TWI444069B - 通訊裝置與多層次傳輸功率控制方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種傳輸功率控制方法,特別關於一種通訊裝置及其應用之多層次傳輸功率控制方法。
藍芽為一種低功率、短距離之無線網路規格,適用於區域網路內之聲音及資料傳輸。藍芽無線傳輸運作於2.4千兆赫(GHz)免執照之工業、科學及醫療(industrial,scientific and medical,簡稱ISM)頻帶,其包含1組79個間距1百萬兆赫(MHz)之跳頻載波。藍芽規格採用主-從通訊模組結合跳頻展頻(Frequency-Hopping Spread Spectrum,簡稱FHSS)通訊技術,以確保資料之安全性且保護資料不受到干擾。一組藍芽裝置可以特定方式(Ad Hoc fashion)來進行連結。藍芽裝置可彼此連結,以形成所謂的微網路(piconet)。一個藍芽裝置可為微網路內的主裝置,而其它裝置可同時為從裝置。最多8個主動藍芽裝置可加入一個微網路。微網路內的時間可被分成625微秒(μs)的多個時槽。主裝置與從裝置可以分時多工(time-division duplex,簡稱TDD)之方式交替傳輸機會。主裝置控制微網路內藍芽通訊連結的形成以及與從裝置之通訊過程。從裝置僅在被主裝置詢問後可被致能。
低功耗藍芽(Bluetooth low energy,簡稱BLE)為一種適用於小巧且由電池供電之裝置之低功率藍芽通訊協定,例如,手錶、無線鍵盤、遊戲與運動感測器或其它。使用低
功耗藍芽技術之裝置所消耗之能量理論上僅為傳統藍芽產品所消耗之能量之一小部分。
為了進一步節省傳輸功率,需要一種可同時應用於藍芽與低功耗藍芽技術,甚至其它無線通訊技術(例如,IEEE 802.11)之多層次傳輸功率控制方法。
根據本發明之一實施例,一種通訊裝置,包括一無線電模組,用以在與一同級通訊裝置建立起一連線之前傳送複數第一封包,其中用以傳送第一封包之一傳輸功率為可調整的,使得多層次的傳輸功率可被利用於傳送第一封包。
根據本發明之另一實施例,一種適用於一通訊裝置之多層次傳輸功率控制方法,包括:產生一功率控制信號,用以控制傳送複數第一封包所使用之傳輸功率;以及因應功率控制信號,使用多層次之傳輸功率以傳送第一封包,其第一封包係用於搜尋或呼叫一同級通訊裝置,或用於廣播通訊裝置之複數廣告。
根據本發明之另一實施例,一種通訊裝置,傳送用以搜尋一同級通訊裝置之至少一第一封包,以及與同級通訊裝置設置一連線之至少一第二封包,其中第一封包之一傳輸功率低於第二封包之一傳輸功率。
為使本發明之製造、操作方法、目標和優點能更明顯易懂,下文特舉幾個較佳實施例,並配合所附圖式,作詳
細說明如下:
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之藍芽主裝置與藍芽從裝置於一詢問(inquiry)程序與一呼叫(paging)程序中的狀態圖(state machine diagram)。主裝置可先處於一詢問狀態,並且廣播一或多個身分識別封包(ID packet)110,用以尋找附近的裝置。從裝置可處於詢問掃描(inquiry scan)狀態,用以掃描廣播的身分識別封包。當身分識別封包被接收到後,從裝置可進入詢問回應(inquiry response)狀態,並且傳送跳頻同步(FHS)封包120至主裝置,其中FHS代表Frequency Hop Synchronization。在接收到跳頻同步封包120後,主裝置可於自主機端接收到建立HCI連線之指令(HCI_Create_Connection)後進入一呼叫狀態,並且開始傳送一或多個呼叫身分識別封包(Paging ID packet)130,用以呼叫從裝置,其中HCI代表主機控制介面(Host Control Interface)。從裝置可接著進入一呼叫掃描(page scan)狀態,用以掃描呼叫身分識別封包130。
當從裝置接收到一個呼叫身分識別封包後,從裝置可進入一從裝置回應(slave response)狀態,並且回應身分識別封包140至主裝置。主裝置接著會進入主裝置回應(master response)狀態,並且將跳頻同步封包150回應至從裝置。接著,從裝置可回應身分識別封包160。在此之後,主裝置與從裝置均可進入連線(connection)狀態。主裝置可傳送詢問封包(poll packet)170,而從裝置可回應給主裝置任意封包180(即,任意類型之封包)。最後,主裝置與從裝置之
間可建立起ACL之連線,其中ACL代表非同步連接導向連結(Asynchronous Connection-Oriented Link)。
第2a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之低功耗藍牙裝置之廣告程序之訊息流程圖。根據低功耗藍牙之規範,廣告發行端可於空氣中廣播複數夾帶有關廣告發行端之資訊之廣告封包(ADV_IND),其中各廣告封包具有不同的廣告封包索引值(ADV_idx)。一旦一掃描端掃描到一個廣告封包時,掃描端會發出一掃描請求封包(SCAN_REQ)至廣告發行端。因應掃描請求封包,廣告發行端可回應一掃描回應封包(SCAN_RSP)至掃描端。當自主機接收到建立低功耗HCI連線之指令(HCI_LE_Create_Connection)後,掃描端可扮演起始者之角色,用以起始建立連線之程序,以建立起低功耗藍牙連線。第2b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之低功耗藍牙裝置之建立連線程序之訊息流程圖。起始者可傳送連線請求封包(CONNECT_REQ)至廣告發行端,用以建立起低功耗藍牙連線。待接收到連線請求封包後,低功耗藍牙連線可於起始者與廣告發行端之間被建立起來,並且接下來廣告發行端變成一從裝置。
值得注意的是,傳統技術中,並沒有任何功率控制的機制應用於以上所介紹的程序中。因此,主裝置可能於詢問程序與呼叫程序中永遠使用最大的傳輸功率傳送身分識別封包,以及廣告發行端可能於廣告程序中永遠使用最大的傳輸功率傳送廣告封包,其中最大的傳輸功率可由對應之規格所定義。然而,當要尋找或呼叫的目標裝置實際上位於鄰近主裝置或廣告發行端的地方,由於反覆使用最大
的傳輸功率傳送封包,則傳統技術中藍牙與低功耗藍牙技術之電流與功率耗損就會非常大,進而浪費電池能量。因此,本發明提出一種可同時應用於藍芽與低功耗藍芽技術,甚至其它無線通訊技術(例如,IEEE 802.11)之多層次傳輸功率控制方法。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之簡化過的通訊裝置方塊圖。通訊裝置300可包括至少一基頻模組301與一無線電模組302。無線電模組302用以於一或多個同級(peer)通訊裝置之間執行無線傳輸與接收之功能。進一步說明,無線電模組302可包括至少一功率放大器(圖未示)以及一射頻單元(圖未示)。射頻單元可接收射頻無線信號,並且將接收到的射頻無線信號轉換為將被基頻模組301處理之基頻信號、或者自基頻模組301接收基頻信號,並且將接收到的基頻信號轉換為即將被傳送之射頻信號。射頻單元可包括複數硬體裝置,用以執行射頻轉換。例如,射頻單元可包括一混頻器,用以將基頻信號乘上震盪於所需發射頻率之一載波,其中發射頻率係由所使用之無線存取技術(Radio Access Technology,RAT)而定。功率放大器係用以放大射頻無線信號之傳輸功率。
基頻模組301可包括一控制器303,用以控制通訊裝置300之運作。基頻模組301亦可包括複數硬體裝置,用以執行基頻信號處理,包括類比至數位轉換/數位至類比轉換、增益調整、調變/解調變、編碼/解碼等。
根據本發明之一實施例,在與一同級通訊裝置建立起連線之前,無線電模組302可傳送複數封包,用以搜尋或
呼叫同級通訊裝置,或廣播通訊裝置300之廣告。於本發明之一實施例中,根據藍牙的規範,這些封包可以是傳送於詢問程序中的詢問封包或者身分識別封包,例如第1圖中所示之身分識別封包110。於本發明之另一實施例中,這些封包可以是傳送於呼叫程序之呼叫封包或身分識別封包,例如第1圖中所示之呼叫身分識別封包130。於本發明之又另一些實施例中,根據低功率藍牙的規範,這些封包也可以是傳送於廣告程序中的身分識別封包,例如第2a圖中所示之廣告封包。
根據本發明之實施例,控制器303可產生一功率控制信號Sctrl,用以動態控制封包之傳輸功率,其中這些封包係被傳送用以搜尋或呼叫同級通訊裝置,或者廣播通訊裝置300之廣告。無線電模組302(例如,功率放大器)可因應功率控制信號Sctrl調整用以傳送這些封包之傳輸功率。因此,在非同步連接導向連結(ACL)之連線或低功耗藍牙連線被建立起來之前,可利用多層次之傳輸功率傳送這些封包。
第4a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。如第4a圖所示,各T與R代表一時槽,其中T代表安排用以傳送封包之傳送時槽,R代表安排用以接收封包之接收時槽。於本發明之實施例中,無線電模組302可於不同期間使用不同的傳輸功率傳送這些封包。如第4a圖所示,於第一個既定期間T1使用傳輸功率P1,於第二個既定期間T2使用傳輸功率P2,以及於第n個既定期間Tn使用傳輸功率Pn。值得注意的是,傳輸功率P1、P2...Pn可
以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。
第4b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。於本發明之實施例中,無線電模組302可於不同期間使用不同的傳輸功率傳送廣告封包。如第4b圖所示,於第一個既定期間T1使用傳輸功率P1,於第二個既定期間T2使用傳輸功率P2,以及於第n個既定期間Tn使用傳輸功率Pn。值得注意的是,傳輸功率P1、P2...Pn可以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。
第5a圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。於本發明之實施例中,無線電模組302可於不同時槽使用不同的傳輸功率傳送這些封包。如第5a圖所示,於第一個傳送時槽使用傳輸功率P1,於第二個傳送時槽使用傳輸功率P2,於第三個傳送時槽使用傳輸功率P3,以及於第n個傳送時槽使用傳輸功率Pn。值得注意的是,傳輸功率P1、P2、P3...Pn可以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。此外,值得注意的是,於本發明之另一實施例中,無線電模組302也可使用不同的傳輸功率傳送不同的封包。例如,無線電模組302可使用不同的傳輸功率傳送於第一、第二或第n個傳送時槽裡的兩個封
包。
第5b圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。如第5b圖所示,於一個廣告事件時間區間T_advEvent內,可傳送三個廣告封包。於本發明之實施例中,無線電模組302可於不同廣告事件時間區間T_advEvent使用不同的傳輸功率傳送廣告封包。如第5b圖所示,於第一個廣告事件時間區間T_advEvent使用傳輸功率P1,於第二個廣告事件時間區間T_advEvent使用傳輸功率P2,以及於第n個廣告事件時間區間T_advEvent使用傳輸功率Pn。值得注意的是,傳輸功率P1、P2...Pn可以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。
第5c圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。於此實施例中,無線電模組302可使用不同的傳輸功率傳送不同的廣告封包。如第5c圖所示,傳輸功率P1係用以傳送第一廣告封包、傳輸功率P2係用以傳送第二廣告封包、傳輸功率Pn係用以傳送第n廣告封包。值得注意的是,傳輸功率P1、P2...Pn可以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。
第6圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。於此實施例中,無線電模組302因應不同的詢問指
令使用不同的傳輸功率傳送封包。根據本發明之一實施例,主機可發出複數主機控制介面(Host Control Interface,簡稱HCI)詢問指令。因應各HCI詢問指令,主裝置可於既定的時間期間或根據一既定規則傳送一或多個身分識別封包。因此,如第6圖所示,於本發明之實施例中,可因應第一個詢問指令CMD使用傳輸功率P1傳送封包,因應第二個詢問指令CMD使用傳輸功率P2傳送封包,以及因應第n個詢問指令CMD使用傳輸功率Pn傳送封包。值得注意的是,傳輸功率P1、P2...Pn可以隨機被調整、或以遞增或遞減之方式被調整、或以其它方式被調整。而本發明並不限於使用任一種特定的調整規則。
參考回第1圖與第2圖,控制器303可更紀錄用以傳送被同級通訊裝置所接收到之一封包之一傳輸功率(控制器303可藉由檢查是否自同級通訊裝置接收到一回應封包,判斷身分識別封包或廣告封包是否已成功被同級通訊裝置接收到)。例如,根據本發明之一實施例,當一個以傳輸功率P2傳送之身分識別封包110被同級通訊裝置接收到時,同級通訊裝置可如第1圖所示回傳跳頻同步封包120至通訊裝置300。因應跳頻同步封包120之接收,控制器303可更將用以傳送被同級通訊裝置所接收到之身分識別封包110之傳輸功率P2紀錄下來,並且控制無線電模組302使用不低於被紀錄之傳輸功率P2之一傳輸功率作為用以傳送呼叫身份識別封包130至同級通訊裝置以呼叫同級通訊裝置之一傳輸功率。
根據本發明之另一實施例,當一個以傳輸功率P2傳送
之身分識別封包130被同級通訊裝置接收到時,同級通訊裝置可如第1圖所示回傳身分識別封包140至通訊裝置300。因應身分識別封包140之接收,控制器303可更將用以傳送被同級通訊裝置所接收到之身分識別封包130之傳輸功率P2紀錄下來,並且控制無線電模組302使用不低於被紀錄之傳輸功率P2之一傳輸功率作為用以傳送跳頻同步封包150之一傳輸功率,以及與同級通訊裝置建立起之新的非同步連接導向連結(ACL)連線之初始傳輸功率。
根據本發明之另一實施例,當一個以傳輸功率P3傳送之廣告封包被同級通訊裝置接收到時,同級通訊裝置可如第2a圖所示回傳掃描請求封包至通訊裝置300。因應掃描請求封包之接收,控制器303可更將用以傳送被同級通訊裝置所接收到之廣告封包之傳輸功率P3紀錄下來,並且控制無線電模組302使用不低於被紀錄之傳輸功率P3之一傳輸功率作為用以傳送掃描回應封包SCAN_RSP至同級通訊裝置之一傳輸功率。
根據本發明之又另一實施例,當一個以傳輸功率P3傳送之廣告封包被同級通訊裝置接收到時,同級通訊裝置可如第2b圖所示回傳連線請求封包至通訊裝置300。因應連線請求封包之接收,控制器303可更將用以傳送被同級通訊裝置所接收到之廣告封包之傳輸功率P3紀錄下來,並且控制無線電模組302使用不低於被紀錄之傳輸功率P3之一傳輸功率作為用於與同級通訊裝置建立起之新的低功耗藍牙連線之一傳輸功率。
值得注意的是,根據本發明之一些實施例,可為一同
級通訊裝置紀錄一個以上之傳輸功率,並且控制器303可覆寫這些已紀錄的數值。控制器303可決定保留最近一次紀錄的數值、保留最小之數值、或根據其它判斷標準做決定。此外,值得注意的是,以上所述之以特定期間、時槽、封包或指令作為基礎之傳輸功率調整方法也可於同一程序中隨機的使用與切換。換言之,本發明並不限於在同一程序中僅使用一種傳輸功率調整方法。
第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之適用於一通訊裝置之多層次傳輸功率控制方法流程圖。首先,於步驟S702中,通訊裝置可產生一功率控制信號,用以控制傳送複數封包所使用之傳輸功率。於本發明之實施例中,這些封包係被傳送用於搜尋或呼叫一同級通訊裝置,或用於廣播通訊裝置之廣告。接著,於步驟S704中,因應功率控制信號,使用多層次之傳輸功率以傳送這些封包。雖以上所述之內容係結合藍牙與低功耗藍牙系統以說明本發明之概念,然而本發明並不限於此。以上所述之多層次功率控制機制亦可適用於其它無線通訊技術,例如IEEE 802.11通訊系統,用以節省於搜尋網路以及/或建立連線階段所耗費之功率。
本發明之上述實施例能夠以多種方式執行,例如使用硬體、韌體、軟體或其結合來執行。熟悉此項技藝者應了解執行上述功能之任何組件或組件之集合可被視為一個或多個控制上述功能之處理器。此一個或多個處理器可以多種方式執行,例如藉由專屬硬體,或使用微碼或軟體來編程之通用硬體來執行上述功能。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110、140、160‧‧‧身分識別封包
120、150‧‧‧跳頻同步封包
130‧‧‧呼叫身分識別封包
170‧‧‧詢問封包
180‧‧‧任意封包
300‧‧‧通訊裝置
301‧‧‧基頻模組
302‧‧‧無線電模組
303‧‧‧控制器
CMD‧‧‧指令
P1、P2、P3、Pn‧‧‧傳輸功率
R‧‧‧接收時槽
S702、S704‧‧‧步驟
Sctrl‧‧‧功率控制信號
T‧‧‧傳送時槽
T1、T2、Tn‧‧‧期間
T_advEvent‧‧‧廣告事件時間區間
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一藍芽主裝置與一藍芽從裝置於一詢問程序與一呼叫程序中的狀態圖。
第2a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之低功耗藍牙裝置之廣告程序之訊息流程圖。
第2b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之低功耗藍牙裝置之建立連線程序之訊息流程圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之簡化過的通訊裝置方塊圖。
第4a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。
第4b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。
第5a圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。
第5b圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。
第5c圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之廣告封包沿著時間軸之傳送排程。
第6圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之主裝置所傳送與接收之詢問或呼叫身分識別封包沿著時間軸之排程。
第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之適用於一通訊裝置之多層次傳輸功率控制方法流程圖。
300‧‧‧通訊裝置
301‧‧‧基頻模組
302‧‧‧無線電模組
303‧‧‧控制器
Sctrl‧‧‧功率控制信號
Claims (17)
- 一種通訊裝置,包括:一無線電模組,用以在與一同級通訊裝置建立起一連線之前在一網路中傳送複數第一封包,其中用以在該網路中傳送該等第一封包之一傳輸功率為可調整的,使得在與該同級通訊裝置建立起該連線之前,多層次的傳輸功率可被利用於在一程序中傳送該等第一封包;其中當該等第一封包之一者被該同級通訊裝置接收到後,該無線電模組更自該同級通訊裝置接收一第二封包,並且因應該第二封包,該無線電模組使用不低於用以傳送被接收到之該第一封包之一傳輸功率作為用以在該網路中傳送後續複數封包至該同級通訊裝置之一傳輸功率。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該等第一封包係用於在該網路中搜尋該同級通訊裝置,或用於與該同級通訊裝置建立起一連線。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該等第一封包為依循藍芽通訊協定而傳送之身分識別封包,用以建立一非同步連接導向連結(Asynchronous Connection-Oriented Link,簡稱ACL)之連線。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該等第一封包為依循低功耗藍芽通訊協定而傳送之廣告封包,用以廣播或建立起一低功耗藍芽連線。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該無線電模組使用不同層次的傳輸功率於不同期間傳送該等第一封包。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該無線電模組使用不同層次的傳輸功率於不同時槽傳送該等第一封包。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該無線電模組使用不同層次的傳輸功率傳送不同的第一封包。
- 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置,其中該等第一封包係因應複數詢問指令而被傳送,並且該無線電模組因應不同的詢問指令使用不同層次的傳輸功率傳送該等第一封包。
- 一種適用於一通訊裝置之多層次傳輸功率控制方法,包括:產生一功率控制信號,用以控制在一網路中傳送複數第一封包所使用之傳輸功率;以及因應該功率控制信號,使用多層次之傳輸功率以在一程序中傳送該等第一封包,其中該等第一封包係用於搜尋或呼叫該網路中一同級通訊裝置,或用於在該網路中廣播該通訊裝置之複數廣告;於該等第一封包之一者被該同級通訊裝置接收到後,自該同級通訊裝置接收一第二封包;因應該第二封包之接收,紀錄用以傳送被接收到之該第一封包之一傳輸功率;以及使用不低於被紀錄之該傳輸功率之一傳輸功率用以在該網路中傳送後續之一封包至該同級通訊裝置。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中使用多層次之傳輸功率以傳送該等第一封包之該步驟更包括: 於不同期間使用不同層次的傳輸功率傳送該等第一封包。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中使用多層次之傳輸功率以傳送該等第一封包之該步驟更包括:於不同時槽使用不同層次的傳輸功率傳送該等第一封包。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中使用多層次之傳輸功率以傳送該等第一封包之該步驟更包括:使用不同層次的傳輸功率傳送不同的第一封包。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該等第一封包係因應複數詢問指令而被傳送,並且使用多層次之傳輸功率以傳送該等第一封包之該步驟更包括:因應不同的詢問指令使用不同層次的傳輸功率傳送該等第一封包。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中當該等第一封包被傳送用以呼叫該與同級通訊裝置或廣播該通訊裝置之該等廣告時,傳送至該同級通訊裝置之後續之該封包用以建立起一連線,並且被紀錄之該傳輸功率被作為該連線之一初始傳輸功率。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中當該等第一封包被傳送用以尋找該同級通訊裝置時,後續之該封包為一跳頻同步(Frequency Hop Synchronization,簡稱FHS)封包,並且被紀錄之該傳輸功率被作為呼叫該同級通訊裝置之一傳輸功率。
- 一種通訊裝置,用以在一第一程序中傳送搜尋一網 路中一同級通訊裝置之至少一第一封包,以及在一第二程序中傳送與該同級通訊裝置在該網路中建立一連線之至少一第二封包,其中該第一封包之一傳輸功率低於該第二封包之一傳輸功率。
- 如申請專利範圍第16項所述之通訊裝置,其中該第一封包為一詢問(inquiry)封包,並且該第二封包為一呼叫(paging)封包。
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