CN1930829B - 用于在分布式uwb mac中启用wusb应用的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在无线USB(WUSB)中并入主机-装置的通信的系统和方法。主机(101)或代表连接的装置(102)使用多播分布式保留协议(DRP)帧来保留无线信道资源，或使用单播DRP帧或具有轮询帧的增强分布式信道访问(EDCA)。在单播DRP帧的情况下，为保留所发送的单播帧数目取决于连接的装置(102)的数目。

Description

用于在分布式UWB MAC中启用WUSB应用的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在分布式超宽带MAC中启用无线通用串行总线应用的系统和方法。
背景技术
通用串行总线(universal serial bus USB)技术是用于PC的普及且有效的高速有线连接类型，其现在正迁移到消费者电子设备(consumer electronics CE)和移动设备的领域中。下一代USB技术是无线USB(WUSB)并且在没有线路不便的情况下提供有线USB的功能并且是基于超宽带UWB无线电的。
由KOLIC RAFAEL编写的题为“Wireless USB Brings GreaterConvenience and Mobility to Devices”的文献，INTEL MAGAZINE，2004年2月(2004-02)-2004年3月(2004-03)，第1-7页，XP-002337743，披露了一种用于包括主机和至少一个连接装置的第一无线通用串行总线WUSB网络中的主机-装置通信的方法。
题为“802.15.3 IEEE Standard for Information technology；Part15.3：Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications of High Rate Wireless Personal Area Networks(WPANs)”的文献IEEE STD 802.15.3-2003，IEEE，US，2003年9月29日(2003-09-29)，第8-16页，第100-220页，XP002329981披露了一种无线数据通信系统，其允许许多独立的数据装置相互通信。要求一个数据装置承担该通信系统的协调器的角色。该协调器发送出信标来设置定时分配并与该装置交换数据。
现在参照图1，WUSB典型的或基本的拓扑结构是包括主机101和至少一个连接的装置102的集线器和轮辐(spoke)体系结构。在此体系结构中，主机101通过向每个连接的装置102分配时隙和数据带宽来向其至少一个连接的装置102启动所有的通信业务(traffic)103。
在主机101及其至少一个连接的装置102之间的关系被称为群集(cluster)。连接是在WUSB主机101与其至少一个连接的WUSB装置102之间的点对点连接。
WUSB主机101在逻辑上最大可以连接127个WUSB装置102，被视为非正式的WUSB群集。WUSB群集共存于具有最小干扰的重叠空间环境中，因而使多个其它WUSB群集能够存在于相同的无线电小区内。
WUSB体系结构支持装置102的双重角色，其中装置102还可以提供有限的主机能力。在此双重角色模型中，这种装置/主机可以本身利用中心主机101(即，打印机)的服务并且可以创建第二群集，所述第二群集用于把服务本身作为主机来提供以便访问在其所连接的任何现有群集之外的数据。此体系结构支持在小区域中的高空间能力，以便使多个设备可以并发访问高带宽。
在无线USB(WUSB)方案中，存在一个主机101和用于向所述主机发送数据的一个或多个装置102。在有线USB方案中，主机向所述装置发送令牌或轮询帧以便向所述装置请求数据。预期WUSB将使用UWB MBOA MAC作为用于经由无线介质(媒体)(medium)在主机101和连接的装置102之间通信的装置，参见2004年4月的“MBOA Wireless Medium Access Control(MAC)Specification ForHigh Rate Wireless Personal Area Networks(WPAN)”，技术规范，草案0.5，在此将其引入以供参考，就如同在此完全阐明一样。由于UWBMBOA MAC是分布式的，所以需要一种方法，按照该方法，主机可以代表连接的装置102保留信道资源，以便当主机101请求数据时连接的装置102可以发送数据。
在MBOA MAC规范中，可以借助于“分布式保留协议”(Distributed Reservation Protocol DRP)来保留介质(媒体)。此协议包括用于协商保留信道时间的两个机制：借助于专用命令帧的显式协商，和通过把DRP信息元(Information Elements IE)包括在发送器和接收器的信标中的隐式协商。在这两种情况中，一旦建立了保留，就在每个超帧中把保留信息包括在发送器以及接收器的信标中，其中保留仍然是活动的。为了向发送器和接收器的邻近装置通知现有的保留，这是必要的。这些邻近装置必须存储所接收的保留信息并且在所保留的时段期间避免媒体访问。
DRP保留可以是在两个装置或各自的一组装置之间的单播或多播保留。
发明内容
因而，需要一种用于保留无线信道资源以便连接的装置102可以向主机101发送数据的UWB MAC的系统和方法。
本发明是基于分布式UWB MBOA MAC的，所述分布式UWBMBOA MAC使用分布式保留协议(DRP)来交换同步和异步数据。即，本发明涉及在使用DRP协议的连接的装置102和主机101之间进行数据转送。本发明提供了一种用于在无线USB(WUSB)中包括(并入)基于DRP的主机-装置通信的系统和方法。
具体地，本发明提供一种用于在包括主机和至少一个连接的装置的第一无线通用串行总线WUSB网络中进行主机-装置通信的方法，包括以下步骤：
由主机和至少一个连接的装置依照分布式超宽带介质访问控制UWB MAC协议来设置信标(beaconing)，其中所述设置信标的步骤还包括以下步骤：
-在主机信标中包括主机的能力；和
-在连接的装置信标中包括至少一个连接的装置的能力；
由至少一个连接的装置经由主机信标来发现主机；
由至少一个连接的装置向主机通告其通知通信业务；
由主机接收至少一个连接的装置的通知通信业务；以及
由主机依照至少一个连接的装置的通知通信业务来操作WUSB网络。
本发明还提供一种用于在包括主机和至少一个连接的装置的第一无线通用串行总线WUSB网络中进行主机-装置通信的主机设备，包括：
发送器，用于发送信标、通信业务通知、介质保留和数据；
接收器，用于接收信标、通信业务通知、介质保留和数据；
主机数据转送处理组件，用于处理在主机和至少一个连接的装置之间转送的数据；和
控制器，可操作耦合到所述发送器、接收器和主机数据转送处理组件，并且被配置为指导所述发送器、接收器和主机数据转送处理组件去：
为了通告主机能力，依照分布式超宽带介质访问控制UWBMAC协议，开始设置信标，
依照分布式UWB MAC协议，接收并处理至少一个连接的装置的信标，所述信标包括至少一个装置的能力，
接收并处理至少一个连接的装置的通知通信业务，并且
依照至少一个连接的装置的通知通信业务，开始并控制所述WUSB网络的操作。
在第一实施例中，主机101代表连接的装置102使用多播DRP(分布式保留协议)帧以根据连接的装置的特性和它们具有什么通信业务来为在主机101和连接的装置102之间进行数据转送保留无线信道资源。
在第二实施例中，主机101向连接的装置102发送单播DRP帧并且就连接的装置102和主机101之间进行数据转送而协商信道资源的使用。
在第三实施例中，主机101向连接的装置102发送轮询帧，以便触发从所述装置102进行传输。
因而，本发明是用于分布式MAC协议的系统和方法，该协议提供了在其中包括(并入)WUSB数据转送的解决方案。
附图说明
根据以下附图和本发明的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
图1图示了典型的集线器和轮辐WUSB体系结构；
图2依照WUSB工作组标准图示了微调度的DRP保留；
图3a图示了依照本发明的主机的体系结构；
图3b图示了依照本发明的连接的装置的体系结构；
图4图示了用于主机数据转送处理的有限状态图(finite statediagram)(FSD)。
具体实施方式
本领域普通技术人员应当理解以下描述仅提供用来图示目的而并非用于限制。技术人员认识到在本发明的精神和所附权利要求的范围内还存在许多变化。可以从当前描述中省略不必要的已知功能和操作的细节以免模糊本发明。
本发明提供了一种用于在无线USB(WUSB)中并入主机-装置的通信的系统和方法。现在参照图1，在WUSB方案中，存在一个主机101和向所述主机101发送数据的一个或多个连接的装置102。在有线USB方案中，主机向所述装置发送令牌或轮询帧来向所述装置请求数据。WUSB可以使用UWB MBOA MAC作为用于经由无线媒体(介质)与其它装置通信的手段(装置)。UWB MBOA MAC是分布式的并且本发明提供了一种系统和方法，利用该系统和方法，主机101可以代表连接的装置102来保留信道资源，以便当由主机请求数据时，连接的装置102可以发送数据。即，本发明是一种用于保留无线信道资源以便连接的装置102可以向主机101发送数据的系统和方法。
在第一实施例中，WUSB的主机101代表连接到其的至少一个WUSB装置102或者使用该WUSB装置102发起多播DRP帧来保留无线信道资源。连接到主机101的至少一个装置102中的每一个向所述主机101传送装置102的特性，所述特性由所述主机101用来代表至少一个装置102保留无线信道容量。此实施例的一个优点在于保留的开销非常低，这是由于多播保留是为多个装置做出的。另外，由主机所组合的保留导致对于主机101来说，只存在一个连续时段来从至少一个装置102接收数据。在此第一实施例中，使用被称作微调度的协议来为至少一个装置调度连续的时段。在2003年12月的“WUSB KeyDevelopers，USB-IF，WUSB Micro-scheduling Specification”(修订版0.5c)中定义了微调度协议，在此将其全部引入以供参考并在图2中图示。微调度为要求较低等待时间和更细粒度的带宽控制的应用添加了高效且可扩展的介质分配机制。在微调度下，主机以超帧内为基础重新分配DRP保留内的信道时间。这使装置能够迅速且有效地改变分配给其它装置的信道时间量，其中所述其它装置知道DRP保留并且被允许使用DRP保留。使用微调度的组被称作微调度群集。在微调度DRP保留内分配介质使用的群集内的装置被称作微调度群集控制器(Micro-Scheduled Cluster Controller MSCC)。
因而，本发明的多播DRP协议是用于把UWB MAC并入WUSB规范的现有微调度模式的方式。此模式的缺点在于主机101必须为那些不同意初始多播保留的装置102执行另一多播保留或执行单播保留。
在第二实施例中，主机101向至少一个装置102发起独立的单播DRP保留以保留信道资源。在此第二实施例中，需要在信道上发送的保留帧的数目与所连接到主机101的装置102的数目成正比。此保留发起等价于当前WUSB规范的微调度管理命令(micro-scheduledmanagement command MMC)。一旦作了保留，主机101使用轮询帧来请求至少一个装置102在所保留的周期期间发送数据。第二实施例的优点包括：(1)它是DRP的自然扩展；并且(2)WUSB装置可以非常简单。然而，会遭受更高的DRP协商开销(取决于WUSB装置的数目)。并且因为可以通过超帧扩展DRP保留，因而第二实施例可能没有由第一实施例所使用的微调度那么高效。
在第三实施例中，对于不要求DRP的WUSB传输，轮询帧还可以由主机101使用EDCA信道访问来发送，以请求至少一个装置发送数据，其中所述EDCA信道访问能在利用增强型分布式信道访问传输机会EDCA TXOP限制所规定的时间内控制媒体。第三实施例具有灵活性的优点并且还不要求装置支持DRP机制并实现DRP机制。然而，EDCA是基于争用的访问并且不保证没有延迟。
对于每个实施例来说，主机101必须知道至少一个装置102的能力。当至少一个装置102发送信标时，由至少一个装置102来包括这些能力。主机101还在信标中包括主机101的能力。在每个实施例中，装置102向WUSB主机101通知通信业务是否挂起。在每个实施例中，WUSB装置通知通信业务可以使用DRP保留，或者装置通知通信业务可以使用EDCA或使用信标帧中的某个信令来被发送。
经由其中主机包括其能力的信标来进行WUSB主机发现。
为了获得更好的打包并且使实现方式便于进行，优选把DRP保留的偏移和持续时间字段设置为“X”的倍数，其中根据所想要的DRP保留的分辨率和DRP槽的大小的组合来选择X。典型情况下，X＝625μ秒。
现在参照图1，典型的WUSB网络使用集线器和轮辐(hub-and-spoke)体系结构，该体系结构具有主机101作为集线器并且具有至少一个连接的装置102作为轮辐。依照本发明的典型WUSB主机101可以包括主机MAC模块300，其具有在图3a的框图中所图示的体系结构。主机101可以包括主机MAC模块300，其具有可操作来耦合到至少一个发送器301的控制器302、包括依照本发明的主机DRP处理模块303a和主机装置通知处理模块303b的主机数据传送处理组件303以及接收器304。发送器301和接收器304可操作来耦合到天线305。主机DRP处理组件303a提供了自适应编程，以致对于每个连接的装置102，例如多播和单播DRP处理中的至少一个由主机101来实现。
典型的WUSB连接的装置102可以选择性地包括更有限版本的主机MAC模块300作为装置MAC模块350，其具有在图3b的框图中所图示的体系结构。每个连接的装置102可以包括装置MAC模块350，其具有可操作来耦合到至少发送器351的控制器352、包括依照本发明的装置DRP处理模块353a和装置通知处理模块353b的装置处理组件353以及接收器354。发送器351和接收器354可操作来耦合到天线355。装置DRP处理组件353a提供了自适应编程，以致例如多播和单播DRP处理中的至少一个由装置102实现，以响应于由主机101所进行的保留，并且还使得连接的装置102进一步接受或拒绝由主机101代表它所做的保留。另外，如果连接的装置具有附加能力来充当主机本身，那么就有每个模块353a-b的可选装置/主机子组件(未示出)。
现在参照图4，有限状态图(FSD)图示了包括主机DRP处理组件303a的DRP保留功能的主机数据转送处理303。一旦WUSB主机被初始化401，那么它就遵循在MBOA MAC中所规定的规则来开始设置信标(beaconing)402。信标包括WUSB主机能力，以便使WUSB装置可以借助于有规律的MAC信标接收来找到WUSB主机。一旦WUSB装置被初始化，那么所述装置就遵循MBOA MAC的信标规则，并且从WUSB主机寻找所述信标。
如果不支持DRP，那么WUSB等待经由EDCA接收装置通知通信业务(DNT)403，或者如果支持DRP，那么所述WUSB等待经由EDCA或DRP接收所述装置通知通信业务(DNT)405。继EDCA操作403之后，一旦经由EDCA接收DNT通信业务，那么依照本发明的第三实施例，WUSB主机就使用EDCA机制来访问媒体(介质)并且轮询WUSB装置406。应当注意，即便WUSB主机支持DRP，DNT通信业务也可以经由EDCA来接收403。
如果DNT通信业务被接收并且支持DRP，那么WUSB主机发起DRP数据协商过程405。
-如果WUSB主机和装置支持多播DRP，那么WUSB主机把DRP多播保留包括在信标中408。装置可以采用所述保留并且把它包括在它们自己的信标中。如果所有装置采用多播保留，那么WUSB主机开始微调度操作。如果某些装置例如因为所述多播保留与邻近的保留相冲突而不采用所述多播保留，那么WUSB主机可以用所述装置发起第二WUSB多播保留或单播保留411。在本发明的第一实施例中，WUSB装置至少支持隐式的DRP保留机制。这要求所述装置侦听其它装置的信标并且存储所有数据间隙在超帧期间的占用率。这使所述装置能够最终拒绝WUSB主机的多播保留请求并且最终建议候选的保留时间。在本发明的第二实施例中，WUSB装置不必支持完整的DRP功能，并且只是把DRP保留信息元素从WUSB主机的信标拷贝到它们自己的信标中。
-如果WUSB主机或装置不支持在多播DRP保留期间的微调度，那么依照另一实施例，所述WUSB主机发起单播DRP协商407，并且通过在DRP保留期间使用轮询帧来开始WUSB操作409。
应当理解，为了满足具有不同能力的装置的需求，所有机制的组合可以由WUSB并行执行。即便DRP保留被建立了409 410，WUSB主机也可以使用EDCA访问来递送通信业务或者轮询连接的装置406。这对于其中存在干扰和信道错误并且无法使用在DRP保留期间的时间的方案来说是有用的。
虽然已经图示并描述了本发明的优选实施例，然而本领域内技术人员应当理解，这里所描述的超帧是说明性的并且在不脱离本发明真正范围的情况下可以进行各种改变和修改并且可以用等效物来替换其元素。另外，在不脱离本发明的中心范围的情况下，可以进行许多修改以使本发明的教导适于特定的情况。因此，本发明意在不限于被作为用于实现本发明的最佳方式所公开的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (14)

1.一种用于在包括主机(101)和至少一个连接的装置(102)的第一无线通用串行总线WUSB网络(100)中进行主机-装置通信(103)的方法，包括以下步骤：
由主机和至少一个连接的装置依照分布式超宽带介质访问控制UWB MAC协议来设置信标，其中所述设置信标的步骤还包括以下步骤：
-在主机信标中包括该主机的能力；和
-在连接的装置信标中包括该至少一个连接的装置的能力；
由所述至少一个连接的装置经由主机信标来发现主机；
由所述至少一个连接的装置向主机通告其通知通信业务；
由该主机接收所述至少一个连接的装置的通知通信业务；以及
由该主机(101)代表该至少一个连接的装置(102)来依照所述至少一个连接的装置的能力和通知通信业务保留无线信道资源用于该主机(100)和该至少一个连接的装置(102)之间的数据转送，使得在WUSB网络的操作(406，409，410)中当被该主机(101)请求时该至少一个连接的装置(102)能发送数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个连接的装置(102)能够通过执行以下步骤之一来通告其通知通信业务：
i.使用分布式保留协议DRP访问来表明通信业务；
ii.使用增强型分布式信道访问EDCA来发送通知通信业务；和
iii.在信标中发信号，以发送通知通信业务。
3.如权利要求1所述的方法，其中操作步骤还包括以下步骤：
如果连接的装置支持增强型分布式信道访问EDCA，则主机执行以下步骤：
使用EDCA机制来访问介质；
轮询所述至少一个连接的装置(102)，以请求：所述至少一个连接的装置发送数据；和
作为轮询的结果，从所述至少一个连接的装置接收数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中操作步骤还包括以下步骤：
如果连接的装置(102)支持单播分布式保留协议DRP，则通过主机执行以下步骤来执行单播保留：
向该至少一个连接的装置发起单播DRP保留，以保留信道资源，用于由该至少一个连接的装置向所述主机传输数据；
在DRP期间，轮询所述至少一个连接的装置，以请求：所述至少一个连接的装置发送数据；和
作为轮询的结果，从所述至少一个连接的装置接收数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中操作步骤还包括以下步骤：
如果连接的装置(102)支持多播分布式保留协议DRP，则通过主机(101)执行以下步骤来执行多播保留：
通过把多播DRP帧包括在信标中，在第一多播DRP保留中保留信道资源，以实现第一保留；
针对作为不接受多播DRP保留的不接受装置的每个连接的装置，发起与每个不接受装置的有规律的DRP协商，以实现针对每个不接受装置的单播保留和第二多播DRP保留中的至少一个；
在接受多播DRP保留的所述至少一个连接的装置中的那些连接的装置之间，微调度第一和第二多播DRP保留的信道资源；和
从所述至少一个连接的装置接收数据。
6.如权利要求5所述的方法，其中发起有规律常规的DRP协商步骤还包括执行以下步骤中至少一个的步骤：
对于不接受装置发起单播DRP保留；以及
对于不接受装置发起第二多播DRP保留。
7.如权利要求6所述的方法，还包括所述至少一个连接的装置(102)在第二WUSB网络中充当主机(101)的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
如果支持分布式保留协议DRP，则把DRP保留中的偏移字段和持续时间字段设置为预定值的倍数。
9.一种主机设备(101，300)，用于在包括主机和至少一个连接的装置(102)的第一无线通用串行总线WUSB网络中进行主机-装置通信，包括：
发送器(301)，用于发送信标、通信业务通知、介质保留和数据；
接收器(304)，用于接收信标、通信业务通知、介质保留和数据；
主机数据转送处理组件(303)，用于处理在主机和所述至少一个连接的装置之间转送的数据；和
控制器(302)，可操作耦合到所述发送器、接收器和主机数据转送处理组件，并且被配置为指导所述发送器、接收器和主机数据转送处理组件去：
依照分布式超宽带介质访问控制UWB MAC协议，开始设置信标，以通告主机能力，
依照分布式UWB MAC协议，接收并处理所述至少一个连接的装置的信标，所述信标包括所述至少一个连接的装置的能力，
接收并处理所述至少一个连接的装置的通知通信业务，并且
代表该至少一个连接的装置(102)来依照所述至少一个连接的装置的能力和通知通信业务保留无线信道资源用于该主机(100)和该至少一个连接的装置(102)之间的数据转送，使得在WUSB网络的操作(406，409，410)中当被该主机(101)请求时该至少一个连接的装置(102)能发送数据。
10.如权利要求9所述的主机设备，其中所述控制器(302)还被配置为指导发送器(301)、接收器(304)和主机数据转送处理组件(303)去：
如果支持多播分布式保留协议DRP，则把多播分布式保留协议DRP保留包括在信标中，并随后开始微调度操作；
接收并处理通知通信业务，并且如果连接的装置支持单播DRP，则与所述至少一个连接的装置(102)协商单播DRP，并随后开始WUSB操作；以及
接收并处理通知通信业务，并且如果连接的装置支持增强型分布式信道访问EDCA，则使用EDCA利用轮询帧开始WUSB操作。
11.如权利要求9所述的主机设备，其中连接的装置(102)支持增强型分布式信道访问EDCA，并且所述控制器(302)还被配置为通过指导接收器(304)、发送器(301)和主机数据转送处理部件(303)进行以下操作来控制所述主机的操作：
使用EDCA机制来访问介质；
轮询所述至少一个连接的装置(102)，以请求：所述至少一个连接的装置发送数据；以及
作为轮询的结果，从所述至少一个连接的装置接收数据。
12.如权利要求9所述的主机设备，其中连接的装置(102)支持单播分布式保留协议DRP，并且所述控制器(302)还被配置为通过指导接收器(304)、发送器(301)和主机数据转送处理部件(303)进行以下操作来控制所述主机(101，300)的操作：
向该至少一个连接的装置发起单播DRP保留，以保留信道资源，用于由所述至少一个连接的装置(102)向主机传输数据；
在DRP期间轮询所述至少一个连接的装置，以请求：所述至少一个连接的装置发送数据；以及
作为轮询的结果，从该至少一个连接的装置接收数据。
13.如权利要求9所述的主机设备，其中所述至少一个连接的装置(102)支持多播分布式保留协议DRP，并且所述控制器(302)还被配置为通过指导接收器(304)、发送器(301)和主机数据转送处理部件(303)进行以下操作来控制所述主机(101，300)的操作：
通过把多播DRP帧包括在信标中，在第一多播DRP保留中保留信道资源，以实现第一保留；
针对作为不接受该第一多播DRP保留的不接受装置的每个所述至少一个连接的装置(102)，发起与每个不接受装置的有规律的DRP协商，以实现针对每个不接受装置的单播保留和第二多播DRP保留中的至少一个；
在接受多播DRP保留的所述至少一个连接的装置之中的那些连接的装置之间，微调度该第一和第二多播DRP保留的信道资源；以及
从所述至少一个连接的装置接收数据。
14.如权利要求13所述的主机设备，其中有规律的DRP协商包括与不接受装置协商单播DRP保留和用于不接受装置的第二多播DRP保留中的至少一个。
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