CN111034236A - 多频带毫米波网络发现 - Google Patents

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Abstract

描述了用于降低用于网状网络内的通信的装置和方法中的信令开销的多频带信令。所述通信涉及在两个不同的通信信道上使用两个不同的信标信号。使用定向毫米波(mmW)通信发送对等信标以提供时间同步和资源管理信息，以维持一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路。通过低于6GHz通信信道发送单独的网络发现信标，以提供识别网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于想要加入网状网络的无线通信站的网络发现。

Description

多频带毫米波网络发现
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月12日提交的美国临时专利申请号62/557,232的优先权和权益，该申请通过引用被整体地合并到本文中。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用
计算机程序附录的通过引用的合并
不适用
受到版权保护的资料声明
本专利文档中的资料的部分可以根据美国和其他国家的版权法律受到版权保护。版权所有者不反对任何人以本专利文档或专利公开登载在美国专利商标局公众可获得的文件或记录中的方式传真复制本专利文档或专利公开，但在其他方面保留所有版权。版权所有者不在此放弃使本专利文档保密的权利中的任何权利，包括但不限于依据37C.F.R.§1.14的权利。
技术领域
本公开的技术总体上涉及站之间的定向无线通信，更具体地涉及利用多频带来传达网络公告以及维持对等通信。
背景技术
毫米波长(mm-wave或mmW)无线网络，包括网状网络(mesh network)以及网状网络和非网状网络(non-mesh network)的混合，正变得越来越重要。由于更高容量的需要，网络运营商已经开始采纳实现致密化的概念。当前的低于6GHz(sub-6GHz)无线技术的使用不足以应对高数据需求。一个可替代方案是利用30-300GHz频带、毫米波频带(mmW)中的额外的频谱。
启用mmW无线系统一般需要适当地处理高频带的信道损伤和传播特性。高自由空间路径损耗、高渗透、反射和衍射损耗降低了可用的分集，并且限制了非视线(non-line-of-sight，NLOS)通信。mmW的小波长使得能够使用实际尺寸的高增益电子操纵定向天线。这能够提供足够的阵列增益来克服路径损耗，并且确保接收方处的高信噪比(SNR)。使用mmW频带的密集部署环境中的定向网状网络是实现节点之间的可靠通信并且克服视线信道约束的高效的方式。
启动的新站节点将寻找要发现的相邻节点和要加入的网络。节点到网络的初始接入的过程包括扫描相邻节点以及在局部附近发现所有的活动节点。这能够通过新的节点搜索特定网络/要加入的网络的列表来执行，或者通过新的节点发送加入将接受新的节点的任何已经建立的网络的广播请求来执行。
连接到网状网络的节点需要发现相邻节点以决定到达网关/门户网格节点(meshnode)的最佳方式以及这些相邻节点中的每个节点的能力。新的节点在特定的时间段内针对可能的相邻节点检查每个信道。如果在该特定时间之后没有检测到活动节点，则新的节点转向对下一个信道进行测试。当检测到节点时，新的节点收集充足的信息以将其PHY层配置为在管控域(IEEE、FCC、ETSI、MKK等)中操作。由于定向发射，该任务在mmWave通信方面受到进一步挑战。该过程中的挑战可以被总结为：(a)周围节点ID的获悉；(b)用于波束形成的最佳发射方向图的获悉；(c)由于冲突和失聪(deafness)而导致的信道接入问题；以及(d)由于堵塞和反射而导致的信道损伤。设计邻居发现方法以克服以上挑战中的一些或全部对于mmWave D2D和网格(mesh)技术能够普遍实现是至关重要的。
用于网状联网的大多数现有技术提出了用于在广播模式下操作的网络的网格发现解决方案，而不针对具有定向无线通信的网络。另外，利用定向无线网络通信的那些技术关于信标信号的生成通常具有非常高的开销需求。
因此，存在对用于mmWave网络内的公告和设立信标(beaconing)的增强机制的需要。本公开满足了该需要，并且提供了优于以前的技术的额外益处。
发明内容
用于在不引起显著的信令开销或网络发现延迟的情况下、在网状拓扑网络中建立并且维持mmWave通信的系统、装置和/或方法。在所公开的技术中，为了降低网状网络中的信令开销而利用多频带通信。
网状网络中的每个节点包括无线通信电路，该无线通信电路被配置为利用以下两种通信来与其他无线通信站进行无线通信：具有多个天线方向图扇区的定向毫米波(mmW)通信，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及低于6GHz无线通信。站编程能够实现若干个职能，包括网状网络内的对等者或者设法加入网状网络的新的站。站被配置为使用具有多个天线方向图扇区的定向mmW来发射对等信标。对等信标包括时间同步和资源管理信息，时间同步和资源管理信息被传达给网状网络内的一个或多个相邻的对等站。对等站还使用低于6GHz无线通信来发射网络发现信标。网络发现信标包含标识网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入网状网络的网络发现。对等站经由低于6GHz无线通信接收加入请求帧，在这些加入请求帧中，加入请求公告新的站及新的站的能力，以及从新的站到网状网络的任何接收站的请求辅助找到邻居和加入网状网络这二者的请求。
本公开中利用若干个术语，下面总体描述其意义。
A-BFT：关联-波束形成训练(Association-Beamforming Training)时间段；在用于加入网络的新的站(STA)的关联和BF训练的信标中公告的时间段。
AP：接入点(Access Point)；包含一个站(STA)并且通过用于相关联的STA的无线介质(wireless medium，WM)提供对分布服务的接入的实体。
波束形成(beamforming，BF)：不使用全向天线方向图或准全向天线方向图的定向发射。波束形成在发射方处用于改进预期接收方处的接收信号功率或信噪比(SNR)。
BSS：基本服务集(Basic Service Set)；已经成功地与网络中的AP同步的站(STA)集合。
BI：信标间隔(Beacon Interval)是表示信标发射时间之间的时间的循环超帧(cyclic super frame)时间段。
BRP：BF改善协议(BF Refinement protocol)；启用接收方训练并且迭代地训练发射方端和接收方端以实现最佳的可能的定向通信的BF协议。
BTI：信标发射间隔(Beacon Transmission Interval)是连续的信标发射之间的间隔。
CBAP：基于争用的接入时间段(Contention-Based Access Period)；使用基于争用的增强分布式信道接入(enhanced distributed channel access，EDCA)的定向多千兆位(directional multi-gigabit，DMG)BSS的数据传送间隔(data transfer interval，DTI)内的时间段。
DTI：数据传送间隔；允许进行整个BF训练、接着是实际的数据传送的时间段。它可以包括一个或多个服务时间段(service period，SP)和基于争用的接入时间段(CBAP)。
MAC地址：介质访问控制(MAC)地址。
MBSS：网格基本服务集(Mesh Basic Service Set)，形成网格站(Mesh Station，MSTA)的自包含网络并且可以被用作分布系统(distribution system，DS)的基本服务集(BSS)。
MCS：调制和编码方案(Modulation and Coding Scheme)；定义能够被翻译为PHY层数据速率的指数。
MSTA：网格站(Mesh Station，MSTA)：实现网格设施的站(STA)。在网格BSS中操作的MSTA可以为其他MSTA提供分布服务。
全向定向：非定向天线发射模式。
准全向定向：具有可达到的最宽波束宽度的定向多千兆位(DMG)天线操作模式。
接收扇区扫描(receive sector sweep，RXSS)：经由不同扇区的扇区扫描(SectorSweep，SSW)帧的接收，其中扫描是在连续的接收之间执行的。
RSSI：接收信号强度指示符(Receive Signal Strength Indicator)(以dBm为单位)。
SLS：扇区级扫描(Sector-level Sweep)阶段：可以包括多达四个组成部分的BF训练阶段：训练发起方的发起方扇区扫描(Initiator Sector Sweep，ISS)、诸如使用SSW反馈和SSW ACK的训练响应方链路的响应方扇区扫描(Responder Sector Sweep，RSS)。
SNR：以dB为单位的接收信噪比。
SP：服务时间段；由接入点(AP)调度的SP。调度的SP按固定的时间间隔开始。
频谱效率：在特定的通信系统中能够通过给定的带宽发射的信息速率，通常以每秒比特数为单位或者以赫兹为单位表达。
SSID：服务集标识符(service Set Identifier)；分配给WLAN网络的名称。
STA：站；作为对无线介质(wireless medium，WM)的介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)接口的可单个寻址的实例的逻辑实体。
扫描：由短波束形成帧间空间(short beamforming interframe space，SBIFS)间隔分开的发射的序列，其中，发射方或接收方处的天线配置在发射之间是改变的。
SSW：扇区扫描，是在不同的扇区中(在不同的方向上)执行发射并且收集关于接收信号、强度等的信息的操作。
发射扇区扫描(Transmit Sector Sweep，TXSS)：经由不同扇区的多扇区扫描(SSW)或者定向多千兆位(DMG)信标帧的发射，其中扫描是在连续的发射之间执行的。
本文中所描述的技术的进一步的方面将在本说明书的以下部分中说明，其中详细描述以充分公开本技术的优选实施例为目的，而没有对其施加限制。
附图说明
通过参照仅出于说明性目的的以下附图，将更充分地理解本文中所描述的技术：
图1是在IEEE 802.11无线局域网(WLAN)中执行的主动扫描的时序图。
图2是示出网格站和非网格站的组合的网状网络的节点图。
图3是描述IEEE 802.11WLAN的网格标识元素的数据字段图。
图4是描述IEEE 802.11WLAN的网格配置元素的数据字段图。
图5是IEEE 802.11ad协议中的天线扇区扫描(SSW)的示意图。
图6是示出IEEE 802.11ad协议中的扇区级扫描(SLS)的信令的信令图。
图7是描述IEEE 802.11ad的扇区扫描(SSW)帧元素的数据字段图。
图8是描述IEEE 802.11ad的SSW帧元素内的SSW字段的数据字段图。
图9A和图9B是描述如用于IEEE 802.11ad的、在图9A中当作为ISS的部分发射时示出的、以及在图9B中当不作为ISS的部分发射时示出的SSW反馈字段的数据字段图。
图10是如根据本公开的实施例所利用的无线网络中的无线mmWave节点的无线节点拓扑示例。
图11是如根据本公开的实施例所利用的站硬件的框图。
图12是如根据本公开的实施例所利用的图11的站硬件的mmW波束方向图示图。
图13是根据本公开的实施例的次频带通信天线(即低于6GHz)的波束方向图示图。
图14是根据本公开的实施例的针对由网格节点发送的低于6GHz公告帧的覆盖区域的天线方向图绘图。
图15是根据本公开的实施例的针对由设法加入网状网络的新的节点发送的低于6GHz公告帧的覆盖区域的天线方向图绘图。
图16A至图16C是根据本公开的实施例的无线节点拓扑和相关联的发现信标扫描。
图17A和图17B是根据本公开的实施例的在其上执行最佳扇区通信方向的包围(bracketing)的无线节点拓扑。
图18是示出如根据本公开的实施例所利用的对等DMG信标超帧格式的通信时间段示图。
图19是根据本公开的实施例的低于6GHz辅助式网格节点被动扫描的流程图。
图20是根据本公开的实施例的低于6GHz辅助式网格节点主动扫描的流程图。
图21是示出如根据本公开的实施例所利用的主信标节点超帧格式的通信时间段示图。
图22是示出根据本公开的实施例的通过调度的信标发射和SSW帧交换的发现的通信时间段示图。
图23A和图23B是根据本公开的实施例的用于带外节点发现的消息传递示图。
图24A和图24B是根据本公开的实施例的用于网格协调式mmW节点发现的消息传递示图。
图25是根据本公开的实施例的用于通过与地理发现地区中的节点协调进行带外网格辅助式发现的消息传递示图。
图26A和图26B是描述根据本公开的实施例的利用mmW发现信标的发现辅助的通信时间段示图。
图27A和图27B是描述根据本公开的实施例的DTI处的辅助式发现的通信时间段示图。
图28是示出根据本公开的实施例利用的节点之间的地理扇区覆盖的节点扇区覆盖示图。
图29是示出根据本公开的实施例的具有作为响应的、新的节点遍历覆盖区域移动的效果的、节点之间的扇区覆盖的节点扇区覆盖示图。
具体实施方式
1.现有的定向无线网络技术
1.1.WLAN系统
在WLAN系统中，802.11定义两种扫描模式；被动和主动扫描。以下是被动扫描的特性。(a)尝试加入网络的新的站(STA)检查每个信道，并且等待信标帧直到MaxChannelTime。(b)如果没有接收到信标，则新的STA移到另一个信道，从而因为新的STA在扫描模式下不发射任何信号而节省电池电力。STA应在每个信道等待足够的时间，使得它不错过信标。如果信标丢失，则STA应等待另一个信标发射间隔(BTI)。
以下是主动扫描的特性。(a)想要加入本地网络的新的STA根据以下在每个信道上发送探测请求帧(probe request frame)：(a)(1)STA移到信道，等待传入的帧或探测延迟定时器到期。(a)(2)如果在定时器到期之后没有检测到帧，则认为信道不在使用中。(a)(3)如果信道不在使用中，则STA移到新的信道。(a)(4)如果信道在使用中，则STA使用常规的DCF来取得对介质的接入，并且发送探测请求帧。(a)(5)如果信道从来不忙，则STA等待期望的时间段(例如Minimum Channel Time(最小信道时间))以接收对探测请求的响应。如果信道忙并且接收到了探测响应，则STA等待更多的时间(例如Maximum Channel Time(最大信道时间))。
(b)探测请求可以使用唯一服务集标识符(SSID)、SSID的列表或者广播SSID。(c)主动扫描在一些频带中被禁止。(d)主动扫描可能是干扰和冲突的来源，尤其是如果许多新的STA同时到达并且正在尝试接入网络。(e)与被动扫描的使用相比，主动扫描对于STA是取得对网络的接入的更快的方式(更快速)，因为STA无需等待信标。(f)在基础设施基本服务集(BSS)和IBSS中，至少一个STA是唤醒的以接收探测并且对探测做出响应。(g)网格基本服务集(MBSS)中的STA可能不在任何时间点唤醒以做出响应。(h)当无线电测量活动(campaign)活跃时，节点可能不回答探测请求。(i)探测响应的冲突可能出现。STA可以通过使得发射了最后一个信标的STA发射第一探测响应来协调探测请求的发射。其他节点可以跟随，并且使用退避时间和常规的分布式协调功能(DCF)信道接入来避免冲突。
图1描述IEEE 802.11WLAN中的主动扫描的使用，该图描述了发送探测的扫描站和接收探测并且对探测做出响应的两个响应站。该图还示出了最小和最大探测响应定时。值G1被示为设置为作为发射应答之前的帧间间隔的SIFS，而G3是作为DCF帧间间隔的DIFS，表示发送方在完成退避时间段之后在发送RTS包之前等待的时间延迟。
1.2.IEEE 802.11s网格WLAN
IEEE 802.11s(以下为802.11s)是将无线网状联网能力添加到802.11标准的标准。在802.11s中定义新类型的无线电站以及启用网状网络发现的新信令，建立对等连接和通过网状网络路由数据。
图2例示说明网状网络的一个示例，其中非网格STA的混合连接到网格-STA/AP(实线)并且网格STA连接到包括网格门户的其他网格STA(虚线)。网状网络中的节点使用802.11标准中定义的相同的扫描技术来发现邻居。网状网络的标识由信标和探测响应帧中包含的网格ID元素给出。在一个网状网络中，所有的网格STA都使用相同的网格配置文件。如果网格配置文件中的所有的参数都匹配，则认为网格配置文件是相同的。网格配置文件包括在信标和探测响应帧中，使得网格配置文件能够被其邻居网格STA通过扫描获得。
当网格STA通过扫描过程发现邻居网格STA时，认为发现的网格STA是候选对等网格STA。它可能变成发现的网格STA是其成员的网状网络的成员，并且与邻居网格STA建立网格对等。当网格STA使用与接收到的信标或探测响应帧为邻居网格STA指示的相同的网格配置文件时，可以认为发现的邻居网格STA是候选对等网格STA。
网格STA尝试维护网格邻居表中的发现的邻居的信息，所述网格邻居表包括：(a)邻居MAC地址；(b)操作信道编号；以及(c)最近观察的链路状态和质量信息。如果没有检测到邻居，则网格STA采用针对其最高优先级配置文件的网格ID，并且保持活跃。发现邻居网格STA的所有先前信令是在广播模式下执行的。应意识到，802.11s不针对具有定向无线通信的网络。
图3描述用于通告网状网络的标识的网格标识元素(网格ID元素)。网格ID是由愿意加入网状网络的新的STA在探测请求中发射的，以及由现有的网状网络STA在信标和信号中发射的。长度为0的网格ID字段指示探测请求帧内使用的通配符网格ID。通配符网格ID是阻止非网格STA加入网状网络的特定的ID。应认识到，网格站是比非网格站具有更多特征的STA，例如，就像使该STA除了一些其他的模块之外、作为提供网格功能性的模块运行一样。如果STA不具有该网格模块，则它不应被允许连接到网状网络。
图4描述如由网格STA发射的信标帧和探测响应帧中所包含的网格配置元素，该网格配置元素用于通告网格服务。网格配置元素的主要内容是：(a)路径选择协议标识符；(b)路径选择度量标识符；(c)拥塞控制模式标识符；(d)同步方法标识符；以及(e)认证协议标识符。网格配置元素的内容连同网格ID一起形成网格配置文件。
标准802.11a定义许多进程和网格功能性，包括：网格发现，网格对等管理，网格安全性，网格设立信标和同步，网格协调功能，网格功率管理，网格信道切换，三个地址、四个地址以及扩展地址帧格式，网格路径选择和转发，与外部网络的交互工作，网格BSS中的网格内拥塞控制和紧急情况服务支持。
1.3.WLAN中的毫米波
毫米波频带中的WLAN一般需要使用定向天线来进行发射、接收或发射和接收这二者，以考虑高路径损耗并且为通信提供足够的SNR。在发射或接收中使用定向天线也使得扫描过程是定向的。IEEE802.11ad和新的标准802.11ay定义用于扫描和波束形成以通过毫米波频带定向发射和接收的进程。
1.4.IEEE 802.11ad扫描和BF训练
mmWave WLAN现有系统的示例是802.11ad标准。
1.4.1.扫描
新的STA在被动或主动扫描模式上进行操作以对特定的SSID、SSID的列表或者所有发现的SSID进行扫描。为了被动地扫描，STA对包含SSID的DMG信标帧进行扫描。为了主动地扫描：DMG STA发射包含期望的SSID或一个或多个SSID列表元素的探测请求帧。DMG STA还可能必须在探测请求帧的发射之前发射DMG信标帧或者执行波束形成训练。
1.4.2.BF训练
BF训练是BF训练帧发射的双向序列，该双向序列使用扇区扫描，并且提供必要的信令以允许每个STA确定对发射和接收这二者合适的天线系统设置。
802.11ad BF训练过程可以按三个阶段执行。(1)执行扇区级扫描阶段，其中执行具有低增益(准全向)接收的定向发射以用于获取链路。(2)执行改善阶段，该阶段针对组合的发射和接收添加接收增益和最终的调整。(3)然后在数据发射期间执行跟踪以针对信道变化进行调整。
1.4.3.802.11ad SLS BF训练阶段
这集中于80211.ad标准的扇区级扫描(SLS)强制阶段。在SLS期间，一对STA通过不同的天线扇区交换一系列扇区扫描(SSW)帧(或者在PCP/AP处发射扇区训练的情况下是信标)以找到提供最高的信号质量的一个天线扇区。首先发射的站被称为发起方；第二个发射的站被称为响应方。
在发射扇区扫描(TXSS)期间，在不同的扇区上发射SSW帧，而配对的节点(响应方)利用准全向定向方向图来接收。响应方确定来自发起方的提供了最佳链路质量(例如SNR)的天线阵列扇区。
图5描述802.11ad中的扇区扫描(SSW)的概念。在该图中，给出了STA 1是SLS的发起方并且STA 2是响应方的示例。STA 1扫过所有的发射天线方向图精细扇区，而STA2按准全向方向图接收。STA2将它从STA 1接收的最佳扇区反馈给STA 2。
图6例示说明如802.11ad规范中所实现的扇区级扫描(SLS)协议的信令。发射扇区扫描中的每个帧包括关于扇区倒数指示(countdown indication，CDOWN)、扇区ID和天线ID的信息。使用扇区扫描反馈和扇区扫描ACK帧来反馈最佳扇区ID和天线ID信息。
图7描述用于如802.11ad标准中所利用的扇区扫描帧(SSW帧)的字段，这些字段在下面概述。持续时间字段被设置为直到SSW帧发射结束为止的时间。RA字段包含作为扇区扫描的预期接收方的STA的MAC地址。TA字段包含扇区扫描帧的发射方STA的MAC地址。
图8例示说明SSW字段内的数据元素。SSW字段中传递的原理信息如下。方向字段被设置为0以指示帧由波束形成发起方发射，被设置为1以指示帧由波束形成响应方发射。CDOWN字段是指示直到TXSS结束的剩余DMG信标帧发射的数量的倒数计数器。扇区ID字段被设置为指示通过其发射包含该SSW字段的帧的扇区编号。DMG天线ID字段指示发射方当前正在使用哪个DMG天线用于该发射。RXSS长度字段只有当在CBAP中被发射时才是有效的，否则保留。该RXSS长度字段指定如发射STA所需的接收扇区扫描的长度，并且是以SSW帧为单位定义的。下面定义SSW反馈字段。
图9A和图9B描述SSW反馈字段。图9A所示的格式是在作为内部子层服务(InternalSublayer Service，ISS)的部分发射时利用的，而图9B的格式是在不作为ISS的部分发射时使用的。ISS字段中的总扇区指示发起方在ISS中使用的扇区的总数。RX DMG天线的数量子字段指示发起方在随后的接收扇区扫描(Receive Sector Sweep，RSS)期间使用的接收DMG天线的数量。扇区选择字段包含在紧接在前的扇区扫描中以最佳质量接收的帧内的SSW字段的扇区ID子字段的值。DMG天线选择字段指示在紧接在前的扇区扫描中以最佳质量接收的帧内的SSW字段的DMG天线ID子字段的值。SNR报告字段被设置为来自在紧接在前的扇区扫描期间以最佳质量接收的帧并且在扇区选择字段中指示的SNR的值。需要轮询(PollRequired)字段被非PCP/非AP STA设置为1以指示它需要PCP/AP发起与非PCP/非AP的通信。需要轮询字段被设置为0以指示非PCP/非AP对于PCP/AP是否发起通信没有偏好。
2.问题陈述
如前一节所述，目前的毫米波(mmWave)通信系统通常需要严重依赖于定向通信来取得发射方和接收方之间的充足的链路预算。在目前的系统中，确定适合于使用的波束的这个过程需要显著的信令开销。例如，AP利用发射波束形成来发射多个信标帧。
信标帧用于网络发现目的，即，被动扫描。由于这个原因，周期性地发射信标帧，使得新的STA能够通过在某个时间段内执行被动扫描来辨识网络的存在。网络发现也可以使用主动扫描来实现，在主动扫描中，新的节点在所有的方向上发射探测请求以确保它可以被网络中的附近的节点接收。
使情况进一步复杂化的是，目前的技术正趋向于更细的波束形成的使用，这使得天线增益更高以获得更高的链路预算。然而，当STA采用更细的波束时，开销问题进一步加剧，因为STA则发射大量信标帧以覆盖充足的发射角度。信标一直在所有方向上并且周期性地被发射，以公告网络、维持同步以及管理网络资源。
鉴于以上，在设立信标开销和网络发现延迟之间存在重要的权衡。如果频繁地发射信标，则设立信标开销增大，尽管这允许新的STA更快地找到现有网络。如果不太频繁地发射信标，则能够降低设立信标开销，然而将难以使新的STA以迅速的方式找到现有网络。
当考虑利用mmWave PHY技术形成网状网络的任务时，这样的开销困境变得更糟糕。连接到网状网络的STA需要发现所有的相邻的STA以决定到达网关/门户网格STA的最佳方式以及这些相邻的STA中的每个STA的能力。这意味着，加入网状网络的所有STA都应具有设立信标的能力，这导致大量的信令开销。
因此，本公开被配置为解决这些目前的和未来的信标开销挑战。
3.mmWave多频带网络发现的益处
在所公开的网络协议中，参与多频带网络发现的节点预期具有多频带(multi-band，MB)能力，包括mmWave频带能力，并且还包括低频通信频带，诸如低于6GHz。除了mmW频带之外，MB节点还能够使用低于6GHz频带来进行网络公告和发现。通过利用所提出的技术，mmWave通信节点能够形成网状拓扑网络，而不受制于显著的信令开销或网络发现延迟。
本公开描述了利用已经建立的低于6GHz网络来帮助新的节点找到其他邻居的机制。网络节点使用从准全向天线周期性地发送的功率降低的消息来在低于6GHz频带上公告mmW网络。一旦新的STA通过低于6GHz频带发现至少一个邻居，该网格站(MSTA)就能够帮助新的节点，并且还能够与其他网格节点进行协调以帮助新的STA在mmW频带中进行波束形成并且加入网络。
在本公开中，站节点没有一直在mmW频带中在所有方向上发送信标。当新的节点请求帮助时，触发节点在所有方向上发送发现信标，而与所有的方向上的连续的信标发射相关联的开销和干扰是有限的。
4.多频带网络发现实施例
4.1.考虑中的拓扑
图10例示说明mmW无线节点的网络的示例实施例10，其中网格STA(MSTA)节点12、14、16和18按网格拓扑彼此连接。新的STA 20正在针对潜在的相邻的MSTA和配对节点而扫描24(描述的方向22a—22n)通信介质。在所示的示例中，节点能够在低于6GHz频带及mmWave上进行通信，并且能够使用该频带来在彼此之间发送控制信号。连接到mmW网格网格的节点能够通过mmW链路或者通过低于6GHz频带来接入彼此。
新的STA正在针对潜在的相邻的MSTA和配对节点而扫描介质。对于mmW波，并非在两端一直都需要定向发射或接收。一端例如可以使用定向发射/接收而另一端不使用。这种情况可以是有限的设备能力或者不需要从两端定向发射(限制干扰/短距离)的应用要求的结果。
新的节点可以使用全向/准全向或定向天线来在mmW频带中发射和接收。MSTA可以使用全向/准全向或定向天线来在mmW频带中发射和接收。对于mmW通信，至少一个MSTA节点或新的STA应使用定向天线来提供充足的增益以考虑路径损耗并且为链路提供足够的SNR。新的STA使用被动扫描或者主动扫描来对邻居进行扫描。新的STA被配置为保持扫描直到它找到所有的相邻的节点为止。在新的节点构造了可用邻居的列表之后，做出关于要连接到哪个邻居的决定。该决定优选地考虑应用需求、网络中的通信量荷载以及无线信道状态。
4.2.STA硬件配置
图11描述节点硬件配置的示例实施例30。在该示例中，计算机处理器(CPU)36和存储器(RAM)38耦合到总线34，该总线耦合到将诸如到传感器、致动器等的外部I/O给予节点的I/O路径32。来自存储器的指令在处理器36上被执行以执行实现通信协议的程序。该主机被示为配置有mmW调制解调器40，该mmW调制解调器与到多个天线44a-44n、46a、46n、48a-48n的射频(RF)电路系统42a、42b、42c耦合以与相邻的节点发射和接收帧。另外，还看到主机具有与到(一个或多个)天线54的射频(RF)电路系统52耦合的低于6GHz调制解调器50。
因此，该主机被示为配置有用于在两个不同的频带上提供通信的两个调制解调器(多频带)和它们的相关联的RF电路系统。mmW频带调制解调器及其相关联的RF电路系统在mmW频带中发射和接收数据。低于6GHz调制解调器及其相关联的RF电路系统在低于6GHz频带中发射和接收数据。
尽管在该示例中针对mmW频带示出三个RF电路，但是本公开的实施例可以配置有耦合到任何任意数量的RF电路的调制解调器40。一般来说，使用越多的RF电路将导致越广的天线波束方向的覆盖范围。应意识到，所利用的RF电路的数量和天线的数量由特定设备的硬件约束来确定。当STA确定不需要与邻居STA通信时，RF电路系统和天线中的一些可以被禁用。在至少一个实施例中，RF电路系统包括频率转换器、阵列天线控制器等，并且连接到被控制以执行用于发射和接收的波束形成的多个天线。以这种方式，STA能够使用波束方向图的多个集合来发射信号，每个波束方向图方向被认为是天线扇区。
图12例示说明能够被节点用来生成多个(例如36个)mmWave天线扇区方向图的mmWave天线方向的示例实施例70。在该示例中，节点实现三个RF电路72a、72b、72c和所连接的天线，并且每个RF电路系统和所连接的天线生成波束形成方向图74a、74b、74c。天线方向图74a被示为具有十二个波束形成方向图76a、76b、76c、76d、76e、76f、76g、76h、76i、76j、76k和76n(“n”表示能够支持任何数量的方向图)。使用该特定配置的示例站具有三十六(36)个天线扇区。然而，为了使说明清晰和简单，以下部分总体描述具有较少数量的天线扇区的节点。应意识到，能够将任何任意的波束方向图映射到天线扇区。通常，波束方向图被形成为生成尖锐的波束，但是有可能波束方向图被生成为从多个角度发射或接收信号。
天线扇区由mmWave RF电路系统的选择和mmWave阵列天线控制器所命令的波束形成来确定。尽管有可能STA硬件组件具有与上述配置不同的功能划分，但是这样的配置能够被视为是说明的配置的变型。当节点确定不需要与邻居节点通信时，mmWave RF电路系统和天线中的一些可以被禁用。
在至少一个实施例中，RF电路系统包括频率转换器、阵列天线控制器等，并且连接到被控制以执行用于发射和接收的波束形成的多个天线。以这种方式，节点能够使用波束方向图的多个集合来发射信号，每个波束方向图方向被认为是天线扇区。
图13例示说明用于低于6GHz调制解调器的天线方向图的示例实施例90，该调制解调器被假定为使用附连到其RF电路系统92的准全向天线94。
4.3.多频带网络发现架构
无线接收器和发射器预期安装有包括例如mmW频带及低于6GHz频带的使用的多频带芯片。mmWave频带中的操作能够在节点发现和邻居扫描方面得益于低于6GHz覆盖范围。低于6GHz频带中的信号传播的特性能够使得节点更简单地发现网状网络的存在，然而邻居的定位和找到正确的扇区或波束仍然是个问题。
为了使用多频带网络发现，网格节点被假定能够在低于6GHz频带上彼此通信。这以将消息发送给网络的所有节点或者将消息发送给特定节点的形式。这可以通过节点之间的直接通信或者通过节点之间的多跳通信来执行。新的节点也配备有低于6GHz接入，并且能够通过低于6GHz通信来接入WLAN网络或者与网格节点进行通信。发现和网络公告可以利用低于6GHz频带来执行，而形成连接和维持链路优选地利用mmW网络来实现。应意识到，也可以将其他控制信令移到低于6GHz，但是这不是本公开的焦点。
在mmW WLAN和网状网络中，信标用于：(a)针对新的网格节点的关联和网络发现；(b)同步；(c)频谱接入和资源管理。为了mm波长处的发现和网络公告，在被动扫描的情况下，必须一直在所有方向上发射信标。将意识到，以上陈述中的“一直”的意义仅指示信标的持续的周期性性质，而“所有方向”仅是指将方向扫描用于任何期望的角度分辨率。在主动扫描的情况下，节点在所有方向上发射探测请求。
在所提出的系统中，节点使用低于6GHz来进行发现和网络公告，而同步、频谱接入和资源管理信息仍然是通过mmW网状网络传达的。在mmW网络中已经彼此连接的节点仍然仅在对等节点的方向上或者围绕该方向彼此发送信标。因此，并非在所有方向上都发射信标。
公告帧通过低于6GHz频带发送，指示附近存在mmW网络。将该公告帧的功率输出优选地(例如动态地或静态地)调整为仅到达相关联的mmW信号的所达范围内的节点，以免引入就mmWave通信而言超出网络的节点。
新的节点或者网格节点对公告帧的接收能够触发该新的节点附近的节点进行mmW发现活动以帮助找到正确的扇区和邻居以使该新的节点加入mmW网络。mmW发现活动涉及该新的节点周围的其他节点按顺序发送信标以帮助该新的节点发现邻居和它们的方向性信息。
图14和图15例示说明利用低于6GHz频带来将较低功率的公告帧发送给其他节点以公告网络或者公告请求帮助加入网络的新的节点的示例实施例110、130。
在图14中，看到网状网络110具有MSTA A 112以及节点114、116、118、120和新的节点122。在该示例中，MSTA A正在将低于6GHz公告帧发射到减小的公告帧区域124。将看到，如果该低于6GHz公告帧的发射功率足以126覆盖网格的广度(包括该图右边的节点120)，则该图的其他部分处(例如，左边、上边和下边)的节点将被引导相信它们可以加入网络，但是实际上会在网络的mmW能力的范围之外。
在图15中，看到网状网络130具有MSTA A 112以及节点114、116、118、120和新的节点122。在该示例中，新的节点122正在将作为加入请求的低于6GHz公告帧发射到减小的公告帧区域132。类似地，将看出，如果该低于6GHz公告帧的发射功率足以134覆盖网格的广度(包括该图右边的节点120)，则该新的节点的mmWave通信范围之外的网格中的节点(诸如节点114、116和120)能够被触发为对新节点加入请求做出响应，尽管它们不能使用mmWave与该新的节点直接通信。
4.4.在mmWave网络中设立信标
在多频带网络中设立信标仍然是使用mmWave来发生，但是这仅针对使用通信或对等信标的对等节点发生。通信或对等信标用于已经建立(设置)连接的对等者之间的通信。该信标能够用于实现与维持同步、执行波束跟踪以及管理网络中的网格节点之间的信道接入和资源相关的功能。每个网格节点仅扫描与邻居节点的方向相对应的扇区中的信标，并且仅将信标发射到其邻居。
图16A至图16C例示说明以示例而非限制的方式考虑的简单的mmW网络实施例150的方面。在图16A中，看到示例实施例150具有三个节点152、154和156。在图16B中，信标被示为从STA节点152发射，示出了对等信标在与朝向节点154和156的最佳扇区相对应的方向上被扫描156a、156b。在图16C中，STA节点152扫描162发现信标以覆盖160a、160b、160c、160d和160e中的特定的空间区域。与传统使用的信标相比，本公开仅在如图16B所示的从与节点C和B相对应的节点A的方向上利用这些信标。
图17A和图17B例示说明通过在所确定的最佳扇区周围(包围所确定的最佳扇区)的一个或多个扇区上执行发射来提供额外的鲁棒性的示例实施例170。在图17A中，看到节点A152与节点B154相关，并且如在图17B中所看到的，最佳扇区(路径)是方向186。所以尽管与节点B通信的节点A具有最佳扇区186，但是所提出的协议还在该最佳扇区的每侧选择了一个或多个附加的扇区182、184，以改进通信鲁棒性，尤其是鉴于节点B可能正在关于节点A移动的事实。
应意识到，以上对等信标应是容易协调的，因为方向和定时对于每个对等链路是已知的。这导致限制和管理由于所有方向上的信标发射而导致的干扰。
图18例示说明本公开的mmWave对等DMG信标超帧格式的示例实施例190，在该实施例中，仅在这两个对等节点的方向上发射信标，从而使得BTI过程更短。在该图中，发射包括示例性地针对两个对等者示出为到对等者1的信标194和到对等者2的信标196的对等信标192，接着是到对等者1的关联-波束形成训练(ABFT)时间段198以及到对等者2的ABFT时间段199，在这些时间段之后，数据传送间隔(DTI)200开始。这种情况下的ABFT时间段可以被预先分配给与所发射的信标相关联的对等者，因为没有其他的节点预期使用该时间段。
4.5.带外发现
网格节点能够在低于6GHz频带上发射和接收。因此，周期性公告帧能够在低于6GHz频带上广播mmW网络的存在和能力。尝试接入mmW网状网络的新的节点能够在低于6GHz频带上发送公告请求帧以向节点通知其存在。网格节点公告帧响应的管理或者新节点公告请求能够被分发或集中。新的节点能够利用被动扫描或者主动扫描来在网络中搜索节点和发现邻居。
为了限制干扰并且确保只有能够使用直接mmW链路接入的节点被接入，公告帧以较低的功率被发送以反映mmW链路预算。公告帧所需的发射功率可以被确定为使得只有在mmW频带中的链路预算允许在mmW网络中与节点有可行的数据链路时才由该节点接收帧。
如果以全功率发射了公告帧，则然后在至少一个实施例中在接收节点中利用阈值来决定是对该帧做出响应还是因为它将在mmW网格节点覆盖区域的外部而不做出响应。该阈值的确定可以被执行为使得只有在mmW频带中的链路预算允许在mmW网络中有可行的数据链路时才考虑帧。
新的节点能够利用低于6GHz频带上的针对mmW网络的被动扫描或者低于6GHz频带上的针对mmW网络的主动扫描。
4.5.1.被动扫描
新的节点监听低于6GHz频带，等待从节点中的一个节点发送的公告帧。发射和接收优选地使用准全向天线。一旦找到了公告帧，新的节点就切换到mmW频带以与发现的节点连接。发现的节点开始在mmW频带中发射信标以与新的节点进行波束形成。节点可以使用来自低于6GHz频带的方向性信息(比如LOS的方向或者最强反射射线)来仅通过mmW频带中的波束中的一些波束来发送信标。
如果启用了网格辅助，则发现的节点触发该新的节点的周围区域中的其他节点开始将信标发送给该新的节点并且与其执行波束形成。可以在网格节点之间协调信标的发射以实现快速连接和节点的发现。
图19例示说明网格节点正在根据被动扫描处理新的节点的过程的示例实施例210。例程开始212，然后在低于6GHz频带上发送214mmW网络公告帧。在框216处，如果没有接收到公告响应，则执行返回到框214，并且发送后续公告。否则，如果接收到公告响应，则确定218是否启用了网格辅助。如果没有启用网格辅助，则在返回到框214并且发送网络公告之前到达触发节点mmW发现的框222。然而，如果启用了网格辅助，则在返回到框214并且发送网络公告之前到达触发网格辅助协调式的mmW发现的框220。
4.5.2.主动扫描
在主动扫描中，新的节点在低于6GHz频带处发送公告帧请求，并且等待从节点中的一个节点发送的公告帧响应。在至少一个优选实施例中，这些通信的发射和接收利用准全向天线。一旦接收到公告帧响应，该新的节点就切换到mmW频带以与发现的节点连接。发现的节点开始在mmW频带中发射信标以与该新的节点进行波束形成。节点可以使用来自低于6GHz频带的方向性信息(比如LOS的方向或者最强反射射线)来仅通过mmW频带中的波束中的一些波束来发送信标。
如果启用了网格辅助，则发现的节点触发该新的节点附近的其他节点开始将信标发送给该新的节点并且执行波束形成。可以在网格节点之间协调信标的发射以实现快速连接和节点发现。
图20例示说明网格节点正在根据主动扫描处理新的节点的过程的示例实施例230。例程开始232，然后开始监听公告请求帧234。检查236是否已经接收到公告请求。如果没有，则所述过程继续监听234。否则，发送238对公告请求的响应，并且检查240以确定是否启用了网格辅助。如果没有启用网格辅助，则在返回到232监听公告请求帧之前激活244mmW节点发现。如果启用了网格辅助，则激活242网格辅助协调式的mmW节点发现，接着返回到232监听公告请求帧。
4.6.在低于6GHz上执行mmW认证
一旦新的节点通过低于6GHz通信发现相邻的节点并且决定形成mmW链路，它就通过公告帧响应或请求来通知该邻居。
该新的节点可以在切换到mmW频带之前触发认证请求以保证潜在的mmW链路在开始mmW发现活动之前被认证，以避免mmW频带上的不必要的波束形成。该新的节点发送认证请求并且等待认证响应，并且在至少一个实施例中，该新的节点对认证响应进行应答。如果认证响应和应答(acknowledgement)这二者都成功，则该新的节点和相邻的(一个或多个)节点开始mmW发现活动。
在正在通过节点的地理发现地区执行网格辅助的情况下，如果启用了网格辅助，则网格节点在认证响应中列出该新的节点的所有的潜在的邻居。该新的节点以可能连接到的感兴趣节点的列表做出响应。网格节点仅考虑应答消息中的节点的列表来进行发现活动。
6.7.执行mmW发现和波束形成
新的节点通过低于6GHz频带中的主动或被动扫描来发现邻居或网状网络。该新的节点可以直接进行动作以检查mmW频带并且与该邻居进行波束形成。该新的节点将开始针对信标而扫描mmW频带。该新的节点可以使用准全向天线来进行扫描，或者以取决于网格节点能力的特定的周期性来切换其接收方向波束。通过在低于6GHz频带中执行的通信来将网格节点mmW天线能力通知给该新的节点。还可以通过低于6GHz频带将一些方向性信息(诸如LOS的方向或者最强的x个波束)中继给该新的节点，以限制该新的节点正在扫描的波束。网格节点可以使用一些方向性信息(诸如LOS的方向或者最强的x个波束)来限制它向该新的节点发送信标的方向。
该新的节点通过公告响应或公告请求将该新的节点加入网络的意图通知给所发现的网格节点。如果新节点网格配置文件与网络配置文件匹配，则在被动扫描的情况下网格节点在来自该新的节点的公告响应之后发送的应答消息中批准新节点网络加入，或者在主动扫描的情况下通过发送给该新的节点的公告请求响应来批准新节点网络加入。
该新的节点将其能力传达给网格节点，并且如果定位信息是可用的则提供该定位信息。网格节点可以使用该信息来优化mmW波束形成的方向性或功率。网格节点可以在mmW频带上切换到发现模式以允许节点在mmW频带中对它们的天线进行波束形成。
图21例示说明所示的进行信标发射的主信标节点超帧格式的示例实施例250，该格式能够与图18中描述的DMG对等信标进行比较。网格节点在几个信标间隔之后或者在发现新的节点之后返回到向对等节点仅发射信标。在该图中，发射包括示例性地针对两个对等者示出为到对等者1的信标256和到对等者2的信标258的对等信标252，其中在所有方向上都发送了信标254，接着是关联-波束形成训练(ABFT)时间段260。ABFT时隙与对等节点相关联，并且等于对等节点的数量。在ABFT时间段之后，数据传送间隔(DTI)262开始。
图22例示说明通过调度的信标发射和SSW帧交换的发现的示例实施例270。在该图中，看到网格节点还可以在DTI时间段内调度波束形成会话以与新的节点执行波束形成。看到信标272被发射274给对等者1，并且被发射276给对等者2，接着是关联-波束形成训练(ABFT)时间段277，接着是数据传送间隔(DTI)时间段278。然后是调度的信标发射和SSW帧时间段280，其中信标被朝向新的节点发射279，并且ABFT 218向第一个时隙发射，这些然后接着是另一个DTI 282。在该图中，网格节点仅在信标发射时间段内持续向其对等者发射信标，并且在通过在DTI时间段内调度低于6GHz扫描、通过该扫描找到新的节点时，偶然地在所有方向上发射信标。
在调度的时间段内，SSW帧交换可以仅专用于新节点发现，因此不需要像IEEE802.11标准中定义的ABFT时间段那样具有许多SSW时隙。一旦新的节点被发现并且被连接到网络，网格节点就开始按每个信标发射间隔将常规的对等信标发射到该新的节点。
图23A和图23B例示说明用于带外节点发现的信令的示例实施例290。在该图中，粗箭头表示通过低于6GHz发送的信号，细箭头表示通过mmW频带发送的定向信号。该图描述了新的节点292、节点294邻居1、节点296邻居2、节点298邻居3和节点300邻居4之间的通信。公告帧通过低于6GHz频带从302邻居4 300并且从304邻居2 296发射到新的节点292。该示例中的新的节点从296邻居2接收到了公告信标，并且通过在低于6GHz频带上发送mmW公告帧响应306来对该公告信标做出响应。邻居节点296通过在低于6GHz频带上发送mmw公告帧应答(ACK)308来对该公告帧响应做出响应。认证请求310、响应312和应答314通过低于6GHz频带交换以认证节点对mmW网络的接入。一旦认证了新的节点，邻居2 296就开始根据可从低于6GHz通信获得的信息，在所有或一些方向上发射发现信标316作为mmW发射。一旦新的节点292接收到这些信标中的一个，它就以信标响应或链路设置应答318做出响应。
与网络中的其他邻居298、294继续进行相同的过程。节点298邻居3在低于6GHz频带上发送公告帧320，新的节点292对其做出响应322，然后节点298邻居3应答324。认证被示为具有来自新的节点292的请求326以及被新的节点292应答了330的响应328。作为对这的响应，节点298邻居3开始根据可从低于6GHz通信获得的信息，在所有或一些方向上发射发现信标332。
在图23B中，看到以下节点之间的类似的过程：节点294邻居1在低于6GHz频带上发送公告帧334，新的节点在低于6GHz频带上对其做出响应336，节点294邻居1也在低于6GHz频带上对其进行应答344。作为对这的响应，节点294邻居1根据可从低于6GHz通信获得的信息，在所有或一些方向上发射发现信标346。作为对这些发现信标的响应，新的节点292发送信标响应/链路设置请求348。
然后看到，常规的定向mmW对等信标350被接收为来自节点294邻居1的信标352和来自节点298邻居3的信标354。
应注意，节点298邻居3和新的节点292之间的交换不同于其他邻居的交换。具体而言，在所描述的示例中，新的节点在低于6GHz上接收了公告帧320，并且在低于6GHz上成功地认证，但是信标332没有被新的节点292接收。这是为什么新的节点不向邻居298发送信标响应或链路设置帧的原因。在完成发现过程之后，新的节点从它与其建立了连接的邻居接收到对等信标352、354。
4.8.网格辅助式或协调式的mmW发现
网格节点通过低于6GHz扫描(主动或被动扫描)的新节点发现能够触发网格节点协调式mmW发现活动。通过举例而非限制的方式，mmW发现活动可以由所联系的节点成员或者新的节点附近的所有节点执行。
图24A和图24B例示说明网格协调式mmW节点发现的示例实施例450，其中新的节点在低于6GHz频带上发现节点的列表。该新的节点监听低于6GHz频带充足的时间以发现所有的邻居。该新的节点对它已经发现的每个邻居做出响应。该新的节点所联系的节点彼此协调以形成发现活动。
具体而言，该图描述了新的节点452、节点454邻居1、节点456邻居2、节点458邻居3和节点460邻居4之间的交互。来自节点460邻居4的低于6GHz公告帧462没有到达新的节点452。然而，来自节点458邻居3的低于6GHz公告帧464被新的节点接收，新的节点发送466低于6GHz响应帧，该6GHz响应帧被节点458邻居3应答468。在本公开的至少一个实施例中，认证发生，并且这里看到其中新的节点452发送认证请求470，节点458邻居3发送对其的认证响应472，新的节点452发送对其的认证响应应答474。
节点454邻居1发送公告帧476，公告帧476被新的节点452接收，新的节点452发送响应478，该响应被节点454邻居1应答(ACK)480。新的节点452发送认证请求482，节点454邻居1对其发送认证响应484，新的节点452对其发送认证响应应答(ACK)486。
类似地，作为邻居2的节点456发送公告帧488，该公告帧被新的节点452接收，新的节点452发送响应490，该响应被作为邻居2的节点456应答492。新的节点452发送认证请求494，节点456邻居3对其发送认证响应496，新的节点452对其发送认证响应应答(ACK)498。执行网格节点协调以形成发现活动。为了简单起见，在该图中示出了通信500、502和504来抽象地例示说明协调。可以通过共享关于新的节点的信息并且决定节点联系新的节点的顺序或次序来执行协调。协调应考虑干扰和资源的调度。一旦完成发现活动，则新的节点就能够与网格中的邻居使用mmW通信。看到作为邻居1的节点454在所有方向上发送mmW发现信标506，其中一些在新的节点452处被接收，新的节点452发送信标响应/链路设置508。类似地，看到作为邻居2的节点456在所有方向上发送mmW发现信标510，其中一些在新的节点452处被接收，新的节点452发送信标响应/链路设置512。同样以这种方式，看到作为邻居3的节点458在所有方向上发送mmW发现信标514，其中一些在新的节点452处被接收。看到利用来自节点454邻居1的发射518以及来自节点456邻居2的发射520响应于新的节点将响应/链路设置请求发送给这些邻居而将常规的mmW对等信标516发送给新的节点454邻居1。
图25例示说明带外网格辅助式发现的示例实施例530。所联系的网格节点与新节点地理发现地区中的所有节点协调以针对新的节点开始发现活动。所联系的网格节点包括基于取决于发现的(一个或多个)STA(其地理发现地区中的节点)的估计的新的节点的所有潜在邻居。新的节点监听低于6GHz频带直到它发现至少一个邻居为止。新的节点在低于6GHz频带上对该邻居做出响应，向它通知在mmW频带上与它进行对等通信的兴趣。将地理发现地区定义为作为新的节点的潜在的邻居的节点，假定它能够在低于6GHz频带中发现一个或多个邻居。基于从低于6GHz扫描收集到的数据，网格针对新的节点协调发现活动。可以以多种形式调度发现活动。
在该图中描述了新的节点532、节点534邻居1、节点536邻居2、节点538邻居3和节点540邻居4之间的交互。低于6GHz公告帧542从节点540邻居4发送，但是没有到达新的节点532。然而，来自节点538邻居3的低于6GHz公告帧544被新的节点接收，新的节点发送546低于6GHz响应帧，该响应帧被节点538邻居3应答548。在本公开的至少一个实施例中，认证发生，并且这里看到其中新的节点532发送认证请求550，节点538邻居3对其发送认证响应552，新的节点532对其发送认证响应应答554。
执行网格节点协调556、558以形成发现活动。该协调可以通过联系新的节点的所有潜在的邻居并且协调每个节点将开始发射其发现信标的顺序或时间来进行。协调应考虑干扰和资源的调度。一旦完成发现活动，则新的节点就能够与网格中的邻居使用mmW。看到作为邻居1的节点532在所有方向上发送mmW发现信标560，其中一些在新的节点532处被接收，新的节点532发送信标响应/链路设置562。类似地，看到作为邻居2的节点536在所有方向上发送mmW发现信标564，其中一些在新的节点532处被接收，其中该新的节点发送信标响应/链路设置566。同样以这种方式，看到作为邻居3的节点538在所有方向上发送mmW发现信标568，其中一些在新的节点532处被接收。常规的mmW对等信标570被示为包括来自节点532邻居1的发射572以及来自节点536邻居2的发射574，看到这些发射被发送给新的节点。
图26A和图26B例示说明通过mmW发现信标的发现辅助的示例实施例670。地理发现地区中的节点在mmW频带上切换到发现模式以使得节点在mmW频带中对它们的天线进行波束形成。该图描述了对MSTA A 672、MSTA B 674和MSTA C 676的发射。例如，在MSTA A中看到ABFT时间段680，然后是DTI时间段682，并且能够看到，使用附加的ABFT 680和DTI 682时间段在所有方向上发送684信标。发射图被标记，以示出辅助式发现时间段678，该时间段导致新的节点形成686连接。
因此，该图示出了在信标发射时间段内切换到通过所有的天线发射信标。网格节点将在几个信标间隔之后或者在发现新的节点之后返回到仅向对等节点发射信标。在网格节点开始发射信标之前，用于该网格节点的ABFT时间段包括针对发射的对等信标中的每个对等信标的时隙。这使得针对SSW帧交换的时隙的数量等于对等者的数量。当网格节点切换到发送发现信标时，它针对新的节点添加新的时隙。在发现阶段结束时，网格节点可以以与新的节点连接而结束，并且如MSTA B中所看到的那样在ABFT内为它永久地分配时隙。
图27A和图27B例示说明地理发现地区中的节点协调mmW频带上的发现信标的发射以允许节点在mmW频带中对它们的天线进行波束形成的示例实施例710。在该图中，在DTI时间段内通过所有天线扇区调度发射。网格节点根据如通过低于6GHz发现的新的节点的能力来在许多周期内重复信标的发射。
该图描述了MSTA A 712、MSTA B 714和MSTA C 716的发射。例如，在MSTA A中看到ABFT时间段718，然后是DTI时间段720，其中进入辅助式发现时间段717接着是SSW帧交换724和在所有方向上发送信标的时间段722，此后是可能的链路设置时隙725。看到由MSTA A712进行的发射继续有仅在对等方向上发送的信标726、ABFT时间段728和DTI时间段730。该图还在MSTA B中示出有新的节点响应于辅助式发现时间段717形成732连接。
因此，如在该图中所看到的，在每个信标发射周期结束时，从所有天线扇区发射信标，分配时隙用于SSW帧交换。在至少一个实施例中，还保留时间段用于在所有信标周期的发射和SSW时隙结束时建立对等链路。在常规的帧中发射信标时，如果新的节点连接到网格节点，则如MSTA B中所看到的那样，对等信标和分配的SSW时隙被添加并且专用于新的节点。
4.9.地理发现地区
针对每个MSTA或MSTA扇区创建节点的地理集群。对于每个节点扇区，该扇区正在覆盖的区域表示该扇区的印迹(foot print)。在该扇区的印迹中能够发现的可能的相邻节点或节点扇区的集合包括地理发现节点/扇区集合。该集合包含可以被由该扇区发现的或者该扇区中的任何新的节点看到的节点或扇区。并非该集合的所有成员通常都将被新的节点发现，但是它表示所有可能的潜在邻居。该集合应在新的节点正在加入网络的任何时间更新以包括新的MSTA加入。可以使用测量活动收集、网络的拓扑信息或者某种形式的天线方向图分析来构造该集合。
图28例示说明节点或扇区地理发现集合(扇区覆盖区域)的示例实施例790。该图描述了具有扇区798a至798d的MSTA A 792、具有扇区800a至800d的MSTA B 794以及具有扇区802a至802d的MSTA C 796，描述了它们的重叠的天线方向扇区。从该图能够看出，MSTA A792扇区3(S3)798c所发现的任何节点可以具有MSTA C796(S1)802a和(S2)802b、和/或还有MSTA B 794(S4)800d作为邻居。MSTA B 794(S1)800a所发现的任何节点将仅具有作为潜在的邻居的MSTA A 792(S2)798b。地理发现地区的形成可以由系统通过网络中的测量报告或者通过利用分析小区规划过程来执行。
分析小区规划基于在节点的扇区的每个覆盖区域处估计潜在的邻居是什么并且在节点扇区处加载列表。为了通过测量报告生成该列表，可以利用集中式或分布式进程。每个节点和/或扇区维护该节点/扇区能够发现的相邻的节点/扇区的列表。在至少一个实施例中，集体处理这些列表以形成它们之间的关系。结果是针对每个扇区估计潜在的邻居是什么(如果该扇区被发现的话)。
网络中的节点越多，发现地区的估计将越准确。此外，当节点正在移动并且发现新的节点时，应将更新与能够被发现的新的节点/扇区的集合一起发送。移动节点正在发现和看不到其他节点并且形成能够被同时看到的邻居的新的列表。这些列表被保存并且被周期性地处理。
在集中式进程中，节点正在将每个扇区的相邻列表发送给中央实体。中央实体从所有的网络节点收集所有的列表，并且形成地理发现地区。中央实体在对收集的列表进行处理之后发送对每个节点设置的地理发现地区。一旦相邻列表改变以更新网络信息，节点就能够周期性地或暂时性地发送在一段时间收集的所有的列表的报告。
在分布式进程中，节点正在将这些列表中的每个发送给这些列表的所有成员。在这种情况下，在节点看不到列表成员中的任何一个之前，应在更新列表的时刻将列表发送给列表的所有成员。一旦节点从另一个节点接收到列表，它就将列表的所有成员添加到从其接收到它的扇区的发现地区。
图29例示说明作为图28所示的情况的变型的示例实施例810，该实施例描述了节点移动和形成新的列表的情况。如表中所示，这些列表用于更新为这些邻居设置的地理发现地区。该图描述了具有扇区798a至798d的MSTA A 792、具有扇区800a至800d的MSTA B794以及具有扇区802a至802d的MSTA C 796，描述了它们的重叠的天线方向扇区。移动节点被示为移动通过与三个固定的节点相关联的天线扇区，其中移动节点中间位置被看作812a至812f，因为新的列表是在邻居关联如下改变时创建的：从L1 812a处的作为单独的邻居的MSTA A 792(S4)变为L2 812b处的邻居MSTA A 792(S4)和MSTA C 796(S1)，变为L3 812c处的作为单独的邻居的MSTA C 796(S1)，变为L4 812d处的MSTA A 792(S3)和MSTA C 796(S1)，变为L5 812e处的MSTA A 792(S3)、MSTA C 796(S1)和MSTA B 794(S4)，最后变为L6812f处的MSTA A 792(S3)和MSTA B 794(S4)。
因此，该图示出了节点移动和形成新的列表的示例，这些新的列表用于更新为这些邻居设置的地理发现地区。表1针对图29的示例详述了针对移动节点位置L1至L6中的每个位置的邻居列表和发现地区更新。
4.10.新的帧格式
4.10.1.mmW网络公告
该帧在低于6GHz频带上从网格STA定期发送以公告节点的mmW通信能力。此外，该帧用于公告mmW RF和基带的能力并且将选择的信息包括到新的节点以帮助它与STA进行波束形成，从而诸如降低开销和/或加快波束形成过程。
在至少一个实施例中，网络公告帧包括以下信息：(a)SSID/SSID列表—新的STA正在尝试连接到的(一个或多个)mmW SSID的列表；(b)DMG能力—MSTA支持能力；(c)网格ID—网格ID元素；以及(d)网格辅助—如果网格发现辅助是可选的则为真。
4.10.2.mmW网络公告响应
该帧作为对接收到网络公告帧的响应在低于6GHz频带上从新的节点发送。该帧向网格STA通知正在尝试连接到mmW网络的新的节点的存在。响应优选地传达新的节点的mmWRF和基带的能力以及使得新的节点更容易与STA进行波束形成(例如降低波束形成的开销和/或加快波束形成的过程)的任何信息。
在至少一个实施例中，网络公告响应帧包括以下信息：(a)NSID—新的STA的标识符；(b)SSID—新的STA正在尝试连接到的mmW SSID的列表；(c)DMG能力—新的STA支持能力；(d)网格ID—网格ID元素；(e)网格辅助—如果请求了网格发现辅助则为真。
4.10.3.mmW网络公告应答
该帧作为对接收到网络公告响应的应答并且为了授权节点连接到mmW网络而在低于6GHz频带上从网格STA发送给新的节点。该帧用于向新的STA通知关于在mmW频带上调度的发现活动的信息。
在至少一个实施例中，网络公告应答帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；(b)SSID/SSID列表—新的STA正在尝试连接到的(一个或多个)mmW SSID的列表；(c)网格辅助—如果启用了网格发现辅助则为真；(d)信道—MSTA正在发射发现信标的信道；(e)同步信息—新的STA预期mmW信标的时间；以及(f)定位信息——帮助新的节点指引其在STA方向上的波束形成的信息。
4.10.4.mmW网络加入请求
该帧在低于6GHz频带上从新的节点发送给网格STA以公告其存在并且请求与相邻节点的mmW链路建立。此外，该帧用于公告mmW RF和基带的能力以及使得新的节点更容易与STA进行波束形成(诸如前面提到的关于降低开销和/或加速波束形成过程)的一些信息。
在至少一个实施例中，网络加入请求帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；(b)DMG能力—MSTA支持能力；(c)网格ID—网格ID元素；以及(d)网格辅助—如果网格发现辅助是可选的则为真。
4.10.5.mmW网络加入响应
该帧作为对来自新的STA的网络加入请求的响应在低于6GHz频带上从网格STA发送给新的节点。该帧被发射以向新的STA通知关于在mmW频带上调度的发现活动的信息。
在至少一个实施例中，网络加入响应帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；(b)SSID/SSID列表—新的STA正在尝试连接到的(一个或多个)mmW SSID的列表；(c)网格辅助—如果启用了网格发现辅助则为真；(d)信道—MSTA正在发射发现信标的信道；(e)同步信息—新的STA预期mmW信标的时间；以及(f)定位信息—帮助新的节点指引其在STA方向上的波束形成的信息。
4.10.6.mmW认证请求
该帧在低于6GHz频带上从新的节点发送给网格STA以请求mmW网络上的认证。该授权进行操作以使得如果新的节点没有被授权接入mmW网络则避免mmW频带上的任何附加的活动(例如新节点辅助)。
在至少一个实施例中，认证请求帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；以及(b)认证信息—认证信息请求。
4.10.7.mmW认证响应
该帧作为对mmW网络认证请求的响应在低于6GHz频带上从一个或多个网格STA发送给新的节点。如果允许网格辅助，则网格节点将在新的节点的地理发现地区中添加其他节点以检查新的节点是否有兴趣在mmW频带上发现它们。
在至少一个实施例中，认证响应帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；(b)认证响应——真或假；以及(c)网格辅助列表—地理发现地区中的节点的列表。
4.10.8.mmW认证响应ACK
该帧在低于6GHz频带上从新的节点发送给网格STA以应答mmW网络认证响应的接收，使得如果新的节点没有被授权接入mmW网络，则避免mmW频带上的任何活动(例如新节点辅助)。如果允许网格辅助，则新的节点优选地以它有兴趣在mmW网络中发现的节点的列表来做出响应(如果在认证响应帧中发送了该列表的话)。
在至少一个实施例中，认证响应ACK帧包括以下信息：(a)NSID—要被辅助的新的STA的标识符；以及(b)网格辅助列表响应—新的节点有兴趣在mmW频带上发现的地理发现地区中的节点的列表。
4.10.9.发现信标
这是类似于常规的801.11DMG信标帧、但是具有支持附加特征的一些元素的帧。这些帧优选地在mmW频带中由MSTA在所有方向上发射以帮助发现和公告网络。该帧包含特定的细节以允许新的节点发现网络，并且不同于意图同步并管理网格对等者和所连接的STA的对等信标。如果802.11DMG信标的许多元素不是新节点发现所需的，则它能够被移除或者认为是可选的。一旦节点连接到网状网络，它就能够通过对等信标来接收所有的省略的信息。这是非常轻的信标，并且具有使节点发现网格节点、形成连接并且开始接收对等信标的基本信息。
辅助响应消息的帧还将信标类型指示为发现或者对等信标。
4.10.10.对等信标
这是类似于常规的802.11DMG信标帧、但是具有支持附加特征的一些元素的帧。这些帧由所有的节点在mmW频带中仅在它们的对等STA的方向上或者在它们的对等STA方向的周围发射给它们的对等STA。该对等信标用于比如同步、频谱和信道管理的信标功能。传达的信息意图使网络中的节点管理网络并且维持网络中的同步。如果802.11DMG信标的许多元素不是当前的网格STA所需的，并且仅意图用于新节点发现和网格信息，则它能够被移除或者认为是可选的。
对等信标的帧应至少包含关于信标类型的信息，包括它是发现信标还是对等信标。
5.总结
具有mmW频带上的定向发射的无线通信系统/装置/方法还被配置为在至少一个低于6GHz频带上发射和接收以帮助用于mmW网状网络发现的扫描。每个节点的编程被配置为在低于6GHz频带上发射功率减小的mmW网络公告帧以公告mmW网络的存在以及mmW通信装置的能力。每个节点的编程被配置为在低于6GHz频带上接收功率减小的mmW网络加入请求帧，这些帧公告mmW频带中的节点的存在、该节点的能力以及该节点针对帮助找到邻居和加入网络向接收mmW站的请求。
除了以上之外，在至少一个实施例中，所述系统/装置/方法被配置为利用定向发射来发射信标以维持其相邻的对等站之间的现有的链路。周期性且仅仅将这些信标发射给相邻的对等STA以维持同步和管理资源。并非一直在所有方向上发射这些mmW信标。
除了上述之外，在至少一个实施例中，搜索网络邻居的新的站(STA)被配置为在低于6GHz频带上从网络站接收功率减小的mmW网络公告帧，新的站通过发送低于6GHz消息以向网络站(STA)通知其存在来对该帧做出响应。此后，新的站切换到在mmW频带上通信以发现(一个或多个)邻居。
除了以上之外，在至少一个实施例中，在低于6GHz频带上从新的站接收功率减小的mmW网络加入请求帧的站被配置为对新的站做出响应并且传达关于mmW网络的信息。新的站被配置为切换到mmW频带以发现(一个或多个)邻居。
除了以上之外，在至少一个实施例中，mmW网络中的通过低于6GHz频带与新的节点通信的站通过在所有方向上发射mmW信标并且与新的站进行波束形成(如果它在mmW网络的覆盖区域内)来帮助新的站。
除了以上之外，在至少一个实施例中，网络中的通过低于6GHz频带与新的站通信的站与作为mmW网络中的潜在邻居的其他站进行协调以通过在所有方向上发射mmW信标并且与新的站进行波束形成(如果它在mmW网络的覆盖区域内)来帮助新的站。
所提出的技术中所描述的增强能够在各种毫米波发射器、接收器和收发器内容易地实现。还应意识到，现代的发射器、接收器和收发器被优选地实现为包括一个或多个计算机处理器设备(例如CPU、微处理器、微控制器、计算机启用的ASIC等)以及相关联的存储指令的存储器(例如RAM、DRAM、NVRAM、FLASH、计算机可读介质等)，其中存储在存储器中的编程(指令)在处理器上被执行以执行本文中所描述的各种过程方法的步骤。
为了简化例示说明，没有在示图中描述计算机和存储器设备，因为本领域的普通技术人员认识到使用计算机设备以实现各种现代的通信设备所涉及的步骤。所提出的技术关于存储器和计算机可读介质是非限制性的，只要这些是非暂时性的并且不因此构成暂时性电子信号。
还将意识到，这些计算系统中的计算机可读介质(存储指令的存储器)是“非暂时性的”，包括任何和所有形式的计算机可读介质，唯一的例外是暂时性的传播信号。因此，所公开的技术可以包括任何形式的计算机可读介质，包括随机存取的那些介质(例如RAM)、需要周期性刷新的那些介质(例如DRAM)、随时间而劣化的那些介质(例如EEPROM、盘介质)、或者仅短暂时间段和/或仅在存在电力时存储数据的介质，唯一的限制是术语“计算机可读介质”不适用于暂时性的电子信号。
本技术的实施例在本文中可以参照根据本技术的实施例的方法和系统的流程图图示、和/或进程、算法、步骤、操作、公式或其他计算描述(它们也可以被实现为计算机程序产品)来描述。就这一点而言，流程图的每个框或步骤、流程图中的框(和/或步骤)的组合、以及任何进程、算法、步骤、操作、公式或计算描述可以通过各种手段(诸如硬件、固件和/或软件(包括以计算机可读程序代码实施的一个或多个计算机程序指令))来实现。如将意识到的，任何这样的计算机程序指令都可以由一个或多个计算机处理器(包括但不限于通用计算机或专用计算机)或其他可编程处理装置来执行以产生机器，使得在所述(一个或多个)计算机处理器或其他可编程处理装置上执行的计算机程序指令创建用于实现指定的(一个或多个)功能的手段。
因此，本文中所描述的流程图的框以及进程、算法、步骤、操作、公式或计算描述支持用于执行指定的(一个或多个)功能的手段的组合、用于执行指定的(一个或多个)功能的步骤的组合、以及诸如在计算机可读程序代码逻辑手段中实施的用于执行指定的(一个或多个)功能的计算机程序指令。还将理解，本文中所描述的流程图的每个框以及任何进程、算法、步骤、操作、公式、或计算描述和它们的组合能够由执行指定的(一个或多个)功能或(一个或多个)步骤的基于专用硬件的计算机系统、或者专用硬件和计算机可读程序代码的组合来实现。
此外，诸如在计算机可读程序代码中实施的这些计算机程序指令还可以被存储在能够指导计算机处理器或其他可编程处理装置以特定的方式发挥功能的一个或多个计算机可读存储器或存储器设备中，使得存储在计算机可读存储器或存储器设备中的指令产生制造品，所述制造品包括实现(一个或多个)流程图的(一个或多个)框中指定的功能的指令手段。计算机程序指令还可以被计算机处理器或其他可编程处理装置执行以使一系列操作步骤在计算机处理器或其他可编程处理装置上被执行以产生计算机实现过程，使得在计算机处理器或其他可编程处理装置上执行的指令提供用于实现(一个或多个)流程图的(一个或多个)框中指定的功能、(一个或多个)进程、(一个或多个)算法、(一个或多个)步骤、(一个或多个)操作、(一个或多个)公式或者(一个或多个)计算描述的步骤。
将进一步意识到，如本文中所使用的术语“编程”或“程序可执行”是指能够被一个或多个计算机处理器执行以执行如本文中所描述的一个或多个功能的一个或多个指令。所述指令能够在软件、固件、或者软件和固件的组合中实施。所述指令能够被存储在非暂时性介质中的设备的本地，或者能够被远程地存储在诸如服务器上，或者所述指令的全部或部分能够被本地和远程地存储。远程地存储的指令能够通过用户发起或者自动地基于一个或多个因素被下载(推送)到所述设备。
将进一步意识到，如本文中所使用的，术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、中央处理单元(CPU)和计算机被同义地用于表示能够执行所述指令并且与输入/输出接口和/或外围设备进行通信的设备，并且术语处理器、硬件处理器、计算机处理器、CPU和计算机意图包含单个或多个设备、单个核和多个核以及它们的变型。
根据本文中的描述，将意识到，本公开包含多个实施例，这些实施例包括但不限于以下：
1.一种用于网状网络中的无线通信的装置，包括：(a)无线通信电路，被配置为利用以下两种通信来与其他无线通信站进行无线通信：(A)定向毫米波(mmW)通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及(B)低于6GHz无线通信；(b)处理器，被耦合到被配置为在所述网状网络上操作的站内的所述无线通信电路；(c)非暂时性存储器，存储所述处理器能够执行的指令；以及(d)其中，所述指令在被所述处理器执行时执行包括以下步骤的步骤：(d)(i)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；(d)(ii)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标、对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；(d)(iii)通过所述低于6GHz无线通信，从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；以及(d)(iv)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告。
2.一种用于网状网络中的无线通信的装置，包括：(a)无线通信电路，被配置为利用以下两种通信来与其他无线通信站进行无线通信：(A)定向毫米波(mmW)通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及(B)低于6GHz无线通信；(b)处理器，被耦合到被配置为在所述网状网络上操作的站内的所述无线通信电路；(c)非暂时性存储器，存储所述处理器能够执行的指令；以及(d)其中，所述指令在被所述处理器执行时执行包括以下步骤的步骤：(d)(i)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；(d)(ii)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标、对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；(d)(iii)通过所述低于6GHz无线通信，从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；(d)(iv)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告；(d)(v)如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应；以及(d)(vi)将所述新的站切换到使用定向毫米波(mmW)通信以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
3.一种用于在网状网络中执行无线通信的方法，包括：(a)由站的处理器控制，将无线通信生成为以下两种通信：定向毫米波(mmW)通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及使用低于6GHz无线通信；(b)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；(c)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标、对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；(d)通过所述低于6GHz无线通信，从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；以及(e)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告。
4.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应。
5.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：切换所述新的站以进行定向毫米波(mmW)通信，以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
6.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：将所述站作为对等站进行操作，并且通过所述低于6GHz无线通信与所述新的站进行通信，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站(如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内)。
7.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：将所述站作为对等站进行操作，并且与作为所述网状网络中的所述新的站的潜在的邻居的对等站进行协调，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站(如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内)。
8.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：执行认证，其中新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到定向毫米波(mmW)通信以进行波束形成。
9.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为通过将响应发送给所述新的节点来对来自所述新的节点的所述认证请求做出响应。
10.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，所述响应包括供所述新的节点使用的附加信息。
11.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，其中所述附加信息包括所述网状网络上的其他相邻的节点的列表。
12.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：将所述站作为对等站进行操作，并且通过所述低于6GHz无线通信与所述新的站进行通信，以通过在所有方向上发射毫米波信标并且与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站(如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内)。
13.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：将所述站作为对等站进行操作，并且与作为所述网状网络中的所述新的站的潜在的邻居的对等站进行协调，以通过在所有方向上发射毫米波信标并且与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站(如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内)。
14.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：执行认证，其中新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到定向毫米波(mmW)通信以进行波束形成。
15.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为通过将响应发送给所述新的节点来对来自所述新的节点的所述认证请求做出响应。
16.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，所述响应包括供所述新的节点使用的附加信息。
17.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，其中所述附加信息包括所述网状网络上的其他相邻的节点的列表。
18.前述任一实施例的装置或方法，还包括：如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应。
19.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：切换所述新的站以进行定向毫米波(mmW)通信以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
20.前述任一实施例的装置或方法，其中，所述新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到定向毫米波(mmW)通信以进行波束形成。
如本文中所使用的，单数术语“一个”、“一”和“该”可以包括复数指代物，除非上下文另有明确地规定。对单数对象的参照并不意图意指“一个且只有一个”，除非有如此明确的陈述，而是意图意指“一个或多个”。
如本文中所使用的，术语“集合”是指一个或多个对象的汇集。因此，例如，对象的集合可以包括单个对象或多个对象。
如本文中所使用的，术语“基本上”和“大约”用于描述和考虑小的变化。当结合事件或情况使用时，所述术语可以是指事件或情况精确地发生的实例、以及事件或情况大致接近地发生的实例。当结合数值使用时，所述术语可以是指小于或等于该数值的±10％的变化的范围，诸如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或者小于或等于±0.05％。例如，“基本上”对准可以是指小于或等于±10°的角度变化范围，诸如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°、或者小于或等于±0.05°。
另外，数量、比率和其他数值在本文中有时可以以范围格式表示。将理解，这样的范围格式是为了方便和简洁而被使用的，并且应被灵活地理解为包括被明确地指定为范围的限制的数值，而且还包括包含在该范围内的所有的单个的数值或子范围，就像每个数值和子范围被明确地指定一样。例如，大约1至大约200的范围内的比率应被理解为包括大约1和大约200的明确记载的限制，而且还包括诸如大约2、大约3和大约4的单个的比率，以及诸如大约10至大约50、大约20至大约100等的子范围。
尽管本文中的描述包含许多细节，但是这些不应被解释为限制本公开的范围，而是仅仅提供目前优选的实施例中的一些的例示说明。因此，将意识到，本公开的范围充分地包含对于本领域技术人员可以变得明显的其他实施例。
本领域的普通技术人员已知的、所公开的实施例的元素的所有的结构和功能等同形式通过引用明确地合并到本文中，并且意图被目前的权利要求所包含。此外，本公开中没有元素、组件或方法步骤意图是献给公众的，不管该元素、组件或方法步骤是否被明确地记载在权利要求中。本文中没有权利要求元素要被解释为“装置加功能”元素，除非使用措辞“用于……的装置”明确地记载了该元素。本文中没有权利要求元素要被解释为“步骤加功能”元素，除非使用措辞“用于……的步骤”明确地记载了该元素。
表1
图33中例示的发现地区形成
Figure BDA0002394613410000431

Claims (20)

1.一种用于网状网络中的无线通信的装置，包括：
(a)无线通信电路，被配置为利用以下两种通信来与其他无线通信站进行无线通信：(A)定向毫米波mmW通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及(B)低于6GHz无线通信；
(b)处理器，被耦合到被配置为在所述网状网络上操作的站内的所述无线通信电路；
(c)非暂时性存储器，存储所述处理器能够执行的指令；以及
(d)其中，所述指令在被所述处理器执行时执行包括以下步骤的步骤：
(i)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；
(ii)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标，即对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；
(iii)通过所述低于6GHz无线通信从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；以及
(iv)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：切换所述新的站以进行定向毫米波mmW通信，以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：将所述站作为对等站进行操作，并且如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内，则通过所述低于6GHz无线通信与所述新的站进行通信，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内，则将所述站作为对等站进行操作，并且与作为所述网状网络中的所述新的站的潜在的邻居的对等站进行协调，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：执行认证，其中新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到所述定向毫米波mmW通信以进行波束形成。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为通过将响应发送给所述新的节点来对来自所述新的节点的所述认证请求做出响应。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，所述响应包括供所述新的节点使用的附加信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，其中所述附加信息包括所述网状网络上的其他相邻的节点的列表。
10.一种用于网状网络中的无线通信的装置，包括：
(a)无线通信电路，被配置为利用以下两种通信来与其他无线通信站进行无线通信：(A)定向毫米波mmW通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及(B)低于6GHz无线通信；
(b)处理器，被耦合到被配置为在所述网状网络上操作的站内的所述无线通信电路；
(c)非暂时性存储器，存储所述处理器能够执行的指令；以及
(d)其中，所述指令在被所述处理器执行时执行包括以下步骤的步骤：
(i)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；
(ii)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标，即对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；
(iii)通过所述低于6GHz无线通信从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；
(iv)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告；
(v)如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应；以及
(vi)将所述新的站切换到使用定向毫米波mmW通信以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内，则将所述站作为对等站进行操作，并且通过所述低于6GHz无线通信与所述新的站进行通信，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：如果所述新的站在所述网状网络的覆盖区域内，则将所述站作为对等站进行操作，并且与作为所述网状网络中的所述新的站的潜在的邻居的对等站进行协调，以通过在所有方向上发射毫米波信标以及与所述新的站进行波束形成来帮助所述新的站。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：执行认证，其中新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到所述定向毫米波mmW通信以进行波束形成。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为通过将响应发送给所述新的节点来对来自所述新的节点的所述认证请求做出响应。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：所述网状网络上的对等站被配置为将所述响应发送给所述新的节点，所述响应包括供所述新的节点使用的附加信息。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：使所述网状网络上的对等站将所述响应发送给所述新的节点，其中所述附加信息包括所述网状网络上的其他相邻的节点的列表。
17.一种用于在网状网络中执行无线通信的方法，包括：
(a)由站的处理器控制，将无线通信生成为以下两种通信：定向毫米波mmW通信，具有多个天线方向图扇区，每个天线方向图扇区具有不同的发射方向；以及使用低于6GHz无线通信；
(b)在所述网状网络上将所述站作为对等站进行操作以维持与所述网状网络上的相邻的对等站的通信；
(c)使用具有多个天线方向图扇区的所述定向毫米波通信来发射包括时间同步和资源管理信息的第一类型的信标，即对等信标，以维持所述网状网络内的一个或多个相邻的对等站之间的现有的链路；
(d)通过所述低于6GHz无线通信，从所述对等站发射作为网络发现信标的第二类型的信标，其中所述网络发现信标包含识别所述网状网络的网状网络配置文件信息，以帮助用于新的站加入所述网状网络的网络发现；以及
(e)通过所述低于6GHz无线通信接收针对所述网状网络的加入请求帧，所述加入请求对所述新的站连同所述新的站的能力以及从所述新的站到所述网状网络的任何接收站的请求帮助找到邻居并且加入所述网状网络的请求进行公告。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：如果所述站还没有加入所述网状网络，则将所述站作为所述新的站进行操作，其中，所述新的站被配置为：通过所述低于6GHz无线通信从作为对等站连接在所述网状网络上的发送站接收网络公告帧，并且通过经由所述低于6GHz无线通信发射响应消息以向所述发送站通知所述新的站的存在来做出响应。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述指令在被所述处理器执行时还执行包括以下步骤的步骤：切换所述新的站以进行定向毫米波mmW通信，以发现所述网状网络上的一个或多个邻居。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述新的节点通过所述低于6GHz无线通信发送对所述网状网络的认证请求，并且如果认证成功，则所述新的节点切换到所述定向毫米波mmW通信以进行波束形成。
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