CN1993937A - 释放分布式mac协议中未使用的时隙的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的系统和方法提供了一种用于设备(400)的协议，以通知先前预留的时间段或时隙未被(完全)使用并且变得可用，因此其它设备可以在未使用的时间期间传输。所述系统和方法特别用于具有由设备使用的分布式媒体预留的系统，即那些遵守分布式预留协议(DRP)的系统。

Description

释放分布式MAC协议中未使用的时隙的系统和方法

技术领域

本发明涉及释放用于无线网络的分布式MAC协议中未使用的预留的时隙。

背景技术

无线网络上的多媒体传输因为不断增加的市场需求而变得越来越盛行。当前无线通信协议的组成部分包括物理层和MAC。多频带OFDM联盟(MBOA)正为UWB标准化一种新的MAC协议。这个MAC协议现在可用作草案版本0.，参见MBOA规范，2004年3月23日提出的用于高速个人局域网(WPANS)规范的草案0.5的MBOA无线媒体访问控制(MAC)，其全部内容这里被结合作为参考，如同这里充分阐述的。MAC协议是用于访问共享媒体的分布式协议。下面提供该协议的简短描述。

无线个人局域网(WPAN)不能提供典型无线局域网(WLAN)的网络基础构架。分布式MAC协议通过分布功能到所有设备例如节点上来消除对网络基础构架的需要。没有用于无线个人局域网(WPAN)的接入点或中心协调程序。即，WPAN中的所有设备表现出同样的协议行为并且具有同样的硬件/软件能力。支持异步和同步数据传递。同步传递依靠带宽预留得到支持，其以完全分布式的方式来处理。

所有设备通过信标传输通知它们的广播时间使用，通过从它们接收信标识别出邻近设备的广播时间使用，以及在发射/接收数据之前考虑其它设备的广播时间使用。这使得分布式MAC协议非常适合于专用应用和对等连网。此外，由分布式MAC基于其上的设备实现的媒体预留消除了在媒体上的感测和冲突次数。

为了维持通信设备之间的协调，所有设备需要定期地传输信标105。信标105提供了网络的基本定时并且传输关于同步预留的信息。基本定时结构是长度为65,536(微秒)的超帧。超帧100由256个媒体访问时隙(MAS)组成，其中每个MAS长度是256(微秒)。MAS时隙的编号从0至255并且MAS时隙9是第一个时隙。若干个时隙类型根据MAS如何被该设备或附近的设备使用来定义。

如图1所示，时间被分成超帧。在每个超帧的开始，有一个信标时段，跟着是数据传输阶段。

在无线个人设备之间可以发生通信之前，每个设备必须创建其自己的信标组或者加入到现有信标组。对于每个信标阶段102(也称为信标时段或BP)，动态数量的连续MAS时隙被利用作为信标时隙，其中所有设备传输它们的信标105。超帧100的开始时间由信标时段101的开始来确定并且被定义为信标时段开始时间(BPST)并且MAS时隙相对于这个开始时间来编号。当设备发起新信标组时，它定义了在任何时隙上的超帧边界，所述时隙不与其它信标组的时隙预留冲突。

在数据阶段中可能有两种访问机制。一种访问方法称作“分布式预留协议”(DRP)。它预见设备可以为数据阶段的特定时段做出预留。该预留在计划传输的发信机和一个(或多个)接收机之间进行协商。这个协商由专用信令握手或者隐含地通过包括发信机和一个(或多个)接收机信标中的预留信息来执行。一旦该预留被建立，则预留信息必须被包括在每个超帧中的发信机以及一个(或多个)接收机的信标中(并且任选地发信机和一个(或多个)接收机的邻近设备的信标中)，其中预留仍旧有效。这是必要的以便通知发信机和一个(或多个)接收机的邻近设备(并且任选地还有邻近的邻居)关于现有预留。除了一个(或多个)发信机之外不允许其它设备在预留时段的开始访问该媒体。为了有效使用未使用的预留时段，规定了两种类型的预留：软和硬预留。在软预留时段中，其它设备可以在媒体上的一定空闲时间之后访问该媒体。在硬预留中，其它设备仅允许在一个(或多个)发信机和一个(或多个)接收机已经通过NAK-RTS/NAK-CTS信令握手来发信号通知它们传输结束之后访问该媒体。

MAC标准中的第二种可能的访问方法类似于IEEE 802.11e的增强分布式协调功能(EDCA)，其基于具有后退协议的载波侦听多路存取(CSMA)。这种随机访问方法仅允许在数据阶段的非预留部分中或者在未使用的预留时段中。预留必须由所有设备来考虑。

信标被用于信号预留以及用于功率节省目的。每个设备在固定信标时隙中发送其自己的信标。该设备在其开启之后在预留时段的未使用时隙中选择其时隙。为了检测出两个设备已经选择了相同的信标时隙，每个设备在其自己的信标中包括关于其已经接收到的所有其它信标的信息。设备可以检测出其信标最终与另一个设备的信标冲突，根据这样的事实即其信标在其它设备的任何信标中未被提到。在这种情况下，设备必须在下一个超帧中随机选择不同的信标时隙。这个协议称作信标冲突解析协议(BCRP)。

在“硬”预留期间，除了预留的发信机之外无其它设备被允许访问媒体。常常碰巧发信机不再需要先前预留的时间或者发信机不需要所有的预留时间。对于周期性预留尤其是这种情况，所述周期性预留是在MBOA MAC中执行的预留类型。对于不允许在硬预留期间访问媒体的其它设备的传输，这个未使用的时间丢失了，即使媒体是空闲的。为了避免这样浪费的广播时间，当前MAC草案标准预见发信机可以通知对于其它设备的传输来说发信机使剩余的或整个预留时段可用。在接收这个通知的发信机周围的设备可以在剩余的预留时段(并且如果没有通知其它预留的话在该时段之外)期间访问媒体。然而，发信机的原始预留不仅由发信机分布而且由计划传输的一个(或多个)预定接收机分布，并且最终还由发信机和一个(或多个)接收机的邻居分布。因此，可能存在发信机范围之外的设备，其已经存储了该预留但是没有接收到预留时间可用即未使用的通知。为了通知所有设备预留时间的可用性，先前已经通知预留的所有设备现在还必须通知预留时间的可用性。必须重复发信机的关于预留被取消的通知的设备是计划传输的一个(或多个)预定接收机以及发信机和接收机的邻居，在它们先前也广播了所述预留的情况下。

因此，希望发信机的第一通知跟着是接收机和发信机与接收机的最终邻居的多个通知。在共享媒体上的这些通知的冲突的概率很高。这个冲突问题通过本发明的协议加以解决。

在用于NAK-RTS/CTS的一种协议中，媒体由NAK-RTS帧来释放，跟着是所计划的(或短于计划的)传输的接收机的NAK-CTS帧。其中接收机使用NAK-CTS帧响应的顺序由它们的设备标识符(DEVID)给出。如果必须响应NAK-RTS帧的设备知晓它们各自的DEVID并且可以因此推出何时发送它们的NAK-CTS帧，则这个协议仅可以工作。然而，假设MBOA的分布式预留协议(DRP)，设备可能不必知道哪个其它设备已经接收到NAK-RTS。

因此，需要一种协议来用信号通知传输工作的结束，即使DRP设备不知道哪个其它设备已经接收到NAK-RTS。

发明内容

本发明的系统和方法提供了一种用于设备的协议，用于通知先前预留的时间段或时隙未被(完全)使用并且可用，因此其它设备可以在未使用的时间期间传输。本发明的系统和方法特别用于结合了由设备所使用的分布式媒体预留协议的系统，即那些遵守MBOA分布式预留协议(DRP)的系统。

在具有共享媒体和分布式预留的系统中，预留典型地不仅由在预留期间计划传输的发信机广播，而且由传输的一个(或多个)接收机广播，或者甚至由发信机和一个(或多个)接收机的邻近设备广播。这就是为了取消预留，不仅发信机而且一个(或多个)接收机和最终邻居必须广播消息的原因，所述消息是所述预留未被(完全)使用并且可以由其它设备重新使用。当媒体上的接收机和邻居的通知发生冲突时可能出现问题。为了避免这个问题，在本发明的优选实施例中，发信机在其自己的通知中包括接收机和最终邻居的列表。包括在该列表中的设备然后以其中它们在这个列表中被提到的顺序重复这个通知。

本发明的系统和方法可以用于使用分布式预留协议的所有设备，并且对于UWB MAC特别有用。

附图说明

图1示出了用于MAC协议的一个超帧布置；

图2A示出了根据本发明的一个优选实施例的一个未使用的分布式预留通知控制帧的格式；

图2B示出了根据本发明的一个优选实施例的一个未使用的分布式预留响应控制帧的格式；

图3示出了根据本发明的一个实施例用于通知未使用的预留时间的消息交换；以及

图4示出了根据本发明修改的用来释放专用无线网络中未使用的DRP预留时间的一个无线设备的简化框图。

具体实施方式

在下面的描述中，特定细节通过解释而不是限制的方式加以阐述，所述细节比如特定结构、接口、技术等等，以便提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域的技术人员来说显然本发明可以在背离这些特定细节的其他实施例中进行实施。

通过为DRP发信机提供一个“未使用的DRP通知”广播控制/命令帧200来在媒体上通知预留的未使用时间，本发明提供了释放从先前预留的时间时段留下的未使用时间的系统和方法。在图2A中示出了“未使用的DRP通知”广播控制帧200的格式。该通知200包括至少一个DEVID204。未使用的DRP通知控制帧200是一个广播帧，其被用来明确地释放硬DRP。用于UDA控制帧的MAC报头设置如表1中描述的加以设置和解释。

未使用的DRP通知控制帧(UDA)200包括报头和帧体，后者包括设备列表，该设备应当使用未使用的DRP响应控制/命令帧(UDR)250响应，如图2B所示。在UDA控制帧200中，发信机包括应当响应这个通知的一个或多个接收机/邻居204.0-204.N的列表。其中接收机/邻居的DEVID在这个列表中提到的顺序是其中接收机应当响应的顺序。当DRP发信机已经计算出在剩余的DRP时间期间有足够的时间来接收所有的响应时，通知200仅由DRP发信机发送。一旦接收到“未使用的DRP通知”控制帧(UDA)200时，该设备检查是否它在接收机/邻居204.0-204.N的列表中提到。如果接收设备在204.0-204.N列表中提到，则该接收设备使用“未使用的DRP响应”控制帧(UDR)250响应。未使用的DRP响应控制帧(UDR)250是广播帧，其用于响应UDA和明确地释放硬DRP。未使用的DRP响应控制帧(UDR)250是零长度有效载荷帧。

也就是说，如果在硬DRP预留期间有剩余时间未使用，则发送设备由UDA控制帧200通知预留时段的结束。发信机包括其应当响应这个通知的UDA控制帧200中的设备204.0-204.N的列表。一个或多个设备204.0-204.N的这个列表包含先前已经包括它们信标中的相应DRP信息的那些设备。其中设备的ID在204.0-204.N列表中提到的顺序是其中它们应当使用UDP控制帧250响应的顺序，由此，发信机周围的设备以及204.0-204.N列表中的设备被通知关于硬预留时段的初期结束。

一旦接收到UDA控制帧200，设备必须检查是否其DEVID包括在UDA控制帧200的设备列表204.0-204.N中。如果接收机的DEVID包括在该列表中，它必须在确定的时延之后使用UDR控制帧250响应UDA控制帧200。这个时延基于收发信机周转时间(turn-around)加上取决于接收机在UDA列表中的位置M的时间来计算。在一个优选实施例中，这个时延被计算为：

Time_To_Send_Response＝SIFS+(Position_In_List_in_UDA)*(UDR_Control_Frame_Duration+SIFS)，

其中：

(1)Time_To_Send_Response是从UDA控制帧200的接收的结束测量；并且

(2)Position_In_List具有值(0，...，N)。

UDA和UDR控制帧200、250释放如UDA200和UDR250控制帧的报头中的持续时间值表示的上一个UDR控制帧250的结束和同一DRP的剩余邻近DRP时隙的结束之间的时间。在同一超帧或后面超帧中不连续的属于同一DRP的时隙未被释放。

在UDA控制帧200中的持续时间值覆盖了UDA控制帧200以及所有希望的UDR控制帧250。在UDR控制帧250中的持续时间值被设置为UDA控制帧200中的持续时间值减去在UDA控制帧200的结束和各个UDR控制帧250的结束之间的时间。这个值给出：

UDR_Control_Frame_Duration＝UDA_Control_Frame_Duration-(SIFS+

      (Position_In_List)*(UDR_Control_Frame_Duration+SIFS))

                -UDR_Control_Frame_Duration.

例如，对于比如MBOA或IEEE 802.11的协议，发送响应或UDR的时间被计算如下：

Time_To_Send_Response＝SIFS+(Position_In_List)*(Response_Frame_Length+

                            SIFS)，

其中：

(1)Time_To_Send_Response从未使用的DRP请求控制/命令帧的接收的结束测量；并且

(2)Position_In_List具有值(0，...，N)。

在一个优选实施例中，“未使用的DRP响应”控制帧250作为广播帧被发送。这个协议避免了媒体上的响应帧的冲突。

图3中示出了优选的消息交换。这个发送设备首先确定有未使用的时间和足够的时间来广播通知并且接收响应，如上面的“Time_To_Send_Response”计算中所示的。如果有足够的时间，那么发信机在302处发送包括响应器列表的未使用的DRP通知。通知控制帧200的接收机i＝1-N，在305处设置未使用的DRP通知rspi来在303处广播“未使用的DRP响应”控制帧250以及在所述通知控制帧200列表中使用DEVID在304处设置未使用的DRP通知indi。

现在参照图4，根据本发明修改的设备400包括天线403，用于发射和接收UDA和UDR控制帧。天线403可操作地耦合到包括发射机401和接收机402的收发信机406。分布式预留管理模块404判定何时在预留中有剩余时间并且是否有足够的剩余时间来传输UDA控制帧200和接收对其响应的所有预期的UDR控制帧250，即通过计算：

UDA_Control_Frame_Duration＝SIFS+Length_of_UDA+

                                 N*(Length_of_UDR+SIFS).

本发明还可以应用到CSMA/CA系统来释放先前由RTS或类似的分组预留的未使用的时间。

虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将理解到可以做出各种变化和修改，并且等价物可以用于取代其部件而不背离本发明的实际范围。例如，此外，可以做出许多修改来适应特定情况，比如控制帧和其部件的格式变化，并且本发明的讲授可以以等价的方式被适应而不会背离其中心范围。因此，本发明意欲不受限于作为用于执行本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括落在其所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种用于释放无线网络的分布式协议的传输时间的预留的未使用的预留时间的方法，包括步骤：

由传输的发信机确定在预留中有剩余的未使用的传输时间；

当确定有未使用的剩余时间时，由发信机发送(302)未使用时间(200)的通知，所述通知包括成员设备的列表，所述设备先前确认过该预留(204.0)-(204.N)；以及

在部分取决于所述成员在该列表中的位置M的时间之后，由接收发送消息的所述列表中的每个成员来广播响应(250)。

2.根据权利要求1的方法，其中所述确定步骤还包括仅在执行确定在预留中有足够的未使用剩余时间的步骤之后确定有未使用的剩余时间的步骤，用来发送所述通知和接收来自先前已经确认所述预留的每个设备的响应。

3.根据权利要求1的方法，其中发送步骤还包括发送以未使用的通知控制/命令帧(200)形式的通知(302)的步骤，所述帧包括：

帧报头(205)，包括未使用时间的持续时间(202)，以及

帧体，其被格式化为：  八比特组：2   2   2 1  DEVIN(N)   …   DEVIN(0) 长度(＝2×(N+1))

4.根据权利要求1的方法，其中所述广播步骤还包括广播(303)未使用的响应控制/命令帧(250)的步骤，该帧包括：

帧报头(255)，包括响应帧的持续时间(252)，该持续时间被设置成在通知控制帧的结束和响应控制帧的结束之间的时间；

5.根据权利要求1的方法，其中所述剩余的未使用的传输时间是所有预留时间和部分预留时间之一。

6.根据权利要求1的方法，其中广播步骤进一步包括计算时间的步骤，在该时间之后发送响应作为收发信机周转时间加上取决于所述成员在该列表中的位置M的时间。

7.根据权利要求6的方法，其中响应包括未使用的预留响应控制帧(250)并且取决于位置M的时间是保护时间和未使用的预留响应控制帧的长度之和的M倍。

8.根据权利要求7的方法，其中：

收发信机周转时间是短的帧间间隔(SIFS)；以及

保护时间是短的帧间间隔(SIFS)。

9.根据权利要求8的方法，其中所述发送步骤还包括发送(302)未使用的时间通知控制/命令帧(200)的步骤，该帧包括：

帧报头(205)，包括未使用时间的持续时间(202)，以及

帧体(206)，其被格式化为：  八比特组：2   2   2 1  DEVIN(N)   …   DEVIN(0) 长度(＝2×(N+1))

10.根据权利要求9的方法，其中广播步骤还包括广播未使用的响应控制/命令帧(250)的步骤，该帧包括：

帧报头(255)，包括响应帧的持续时间(252)，该持续时间被设置成在通知控制帧的结束和响应控制帧的结束之间的时间；

零长度帧体(256)。

11.根据权利要求10的方法，其中所述剩余的未使用的传输时间是所有预留时间和部分预留时间之一。

12.一种用于使用无线网络中的分布式预留协议释放由无线设备所预留的预留的未使用预留时间的系统，包括：

收发信机(406)，用于发送和接收与至少一个分布式预留相关的未使用的时间通知控制帧(200)和未使用的时间响应控制帧(250)中的至少一个；

分布式预留管理模块(404)，其可操作地耦合到所述收发信机(406)，用来-

(1)当在至少一个分布式预留中有未使用的时间时，用来

i.发送包括先前确认所述预留的设备(204.0)-(204.N)的确认器设备列表的通知控制帧(200)，以及

ii.接收由接收所述通知控制帧(200)的列表的成员广播的未使用的响应控制帧(250)；

(2)接收通知控制帧(200)，该帧包括设备(204.0)-(204.N)列表，并且当该设备出现在接收列表中时，在部分取决于设备在所接收的列表中的位置M的时间之后广播未使用的响应控制帧(250)。

13.根据权利要求13的系统，其中：

所述设备进一步包括存储器(405)，该存储器包含分布式预留参数和先前确认所述预留的设备的确认器设备列表并且可操作地耦合到所述管理模块(404)；以及

管理模块(404)进一步被配置来存储和检索存储器(405)中用于预留的参数和确认器设备列表，并且用来-

i.确定是否在预留中有未使用的时间并且当有未使用的时间时从

其进入通知控制帧，以及

ii.确定是否该设备是在所接收的通知控制帧(200)中的列表成员，并且从其进入响应控制帧(250)。

14.根据权利要求13的系统，其中所述管理模块(404)进一步被配置以只有当在预留中有足够的未使用时间来发送通知和接收来自先前已经确认所述预留的每个设备的响应才确定在预留中有未使用的时间。

15.根据权利要求14的系统，其中所述管理模块(404)进一步被配置来计算时间，在该时间之后来发送响应作为收发信机周转时间加上取决于所述成员在接收列表中的位置M的时间。

16.根据权利要求15的系统，其中响应包括未使用的预留响应控制帧(250)以及取决于位置M的时间是保护时间和未使用的预留响应控制帧的长度之和的M倍。

17.根据权利要求16的系统，其中：

收发信机(406)周转时间是短的帧间间隔(SIFS)；以及

保护时间是短的帧间间隔(SIFS)。

18.根据权利要求17的系统，其中未使用的通知控制帧(200)包括：

帧报头(205)，包括未使用的时间的持续时间(202)，以及

帧体(206)，其被格式化为：  八比特组：2   2   2 1  DEVIN(N)   …   DEVIN(0) 长度(＝2×(N+1))

19.根据权利要求18的系统，其中未使用的响应控制帧(250)包括：

帧报头(255)，包括响应帧的持续时间(252)，该持续时间被设置成在通知控制帧的结束和响应控制帧的结束之间的时间；

零长度帧体(256)。

20.根据权利要求19的系统，其中所述预留中的未使用的时间是所有预留时间和部分预留时间之一。

21.一种用于使用无线网络中的分布式预留协议释放由无线设备做出的预留的未使用的邻近预留时间的无线设备，包括：

收发信机(406)，包括发射机部件(401)，用于发送未使用的时间通知控制帧(200)和接收机部件(402)，用于接收与所述无线设备做出的至少一个分布式预留相关的未使用的时间响应控制帧(250)；

分布式预留管理模块(404)，其可操作地耦合到所述收发信机(406)，这样当在至少一个分布式预留中有未使用的时间时，用来

i.发送包括先前确认所述预留的设备(204.0)-(204.N)的确认器设备列表的通知控制帧(200)，以及

ii.接收由接收所述通知控制帧(200)的所述确认器设备列表(204.0)-(204.N)的成员所广播的未使用的响应控制帧(250)；

其中，该无线设备释放在所述广播的未使用响应控制帧的上一个未使用的响应控制帧的结束和预留的未使用邻近时间的结束之间的时间。

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