CN112055994A - 具有基于定时可预测性的冲突解决方案的智能无线电仲裁器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无线通信的无线电仲裁器、电子系统和方法,其中通过单个无线电模块接收至少两个RF(射频)请求。该无线电仲裁器基于在接收RF请求之前针对RF请求已知的定时信息来执行预测性仲裁。RF请求可基于ZigBee、低功耗蓝牙或WiFi通信拓扑结构中的一者或多者。
Description
优先权声明
本申请要求于2018年4月30日提交的申请序列号为62/664828、名称为“具有基于定时可预测性的冲突解决方案的智能无线电仲裁器(SMART RADIO ARBITER WITHCONFLICTION RESOLUTION BASED ON TIMING PREDICTABILITY)”的美国临时专利申请的权益,并且要求于2018年7月17日提交的申请序列号为16/037599、名称为“具有基于定时可预测性的冲突解决方案的智能无线电仲裁器(SMART RADIO ARBITER WITH CONFLICTIONRESOLUTION BASED ON TIMING PREDICTABILITY)”的美国专利申请的提交日期的权益,该美国专利申请还要求申请序列号为62/664828的美国临时专利申请的优先权,这些申请各自的内容和公开据此通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及无线通信,并且更特别地,涉及支持与单个射频(RF)无线电之间的不同链路的无线子系统。
背景技术
当以不同协议操作的无线子系统共享公共通信信道(例如,无线射频(RF)频带)时,可能需要附加的过程来仲裁无线子系统内的分组流量。根据预定义的标准,多个通信模块可在相同(或重叠)的频带下操作。因此,在它们之间可能引起物理干扰。在802.11和802.15双无线电系统中,抑制WLAN模块和蓝牙模块之间遇到的物理干扰的常规技术是IEEE802.15.2分组流量仲裁(PTA)。PTA机制是基于优先级的控制系统,该控制系统包括仲裁电路,该仲裁电路耦接到WLAN模块和蓝牙模块,并且被配置为使任一模块能够执行RF活动。仲裁可基于定义不同流量类型的优先级的优先级表。可无条件地授权最高优先级的流量类型的请求,而可能仅在较高优先级的流量不活动时才授权较低优先级的流量类型。
发明内容
在一些实施方案中,无线电仲裁器包括处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包括存储在其上的指令,当由处理器运行该指令时,使得处理器接收与第一低功率无线协议相关联的第一RF请求,接收与第二低功率无线协议相关联的第二RF请求,并且基于在接收第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停第一RF请求,直到完成第二RF请求之后。
在一些实施方案中,电子系统包括无线子系统,该无线子系统包括无线电模块、根据不同拓扑结构配置的多个链路控制器和无线电仲裁器。无线电仲裁器被配置为在无线电模块与多个链路控制器之间传输和接收数据,并且基于在接收第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停第一RF请求,直到完成第二RF请求之后。
在一些实施方案中,一种无线通信的方法包括:通过具有第一优先级的无线电模块接收第一RF请求,通过具有高于第一优先级的第二优先级的无线电模块接收第二RF请求,并且响应于确定授权第一RF请求将导致与第二RF请求发生冲突而暂停第一RF请求。
附图说明
虽然本公开以特别指出并清楚地要求保护具体实施方案的权利要求书作为结尾,但当结合附图阅读时,通过以下描述可更容易地确定本公开范围内的实施方案的各种特征和优点,在附图中:
图1是根据本公开的实施方案的无线子系统的简化框图。
图2是示出没有本公开的预测性定时方面的无线电仲裁器操作的时序图。
图3是示出基于优先级的无线电仲裁器的操作的时序图。
图4是示出基于可预测性的无线电仲裁器的操作的时序图。
图5是示出根据本公开的实施方案的基于所预测的仲裁事件的最大传输延迟的时序图。
图6是示出根据本公开的实施方案的没有所预测的冲突的无线电仲裁器操作的时序图。
图7至图9是示出根据本公开的实施方案的具有针对不同优先级情况的所预测的发射器冲突的无线电仲裁器操作的时序图。
图10和图11是示出根据本公开的实施方案的具有针对不同优先级情况的所预测的接收器冲突的无线电仲裁器操作的时序图。
具体实施方式
在以下详细描述中,参考了形成其一部分的附图,并且在附图中以举例的方式示出了可实践本公开的具体实施方案。充分详细地描述了这些实施方案,以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而,应当理解,详细描述和具体示例虽然指示了本公开的实施方案的示例,但是仅以举例方式而非限制方式给出。根据本公开,各种替换、修改、添加、重新布置或其组合可在本公开的范围内进行,并且对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
根据通常的实践,附图中所示的各种特征部可以不按比例绘制。本文所呈现的图示并不旨在为任何特定装置(例如设备、系统等)或方法的实际视图,而仅仅是用于描述本公开的各种实施方案的表示。因此,为清楚起见,各种特征部的尺寸可随意扩展或减小。此外,为清楚起见,可简化一些附图。因此,附图可能未示出给定装置的所有部件或特定方法的所有操作。
本文所述的信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如,可在整个本说明书中参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者它们的任何组合来表示。为了清晰地呈现和描述,一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域普通技术人员应当理解,信号可表示信号的总线,其中该总线可具有各种比特宽度,并且本公开可在任何数量的包括单个数据信号的数据信号上实现。
应当理解,本文中使用名称诸如“第一”、“第二”等对元件的任何提及不限制这些元件的数量或顺序,除非明确说明此类限制。相反,这些名称在本文中用作区分两个或更多个元件或者一个元件的两个或更多个实例的便利方法。因此,对第一元件和第二元件的提及并不意味着只能使用两个元件,或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。而且,除非另有说明,否则一组元件可包括一个或多个元件。同样地,有时以单数形式提及的元件也可包括元件的一个或多个实例。
实施方案包括无线电仲裁器,该无线电仲裁器被配置为针对至少两个不同无线电协议(例如,Zigbee和蓝牙)仲裁至少两个不同链路控制器之间的RF无线电链路的所有权。因为两个链路都不需要利用100%的无线电无线广播时间,所以无线电仲裁器通过基于两个链路控制器的单独请求的优先级智能地切换该两个链路控制器之间的所有权而在两个链路控制器之间共享无线电的无线广播时间。基于请求中的每一个的子任务的状态,可使用所编程的增量优先级来修改各个请求的基本优先级。通过基于子状态避免任务的终止,子任务的增量优先级可以增加两个链路之间的无线电利用效率。硬件方案将可编程子任务优先级设置到以下类别中:增量、减量和绝对。
如本公开中所使用的,“无线通信链路”意指两个设备之间的物理通信信道,其中通信的物理介质主要是射频(RF)波。例如,无线通信链路的信道可为两个设备之间的特定于频率的通信路径。信道可为被分配用于通信的由许多可能的信道构成的频谱的一部分。无线通信链路实际上可在两个设备之间的通信期间使用频谱内的多个信道,例如,使用诸如跳频和自适应跳频的技术。无线通信链路可为单向的(例如,设备具有发射器,但没有接收器或未被配置为接收消息,因此该链路是单向的)和双向的(例如,既发送又接收的设备)。如本公开中所使用的,“通信消息”意指作为一个或多个分组通过无线通信链路发送的管理消息(例如,用于设置无线通信链路)和信息消息(例如,数据有效载荷)。
如本文所使用,“冲突”意指在给定时间内,存在使用相同或至少部分重叠的射频带的两个或更多个无线通信传输。
本公开的实施方案可包括无线电仲裁器处理两个或更多个短链路RF拓扑结构。第一RF拓扑结构可根据低功率、低速率无线个人局域网来配置。作为非限制性示例,第一RF拓扑结构可根据IEEE 802.15.4技术标准进行操作。此类示例包括ZigBee、ISA 100.11a、WirelessHART、WiWi、SNAP和线程规范。第二RF拓扑结构可根据诸如蓝牙(例如,低功耗蓝牙(BLE))、ANT、ANT+等的另一低功率、低速率无线个人局域网进行配置。附加实施方案还可包括WiFi拓扑结构。虽然本公开的实施方案主要被描述为在耦接到单个RF天线的两个控制器之间提供仲裁,但也具体地设想了为多于两个的控制器提供仲裁以及拓扑结构。另外,为了便于讨论,可提供ZigBee和蓝牙作为非限制性示例;然而,还可想到其他的拓扑结构以及拓扑结构的组合。虽然多数示例讨论了处置两种不同拓扑结构的无线电仲裁器,但本公开的实施方案可包括多于两种的不同类型的RF请求。因此,无线电仲裁器可管理具有三种、四种等类型的RF请求的请求,并且预测不同请求中的每一个之间的冲突。可根据针对三种或更多种不同拓扑结构中的每一种设置的不同优先级来确定服务RF请求和/或暂停RF请求的顺序。
本公开的实施方案还可包括用于调度涉及至少两种无线协议类型的通信的设备和方法。该方法包括接收第一类型的第一RF请求以及第二类型的第二RF请求,基于请求的一个或多个参数来预测第一RF请求和第二RF请求之间的冲突,并且基于优先级来调度第一RF请求和第二RF请求的授权以避免所预测的冲突。
图1是根据本公开的实施方案的无线子系统100的简化框图。元件可由模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令或其任何合适的组合来实现。无线子系统100可包括通过无线电仲裁器140可操作地耦接到多个RF链路控制器120、130的无线电模块110。嵌入在无线电模块110内的ACLB(模拟控制逻辑块)112可为无线电模块110提供一个或多个功能,并且包括被配置用于复杂模拟滤波和采样的部件,如本领域的普通技术人员已知的,诸如天线、混合器、模数转换器、滤波器、调制解调器等。链路控制器120、130还通过系统接口150与较大的电子系统(未示出)通信。无线子系统100可结合在较大的系统和设备内,诸如家庭自动化设备、医疗设备、智能电话、游戏机、个人计算机、膝上型计算机、平板电脑、汽车设备、音频系统(例如,耳机、头戴式耳机、立体声系统、便携式扬声器等)、视频系统、外围设备(例如,打印机)以及具有用于短程数据传输的低功率、低带宽需求的其他系统。
如上所述,第一链路控制器120可为蓝牙(BLE)链路控制器,并且第二链路控制器130可为紫蜂(ZigBee)链路控制器。还设想了不同类型的链路控制器(例如,WiFi),并且不同类型的链路控制器的数量也可大于无线电仲裁器140支持的两个(例如,三个或更多个)。链路控制器120、130可具有与对应的固件(FW)栈类似的接口。可在第二链路控制器130中使用双缓冲器接口而不是单个收发器缓冲器。可使用并行系统总线接口。可由对应的链路控制器120、130生成Tx和Rx活动事件中断。无线电仲裁器140可生成与仲裁异常和事件相关的附加中断。
BLE链路控制器120可包括诸如Tx调制解调器122、Rx调制解调器124、自动增益控制(AGC)126和基带内核128的功能模块和/或处置BLE通信所需的其他元件。ZigBee链路控制器130还可包括诸如ACT 131、基带处理器(BBP)132、TOM 133、XAH 134、主机接口(HIF)135(包括收发器缓冲器136)和DCT控制模块137(包括控制有限状态机器(FSM)138和功率FSM 139)的功能模块和/或BLE链路控制器120处置ZigBee通信所需的其他元件。
在各种实施方案中,无线电仲裁器140可被配置为执行灵活的仲裁方案,以用于处理单个无线电模块110与不同的链路控制器120、130之间的通信。仲裁器一端与无线电模块110交接,并且另一端与链路控制器120、130交接。无线电仲裁器140可被配置为确定无线电模块110在链路控制器120、130之间的所有权,并且确保对应的当前所有者将驱动到无线电模块110的控件。
仲裁方案可包括诸如静态低功耗蓝牙(BLE)、静态紫峰(ZigBee)或动态的模式。在BLE静态模式下,无线电所有权属于BLE链路控制器120。在ZigBee静态模式下,无线电所有权属于ZigBee链路控制器130。在动态模式下,在每个仲裁事件处动态决定无线电所有权。在任何时间,无线电仲裁器140均可被配置成BLE静态模式或ZigBee静态模式。在这些模式下,不进行仲裁,并且无线电模块110由任一链路控制器120、130拥有。在动态模式期间,链路控制器120、130各自将对RF请求的优先级分配给无线电仲裁器140,并且无线电仲裁器140基于所分配的优先级在两个协议模块的RF请求之间切换。如下文进一步讨论的,由无线电仲裁器140执行的冲突解决方案还可考虑在执行仲裁时不同RF请求的定时可预测性。
图2是示出没有本公开的预测性定时方面的无线电仲裁器操作的时序图200。如上所述,无线电仲裁器在两个或更多个分开的控制器具体实施上协调RF操作。当多个操作争用有限的资源时,为每个操作分配优先级。较高优先级的操作可中断较低优先级的操作,因此该有限的资源可基于需求的紧急性而服务于多个操作。一旦无线通信事件中断,就不会传输消息。作为图2中的示例,较高优先级的BLE请求可中断较低优先级的未决ZigBee操作。因此,无线电仲裁器中止ZigBee通信,并且处置BLE通信直到完成,之后重新开始ZigBee通信。在ZigBee通信的中间阶段,在较高优先级RF请求完成之后,无法继续这种RF操作。因为RF操作未完成,所以认为未通过无线电发送消息。因此,浪费了在中断之前用于传输数据的能量。此外,失败的传输占据了无线电波;因此,防止了任何其他设备使用该频率信道。只要可能,就应当避免这种双输的情况。
因为BLE和ZigBee协议(以及其他类似协议)的特性是可预测的,所以根据本公开的实施方案的被配置为处置来自两种协议的RF请求的无线电仲裁器可被配置为考虑RF请求的定时可预测性。BLE以及其他的时分多址(TDMA)和动态TDMA协议,乃至BLE模块的行为是高度可预测的。
在连接状态下,中心设备和外围设备以固定的连接间隔通信。当针对连接事件发出当前RF请求时,BLE模块很准确地知道将在连接间隔之后发生下一BLE连接事件。
在未连接的通告状态下,外围设备(例如,诸如蓝牙信标的广播器)以固定间隔进行通告。在一个实施方案中,可事先评估通告的随机延迟并将其添加到通告间隔参数中。因此,当发出当前BLE请求时,BLE模块还很准确地知道何时将发生下一通告事件。
在非连接扫描状态下,当开始当前扫描请求时,观察者知道将在扫描间隔之后发出下一扫描RF请求。还知道当前RF请求将持续扫描窗口的时间段。
在IEEE 802.15.4(例如,ZigBee)下的协议可作为保证时隙(Guaranteed TimeSlot,GTS)模式或随机接入模式下的TDMA系统来操作。当仅在随机接入模式下操作时,ZigBee RF请求的开始是未知的,但当前RF请求的持续时间以及其将持续的时间是已知的。作为示例,假设有效载荷为X(X≤127)字节,则总传输时间可为(8(CCA)+12(preamble+PHY_header)+X*2)个符号。如果需要确认,则将添加另外的54个符号以处置确认。利用2.4GHzO-QPSK调制,一个符号为16微秒。基于硅设计,可添加另一固定处理时间(诸如Tx-Rx转换)。
图3和图4是示出了基于优先级的无线电仲裁器(图3)与基于可预测性的无线电仲裁器(图4)的操作的比较的时序图300、400。在图3中,存在具有固定连接间隔的活动BLE链路。在TA处开始,ZigBee模块试图发送持续时间t的分组。然而,在TB处存在被调度的BLE通信,其中(TB-TA)<t。如果在TA处开始ZigBee分组传输,则ZigBee分组可能在TB处与BLE RF请求冲突,因此,由于BLE通信的优先级,将不能完成传输ZigBee分组。因此,BLE请求可能在TB处中断ZigBee传输并开始BLE通信,因此浪费了TA与TB之间的Tx能量以及在TA与TB之间占用的无线电频道而没有任何实质性的积极效果。
现在参考图4,无线电仲裁器被配置为利用关于请求的已知信息来预测在TB处可能存在冲突。因此,在被调度的BLE通信在TC处结束之前,无线电仲裁器暂停原本将在TA处开始的ZigBee传输。无线电仲裁器然后在TD处开始ZigBee分组的传输,其中(TD-TC)可根据硅设计而较短。另外,可不增加ZigBee通信的分组延迟。
总之,无线电仲裁器可被配置为:在TA处,预测当前的ZigBee请求是否将在未来与TB处的未决RF请求冲突;在TA处,拒绝当前的ZigBee请求;在TB处,如所预期的那样服务BLE请求;以及在TC处,在BLE请求清除之后,开始ZigBee请求。为了实现这种智能和可预测性,除了上面定义的对无线电仲裁器的输入之外,无线电仲裁器还可使用附加参数:RF请求类型、当前RF请求的预期持续时间、到下一未决RF请求的时间以及下一未决RF请求的优先级。如上所述,对于BLE(固定)和ZigBee两者,当前RF请求的预期持续时间是可预测的(取决于传输分组的大小)。
由于BLE协议是TDMA,并且其RF活动是高度可预测的,因此当BLE模块提交对当前RF请求的请求时,对于BLE模块,到下一未决RF请求的时间为已知的。当ZigBee在随机接入模式下动作时,下一未决RF请求是未知的,因此,无线电仲裁器可输入0以指示未知未决请求。一种协议上的下一未决请求定时可预测性可足以启用在两种协议之间无传输中断的RF请求操作。
在某些应用的BLE操作(例如,流式传输数据)下,传输数据的RF请求可为一个紧接另一个。在这种情况下,可随时间的推移而增加ZigBee传输的优先级。一旦ZigBee传输的优先级高于下一未决BLE请求的优先级,则下一未决BLE请求可能不会开始,并且保持RF路径打开以用于ZigBee通信。在ZigBee通信完成之后,可重新开始BLE连接事件。在每个RF请求事件完成之后作出在BLE传输和ZigBee传输之间切换的决定。因此,不存在中断正在进行的RF请求,并且不存在不完整的传输。
为了使无线电仲裁器能够预测未决的RF请求事件并对其作出反应,下文定义若干输入参数。
“无线电接入请求”消息包括使用到无线电仲裁器的RF路径的请求。无线电仲裁器硬件可确定是否以及何时可授权此类请求。以下是输入参数及其描述的示例性列表:
可将“请求类型”分类为新请求、对正在进行的RF请求的请求更新(例如,这可能导致停止RF操作或更新当前RF请求参数的优先级和/或持续时间)以及对暂停的RF请求的请求更新(例如,这可能导致取消所暂停的请求、更新所暂停的请求和/或更新下一未决RF请求参数)。
“请求控制”可包括用于RF请求的某些精细控制参数。例如,根据请求控制参数,可能发生以下结果中的一者或多者。在一些情况下,如果请求反馈状态是“暂停”,则可在每个未调度事件上修改(例如,增加)当前请求的优先级。这可主要用于802.15.4RF请求。在一些情况下,如果请求反馈状态是“暂停”,则可修改(例如,增加)下一未决请求的优先级。这可主要用于BLE RF请求。在一些情况下,如果不授权RF接入,则可移除当前请求。这可主要用于BLE请求,因为每个BLE请求具有严格的定时要求。
“当前RF请求基础优先级”可为不同类型的RF请求的已定义优先级顺序。
“突发请求”可指示突发模式定义的意图以避免小分组无线电颠簸(thrashing)。在一些实施方案中,可降低或基本上消除无线电颠簸的可能性。
“立即标记”可为IEEE 802.15.4的参数以指示随机退避和CSMA-CA机制。BLE在锚定点处以连接间隔通信。这两种协议均未被设计为实时协议。另外,可将立即标记视为最高优先级以确保具有最小延迟的传输。该标记的功能可由请求优先级来处置。
“到下一未决RF请求的时间”可由BLE请求使用,因为后续BLE RF请求是可预测的。对于在随机接入模式下工作的802.15.4,RF请求可能是不可预测的。因此,无线电仲裁器可针对802.15.4请求将该参数设定为零,从而指示不存在已知的未决RF请求。到下一RF请求的时间可由无线电仲裁器跟踪并且随系统时间而减小。
“下一未决RF请求的优先级”可由无线电仲裁器使用以确定未决RF请求是否应在时间TA处阻止802.15.4传输(参见例如图3、图4)。
“当前RF请求的持续时间”可由无线电仲裁器使用以确定当前RF请求是否将干扰下一未决RF请求,然后相应地作出决定。将该值设置为零可指示未知持续时间,该未知持续时间可用于在802.15.4上发起Rx操作。确保802.15.4Rx操作可在不考虑干扰的情况下立即开始。一旦接收到802.15.4标头,Rx请求就可利用新的持续时间来更新。
“无线电仲裁器反馈信息”可由无线电仲裁器使用来提供无线电仲裁器与链路控制器之间的平稳操作。可在以下两种情况中的至少一种下发出无线电仲裁器反馈信息:1)当响应于对请求者的“无线电接入请求”时,或者2)当在RF操作完成并且RF路径再次可用之后,以暂停的RF请求向任一链路控制器传输时。
无线电仲裁器反馈可响应于RF请求而授权RF路径接入,或者临时暂停接入直到进一步通知。无线电仲裁器反馈的参数的示例在下面列出:
“经更新状态”可包括指示最近的RF请求是否已被授权的布尔标志(Booleanflag)。如果授权了经更新状态,则无线电仲裁器可保留请求链路控制器的RF路径,并且RF操作可立即开始。如果该状态为暂停,则相应的链路控制器可诸如通过增加优先级和修改下一未决RF请求数据来更新RF请求。
“当前RF优先级”可包括阻止最近RF请求被授权的RF事件的优先级。该优先级可为当前正在进行的RF操作或下一未决RF请求。基于该优先级和经更新的本地优先级,本地协议模块可确定是否应当利用更高的优先级来更新暂停的RF请求。该参数可能不影响更新状态是否被“授权”。
图5是示出根据本公开的实施方案的基于所预测的仲裁事件的最大传输延迟的时序图500。图5的场景与上文相对于图4所述的相同,但现在示出了被定义为TD和TA之间的差值的最大传输时间。在一些实施方案中,ZigBee传输可具有其传输时间加上两个BLE时隙加上硅转换时间的最大延迟。在示例性场景中,为了传输确认的127字节分组,最大延迟为约6.5毫秒加上硅处理时间。另一方面,IEEE 802.15.4协议未被设计为实时低延迟通信机制。相反,认为成功传输在最大CCA重试和重传下具有多达23.95毫秒延迟。作为比较,在大多数情况下,约6.5毫秒的最大传输延迟是可容忍的。
BLE传输可具有由连接状态中的连接间隔决定的最大延迟。在BLE规范设计中,丢失连接事件可能是可容许的,并且规范定义了重新同步连接的多种方式。因此,BLE中的最大延迟不应是大多数情况下考虑的问题。
图6是示出根据本公开的实施方案的没有所预测的冲突的无线电仲裁器操作的时序图600。无线电仲裁器接收BLE链路控制器的RF请求(即,接收“无线电接入请求”消息),并且确定预测不会与ZigBee链路控制器发生冲突。因此,无线电仲裁器可授权RF请求(即,发送“无线电接入反馈”消息)。然后BLE链路控制器可开始RF操作。在BLE传输完成之后,无线电仲裁器接收ZigBee链路控制器的RF请求(即,接收“无线电接入请求”消息),并且确定预测不会与RF链路控制器发生冲突。因此,无线电仲裁器可授权RF请求(即,发送“无线电接入反馈”消息)。然后ZigBee链路控制器可开始RF操作。
图7是示出根据本公开的实施方案的具有所预测的发射器冲突的无线电仲裁器操作的时序图700。在该示例中,BLE通信对无线电仲裁器具有优先级。在这种情况下,当ZigBee链路控制器在TA处发送RF请求(即,“无线电接入请求”消息)时,无线电仲裁器预测将在TB处发生冲突。该预测可基于在先前BLE请求中接收的“当前RF请求持续时间”和“下一未决RF请求时间”的输入参数。因为BLE操作具有更高的优先级,所以无线电仲裁器不授权该RF请求。相反,无线电仲裁器通过利用具有状态“暂停”的“无线电接入反馈”来暂停ZigBee传输。无线电仲裁器进行等待直到在TC处完成较高优先级的未决RF操作的结束,然后向ZigBee链路控制器发送具有状态“授权”的“无线电接入反馈”消息。下一未决RF请求可为在TD处的被调度BLE请求,该被调度BLE请求未被预测为与ZigBee传输冲突。
图8是示出根据本公开的实施方案的具有所预测的发射器冲突的无线电仲裁器操作的时序图800。在该示例中,ZigBee通信对无线电仲裁器具有优先级。在这种情况下,在TA处,无线电仲裁器从ZigBee链路控制器接收RF请求(即,“无线电接入请求”消息)。该无线电仲裁器确定在TB处的冲突。因为ZigBee通信比TB处的下一未决RF请求具有更高的优先级,所以授权该RF接入(即,“无线电接入反馈”消息返回更新状态“授权”)。在时间TB处,BLE将RF请求发送到无线电仲裁器。因为BLE通信具有较低优先级,所以无线电仲裁器暂停该BLE RF请求。因为BLE操作具有定时要求,所以取消来自BLE的当前RF请求,并且来自BLE的下一未决RF请求可任选地相对于另一优先级而提高优先级。增加对后续BLE RF请求的优先级可有助于防止ZigBee通信无限期地占用RF路径。当然,增加优先级应当被理解为相对于另一优先级而言。例如,在一些实施方案中,可增加一种类型的RF请求的优先级,而在其他实施方案中,可降低另一类型的RF请求的优先级。一些实施方案可包括提高一种类型的RF请求的优先级,同时还降低另一类型的RF请求的优先级。还设想了响应于在不服务第一RF请求的情况下预定时间段期满而中断数据流的其他方法,诸如并入跟踪RF请求被暂停的时间量的定时器,并且如果已达到预定阈值则中断数据流。
图9是示出根据本公开的实施方案的具有所预测的发射器冲突的无线电仲裁器操作的时序图900。在该示例中,BLE通信对无线电仲裁器具有优先级,其中ZigBee通信在流式传输数据时被暂停之后增加优先级。最初,来自ZigBee链路控制器的RF请求具有较低优先级,并且在BLE链路控制器正在流式传输数据时被置于暂停状态。每当在TB、TC和TD处完成对BLE通信的RF操作时,无线电仲裁器可增加ZigBee通信的被暂停的RF请求的优先级,直到被暂停的RF请求具有更高的优先级。在TD处,ZigBee通信的被暂停的RF请求已增加到大于进行中的BLE流式传输数据RF请求的优先级的点。该无线电仲裁器向ZigBee链路控制器发送以“授权”为状态的“无线电接入反馈”消息,该ZigBee链路控制器然后开始传输数据。当在TE处发出来自BLE链路控制器的下一流式传输RF请求时,无线电仲裁器可暂停BLE通信。在ZigBee通信完成,或者在ZigBee通信未及时完成的情况下被暂停的BLE通信的优先级增加,BLE数据流式传输可在经过连接间隔之后在TF处重新开始。
图10和图11是示出根据本公开的实施方案的具有不同优先级排序的所预测的接收器冲突的无线电仲裁器操作的时序图1000、1100。如上所述,无线电仲裁器可预测性地防止BLE通信与ZigBee通信之间Tx操作发生冲突。然而,因为所接收的数据的传输不受接收数据的无线子系统的控制,所以对于所接收的数据可能无法完全防止冲突。然而,因为BLE请求在两个设备之间被准确地调度,所以可以与传输模式类似的方式处置通过BLE通信接收数据。另一方面,由于ZigBee通信可能在随机接入模式下操作的事实,对等实体发送消息的定时可能是未知的。因此,在许多情况下,预先调度ZigBee通信通常是不可能的。
为了进入接收模式,无线电仲裁器可接收RF请求。RF请求可包括“当前RF请求的持续时间”参数,该参数或者在接收操作时间已知时指定,或者该参数可为未指定的(更常见)。然而,一旦接收到分组的802.15.4标头,无线电仲裁器就可知道以下信息:1)从PDU标头知道分组长度,2)从MAC标头知道地址以决定本地设备是否是预期接收器,以及3)是否需要从MAC标头确认。基于该信息,可确定保持在接收模式以便接收和任选地确认分组的总剩余时间段。然后,无线电仲裁器可发送对具有更高优先级的当前Rx请求的更新。利用新的信息,无线电仲裁器将持续时间与来自BLE链路控制器的下一未决RF请求进行比较。如果预测到冲突,则无线电仲裁器确定在从BLE发出下一未决RF请求时ZigBee接收操作是否将具有更高优先级,然后无线子系统将保持在ZigBee接收模式下操作。当接收到BLE RF请求时,可暂停BLE RF请求。如果无线电仲裁器确定当从BLE发出下一未决RF请求时ZigBee接收操作将具有更低优先级,则该无线电仲裁器向ZigBee链路控制器发送“无线电接入反馈”消息以停止在接收模式下的操作并进入空闲模式。
因为在接收和解析MAC标头之后可知道ZigBee分组的总接收时间,所以可根据所接收的数据量分配优先级增加。例如,可针对正在接收的分组的每20%或10%将优先级提高一个级别。因此,当消耗很少资源时,在早期阶段放弃接收ZigBee分组可能更容易,但当消耗需要重新启动的大量资源时,在后期阶段放弃接收ZigBee分组可能更难。对于整个完整的ZigBee分组接收过程,无线电仲裁器可被配置为预测任何时间的优先级并相应地做出决定。
图10是示出根据本公开的实施方案的具有所预测的接收器冲突的无线电仲裁器操作的时序图1000。在该示例中,ZigBee通信对无线电仲裁器相对于BLE通信具有优先级。在TA处,ZigBee链路控制器发送执行Rx操作的请求并被授权。在TB处,ZigBee链路控制器接收到分组的前导码、SDF和标头。所接收的信息指示本地设备是预期的接收器以及所接收的分组的总长度和确认要求。此时,接收完整分组的剩余时间可为已知的。然后可向无线电仲裁器发送“无线电接入请求”消息,以更新当前正在进行的具有更高优先级的ZigBee Rx操作及其预期的持续时间。基于预期的持续时间,无线电仲裁器预测(例如,计算)在TC处,当下一未决BLE RF请求被调度为待接收时,ZigBee Rx操作将具有比被调度的BLE操作更高的优先级。因此,可继续ZigBee Rx操作。BLE连接事件可在TC处进入暂停状态。在ZigBee分组的Rx操作完成之后,可在TD处接收用于ZigBee通信的Rx模式的新RF请求。在一些实施方案中,新的ZigBee通信可比BL通信具有更低的优先级(例如,BL优先级可能自上次请求以来已经递增)。因此,无线电仲裁器可中断并暂停ZigBee通信,以支持TE处的更高优先级的BLERF请求。因此,由于从不同RF请求的初始参数确定的所预测的冲突,无线电仲裁器可能无法根据初始参数来服务ZigBee通信。
图11是示出根据本公开的实施方案的具有所预测的接收器冲突的无线电仲裁器操作的时序图1100。在该示例中,BLE通信对无线电仲裁器具有优先级。在TA处,无线电仲裁器接收执行ZigBee Rx操作的RF请求,并且授权该请求。在TB处,ZigBee链路控制器接收到分组的前导码、SDF和标头。所接收的信息指示本地设备是预期的接收器以及所接收的分组的总分组长度和确认要求。此时,接收完整分组的剩余时间可为已知的。然后向无线电仲裁器发送“无线电接入请求”消息,以更新当前正在进行的具有更高优先级的Rx操作和预期持续时间。基于该持续时间,无线电仲裁器确定(例如,计算)在TC处,ZigBee Rx操作将比下一被调度的BLE请求具有更低的优先级。因此,如果Rx操作继续,则ZigBee通信将被调度的BLE请求中断。因为ZigBee通信具有较低的优先级,所以无线电仲裁器可发送具有“暂停”状态的“无线电接入反馈”参数,以将ZigBee链路控制器置于空闲模式。可以预知,在TC处,BLE链路控制器发出RF请求并授权接入。在TD处BLE通信结束时,无线电仲裁器向ZigBee链路控制器发送“无线电接入反馈”消息以继续进行一般的Rx操作。
附加的非限制性实施方案包括:
实施方案1。一种无线电仲裁器,该无线电仲裁器包括:处理器;以及计算机可读介质,该计算机可读介质包括其上存储的指令,该指令在由处理器执行时使得处理器:接收与第一无线协议相关联的第一RF请求;接收与第二无线协议相关联的第二RF请求;并且基于在接收第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停第一RF请求,直到第二RF请求完成之后。
实施方案2。根据实施方案1的无线电仲裁器,其中该第一无线协议和该第二无线协议包括低功耗蓝牙、ZigBee或WiFi中的至少一者。
实施方案3。根据实施方案1的无线电仲裁器,其中该指令在由处理器执行时使得该处理器通过以不同于第一RF请求的初始参数的方式服务该第一RF请求来暂停该第一RF请求。
实施方案4。根据实施方案3的无线电仲裁器,其中该指令在由处理器执行时还使得该处理器根据第二RF请求的初始参数来服务该第二RF请求。
实施方案5。根据实施方案1的无线电仲裁器,其中该指令在由处理器执行时还使得该处理器:接收该第一RF请求;根据该第一RF请求或该第二RF请求的初始参数来确定该第一RF请求将与该第二RF请求冲突;以及在该第二RF请求的服务已清除之后,开始该第一RF请求的服务。
实施方案6。根据实施方案5的无线电仲裁器,其中该初始参数包括RF请求类型、该RF请求的预期持续时间、请求优先级、直到下一RF请求的时间量或它们的组合中的至少一者。
实施方案7。根据实施方案6的无线电仲裁器,其中该第一RF请求的预期持续时间取决于传输分组的大小,并且该第二RF请求的预期持续时间是固定的。
实施方案8。一种电子系统,该电子系统包括:无线子系统,该无线子系统包括:无线电模块;多个链路控制器,该多个链路控制器根据两个或更多个不同的拓扑结构来配置;无线电仲裁器,该无线电仲裁器被配置为:在无线电模块与多个链路控制器之间传输和接收数据;并且基于在接收第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停第一RF请求,直到第二RF请求完成之后。
实施方案9。根据实施方案8的电子系统,其中该多个不同的拓扑结构包括为低功率、低速率拓扑结构的第一拓扑结构和第二拓扑结构。
实施方案10。根据实施方案9的电子系统,其中该第一拓扑结构为低功耗蓝牙,并且该第二拓扑结构被配置为根据802.15.4技术标准进行操作。
实施方案11。根据实施方案9的电子系统,其中该第二拓扑结构选自包括ZigBee、ISA100.11a、WirelessHART、WiWi、SNAP和线程规范的组。
实施方案12。根据实施方案8的电子系统,其中两个或更多个不同的拓扑结构中的至少一个拓扑结构包括WiFi。
实施方案13。根据实施方案8的电子系统,其中该电子系统包括结合无线子系统的设备,该无线子系统选自包括以下的组:家庭自动化设备、医疗设备、智能电话、游戏机、个人计算机、膝上型计算机、平板电脑、汽车设备、音频系统、视频系统和外围设备。
实施方案14。一种无线通信方法,该方法包括:通过具有第一优先级的无线电模块来接收第一RF请求;通过具有第二优先级的无线电模块来接收第二RF请求,该第二优先级高于该第一优先级;并且响应于确定授权第一RF请求将导致与第二RF请求发生冲突而暂停该第一RF请求。
实施方案15。根据实施方案14的方法,还包括在与第二RF请求相关联的数据流式传输期间将第一优先级增加到大于第二优先级。
实施方案16。根据实施方案14的方法,其中使第一RF请求暂停包括跳过该第一RF请求。
实施方案17。根据实施方案14的方法,还包括在第一RF请求已暂停预定的时间段时,相对于第二优先级增加第一优先级的优先级。
实施方案18。根据实施方案17的方法,其中在第一优先级大于第二优先级之前,周期性地执行相对于第二优先级增加第一优先级的优先级。
实施方案19。根据实施方案18的方法,还包括响应于第一优先级实现大于第二优先级的优先级来服务第一优先级请求。
实施方案20。根据实施方案14的方法,还包括响应于经过了预定的时间段而未服务第一RF请求,中断根据第二RF请求的数据流式传输。
实施方案21。根据实施方案14的方法,还包括:通过无线电模块接收具有第三优先级的第三RF请求,该第三优先级具有比第一优先级和第二优先级更高的优先级;并且响应于确定授权第一RF请求和/或第二RF请求将导致第三RF请求与该第一RF请求和/或该第二RF请求发生冲突,暂停该第一RF请求和/或该第二RF请求。
实施方案22。一种调度涉及至少两种无线协议类型的通信的方法,该方法包括:接收第一类型的第一RF请求以及第二类型的第二RF请求;基于请求的一个或多个参数来预测第一RF请求与第二RF请求之间的冲突;基于优先级来调度对第一RF请求和第二RF请求的授权以避免所预测的冲突。
实施方案23。根据实施方案22的方法,还包括调节不同类型的RF请求的优先级。
实施方案24。根据实施方案23的方法,其中调节不同类型的RF请求的优先级包括增加第一类型的RF请求的优先级。
实施方案25。根据实施方案23的方法,其中调节不同类型的RF请求的优先级包括降低第一类型的RF请求的优先级。
实施方案26。根据实施方案23的方法,其中调节不同类型的RF请求的优先级包括增加第二类型的RF请求的优先级。
实施方案27。根据实施方案23的方法,其中调节不同类型的RF请求的优先级包括降低第二类型的RF请求的优先级。
实施方案28。根据实施方案23的方法,其中调整不同类型的RF请求的优先级包括增加第一类型的RF请求的优先级以及降低第二类型的RF请求的优先级。
实施方案29。根据实施方案23的方法,其中第一类型的RF请求或第二类型的RF请求中的至少一者是蓝牙请求。
实施方案30。根据实施方案29的方法,其中蓝牙请求是低功耗蓝牙(BLE)请求。
实施方案31。根据实施方案23的方法,其中第一类型的RF请求或第二类型的RF请求中的至少一者是ZigBee请求。
实施方案32。根据实施方案23的方法,其中第一类型的RF请求或第二类型的RF请求中的至少一者是WiFi请求。
实施方案33。根据实施方案23的方法,其中第一类型的RF请求或第二类型的RF请求中的至少一者是WiFi请求。
实施方案34。一种用于解决对通信设备的RF请求之间的冲突的调度器,该调度器被配置为:接收第一类型的第一RF请求以及第二类型的第二RF请求;基于请求的一个或多个参数来预测第一RF请求与第二RF请求之间的冲突;基于优先级来调度对第一RF请求和第二RF请求的授权以避免所预测的冲突。
实施方案35。根据实施方案34的调度器,还包括无线电仲裁器,该无线电仲裁器被配置为接收第一RF请求和第二RF请求,并且执行预测。
实施方案36。根据实施方案34的调度器,其中一个或多个参数包括服务第一RF请求和第二RF请求的预期持续时间。
实施方案37。根据实施方案34的调度器,其中一个或多个参数包括RF请求类型、当前RF请求的预期持续时间、到下一未决RF请求的时间、下一未决RF请求的优先级或它们的任何组合中的至少一者。
实施方案38。根据实施方案34的调度器,其中当前RF请求的预期持续时间是固定持续时间。
实施方案39。根据实施方案34的调度器,其中当前RF请求的预期持续时间为可变持续时间。
实施方案40。根据实施方案39的调度器,其中该可变持续时间取决于传输分组的大小。
虽然已结合附图描述了某些例示性实施方案,但本领域的普通技术人员将会认识并理解,本公开的范围不限于在本公开中明确示出和描述的那些实施方案。相反,可对本公开所述的实施方案进行许多添加、删除和修改以产生本公开的范围内的实施方案,诸如具体要求保护的那些实施方案,包括法律等同物。另外,来自一个公开的实施方案的特征可与另一个公开的实施方案的特征组合,同时仍然包含在发明人所设想的本公开的范围内。
Claims (23)
1.一种无线电仲裁器,所述无线电仲裁器包括:
处理器;和
计算机可读介质,所述计算机可读介质包括其上存储的指令,所述指令在由所述处理器执行时,
使得所述处理器:
接收与第一无线协议相关联的第一RF请求;
接收与第二无线协议相关联的第二RF请求;以及
基于在接收所述第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停所述第一RF请求,直到所述第二RF请求完成之后。
2.根据权利要求1所述的无线电仲裁器,其中所述第一无线协议和所述第二无线协议包括低功耗蓝牙、ZigBee或WiFi中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的无线电仲裁器,其中所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器通过以不同于所述第一RF请求的初始参数的方式服务所述第一RF请求来暂停所述第一RF请求。
4.根据权利要求3所述的无线电仲裁器,其中所述指令在由所述处理器执行时还使得所述处理器根据所述第二RF请求的初始参数来服务所述第二RF请求。
5.根据权利要求1所述的无线电仲裁器,其中所述指令在由所述处理器执行时还使得所述处理器:
接收所述第一RF请求;
根据所述第一RF请求或所述第二RF请求的初始参数来确定所述第一RF请求将与所述第二RF请求冲突;以及
在所述第二RF请求的服务已清除之后,开始所述第一RF请求的服务。
6.根据权利要求5所述的无线电仲裁器,其中所述初始参数包括RF请求类型、所述RF请求的预期持续时间、请求优先级、直到下一RF请求的时间量或它们的组合中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的无线电仲裁器,其中所述第一RF请求的所述预期持续时间取决于传输分组的大小,并且所述第二RF请求的所述预期持续时间是固定的。
8.一种电子系统,所述电子系统包括:
无线子系统,所述无线子系统包括:
无线电模块;
多个链路控制器,所述多个链路控制器根据两个或更多个不同的拓扑结构来配置;和
无线电仲裁器,所述无线电仲裁器被配置为:
在所述无线电模块与所述多个链路控制器之间传输和接收数据;以及
基于在接收第二RF请求之前的预测性仲裁确定,暂停所述第一RF请求,直到所述第二RF请求完成之后。
9.根据权利要求8所述的电子系统,其中所述多个不同的拓扑结构包括为低功率、低速率拓扑结构的第一拓扑结构和第二拓扑结构。
10.根据权利要求9所述的电子系统,其中所述第一拓扑结构为低功耗蓝牙,并且所述第二拓扑结构被配置为根据802.15.4技术标准进行操作。
11.根据权利要求9所述的电子系统,其中所述第二拓扑结构选自包括ZigBee、ISA100.11a、WirelessHART、WiWi、SNAP和线程规范的组。
12.根据权利要求8所述的电子系统,其中所述两个或更多个不同的拓扑结构中的至少一个拓扑结构包括WiFi。
13.根据权利要求8所述的电子系统,其中所述电子系统包括结合所述无线子系统的设备,所述无线子系统选自包括以下的组:家庭自动化设备、医疗设备、智能电话、游戏机、个人计算机、膝上型计算机、平板电脑、汽车设备、音频系统、视频系统和外围设备。
14.一种无线通信的方法,所述方法包括:
通过具有第一优先级的无线电模块来接收第一RF请求;
通过具有第二优先级的所述无线电模块来接收第二RF请求,所述第二优先级高于所述第一优先级;以及
响应于确定授权所述第一RF请求将导致与所述第二RF请求发生冲突而暂停所述第一RF请求。
15.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括在与所述第二RF请求相关联的数据流式传输期间将所述第一优先级增加到大于所述第二优先级。
16.根据权利要求14所述的方法,其中使所述第一RF请求暂停包括跳过所述第一RF请求。
17.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括在所述第一RF请求已暂停预定的时间段时,相对于所述第二优先级增加所述第一优先级的优先级。
18.根据权利要求17所述的方法,其中在所述第一优先级大于所述第二优先级之前,周期性地执行相对于所述第二优先级增加所述第一优先级的所述优先级。
19.根据权利要求18所述的方法,所述方法还包括响应于所述第一优先级实现大于所述第二优先级的优先级来服务所述第一优先级的请求。
20.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括响应于经过了预定的时间段而未服务所述第一RF请求,中断根据所述第二RF请求的数据流式传输。
21.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括:
通过无线电模块接收具有第三优先级的第三RF请求,所述第三优先级具有比所述第一优先级和所述第二优先级更高的优先级;以及
响应于确定授权所述第一RF请求和/或所述第二RF请求将导致所述第三RF请求与所述第一RF请求和/或所述第二RF请求发生冲突,暂停所述第一RF请求和/或所述第二RF请求。
22.一种调度涉及至少两种无线协议类型的通信的方法,所述方法包括:
接收第一类型的第一RF请求以及第二类型的第二RF请求;
基于所述请求的一个或多个参数来预测所述第一RF请求与所述第二RF请求之间的冲突;以及
基于优先级来调度对所述第一RF请求和所述第二RF请求的授权以避免所预测的冲突。
23.一种调度器,所述调度器用于解决对通信设备的RF请求之间的冲突,所述调度器被配置为:
接收第一类型的第一RF请求以及第二类型的第二RF请求;
基于所述请求的一个或多个参数来预测所述第一RF请求与所述第二RF请求之间的冲突;以及
基于优先级来调度对所述第一RF请求和所述第二RF请求的授权以避免所预测的冲突。
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