TWI410159B - 通訊網路之免協調會合方法 - Google Patents

Description

通訊網路之免協調會合方法

本發明係有關一種通訊網路，特別是關於一種免協調(coordination-free)之會合(rendezvous)協定，用以讓裝置於有限時間內進行會合，而不受限於網路環境。

通訊網路，例如網際網路或無線網路，係連結裝置或節點，使得訊息得以於裝置之間傳送。無論是同步或非同步，通訊網路通常需要藉由事件的協調，才能使其成為一個協調良好的網路。然而，用以協調裝置的同步機制一般需要使用複雜的協定及額外的基礎架構。

對於一個非協調的網路而言，必須提供會合(rendezvous)的機制，才能於裝置之間進行有效率的通訊。例如，動態頻譜存取(dynamic spectrum access,DSA)或感知無線電(cognitive radio)係一種可增進頻譜利用率的無線網路。其中，有照裝置必須受到保護，以免受到無照裝置的干擾。因此，無照裝置必須隨時偵測有照裝置的信號。然而，由於無照裝置彼此間係沒有互相協調的，因此其無法有效地偵測有照裝置。

行動特殊網路(MANET)係另一種需要協調的網路。MANET的裝置在沒有資料要傳送或接收時，通常會進入睡眠狀態，用以節省電池功率。因此，傳送資料的裝置經常遇到等待延遲，甚至於，如果裝置間的睡眠型態無法得到協調，則可能發生永遠無法互達對方的情形。

鑑於上述通訊網路，例如感知無線電或MANET，裝置無法有效地和對方會合，因此亟需提出一種免協調的會合協定，用以讓裝置於有限時間內進行會合，而不受限於網路環境。

本發明實施例的目的之一在於提出一種用於通訊網路之免協調會合方法，提供通訊網路裝置一種廣泛的會合方法，其不需要時間上同步或於裝置間使用特定信號。

根據本發明實施例，分割時間為複數個超槽(superslot)，且分割每一超槽為複數個槽。自每一超槽中，選擇至少一第一類槽及至少一第二類槽。於每一超槽，改變第一類槽與第二類槽之間的相對位置，使得通訊網路裝置之間的第一類槽或第二類槽會週期性地重疊。

根據一種會合型，第一類槽為靜止槽，於每一超槽，其位置不改變；第二類槽為移動槽，於每一超槽，其位置會改變。

根據另一種會合型，第一類槽為慢速移動槽，第二類槽為快速移動槽，其中，快速移動槽返回其初始位置的期間係為次週期(sub-cycle)。於次週期之每一超槽，快速移動槽會改變其位置，而慢 速移動槽則不改變位置，但於下一個次週期則會改變位置。

根據又一種會合型，第一類槽為靜止槽，其於每一超槽不改變位置；第二類槽包含複數個具不同速度層級的移動槽，其中，層級愈高，則移動槽改變位置愈不頻繁。

m_s,X‧‧‧靜止槽的數目

m_v,X‧‧‧移動槽的數目

第一圖例示本發明第一實施例的時序圖。

第二A圖及第二B圖例示第一實施例之裝置X的工作排程。

第三圖例示第一實施例之裝置X和裝置Y的會合。

第四圖例示本發明第二實施例的時序圖。

第五圖例示第二實施例之裝置X的工作排程。

第六圖例示第二實施例之裝置X和裝置Y的會合。

第七a圖及第七b圖例示第一變化型實施例之裝置X、裝置Y和裝置Z之間的會合。

第八圖例示本發明第三實施例的時序圖。

第九圖例示第三實施例之裝置X的工作排程。

第十a圖、第十b圖、第十c圖及第十d圖例示第三實施例之裝置X和裝置Y的會合。

以下將討論本發明實施例的細節，然而本發明的專利範圍並不限定於實施例，而可適用於其他應用領域。例如，所示實施例可應 用於一般通訊網路，例如前述之感知無線電(cognitive radio)或行動特殊網路(mobile ad hoc network,MANET)。

[實施例I]

第一圖例示本發明第一實施例的時序圖。在本實施例中，將時間分割為超槽(superslot)，每一超槽再分割為N槽(例如第一圖中係分割為四槽)。根據本實施例(亦即，第一型會合(rendezvous))，會合或重疊之主動期間(active period)係週期性地出現。在本實施例中，於主動期間內可執行特定工作，例如於動態頻譜存取(dynamic spectrum access,DSA)中搜尋電視信號，或於功率節省行動特殊網路(MANET)中保持醒著。如第一圖所例示，第一型會合係位於第一超槽的第四槽，且每十二槽(亦即，每三超槽)會重複一次。在這個例子中，相關裝置的週期即為三超槽長度。在本說明書中，會合(rendezvous)、重疊(overlapping)及會合(meeting)這些用詞可互為使用。

為了達到第一型會合，裝置(例如X)從每N槽(亦即一超槽)中選擇M_X(≧2)槽，因此其工作週期(duty cycle)為M_X/N。裝置X從M_X槽中選擇m_s,X靜止槽(static slot)及m_v,X(=M_X-m_s,X)移動槽(moving slot)。在本說明書中，靜止槽又稱為第一類槽，而移動槽又稱為第二類槽。靜止槽在每一超槽中的位置是不變的，而移動槽的位置則是變動的。令X裝置的靜止槽之槽指標為C_X,1,C_X,2,…,，而移動槽位於第i超槽的槽指標為,,...,。根據本實施例，每一移動槽會根據以下式子 改變位置：對於任意i且1≦k≦m_v,X，其中，對於1≦j≦m_s,X且i為超槽指標，d係為滿足之最小正整數。

第二A圖例示裝置X的工作排程，其中m_s,X=1,m_v,X=1,C_X,1=2,且N=4。如圖所示，移動槽於每一超槽會向右移至未佔用槽，當其到達超槽的終端時，則回至第一未佔用槽。因此，裝置X的槽排程會於每N*(N-1)=12槽重複一次。一般來說，工作排程會於每N*(N-m_s,X)槽重複一次。第二B圖例示裝置X的另一工作排程，其中m_s,X=2,m_v,X=1,C_X,1=2,C_X,2=3,且N=4。因此，裝置X的槽排程會於每N*(N-1)=8槽重複一次。

根據上述的第一型工作排程，二裝置不需知道對方所選用參數，而可達到第一型會合。第三圖例示裝置X和裝置Y的會合，兩者間之時脈偏移量為3。在此例子中，裝置X選擇m_s,X=1,m_v,X=1,C_X,1=2,且N=4，裝置Y選擇m_s,Y=1,m_v,Y=1,C_Y,1=1,且N=4。藉此，裝置X和裝置Y於每十二槽會重疊二槽(例如總體槽8和10)。以裝置X的觀點而言，重疊槽為槽0和2。以裝置Y的觀點而言，重疊槽為槽1和3。

[實施例II]

第四圖例示本發明第二實施例的時序圖。根據本實施例(亦即，第二型 會合(rendezvous))，於一週期當中，會合係位於不同槽指標的各槽。如第四圖所例示，會合係位於第一次週期(sub-cycle)之第一超槽的第四槽、第一次週期之第三超槽的第二槽、第二次週期之第一超槽的第三槽及第二次週期之第二超槽的第一槽。

為了達到第二型會合，裝置(例如X)從每N槽(亦即一超槽)中選擇M_X(≧2)槽。裝置X從M_X槽中選擇m_s(≧1)慢速移動槽(slow moving slot)及m_f(≧1)快速移動槽(fast moving slot)，其中m_s+m_f=M_X。快速移動槽回至其初始位置的總期間稱為次週期。如果慢速移動槽移動後的位置和快速移動槽移動後位置相同，則將快速移動槽移動至下一可用槽。值得注意的是，於次週期中，當快速移動槽在移動位置時，慢速移動槽則是不動的。令快速及慢速移動槽的初始槽指標分別為,,...,及,,...,。快速移動槽於每一超槽中，根據以下式子改變其位置： 對於1≦i≦N-1且1≦k≦m_f，其中，對於1≦j≦m_s且i為超槽指標，d係為滿足之最小正整數。

另一方面，慢速移動槽根據以下式子改變其位置： 對於1≦j≦N-1且0≦k≦m_s-1，其中j為次週期指標。

第五圖例示裝置X的工作排程，其中,=1且N=4。如圖所示之第二次週期，慢速移動槽和快速移動槽均準備移動至第二槽。因此，以第三槽作為快速移動槽於該次週期的初始槽。經過(N+1)次週期後，慢速移動槽將會回到其初始槽，而N次週期長度則稱為一週期。

根據上述的第二型工作排程，二裝置不需知道對方所選用參數，而可達到第二型會合。第六圖例示裝置X和裝置Y的會合，兩者間之時脈偏移量為3。在此例子中，裝置X選擇及，裝置Y選擇及。藉此，裝置X和裝置Y於至少四槽中會有工作重疊(例如總體槽9、14、35和40)。以裝置X的觀點而言，重疊槽為槽1、2、3和0。以裝置Y的觀點而言，重疊槽為槽2、3、0和1。

[實施例I變化型]

本實施例(或第一變化型會合)係基於第二型會合，並包含第一型會合之靜止槽。藉此，三裝置彼此間不需協調而可達到第一型會合。一般來說，N裝置彼此間不需協調而可達到第一型會合。

為了達到第一變化型會合，每一裝置選擇n槽，其包含至少一靜止槽及具不同速度之至少n-1移動槽。裝置X從每N槽(亦即一超槽)中選擇M_X(≧n)槽。不同裝置允許選擇不同的M。

裝置X從M_X槽中選擇m_s,X(≧1)靜止槽及m_{v ι,X}(≧1)移動槽，其中ι代表移動槽的速度層級且1≦ι≦n-1。因此，M_X=m_s,X+m_v,X，其中m_v,X=m_v1,X+m_v2,X+…+m_v(n-1),X。靜止槽 的位置於每一超槽中係為不變的，令其槽指標分別為C_X,1,C_X,2,…,。另一方面，每一層級-ι移動槽則於每層級-(ι-1)週期改變位置。令層級-ι移動槽的初始槽指標分別為,,...,。每一層級-ι移動槽跟據以下式子改變位置： 對於1≦k≦m_{v ι,X}，其中i為層級-(ι-1)週期的指標，且1≦i≦N-(M_X-n _ι)，n _ι為m_v1,X+m_v2,X+…+m_{v ι,X}的和，對於1≦j≦m_s,X,ι<h≦n-1及1<r<m_vh,X，d係為滿足或的最小正整數。值得注意的是，層級-i週期的長度等於N-(M_X-n _ι)週期-(ι-1)的長度。

因此，層級-0週期的長度為一超槽的長度。於層級-1週期的N-(M_X-n₁)超槽當中，m_v1,X層級-1移動槽會改變位置，而其他速度層級高於1的移動槽則不改變位置。換句話說，速度層級愈高，則其移動槽的移動頻率愈低。值得注意的是，對於所有具參數M=n且n≧2的裝置，層級-(n-1)之長度為Nx(N-1)！/(N-n)！槽。裝置的工作排序於每層級-(n-1)週期重複一次。

第七a圖及第七b圖例示裝置X、裝置Y和裝置Z之間的會合。令裝置X、Y和Z選擇M_X=M_Y=M_Z=3及N=5，且層級-2週期的長度等於60槽。

再者，令裝置X和Y分別選擇C_X,1=1,,,C_Y,1=2, ,，裝置X和Y之間的時間偏移量為3。裝置Z僅使用靜止槽，其C_Z,1=2且裝置X和Z之間偏移量為1。藉此，裝置X、Y和Z重疊於總體槽3和58。

[實施例III]

第八圖例示本發明第三實施例的時序圖。本實施例(亦即，第三型會合(rendezvous))類似於第二實施例，不同的是，本實施例於一週期當中，其會合位置具有相同的超槽指標。如第八圖所例示，會合位置為第一個超槽1的第四槽、第二個超槽1的第一槽與第三槽及第三個超槽1的第二槽。這些會合位置的超槽指標均為1。

先前實施例裝置之工作排程的改變係以一為了達到第三型會合，槽為基礎，然而本實施例的排程改變則是以二槽為基礎。為了達到第三型會合，裝置(例如X)從每N槽中選擇m_v,X(≧2)槽對(slot pair)。裝置X從m_v,X槽對中選擇m_vr,X右移動槽對及m_{v ι,X}左移動槽對，其中m_vr,X≧1,m_{v ι,X}≧1且m_vr,X+m_{v ι,X}=m_v,X。令裝置X之右移動槽對的初始槽指標為,,...,，其中自0和N-1之間隨機唯一選出，且及1≦p≦m_vr,X；右移動槽對的初始槽指標為,,...,，其中自0和N-1之間隨機唯一選出，且 及1≦q≦m_{v ι,X}。

右移動槽對於每一超槽向右移動一槽，並於到達超槽的最後一槽時返回第一槽。其根據以下式子改變位置： 對於1≦i≦N-1,j{1,2,…,N}，其中i為超槽指標，而j為短程(short-term)週期指標。左移動槽對於每一超槽向左移動一槽，並於到達超槽的第一槽時返回最後一槽。其根據以下式子改變位置： 。

於移動N次後(亦即，N超槽)，每一移動槽對會移回初始位置。N次移動的總時間稱為短程週期。於一短程週期後，移動槽對會根據以下式子改變其初始位置及： 其中，j為短程週期的指標。於改變N次初始位置後(亦即，N短程週期)，初始位置及會變為初始值(亦即，)。此期間稱為長程(long-term)週期。

第九圖例示裝置X的工作排程，其中m_vr,X=m_{v ι,X}=1,,且N=8。在這個例子中，短程週期為64槽，長程週 期為256槽。

根據上述的第三型工作排程，二裝置不需知道對方所選用參數，而可達到第三型會合。第十a圖、第十b圖、第十c圖及第十d圖例示裝置X和裝置Y的會合，兩者間之時脈偏移量為6，且,,N=8。如圖所示，移動槽會於短程週期中重疊二次(亦即，裝置X的第三及第七超槽)。再者，於不同短程週期，重疊槽會出現於超槽的不同位置。例如，於裝置X的第一短程週期之第三超圖框(superframe)，重疊槽為槽6和7。於裝置X的第二短程週期之第三超圖框，重疊槽為槽0。於裝置X的第三短程週期之第三超圖框，重疊槽為槽1。藉此，於N短程週期或一長程週期後，重疊槽會於裝置X的第三超圖框中，出現於其每一槽位置(從0至N-1)。此性質也適用於裝置X的第七超圖框。值得注意的是，此演算法則也適用於第二型會合中，三裝置不需協調而可以獲得至少一重疊槽。

根據本發明，二或多個通訊網路裝置不需知道對方所選用參數，而可達到第一型、第二型、第三型或其他型的會合。為了達到第一型、第二型、第三型或其他型的會合，本發明提供通訊網路各種不需協調之會合方法，其可使用含程式碼的電腦程式產品來實施，用以執行上述通訊網路之不需協調會合方法的各個步驟。再者，電腦程式產品可存放於儲存裝置(例如軟碟片、唯讀型光碟、快閃記憶體、硬碟機、可抽取儲存磁碟機)，其可被通訊網路裝置所讀取。

本發明的各種變化可使用硬體、軟體(電腦程式產品)或 其組合來實施。當使用硬體來實施時，通訊網路裝置的處理器係用以執行上述免協調之會合方法。此外，通訊網路裝置可以為行動裝置、膝上型電腦、桌上型電腦、電腦周邊裝置等。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

Claims (17)

1. 一種通訊網路之免協調會合方法，使在不同通訊網路的複數個無照裝置能夠偵測複數個有照裝置，此方法包含：分割各個該無照裝置之時間為複數個超槽(superslot)，且分割每一該超槽為複數個槽；自每一該超槽中，選擇至少一第一類槽及至少一第二類槽，其中，當該第一類槽或該第二類槽出現時，該些無照裝置係執行相同的操作以偵測該些有照裝置，藉此避免干擾該些有照裝置；及於每一該超槽，改變該第一類槽與該第二類槽之間的相對位置，其中，該第二類槽的移動速度大於該第一類槽的移動速度，使得該些無照裝置之間的該第一類槽或該第二類槽會週期性地重疊，藉此使位於不同通訊網路的該些無照裝置能在相同時間執行相同操作，藉此使該些無照裝置在免協調的情況之下也能偵測該些有照裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之通訊網路為動態頻譜存取(DSA)網路。
3. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之通訊網路為行動特殊網路(MANET)。
4. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之第一類槽為一靜止槽，於每一該超槽，其位置不改變；該第二類槽為一移動槽，於每一該超槽，其位置會改變。
5. 如申請專利範圍第4項所述通訊網路之免協調會合方法，於每一該超槽，該移動槽移至右側的最靠近未佔用槽，且當到達該超槽 的最右側槽時，則返回至第一未佔用槽。
6. 如申請專利範圍第5項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之移動槽根據以下式子改變位置：對於任意i且1≦k≦m_v,X，其中，對於1≦j≦m_s,X且i為超槽指標，d係為滿足之最小正整數；其中，m_s,X為裝置X於每一該超槽之靜止槽數目，m_v,X為該裝置X於每一該超槽之移動槽數目，C_X,j為第j靜止槽的槽指標，為第i超槽之第k移動槽的槽指標。
7. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之第一類槽為一慢速移動槽，該第二類槽為一快速移動槽，該快速移動槽返回其初始位置的期間係為次週期(sub-cycle)，於該次週期之每一超槽，該快速移動槽會改變其位置，而該慢速移動槽不改變位置，但於下一個次週期則會改變位置。
8. 如申請專利範圍第7項所述通訊網路之免協調會合方法，其中該快速移動槽根據以下式子改變位置：對於1≦i≦N-1且1≦k≦m_f，其中，m_f為該超槽之快速移動槽的數目，m_s為該超槽之慢速移動槽的數目，對於1≦j≦m_s且i為超槽指標，d係為滿足之最小正整數，為第i超槽之第k慢 速移動槽的槽指標，且為第i超槽之第k快速移動槽的槽指標；其中該慢速移動槽根據以下式子改變其位置： 對於1≦j≦N-1且0≦k≦m_s-1，其中j為次週期指標。
9. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之第一類槽為靜止槽，於每一該超槽，該靜止槽不改變位置；該第二類槽包含複數個具不同速度層級的移動槽，其中，層級愈高，則該移動槽改變位置愈不頻繁。
10. 如申請專利範圍第9項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述層級-1移動槽跟據以下式子改變位置： 對於1≦k≦m_v1,X，其中i為層級-(ι-1)週期的指標，且1≦i≦N-(M_X-n _ι)，n _ι為m_v1,X+m_v2,X+…+m_{v ι,X}的和，對於1≦j≦m_s,X,ι<h≦n-1及1<r<m_vh,X，d係為滿足或的最小正整數；其中，m_s,X為裝置X於每一該超槽之靜止槽數目，m_{v ι,X}為該裝置X於每一該超槽之層級-ι移動槽數目，C_X,j為第j靜止槽的槽指標，為第i超槽之第k層級-ι移動槽的槽指標。
11. 如申請專利範圍第1項所述通訊網路之免協調會合方法， 其中上述之第一類槽包含左移動槽對，其於每一該超槽向左移動一槽，並於到達該超槽之最左側槽時返回最後一槽；該第二類槽包含右移動槽對，其於每一該超槽向右移動一槽，並於到達該超槽之最右側槽時返回第一槽。
12. 如申請專利範圍第11項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之右移動槽對根據以下式子改變位置： 對於1≦i≦N-1,j{1,2,…,N}，其中i為超槽指標，而j為短程(short-term)週期指標，該短程週期係為該右移動槽對及該左移動槽對移動至其初始位置的總時間，為一裝置X於第i超槽之第p1右移動槽對的槽指標；該左移動槽對根據以下式子改變位置：其中為該裝置X於第i超槽之第q1左移動槽對的槽指標。
13. 如申請專利範圍第12項所述通訊網路之免協調會合方法，其中上述之右移動槽對及左移動槽對根據以下式子分別改變其初始位置及： 其中，j為該短程週期的指標。
14. 一種電腦程式產品，其具電腦程式碼，當該程式碼執行於一通訊網路裝置時，用以執行如申請專利範圍第1項所述之方法。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電腦程式產品，其存放於一儲存裝置，並可被該通訊網路裝置所讀取。
16. 一種通訊網路裝置之處理器，用以執行如申請專利範圍第1項所述之方法。
17. 一種通訊網路裝置，包含如申請專利範圍第16項所述之處理器。