CN1791051A - 在无线个人域网中实现分散网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在无线个人域网(WPAN)中的使用不同频率的多个微微网之间实现分散网的方法。在本发明的分散网实现方法中，第一微微网的主站将分散网请求发送到共用从站，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率，并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站。所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站。所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网和所述第二微微网的主站对所述共用从站分配相互不交叠的资源。所述共用从站在使用所分配的资源与第一微微网和第二微微网两者进行同步的同时，在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率并且中继数据。

Description

在无线个人域网中实现分散网的方法
技术领域
本发明总体上涉及符合高速无线个人域网标准的IEEE 802.15.3通信系统，并且更具体地涉及实现用于在使用不同频率的微微网之间进行数据传输的分散网(scatternet)的方法。
背景技术
IEEE 802.15工作组建立了无线个人域网(WPAN)的标准，所述无线个人域网由在短距离内实现的网络(如PAN)中的可移动计算机设备组成。近年来，已经进行了努力来将WPAN应用于家庭自动化、远程控制、泛在传感器网络(ubiquitous sensor network)等。
具体地，最近已经完成的IEEE 802.15.3标准被指定为高速WPAN(HR-WPAN)，并且其旨在实现适于要求55Mbps或者更高的高数据速率的应用的无线通信网络。IEEE 802.15.3标准具有如下特性：5米到55米的短距离；55Mbps或者更高的数据速率；组成网络的设备的动态拓扑；支持用于保证流的服务质量的时分复用(TDMA)；以及对等连接性，以便在家庭网络中发送无线多媒体数据。
(WPAN的特点)
无线个人域网(WPAN)表示无线自组织(ad-hoc)或者数据通信系统，其中多个独立站能够传输普通数据以及声音和多媒体数据。此系统限定个人移动的半径，即所有方向上的10米的距离内，作为通信区，并且能够提供个人所请求的数据传输服务，如音频数据、视频流或者普通数据的传输。
如上所述，WPAN的基本通信范围基于10米的短距离内的个人工作区。WPAN能够与诸如局域网(LAN)、城域网(MAN)或者广域网(WAN)的有线网络、或者诸如无线局域网的无线网络一起协作工作。
通常，分配给以有线方式连接的诸如以太网的有线网络中的各站的地址不发生变化，但是WPAN中的地址指定数据发送/接收站(对其提供服务)，并且典型地不固定地、根据情况动态分配这些地址。
其间，WPAN能够向固定设备、便携设备和移动设备提供服务。便携设备和移动设备的重要特征之一是使用电池来实现电源。因此，由于电池的有限功率容量，有效的功率管理技术是非常重要的，并且对于物理层或者数据链路层的协议的有效设计，以及部件或者电路的设计对于减少功率消耗也是重要的。
(WPAN的部件)
图1是示出WPAN的结构示例的图。可以将组成WPAN的部件示意性地作如下分类。基本部件是站，并且当在个人活动区域内存在在相同无线频率信道中工作的两个或者更多个站时，设置微微网(piconet)。根据站的功能将站分为主站和从站。主站管理整个微微网，并且一个微微网中可能只有一个主站。主站广播信标以控制从站。从站能够在主站的控制下发送/接收数据。
(WPAN的功能)
1.网络同步
通过主站发送信标分组来激活微微网。该信标分组包括关于网络的参考信息。微微网中的所有从站使用包含在信标分组中的参考信息来实现网络同步。如图2所示，超帧由三部分组成，即，信标周期(Beacon)、信道竞争访问周期(CAP)以及信道无竞争周期(CFP)。每个周期的长度是可变的。
首先，在信标周期期间，主站将具有网络参考信息的信标分组广播到从站。
在CAP期间，从站和主站以随机接入方式发送命令分组，如用于网络连接/去连接请求/批准、资源分配请求/批准或者连接请求/批准的分组。在CFP期间，不保证通过主站对时间的排它分配来对介质进行排它访问，因而每个站使用基于竞争模式的载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)来访问介质。因此，在存在要发送的请求分组并且在补偿时间(backoff time)内介质为空时，各站发送分组。
图3是当在CAP期间发送或者接收分组时的时序图。参考图3，CAP起始于短帧间隔(SIFS)(帧间隔(IFS)之一)，并且每个SIFS位于每个数据帧与每个ACK帧之间。因此，能够保证待发送的帧之间的充分周转时间。补偿周期起始于补偿帧间隔(BIFS)，并且当在补偿周期期间介质为空时发送帧。其间，存在保护时间以防止相邻时隙(信道时间分配：CTAs)之间的冲突。
参考图2，在CFP期间，使用时分多址(TDMA)模式分配了时隙(CTA)的站对于该相应时隙，发送同步/异步数据和命令分组。例如，在图2中，在用于第m个超帧SF m的CFP期间，以时分方式分配n个时隙CTA 1、CTA 2、…、CTA n-1以及CTA n，并且在相邻时隙之间插入各保护时间。
在CFP期间，各站在分配给其的时隙期间排它地访问介质。主站将CFP的时隙分配给各个站。对于各个所分配的时隙，相应的站可以排它地访问介质，并且可以在没有主站干涉的情况下以一对一的方式与所请求的站交换数据。主站在信标分组中指定相应时隙的开始时间和长度以及发送/接收站，从而确保由各站排它地访问介质以便传输分组。通过此确保，各站能够辨别发送或者接收分组的时间。
图4是详细地示出当在CFP期间发送多个帧时的定时和帧间隔的图。
如图4所示，在第n个时隙CTA n中，上述SIFSs存在于各个数据帧1、2和3及其ACK帧之间，并且上述保护时间存在于时隙CTA n与时隙CTA n+1之间。
2.数据传输
为了传输数据，WPAN提供两种连接，即，同步连接和异步连接。异步连接减少了在创建连接时的负担，但是不保证带宽，并且主要用于传输对时间延迟相对不敏感的普通数据。相反，同步连接增加了创建连接时的负担，但是保证带宽，并且主要用于传输涉及实时服务的数据，例如，音频或者视频数据。
3.功率管理
在支持移动设备的WPAN中，有效地管理功率是最重要的。各站能够通过信标分组识别出在相应超帧中存在要发送到该站的数据以及数据的发送时间，并且除了接收或者发送数据的时间外，各站可以去激活物理层，由此减少功率消耗。在对应超帧周期期间没有接收数据的站被去激活，直到后续超帧开始。仅在信标周期和其中存在该站要接收的帧的周期期间，激活有数据要接收的站。在存在要发送的数据的周期期间，激活希望发送数据或者请求命令的站。
图5是示出在使用不同频率的两个微微网之间实现分散网的情况的示例的图。当在两个微微网之间请求进行通信时，可以使用分散网。
参考图5，piconet_a包括主节点和四个从节点A_1到A_4，并且使用频率为freq_a的信道。此外，piconet_b包括主节点和4个从节点B_1到B_4，并且使用频率为freq_b的信道。在此情况下，由于piconet_a的从节点A_3连接到piconet_b的从节点B_5，所以这些微微网能够以不同频率通过其中包括的从节点进行相互通信。因此，piconet_a的主节点和从节点A_1、A_2和A_4使用从节点A_3作为共用节点，使得piconet_a的主节点和从节点能够与具有另一使用频率的piconet_b的主节点和从节点B_1到B_4进行通信。这样，将其中多个微微网通过共用节点构成单一网络的结构指定为分散网。
然而，传统无线LAN(IEEE 802.11)不包括分散网的概念，并且仅能够与在使用被称为接入点(AP)的有线基础结构的另一网络中的设备进行通信。在典型的自组织通信模式中，仅能够在具有相同频率的设备之间进行数据的传输。即使在定义自组织模式的IEEE 802.15.3标准中，也没有充分地提供在使用不同频率的微微网之间进行分散网通信的处理。
发明内容
因此，鉴于现有技术中出现的上述问题提出本发明，并且本发明的目的是提供一种实现分散网的方法，其能够有效地进行在IEEE 802.15.3通信中的使用不同频率的微微网之间的分散网通信。
根据实现上述目的的本发明的第一方面，提供了一种在无线个人域网(WPAN)中的使用不同频率的多个微微网之间实现分散网的方法。该分散网实现方法包括如下步骤：(a)第一微微网的主站向共用从站发送分散网请求，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继给所述第二微微网的主站；(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网和所述第二微微网的主站对所述共用从站分配相互不交叠的资源；以及(d)所述共用从站在使用所分配的资源与所述第一微微网和所述第二微微网两者进行同步的同时，在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率并且中继数据。
优选地，分散网请求可以包括关于第一微微网的超帧的长度的信息，并且步骤(b)包括步骤(e)：所述第二微微网的主站将所述第二微微网的超帧的长度调整为与所述第一微微网的超帧的长度相同的值。优选地，步骤(c)可以包括：步骤(f)，所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网请求中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网对所述共用从站分配资源；和步骤(g)，在步骤(f)之后，所述共用从站将频率切换到所述第二微微网的频率，并且由所述第二微微网的主站对所述共用从站分配与所述第一微微网分配的资源不交叠的资源。
优选地，在步骤(d)，当在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率以开始通信时，无法进行同步处理。
根据本发明的第二方面，提供一种在使用不同频率进行IEEE802.15.3通信的多个微微网之间实现分散网的方法。该分散网实现方法包括如下步骤：(a)第一微微网的主站将分散网请求发送到共用从站，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站；(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网和所述第二微微网的主站对所述共用从站分配相互不交叠的资源；以及(d)所述共用从站在使用所分配的资源与所述第一微微网和所述第二微微网两者进行同步的同时，在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率并且中继数据。
根据本发明的第三方面，提供一种在使用不同频率进行IEEE802.15.3通信的多个微微网之间实现分散网的方法。该分散网实现方法包括如下步骤：(a)第一微微网的主站将分散网请求发送到共用从站，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站；(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站；以及(d)所述共用从站当在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率的时候进行同步，并且使用通过同步所分配的资源，在所述第一微微网与所述第二微微网之间中继数据。
附图说明
图1是示出无线个人域网的结构示例的图；
图2是示出超帧的整体结构的图；
图3是示出使用载波侦听多路存取/冲突避免(CSMA/CA)模式的信道竞争接入周期(CAP)的结构的图；
图4是示出信道无竞争周期(CFP)中的时隙的结构的图；
图5是示出其中两个微微网相互交叠来实现分散网的示例的图；
图6是示出根据本发明第一实施例的使用两条同步信息的分散网通信的示例的时序图；
图7是示出根据本发明第二实施例的使用一条同步信息的分散网通信的示例的时序图；
图8是示出根据本发明第二实施例的使用一条同步信息的分散网通信的另一示例的时序图；以及
图9是示出根据本发明第一实施例的用于实现分散网的消息流的流程图。
具体实施方式
此后，参照附图详细描述本发明的实施例。
图9是示出根据本发明第一实施例的用于实现分散网的消息、流的示意性流程图。在图9中，假设微微网A的主站(主站1)通过远程扫描识别出要找出的期望基站所属的微微网。在IEEE 802.15.3标准中定义了该远程扫描。
首先，在步骤S100中，主站1将分散网请求帧发送到同时属于微微网A和微微网B的从站。在步骤S110中，接收到该分散网请求帧的从站将该分散网请求帧中继到微微网B的主站(主站2)。分散网请求帧可以包括诸如超帧的开始时间和周期、使用频率等的信息。
在步骤S120中，接收到该分散网请求帧的主站2发送指示是否批准实现分散网的分散网响应帧。即，当拒绝分散网的实现时，主站2发送指示拒绝的分散网响应帧，而当批准分散网的实现时，主站2发送指示批准的分散网响应帧。此时，当批准分散网请求时，主站2可以根据分散网请求帧的信息对超帧进行调整，使得从站的分散网通信周期与微微网A的分散网通信周期不交叠。即，主站2将其超帧(SFb)的长度设定为与微微网A的超帧(SFa)的长度相同的值，并且可以对超帧进行调整，使得主站2的超帧的开始时间与主站1的超帧的开始时间不交叠。
在步骤S130中，接收到分散网响应帧的从站将该分散网响应帧中继到主站1。在步骤S140中，接收到指示成功的分散网响应帧的主站1通过信标帧分配资源。接着，在步骤S150，从站向主站2发送资源分配请求帧以及由主站1分配的资源，即关于时隙的信息。在步骤S160中，接收到资源分配请求帧的主站2通过信标帧分配资源，以使得这些资源与由主站1分配给该从站的资源不相交叠。
其间，在从站将分散网响应帧中继到主站1之后，进行上述资源分配步骤S140到S160。因此，如上所述，因为不需要从站的频率切换，所以优选地首先请求从主站1分配资源。然而，由主站1和主站2进行的资源分配顺序是可以改变的。
从站管理关于由微微网A和微微网B通过上述资源分配步骤S140到S160所分配的资源的信息，使得资源相互不交叠。从而，即使在分散网通信期间改变频率来与各微微网进行通信，也不需要每次进行同步处理。
完成上述分散网请求/响应处理和资源分配处理，从而从站可以在使用所分配的资源与微微网A或者微微网B同步的同时使用不同频率与微微网A或微微网B进行通信。即，由微微网A和微微网B将相互不交叠的时隙分配给从站，并且该从站管理(保持)与两个微微网的同步信息。因此，当在微微网A与微微网B之间切换频率以进行分散网通信时，可省略单独的同步处理。
图6是示出其中基于图9的消息流获得两条同步信息的从站进行分散网通信的实施例的时序图。
参考图6，与在不同频率下工作的两个微微网(微微网A和微微网B)都相连接的从站(此后称为“共用从站”)在周期1—>2期间使用在微微网A中使用的频率进行通信，在周期2—>3期间将其频率切换到在微微网B中使用的频率并进行通信。此时，进行分散网通信的从站可以管理关于两个微微网的同步信息，如上文参考图9所述。
即，共用从站通过在实现分散网时与微微网A和微微网B的主站进行协商处理(图9的步骤S100到S160)，接收用于分散网通信的同步信息，例如，超帧的开始时间和周期，或者所分配的时隙。从而，如图6中所示，共用从站在分散网通信期间管理两条信息，使得共用从站仅改变频率，而无需单独的同步处理，由此在相应时隙期间进行分散网通信。
同时，参照图7和图8描述当接收了分散网请求的微微网没有或者不能进行图9中的超帧同步和/或无交叠资源分配时实现分散网的方法。
图7是示出使用一条同步信息的分散网通信的示例的时序图。
如图7中所述，共用从站在为分散网通信切换频率的时候，进行与对应微微网的主站的同步处理。详细描述此操作。在共用从站接收要在周期1—>2期间从微微网A中继到微微网B的数据后，共用从站切换频率并且进行与微微网B的同步处理，以通过微微网B的主站对其分配CFP的时隙。共用从站在通过同步处理中的微微网B的信标所分配的周期2—>3期间，将上述中继数据发送到微微网B的相应从站。接着，共用从站可以切换频率，并且通过与微微网A的同步处理从微微网A接收数据。同时，作为示例，描述从微微网A接收数据并且将数据中继到微微网B的情况。即使在相反情况下，也可以以相同方式实施处理。
如上所述，使用一条同步信息进行分散网通信的方法无需图6和图9中描述的超帧同步和/或无交叠资源分配。
与图7类似，图8是示出使用一条同步信息的分散网通信的另一示例的时序图。然而，与图7的情况不同，图8示出在分散网通信的时候，在单个超帧周期期间不能发送数据的情况。
参考图8，在共用从站在周期1—>2期间接收到要从微微网A中继到微微网B的数据之后，共用从站切换其频率并且进行与微微网B的同步处理，以便通过微微网B的主站对其分配CFP的时隙。对于此操作，共用从站接收微微网B的信标，并且在通过信标分配的时隙(周期2—>3)期间将数据发送到微微网B。然后，共用从站再一次通过与微微网A的同步处理，在对于微微网A的接收周期1->2期间接收数据。此时，因为共用从站不能在图8中的与微微网B的同步处理期间从微微网A接收第二信标，所以微微网A不能在与第二信标相对应的第二超帧周期期间进行分散网通信。在进行了第三超帧的同步处理之后，微微网A进行分散网通信。
图8仅示出可能发生的情况，其中在一些超帧周期期间由于构成分散网的两个微微网的超帧周期之间的差别而不能够进行分散网通信。然而，用于实现分散网的处理或者方法与图7的一样。
如上所述，本发明提供实现分散网的方法，其能够在IEEE 802.15.3通信中，进行在使用不同频率的微微网之间的分散网通信。具体地，存在如下优点，即当根据本发明的第二实施例，管理仅用于单个微微网的同步信息时，以及当根据本发明的第一实施例，从两个微微网获得同步信息时，能够进行分散网通信。
尽管为了解释的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应该理解，可以在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下进行各种变型、增加以及替换。
本公开涉及2004年12月14日提交的在先韩国申请No.10-2004-0105436中包含的主题，在此专门通过引用并入其全文。

Claims (9)

1、一种在无线个人域网(WPAN)中的使用不同频率的多个微微网之间实现分散网的方法，包括以下步骤：
(a)第一微微网的主站向共用从站发送分散网请求，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站；
(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；
(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网和所述第二微微网的主站对所述共用从站分配相互不交叠的资源；以及
(d)所述共用从站在使用所分配的资源与所述第一微微网和所述第二微微网两者进行同步的同时，在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率并且中继数据。
2、根据权利要求1所述的分散网实现方法，其中：
所述分散网请求包括关于所述第一微微网的超帧的长度的信息，并且
所述步骤(b)包括步骤(e)：所述第二微微网的主站将所述第二微微网的超帧的长度调整为与所述第一微微网的超帧的长度相同的值。
3、根据权利要求1所述的分散网实现方法，其中，所述步骤(c)包括以下步骤：
(f)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网请求中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网对所述共用从站分配资源；以及
(g)在步骤(f)之后，所述共用从站将频率切换到所述第二微微网的频率，并且由所述第二微微网的主站对所述共用从站分配与所述第一微微网分配的资源不交叠的资源。
4、根据权利要求1到3中任何一个所述的分散网实现方法，其中，在步骤(d)中，当在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率以开始通信时，不进行同步处理。
5、一种在使用不同频率进行IEEE 802.15.3通信的多个微微网之间实现分散网的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)第一微微网的主站将分散网请求发送到共用从站，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站；
(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；
(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网和所述第二微微网的主站对所述共用从站分配相互不交叠的资源；以及
(d)所述共用从站在使用所分配的资源与所述第一微微网和所述第二微微网两者进行同步的同时，在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率并且中继数据。
6、根据权利要求5所述的分散网实现方法，其中：
所述分散网请求包括关于所述第一微微网的超帧的长度的信息，并且
所述步骤(b)包括步骤(e)：所述第二微微网的主站将所述第二微微网的超帧的长度调整为与所述第一微微网的超帧的长度相同的值。
7、根据权利要求5所述的分散网实现方法，其中，所述步骤(c)包括以下步骤：
(f)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网请求中继到所述第一微微网的主站，并且由所述第一微微网对所述共用从站分配资源；以及
(g)在步骤(f)之后，所述共用从站将频率切换到所述第二微微网的频率，并且由所述第二微微网的主站对所述共用从站分配与所述第一微微网分配的资源不交叠的资源。
8、根据权利要求5到7中任何一个所述的分散网实现方法，其中，在步骤(d)中，当在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率以开始通信时，不进行同步处理。
9、一种在使用不同频率进行IEEE 802.15.3通信的多个微微网之间实现分散网的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)第一微微网的主站将分散网请求发送到共用从站，并且所述共用从站将其频率切换到第二微微网的频率并且将所述分散网请求中继到所述第二微微网的主站；
(b)所述第二微微网的主站将分散网批准发送到所述共用从站；
(c)所述共用从站将频率切换到所述第一微微网的频率，将所述分散网批准中继到所述第一微微网的主站；以及
(d)所述共用从站当在所述第一微微网与所述第二微微网之间切换频率的时候进行同步，并且使用通过同步所分配的资源，在所述第一微微网与所述第二微微网之间中继数据。
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