广播的信标； 

由所述第一设备和所述第二设备在第二信道上建立的子网络，所述第二信道包括第二高速物理信道和第二低速物理信道，所述子网络包括： 

所述第一设备，适于在所述第二低速物理信道上广播信标；以及 

所述第二设备，适于在所述第二低速物理信道上接收由所述第一设备广播的信标， 

其中，在所述第二信道上建立所述子网络之后，在所述第一无线网络中所述协调器继续在所述第一低速物理信道上广播信标，并且其中所述第一设备和所述第二设备周期地返回到所述第一信道以在特定周期接收由所述协调器广播的信标和跟着由所述协调器广播的信标之后的非保留区域，以及其中，所述第一设备和所述第二设备在所述第一信道上接收所述信标和所述非保留区域之后回到所述第二信道。 

8.根据权利要求7所述的无线网络系统，其中，所述子网络是临时形成的网络。 

9.根据权利要求7所述的无线网络系统，其中，在所述第二低速信道上由所述第一设备广播的所述信标包括指示所述子网络是临时形成的网络的身份信息。 

10.根据权利要求7所述的无线网络系统，其中，所述第一设备为所述第一无线网络的所述协调器提供所述第二低速和高速物理信道的索引。 

11.根据权利要求7所述的无线网络系统，其中，所述第一设备为所述第一无线网络的所述协调器提供由所述第一信道切换到所述第二信道的设备的身份信息。 

12.根据权利要求7所述的无线网络系统，其中，所述第一无线网络的所述协调器通知在所述第一无线网络中的设备执行所述信道切换的设备的列表。