CN102918879A - 用于无线设备的确定性定向发现的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种通过无线网络中的设备的用于邻居设备的确定性定向发现的方法包括：将发现信道的访问时间平分为预定数量的扇区扫描期时段（410），其中，每个扇区扫描时段包括预定数量的发现扫频时段（430），并且每个发现扫频时段包括每个预定数量的时隙（440）；在当前扇区扫描时段期间，在单个扇区中扫描所述发现信道（S310）；在所述当前扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，朝每个扇区发送发现帧（S320）；检查在所述当前扇区扫描时段期间，是否已接收到对所发送的发现帧的至少一个响应（S330）；并且设定所述设备以在??下一个扇区扫描时段期间，在下一个扇区中扫描所述发现信道，从而顺序地访问所述预定数量的扇区扫描时段（S350）。

Description

用于无线设备的确定性定向发现的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及无线网络中的设备发现，并且更具体地，涉及在这样的网络中用于设备的确定性定向发现的技术。
背景技术
由Ecma（欧洲电脑厂商协会）国际开发的Ecma-387是用于短距离通信的60 GHz物理层（PHY）和介质访问控制（MAC）标准。该标准提供了用于大速率传递和多媒体流的高速无线个人局域网（WPAN）传输。
Ecma-387标准定义了三种类型设备：“A”、“B”和“C”，其与他们自己的类型独立地互操作并且可以与其他类型共存和互操作。这三种类型的设备定义如下：A型设备在10米范围视线/非视线（LOS/NLOS）多径环境下提供视频流和WPAN应用。A型设备使用高增益可训练天线。B型设备利用非可训练天线在较短范围（1-3米）点到点LOS链路上提供视频和数据应用。B型设备被认为是“经济型”的设备，在范围和NLOS性能中权衡以支持低实施成本和低功耗。C型设备使用非可训练天线并且没有质量服务（QoS）保证地只支持在不到1米的范围内点到点LOS链路上的数据应用。
在Ecma-387 MAC规范中，存在着用于设备发现和天线波束成形的专用信道。此信道被称为发现信道。设备在发现信道上发送发现帧以发现邻居设备。以与要被发现的设备相对应的不同的PHY模式发送发现帧。在发现信道中，使用定向天线定向地发送发现帧。为了允许定向发现，在相关技术中提出了一种随机化发现过程，如图1所示。
如图1中所示，最初，设备使用朝向传输方向的天线或波束（以下，称作“扇区”）发送一组发现帧110-1。此后，所述设备在从间隔[mDBPMin，mDBPMax]上的均匀分布中随机得到的时间，安排另一组发现帧110-2的另一传输，所述间隔[mDBPMin，mDBPMax]是从之前的帧110-1的传输开始时测量的。发现帧110-1和110-2的传输之间的时间段是扫描时段120-1。在扫描时段中，所述设备扫描一个扇区，以为了发送发现帧或接收由其他设备发送的响应。在扫描时段120-1结束时，设备切换到下一个扇区（扇区2）以发送下一组发现帧110-2，并且在扫描时段120-2期间，在朝向扇区2的扇区中扫描发现信道。所述设备继续扫描M个扇区并且重复随机化发现过程，直到接收到所发送的发现帧的响应。
参数mSPMin和mSPMax分别是最小和最大的扫描时段（DP），并且被测量为超帧的数量。有关A、B和C型设备的随机化发现过程的详细讨论，可以在2008年12月，第1版的《ECMA-387标准，“高速率60GHz PHY、MAC和HDMI PAL》，15.5.1节，第181页至183页中找到。
应当注意，通过随机地选择扫描时段120-1至120-M的持续时间，每个时段的持续时间不同的概率很高。不同的设备的扫描时段的开始是不同步的，即，从一个设备到另一个设备，发送发现帧的起点是不同的。这在​​在图2中进一步示出了，其中分别示出了两个邻居设备“A”和“B”的扫描时间线210和220。
如图2所示，设备A和B在彼此的传输范围内，并且每一个设备在随机化的时间、在四个扇区中发送发现帧。设备A在T­­0开始扫描发现信道，而设备B在T1。设备A在扇区1、2、3和4中分别发送发现帧211-A、212-A、213-A和214-A。在扫描时段221-A至224-A中，设备A分别扫描扇区1至4。类似地，设备B在扇区1至4中分别发送发现帧211-B 至214-B，并且在发现时段221-B至224-B中，设备B分别扫描扇区1至4。
如图2所示，设备B的发现时间时段221-B至224-B没有与设备A的发现帧211-A至214-A重叠。也就是说，设备B没有在面向所发送的帧的扇区（方向）上侦听，从而设备A的任何传输没有与设备B的侦听方向保持一致。因此，通过实施随机化发现过程，设备可能不能够在固定的时间量之内发现彼此。
发明内容
本发明的某些实施例包括一种通过无线网络中的设备的用于邻居设备的确定性定向发现的方法。所述方法包括：将发现信道的访问时间平分为多个扇区扫描时段（410），其中，每个扇区扫描时段包括预定数量的发现扫频（sweep）时段（430），并且每个发现扫频时段包括每个预定数量的时隙（440）；在当前扇区扫描时段期间，在单个扇区中扫描所述发现信道（S310）；在所述当前扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，朝每个扇区发送发现帧（S320）；检查在所述当前扇区扫描时段期间，是否已接收到所发送的发现帧的至少一个响应（S330）；并且设定所述设备以在​​下一个扇区扫描时段期间，在下一个扇区中扫描所述发现信道，这样所述扇区扫描时段被顺序地访问（S350）。
本发明的某些实施例进一步包括一种在无线网络中用于邻居设备的确定性定向发现的设备（700）。所述设备包括定向天线阵列（710-1，710-M），用于在M个不同扇区中接收和发送无线信号；接收器（720），用于在M个不同扇区中扫描发现信道；发送器（730），用于朝M个不同扇区发送发现帧；控制器（740），用于控制所述定向天线阵列、所述接收器和所述发送器，以用于执行所述确定性定向发现。
在本说明书结尾的权利要求书中特别指出且清楚地主张了视为本发明的主题。本发明的前面的和其他的特征和优点根据以下结合附图进行的详细描述将是清楚明白的。
附图说明
图1示出了相关技术中的随机化发现过程；
图2示出了相关技术中的随机化发现过程的限制；
图3是示出了根据本发明实施例的用于确定性定向发现的方法的流程图；
图4示出了根据本发明实施例的扫描定时（timing）结构；
图5是示出了根据本发明实施例的确定性定向发现方法的操作的扫描时间线；
图6A和图6B示出了在基于Ecma-387 A型的系统中的确定性定向发现方法；
图7是根据本发明实施例而构造的设备的框图。
具体实施方式
重要的是要注意，本发明公开的实施例仅仅是本文的创新性教导的许多有利用途的实例。通常，本申请的说明书中进行的陈述不一定限制了各个要求保护的发明中的任何发明。而且，一些陈述可以适用于某些创造性特征，但不适用于其他特征。通常，除非另有说明，单数元件可以是复数并且反之亦然而不失一般性。在附图中，贯穿若干视图，相同的附图标记表示相同的部件。
图3示出了示例性的和非限制性的流程图300, 流程图300示出了根据本发明的实施例的用于确定性定向发现的方法。所述方法以随机化的开始时间执行扫描和发现扫频，以在有限时间内完成发现。所述方法将参考示出了扫描定时结构的图4而被描述。
在S310中，在每个扇区中，所述设备在扇区扫描时段410-i期间（i= 1，2，...，M，其中M是扇区的总数），在单一扇区中扫描发现信道。每个扇区扫描时段的持续时间是T扫描。至M扇区扫描时段410-i的用于扫描的时间段是扫描扫频时段420，扫描扫频时段420具有M*T扫描的持续时间。每个扇区扫描时段410-i被平分为M*W个时隙，其中，W是每个扇区扫描时段410-i内的发现扫频时段的数量。出于示例性的目的，而非限制本发明的范围，图4示出了扇区扫描时段410-1内的两个发现扫频时段430-1和430-2（即，W = 2），以及仅扫描扫频时段430-1和430-2中的时隙440-1至440-8（即，M = 4）。
在S320，在每个时隙（例如，时隙440-1）中、在M个扇区之一的方向上发送发现帧。在从所述时隙开始的随机选择的时间间隔之后发送发现帧。当在下一个时隙（例如，时隙440-2）发送另一个发现帧的时，所述设备将它的天线或波束切换到不同的扇区，并从时隙的开始随机选择时间间隔以发送所述帧。在发现扫频时段（例如，时段430-1），所述设备通过所有M个扇区发送发现帧。在本发明的实施例中，所述时间间隔是从间隔[0, SlotDuration-delta]上的均匀分布中随机得到的，其中，SlotDuration是时隙的持续时间，并且delta是发现帧的所估计的持续时间。
在本发明的一个实施例中，使用诸如载波感测多重访问/冲突避免（CSMA/CA）等基于异步竞争（contention）的介质访问机制发送所述发现帧。发现帧传输后，设备在时隙的剩余持续时间中继续侦听发现信道。
在S330中，做出检查以确定所发送的发现帧的响应是否已被接收。如果已接收，则继续执行S340，其中响应所发送的发现帧的（多个）设备以及它们的扇区被记录为已发现设备。否则，在S335中，检验当前扇区扫描时段（例如，410-1）是否已经过去。如果没有，执行返回到步骤S3​​20以在不同的扇区中发送另一个发现帧，从而确保通过当前扇区扫描时段中的所有发现扫频时段发送所述发现帧。否则，在S350中，所述设备被设置为在下一个扇区扫描时段（例如，410-2）期间扫描不同的扇区。应当注意，所述设备顺序地扫描M个扇区，然后，如果已检测到一个或多个设备，所述发现方法终止。
确定性定向发现方法的操作被描绘在图5中，其中两个邻居设备“A”和“B”的扫描时间线510和520被分别示出。所述设备在彼此的传输范围内，并且每个设备可以在4个不同的扇区中发送。设备A在T­­0开始扫描发现信道，而设备B在T1。在时隙531-A至534-A以及535-A至538-A期间，设备A在扇区1至4分别发送发现帧541-A至544-A，但在两个发现扫频时段期间扫描单个扇区（例如，扇区1）。以类似的方式，在时隙531-B至534-B以及535-A至538-A，设备B在扇区1至4分别发送发现帧541-A至544-A，并且在两个发现扫频时段期间仅扫描扇区1。由于对于两种设备，时隙的持续时间是固定的，每当设备B开机，设备B侦听与设备A的发现帧重叠的至少一个扇区。例如，设备B接收由设备A在第二发现扫频的时隙 535-A期间发送的发现帧。该帧在设备B所侦听的扇区1中被发送。因此，确定性定向发现方法保证在等于扇区扫描时段的有限时间内在某个方向上的邻居设备的发现以及扫描扫频时段420内所有扇区中的设备发现。
图4描述和图5示出的实施例也被称为慢扫描快发现扫频（slow-scan-fast-discovery-sweeping）技术，其中设备在扇区扫描时段结束时切换到新的扇区。根据本发明的另一个实施例，公开了一种快扫描慢发现扫频（fast-scan-slow-discovery-sweeping）技术。该技术包括在每个时隙期间扫描不同扇区，并且在扇区扫描时段的持续时间仅朝一个扇区发送发现帧。例如假设存在4个扇区，在扇区扫描时段（例如，时段410-1，图4）期间，在扇区1的方向上在每个时隙（例如，时隙440-1至440-4）发送发现帧。此外，在时隙440-1至440-4以及440-5至440-8，在第一发现扫频时段430-1期间扫描扇区1至4。这在扫描时段410-4内同样适用于第二发现扫频时段430-2。
根据本发明的实施例，本文所公开的教导可以实现在基于Ecma-387 A型的系统中。此实施例被描述在图6A和6B中。为了确保不同类型的设备之间的互操作性，需要基于Ecma-387的系统中的A型设备发现A型、B型和C型设备。因此，A型设备的发现帧还包括B型和C型发现（或轮询）帧。如图6B所示，所述发现帧被构造为A型发现信标块（DBBS）并且包括D0模式信标（mode-D0 beacon ）611、B0模式轮询（mode-B0 poll）帧612、C0模式轮询（mode-C0 poll）帧613和相应的扫描时段621、622、623。具体地，B0模式轮询帧612和C0模式轮询帧613的数量等于设备使用多个天线块或波束能够覆盖的扇区的数量。轮询帧块包含相同扇区中B0模式轮询帧或C0模式轮询帧的传输以及扫描时段622和623期间对C0模式和B0模式轮询响应的扫描，所述扫描与轮询帧所发送的顺序相反。
在图6A所示的示例性图中，所述设备扫描4个扇区。在每个时隙中，A型设备在不同的扇区发送相同的发现帧610。在时隙开始后的随机化时间，发现帧610被发送。所述设备在扇区扫描时段630-1期间仅扫描一个扇区。所述设备在扇区扫描时段630-2期间扫描下一个扇区。由于有4个扇区，所述设备在扫描第四个扇区后（未示出）返回到第一扇区。
图7示出了根据本发明的实施例而构造的设备700的框图。所述设备700包括用于朝M个不同扇区接收和发送信号的定向天线阵列710-1至710-M。设备700进一步包括接收器720，用于至少在M个不同扇区中扫描发现信道以用于检测邻居设备，以及发送器730，用于朝M个不同扇区发送发现帧。所述设备700进一步包括控制器740，用于控制天线阵列710-1至710-M、发送器730和接收器720，以用于执行上文中详细讨论的慢扫描快发现扫频技术或快扫描慢发现扫频技术。
本发明的各种实施例可被用于短距离无线网络以及应用，包括，但不限于无线HDMI、无线USB等。
本发明的原理能够被实现为硬件、固件、软件或其任何组合。此外，软件优选地被实现为在能够采用数字电路、模拟电路、磁介质或其组合的形式的程序存储单元、非瞬时性计算机可读介质或非瞬时性机器可读存储介质上有形地体现的应用程序。应用程序可以被上传到包括任何适当架构的机器，并由该机器来运行。优选地，机器被实现在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器和输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上。计算机平台也可以包括操作系统和微指令代码。无论是否明确地显示这样的计算机或处理器，本文中描述的各种处理和功能可以是可由CPU执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分或其组合。此外，各种其他的外围单元可以连接到计算机平台，例如，附加的数据存储单元和打印单元。
以上详细描述已经阐述了本发明可以采取的许多形式中的一些。针对以上详细描述，旨在将其理解为对本发明可以采取的所选形式的说明，而不应当理解为对本发明的定义的限制。只有权利要求（包括所有等价物）旨在定义本发明的范围。

Claims (14)

1. 一种通过无线网络中的设备的用于邻居设备的确定性定向发现的方法，包括：
将发现信道的访问时间平分为多个扇区扫描期时段（410），其中，每个扇区扫描时段包括预定数量的发现扫频时段（430），并且每个发现扫频时段包括每个预定数量的时隙（440）；
在当前扇区扫描时段期间，在单个扇区中扫描所述发现信道（S310）；
在所述当前扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，朝每个扇区发送发现帧（S320）；
检查在所述当前扇区扫描时段期间，是否已接收到对所发送的发现帧的至少一个响应（S330）；并且
设定所述设备以在​​下一个扇区扫描时段期间，在下一个扇区中扫描发现信道，以使得所述扇区扫描时段被顺序地访问（S350）。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：记录响应所发送的发现帧的每个设备，并且如果没有收到响应，定期重复所述发现信道的扫描至扇区扫描时段的数量。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，每个所述预定时隙的持续时间是固定的。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述扇区扫描时段的数量等于扇区的数量，并且所述发现扫频时段的预定数量大于或等于2。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在从时隙开始的随机时间间隔之后发送所述发现帧。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，使用基于异步竞争的介质访问机制发送所述发现帧。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在扇区扫描时段的每个时隙中朝单个扇区发送发现帧，并且在所述扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，在不同扇区中扫描所述发现信道。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备是基于Ecma-387的B型设备或A型设备中的一个。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中每个邻居设备是基于Ecma-387的A型设备、基于Ecma-387的B型设备和基于Ecma-387的C型设备中的至少一个。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述发现帧被构造为发现信标块（DBBS）（610）。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述DBBS包括D0模式信标（611）、B0模式轮询帧（612）、C0模式轮询帧（613）、D0模式扫描时段（621）、B0模式扫描时段（622）和C0模式扫描时段（623）。
12. 一种在无线网络中用于邻居设备的确定性定向发现的设备（700），包括：
定向天线阵列（710-1，710-M），用于在M个不同扇区中接收和发送无线信号；
接收器（720），用于在所述M个不同扇区中扫描发现信道；
发送器（730），用于朝所述M个不同扇区发送发现帧；
控制器（740），用于控制所述定向天线阵列、所述接收器和所述发送器，以便执行所述确定性定向发现。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中，所述发现信道的访问时间被平分为多个扇区扫描期时段（410），每个扇区扫描时段包括预定数量的发现扫频时段（430），并且每个发现扫频时段包括预定数量的时隙（440）；其中，在当前扇区扫描时段期间，在单个扇区中扫描所述发现信道；其中，在所述当前扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，朝每个扇区发送发现帧；其中，检查在所述当前扇区扫描时段期间，是否已接收到对所发送的发现帧的至少一个响应；其中，所述天线阵列和所述接收器被设定为在​​下一个扇区扫描时段期间，在下一个扇区扫描发现信道，从而顺序地访问所述扇区扫描时段；并且其中，如果没有收到响应，定期重复所述发现信道的扫描至扇区扫描时段的数量。
14. 根据权利要求12所述的设备，其中，在扇区扫描时段的每个时隙中朝单个扇区发送发现帧；并且其中，在所述扇区扫描时段的每个发现扫频时段的每个时隙期间，在不同扇区中扫描所述发现信道。
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