TWI434541B - 分散式網路之同步 - Google Patents

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Description

分散式網路之同步
本發明係關於一種在分散式、另外未協調網路中同步化信標週期之系統、裝置及方法。尤其，本發明係關於用以致能感知無線電網路間之較佳共存的同步。
存在若干用於同步之途徑。然而，其達未協調網路/器件/節點/電台之大無線網路的可縮放性尚未證實。
需要一收歛及可縮放之解決方案以允許另外未協調網路/器件/節點/電台快速變成協調供下列使用：共享相似器件/節點/電台間共存之無線媒體("二級共享")，或者安靜週期之協調，使所有相似器件在相同時間安靜，因而可較穩健而且快速偵測一網路外發射器("一級共享")。
本發明之系統、裝置及方法提供一有效演算法，其保證同步化無線網路/器件/節點/電台之另外未協調網路。以下僅作為討論之用途，該等器件/節點/電台僅指節點，但並非藉此暗示任何限制。
在一較佳具體實施例中，一另外未協調網路之每一節點j 係以本發明加以修正，以便執行一樣的一同步演算法。每一節點j 發出一信標，並在其內嵌入其信標週期起始時間(BPSTj )。當節點j 接收並且成功解碼由節點i 傳送的一信標時，則節點i 在節點j 之鄰域內，而且將節點i 視為節點j 的一相鄰節點。於偵測到此一相鄰節點i 時，每一節點j 執行關於偵測到之相鄰節點i 的一較佳具體實施例之同步演算法的至少一迭代。該節點j 局部維護偵測到之相鄰節點i 的統計，其包含：節點i 的一信標週期起始時間(BPSTi )，及節點j 對一給定相鄰節點i 之每一偵測所執行之演算法迭代數目的一計數器。本發明提供一種技術，供每一節點j 於其決定：其本身之信標起始時間在一偵測到之節點i 之信標週期的前半時，將其本身之BPSTj 調整成與BPSTi 一樣，或者增加該節點i 唯一的一計數器，並且試圖再次調整。該節點j 作此決定，而且增加一預定最大次數(由該計數器加以記錄)，而且當達到該最大數目但其BPSTj 並未對準節點i 之BPSTi 時，節點j 將其BPSTj 設定成一亂數，而且刪除所有局部維護之偵測到之節點i 的統計。假使節點j 再次在節點j 之鄰域中偵測到節點i ，則可發生本發明之偵測及後續迭代處理。
在一給定鄰域中之每一節點j 執行相同演算法，而且取決於其信標週期起始時間對該給定鄰域中每一偵測到之其他節點i 的相對位置而調整其本身之BPSTj。
不管一特定鄰域中之未協調節點數目為何，該等未協調節點之信標週期起始時間極快速收歛至一公用起始時間。亦即，該演算法縮放良好。
藉由檢視下列詳細說明及參照附圖，熟習此項技藝者很容易瞭解本發明，所示附圖僅作說明性用途。在圖式中，相同之參考符號表示一樣之組件，以消除其冗餘之說明。
用以同步化另外未協調無線節點之本發明的系統、裝置及方法利用一分散式方案，其可根據例如將通道時間組織成具有一預定持續時間之固定長度超訊框。在每一此類超訊框之開頭分配一信標週期，於其間所有已協調節點交換信標。該信標提供一基本"節點存在通知"機制或者節點"心跳"。未協調節點感測該媒體，並且傳送其信標，以善用另外未使用之通道容量。當偵測到其他未協調節點之信標時，所有此等另外未協調節點執行本發明之方法，以便在具有一初始信標週期的一協議之固定長度超訊框內協調其信標週期起始時間。亦即，每一未協調台使用本發明之技術獨立調整其本身的超訊框起始時間(由於該信標週期出現於每一超訊框之起始，所以其與信標週期起始時間相同)。如熟諳此技術者所知而且此處不加以討論：在信標週期內分配一唯一時間供一器件傳送其信標之技術已為吾人所熟知。該超訊框係節點間一總協調構件的一實例，而且不表示以任何意義限制本發明，本發明將說明於所附申請專利範圍中，並未參考超訊框。
現在參閱圖1，其說明一根據本發明之方法的一例子。給定一節點j ，而且於步驟101，在節點j 的一預定鄰域內(亦即：在節點j 之無線電範圍內)偵測到至少一節點i ，而且其能夠解碼j 之信標，於步驟102，該節點j 進行檢查，以決定該節點i 是否局部存在一計數器。若並無此類計數器存在，則於步驟103，節點j 將節點i 的一計數器啟動為零。於步驟104，節點j 決定節點j 之計數器是否已達到最大MAX，亦即節點j 已嘗試相對於節點i 調整其BPSTj 達一MAX次數。亦即，節點j 已關於節點i 執行本發明之調整演算法達一預定MAX次數。按：關於節點i 之迭代係一次全部執行(僅為舉例，其係由本發明的一後來目前例子所進行)，其中當節點j 執行根據本發明之迭代時，解除節點i 之進一步偵測，而且當本發明之方法的後來目前例子結束時重新致能(由於其僅為如何實施本發明的一實例，所以圖1中未顯示該瞬時)。若該調整已嘗試MAX次數而未成功，則於步驟105，節點j將其BPSTj 重置成一隨機起始時間、刪除節點i 之任何局部維護資料(僅為舉例，而且致能節點i 之偵測並結束本發明之後來現用例子)。
僅藉由範例，圖2說明超訊框20i的一順序200，個別擁有具一關聯信標週期20i.2的一信標週期起始時間BPSTi 20i.1。在此實例中，每一信標週期20i.2具有若干信標槽20i.2.k，於其間節點傳輸其信標，例如每一槽係關聯於一節點，因而達成節點之另外未協調網路的協調。因此為了協調傳輸，每一節點必須在相同時間起始信標週期，亦即：對於下一超訊框，每一節點必須具有相同之信標週期起始時間。本發明提供一種快速收歛而且縮放良好之同步方法。再次，該超訊框僅為一協調機制的一實例，而且所表達並不具有任何限制意義。一信標週期之起始的同步化之技術僅如本發明所揭示。
圖3說明一信標對準裝置300，其包括一同步記憶體302，供節點j 局部儲存偵測到之節點i 的資料；及一同步器模組303，用以執行本發明之方法100。該信標對準裝置300可操作連接至一天線305，其用以接受其他器件信標301(亦即：節點j 之鄰域中所偵測到之節點i 的信標)。同步器模組303執行本發明之方法100，以導致BPSTj 的一可能調整。該信標對準裝置300可操作連接至天線305，其在(可能已調整之)本身之BPSTj 傳輸本身之Beaconj 304。
現在參閱圖4，說明一種包括未協調節點401i 之網路400的系統，根據本發明，每一節點係以信標對準裝置300i 加以修正，因而透過在彼此之無線電範圍內，而且接收來自彼此之信標，該等節點401i 各可執行本發明之方法100，而且藉以變成關於其信標週期起始時間而協調。
再者，現在參閱圖5，說明由未協調網路501i所組成的一群網路500，根據本發明，每一網路係以信標對準裝置300i加以修正，因而透過在彼此之無線電範圍內，該等網路501i各可執行本發明之方法100，而且藉以變成關於其信標週期起始時間而協調。若一網路使用一分時多向近接(TDMA)之接取機制(例如在IEEE 802.15、IEEE 802.16或IEEE 802.22中)，則特別可應用此情節。
圖6說明此同步演算法之擴充模擬的結果，其顯示收歛及可縮放性之強烈固有穩定性。如所示，本發明之同步技術固有地極其穩定，表示：所有節點在一極短時間中收歛至一超訊框時序。再者，圖6中說明之結果示範：此同步技術隨著增加之節點數目而縮放良好。
本發明可在一感知無線電網路中同步化安靜週期。安靜週期係當所有感知無線電(其為另外未協調)變成安靜所以能夠可靠地偵測網路外發射器(例如：現有或一級使用者)時之時間。此稱為"一級共享"。此外，此同步化機制亦可用於二級網路間之共存。一旦另外未協調相鄰網路同步化，其可交換資訊(例如：包括時間及頻率之使用的共存信標)，以便共享公用媒體。
雖然已說明及描述本發明之較佳具體實施例，熟習此項技術者應即瞭解：如本文所述用以同步化另外未協調網路之系統、裝置及方法係說明性，而且可進行各種改變及修正，並且可以等效範圍替代其元件，而不致悖離本發明之範疇。此外，可進行許多修正，以便將本發明之主旨調適成一特殊狀況，而不致悖離其中心範疇。因此，希望：本發明不限於實現本發明所涵蓋之最佳模式其揭示之特殊具體實施例，但本發明包含落於所附申請專利範圍內之所有具體實施例。
100‧‧‧調整方法
301‧‧‧其他器件信標
302‧‧‧同步記憶體
303‧‧‧同步器模組
304‧‧‧本身下一信標
305‧‧‧天線
400、500‧‧‧網路
300‧‧‧信標對準裝置
401‧‧‧未協調節點
501‧‧‧未協調網路
圖1說明根據本發明的一種用以同步化另外未協調分散式網路之方法；圖2說明根據本發明的一種僅當作一實例之用以同步化節點之未協調網路的框架；圖3說明根據本發明的一種用以同步化節點之未協調網路的裝置；圖4說明根據本發明的一種用以同步化未協調節點之信標起始時間的系統； 圖5說明根據本發明的一種用以同步化未協調網路之信標起始時間的系統；以及圖6說明本發明之技術的收歛及可縮放性。

Claims (9)

  1. 一種用於無線網路之同步系統，其包括：複數個未協調無線器件(wireless device)j ，其係配置以對於所有器件i 在具有一信標週期起始時間BPST j 的一信標週期中傳輸一信標(beacon)，而且在具有一信標週期起始時間BPST i 的一信標週期中接收一信標，其中器件i 不同於器件j ；以及一信標對準裝置，其用於在BPST j BPST i 之前半(first half)之情況下執行將BPST j 設定成BPST i 之一調整程序而將BPST j 與BPST i 對準；若BPST j BPST i 之前半，則對該器件i 獨有(unique to)的一計數器進行增量(increment)並且嘗試再次執行該調整程序；其中，若該計數器達到一預定之最大數目的次數且未將BPST j 與BPST i 對準，則將BPST j 設定成一亂數，其中每當該器件j 接收來自該複數個未協調無線器件j 之另一器件i 的一信標而且BPST j 與BPST i 不同時，該器件j 使用該信標對準裝置。
  2. 如請求項1之系統，其中該信標週期出現在一超訊框(superframe)的一個開頭處(a beginning)。
  3. 如請求項1之系統，其中該複數個器件之每一器件係進一步配置以包括一本身的信標對準裝置。
  4. 如請求項3之系統，其中該信標對準裝置係配置以包括一同步器模組以執行該調整程序。
  5. 如請求項4之系統，其中該信標週期出現在一超訊框的 一個開頭處。
  6. 一種信標對準裝置，其包括：一天線，用以在具有一信標週期起始時間BPST j 的一信標週期中傳輸一信標，而且在具有一信標週期起始時間BPST i 的另一信標週期中接收另一無線器件i 的一信標；一同步記憶體，用以儲存該已接收信標；一同步器模組，其可操作地連接至該天線以便從其中接受該已接收信標，而且可操作地連接至該同步記憶體以便在其中儲存該被接受之已接收信標；若BPST j BPST i 之前半，則該同步器模組執行將BPST j 設定成BPST i 之一調整程序而將BPST j 與BPST i 對準；若BPST j BPST i 之前半，則對該器件i 獨有的一計數器進行增量並且嘗試再次執行該調整程序；其中，若該計數器達到一預定之最大數目的次數且未將BPST j 與BPST i 對準，則將BPST j 設定成一亂數。
  7. 如請求項6之裝置，其中該信標週期出現在一超訊框的一個開頭處。
  8. 一種用以同步化複數個未協調無線器件之方法，其包括下列步驟：由一未協調無線器件j 在具有一信標週期起始時間BPST i 的一信標週期中接收來自另一未協調無線器件i 的一信標，該未協調無線器件j 在具有一信標週期起始時間BPST j 的一信標週期中傳輸一本身之信標，其中器件i 不 同於器件j ；若BPST j BPST i 之前半，則執行將BPST j 設定成BPST i 之一調整程序；若BPST j BPST i 之前半，則對該器件i獨有的一計數器進行增量並且嘗試再次執行該調整程序；其中，若該計數器達到一預定之最大數目的次數且未將BPST j 與BPST i 對準，則將BPST j 設定成一亂數；且由器件j 在具有該信標週期起始時間BPST j 之該信標週期中傳輸一本身之信標。
  9. 如請求項8之方法，其中該信標週期出現在一超訊框的一個開頭處。
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