TWI458370B - 用於認知無線電網路的裝置發現及網路入口 - Google Patents

Description

用於認知無線電網路的裝置發現及網路入口

本發明係關於認知無線電通信之領域，且特定言之，本發明係關於一種用於在TV頻帶上之局域/個人區域未登記使用權操作之網路入口及裝置發現的方法及系統。

認知無線電係一通信方案，其中一裝置監測已登記使用權頻道之活動性，並僅在一不活動頻道上建立通信。對於將未用之通信頻寬提供至區域通信網路諸如家庭網路而言，其係一特別可行之解決方案。該等家庭網路常用於允許一家庭中之裝置及器具彼此通信及互動，該通信及互動一般係在一使用者之指引或預程式化命令下進行。該等通信之範圍可從預熱一烤箱之一使用者命令，至攝影機、記錄器、顯示器及其類似物之間的音訊/視訊資訊之交換。

因為可在一區域網路上通信之許多裝置係行動式的，且因為同一裝置可係不同位置或甚至相同位置之不同網路的一成員，及因為網路之操作頻道可取決於可用之頻道的活動性而改變，所以如此之一網路的組態、隸屬關係且甚至是其存在均係高度動態的。因此，必須提供技術以使一裝置能夠發現該等動態網路的存在、加入一已建立之網路，及/或在一可用頻道上建立一新網路。

已提出許多不同之技術以實現動態認知網路中的裝置發現及網路入口，其一般係基於隨機或竭盡式搜尋技術而很少考慮效率及可靠性。舉例而言，考慮二個裝置找到彼此並在習知之電視廣播頻帶上建立(未登記使用權)操作所需要的時間。為本發明之目的，頻帶之授權使用者(即已登記使用權廣播器)被稱為頻帶/頻道之主要使用者，而頻帶上之所有其他通信裝置被稱為次要使用者。TV頻帶上的未登記使用權操作需要一裝置以保證在其嘗試於一頻道上通信之前沒有主要使用者，此可花費很長時間。此外，考慮到頻道佔用的時間變化及不可預測性質，一尋找裝置一般不可預先假定其中可找到一目標裝置或裝置組的一預先指派之頻道。典型地，可用之TV頻帶之數目約為30，且即使目標裝置在搜尋週期期間正主動地在一單一頻道上傳輸，定位該目標之時間可總計達數秒，且若該目標裝置亦於此等30個頻道之間搜尋，且不主動地在一單一頻道上傳輸，此時間將實質上增加。

提供一種促進一動態網路環境中之有效的裝置發現及網路入口之協定將係有利的。提供一種促進一動態網路環境中之有效的同級間裝置發現之協定亦將係有利的。

此等優點及其他可藉由一方法及系統實現，其中一裝置掃描及分類頻道之一頻譜中的每一頻道，其後基於該判定之頻道分類，及基於該頻道可提供之服務品質(QoS)及/或其他因數而選擇性加入一現有網路或建立一新網路。若該裝置與一目標裝置成對，當找到該目標裝置時終止掃描。若未找到該目標裝置，該成對裝置在一選定頻道上廣告其自身達一週期，該週期至少長達掃描所有頻道所需要之時間，以在該目標裝置亦處於一搜尋模式之情況下促進發現。該廣告持續時間較佳地在該掃描持續時間之整數倍之間隨機交替。

本發明經由實例及參考附圖進一步詳細地解釋。

在下列描述中，為解釋而非限制之目的，闡述特定細節諸如特定之架構、介面、技術等等，以提供本發明之一徹底理解。然而，熟悉此項技術者將瞭解本發明可實踐於脫離此等特定細節之其他實施例中。為簡潔及清晰之目的，省略已熟知之裝置、電路及方法的詳細描述，以免不必要之細節模糊本發明之描述。

如上文討論，本發明係針對於在多種可能之頻道中動態地可再定位之裝置及網路。在一典型之實施例中，該等可能之頻道係一般經分配或已登記使用權予主要使用者諸如電視廣播器之頻道，但每一頻道之實際佔用各不相同。舉例而言，由於干擾之可能性，對一特定區域中之廣播器的電視頻道之分配被限制為每隔一頻道，使可用之頻譜中的一半頻道為空閒。在其他實施例中，一主要使用者對一頻道的佔用隨時間而變化。動態可再定位網路可藉由在未用之頻道上建立其等自身而利用無效率使用之頻譜。為易於理解，本發明係使用已定義之頻道與一次要使用者網路對頻道之利用之間的一對一對應關係而提出。然而，熟悉此項技術者將認識到，在不脫離本發明之意圖及範疇下，在一個頻道中可支援多重網路，或，需要多重頻道以支援一個網路。

圖1繪示用於裝置發現及網路入口的一實例流程圖。搜尋過程於110開始。在115，若裝置不為一對諸如一主從對或一同級間對之部分，則在120執行一通用頻道搜尋及分類。如下文進一步討論的，搜尋頻譜中之每一頻道被分類為未被佔用，或被一主要使用者佔用、被(多個)次要使用者佔用或被一未知類別之使用者佔用。主要使用者係一頻道之一授權/已登記使用權使用者；搜尋裝置係該頻道之一次要使用者，其經組態用以避免在分類為一主要頻道之任何頻道上起始傳輸。同樣地，該搜尋裝置亦經組態用以避免在一被未知類別之使用者使用的頻道上傳輸。如下文進一步討論的，由次要使用者使用之協定較佳地包括網路上之每一裝置之自我識別或該特定網路之至少一識別的一構件。在一典型之以信標為基礎的協定中，藉由一網路中每一裝置廣播的信標信號較佳地經組態以包括一裝置識別符，及視需要包括一網路識別符。

在125，裝置加入被其他次要使用者使用之一頻道上的一現有網路，或在一未用之頻道上建立一新網路。多種協定中之任何一者可用於實現一新網路的建立，及/或控制對網路的存取及網路成員之間之隨後通信。在一以信標為基礎的系統中，一裝置係藉由廣播一裝置信標而建立一新網路，該裝置信標包括上述裝置識別符及該網路之一識別符，或網路之類型，作為對其他裝置加入該網路的一邀請。取決於創建網路時建立的參數，網路中之隸屬關係可為公開或具選擇性。

選擇是否建立一新網路或加入一現有網路一般係基於多種因數，包括特定裝置之特性，及可用之網路及頻道的特性。在一實例實施例中，使用一基於規則之演算法以實現該選擇。

舉例而言，用於判定是否加入一已發現網路的一實例規則組包括：若裝置認知與網路中之次要使用者之一者或多者的一關聯性，或基於網路之一識別符的一關聯性，則建立與該網路之一連接。舉例而言，該裝置可為一行動電話，其與一使用者之家庭網路中之裝置已建立一關聯性；每當該行動電話被帶回此等裝置之一者或多者的附近時，該行動電話將依據預設加入此等裝置的最新發現/重新發現之網路。類似地，若未認知一關聯性，或認知對多重網路之關聯性，則加入之網路的選擇可基於每一可用網路提供一期望之服務品質(QoS)的能力，包括基於對每一頻道上之當前訊務的監測對可用輸送量的一評估。若裝置包括一顯示器，可用之網路可被顯示以供使用者直接選擇。

選擇加入或建立一網路亦可取決於裝置的特定類型或類別。舉例而言，若裝置係典型地提供其他裝置之控制的裝置，諸如一使用者之PDA，除非基於網路上之其他類型裝置的存在或缺少而很清楚一現有網路係待加入之一適當的網路，否則預設可為建立一新網路。例如，一控制類裝置可避免加入一包括另一控制類別裝置的網路。反之，一受控類別裝置，諸如一家用器具可經組態以優先選擇包括一控制類別裝置的任何網路。

熟悉此項技術者將認知亦可使用其他選擇方案。舉例而言，裝置可經組態以使用一基於每一網路之隸屬關係及可用之服務品質的計分系統。基於得分，裝置可經組態以選擇具有最高得分之網路，或若最高得分低於某一最小臨限值則建立一新網路。

當一裝置加入一網路時，一般起始一建置連線過程，其中該裝置及網路共用促進網路之後續操作的資訊。在一基本建置連線中，例如，該裝置可由網路指派一IP位址，或該裝置可通知該網路其預定義之IP位址。在一家庭或辦公室網路中，裝置可通知網路其容量及可請求來自該網路之服務或功能的分配。網路中之其他裝置可修改其等之組態以利用該新裝置提供的容量，或可告知該新裝置其等之容量。

在一較佳實施例中，裝置經組態以共用其等對當前頻道的評估及其他估定頻道。特別重要的係，裝置經組態以維持主要使用者已在其上被偵測之頻道的一一致清單。例如，一些裝置可在一主要使用者之廣播的一「邊緣」區域中，及可能尚未偵測到該主要使用者的存在。網路上之每一裝置較佳地基於由其他裝置判定之分類更新其分類。取決於特定之環境，網路可經組態以藉由指引成員裝置中之一些或所有的一週期重新掃描及重新分類而實現分類的更新。

較佳地，每一裝置係使用者可控制的，例如使用一經組態以提供網路控制服務的MAC-層管理實體(MLME)。考慮圖1，在該實施例中，加入或建立一網路之後，裝置在130等待一命令，其後相應地做出回應。若該命令係重複頻道搜尋及分類，則過程迴圈以在110重新開始。若該命令係與一特定目標裝置配成對，則過程分支以在145建立配對，在下文進一步討論。其他命令在160按適當的執行。

在115若裝置係一「成對」裝置，即經組態以與一特定之另一裝置或一特定類別之裝置通信、處於同級間或主從成對中的一裝置，則該裝置在頻道之頻譜中搜尋另一/「目標」裝置，如下文進一步詳述的。

若在一特定次數之嘗試後，該裝置未能定位其目標成對裝置，則該裝置較佳地經組態以藉由上文討論的在125加入一已發現網路或藉由建立其自己之網路而主動地廣告其存在。另一方面，若在一頻道上找到目標裝置，則該等裝置在其上找到該目標裝置之頻道上、在一未用之頻道上或在一具有次要使用者之一現有網路的頻道上建立成對。

裝置之成對一般包括經由交換或建立對話密鑰及其他安全措施(於圖1中在150繪示為選用操作)而建立一安全及/或已鑑別之連接。一般而言，特定之協定提供成對裝置之行為的預期規則，諸如一規則要求一成對之一成員在每當一成員離開一網路、改變其頻道等等時通知另一成員。

在一較佳實施例中，成對裝置亦經組態以識別至少一個備用頻道，以用於例如因一主要使用者到達當前頻道引起之其等當前頻道上的通信中斷之情況下。一般而言，一個裝置對於另一裝置識別其已找到為未用及具合適之品質的一頻道。若該另一裝置也找到為未用及具合適之品質之頻道，則該識別之頻道被選為備用頻道；否則，該另一裝置提出一替代頻道以考慮作為備用頻道，及該過程重複。熟悉此項技術者應認知，雖然一備用頻道的此種識別特別適合於成對裝置的無縫切換，但此處提供之原理亦可適用於識別一網路之所有成員將使用的一備用頻道，使用每一網路之成員之間的上述協調及頻道分類的合併。

如上文註釋的，該裝置較佳地經組態以接收155及執行160命令，該等命令係直接自一使用者介面接收至該裝置，或經由一MAC-層管理實體(MLME)或經組態以提供網路控制服務的其他網路實體接收。

圖2繪示用於掃描及分類頻道的一實例流程圖。過程於210開始，對應於圖1中方塊120之執行的開始。

在215，於頻譜中可用之頻道之間選定一頻道，並開始一逾時計時器。該裝置在220監測該選定頻道中可辨別能量的存在。

一般而言，將頻譜識別為被分配於多種主要使用者之間，及一頻道上之一主要使用者的存在將展現可區別之特性。舉例而言，電視廣播遵照一特定標準，且傳輸之頻帶中特定位置上的載波信號之存在可用於將一接收信號識別為一電視廣播。經組態以操作為頻譜之一次要使用者的一裝置較佳地經組態以認知一主要使用者的區別特徵。若偵測到此等特徵，則在240將該頻道識別為被一主要使用者佔用。

同樣地，經組態以操作為一次要使用者之一裝置將包括一用於認知頻道上之其他次要使用者的能力。例如，根據WiMedia，如WiMedia聯盟於多頻帶OFDM MAC層規範中定義的，裝置係使用一MAC-層「超訊框」通信，其中每一活動裝置在超訊框之一信標週期期間傳輸一信標，及每一活動裝置在超訊框之一資料/感測/睡眠週期之分配時間期間傳輸資料。經組態以操作為使用此協定之一次要使用者的一裝置將經組態以認知其他次要使用者裝置的信標。若偵測之能量對應於其他次要使用者裝置的定義特性，則在230將頻道識別為被次要使用者佔用。

當偵測到主要或次要使用者時，或當上述逾時計時器屆期時，能量偵測週期結束。一旦逾時，在250評估接收之未認知的能量，以在一展現相對低接收能量位準的空閒頻道與一展現相對高接收能量位準的佔用頻道之間做出區別。習知之臨限技術係典型地基於在逾時週期上累積能量的一測量而區別「高」及「低」能量位準。若能量位準為低，則在255將頻道標記為淨空(clear)；否則在260將其標記為被一未知使用者佔用，該未知使用者或許係使用一未認知之協定的另一次要使用者裝置。

選定頻道之分類被儲存，及為頻譜中之其他頻道之每一者重複該過程，直至在270所有頻道已被分類，及該過程於275終止。

圖3繪示用於成對目標發現的一實例流程圖。過程於310開始，對應於圖1中方塊140之執行的開始。

在315若裝置係一主從對之一主控裝置，其經組態以在一淨空頻道上廣告其存在，並等待受控/目標裝置發現之。在380，主控裝置使用例如上文討論之圖2之過程掃描及分類頻道之每一者。主控裝置在385選擇一淨空頻道並在390傳輸其信標。或者，該主控裝置可加入次要使用者的一現有網路，並在該網路結構中傳輸其信標。

除非另有指示，例如經由一使用者輸入或來自一MLME(未繪示)之一命令，該主控裝置繼續傳輸其信標直至受控裝置在395做出回應。搜尋過程其後終止於375，其後接續的是上文關於圖1之方塊145討論的一成對連接過程。

否則，若裝置係一受控裝置，或該成對並非一主從對，則裝置經組態以交替地搜尋目標裝置並廣告其存在達一特定反覆次數。反覆計數("嘗試次數")於320初始化並於325為每一反覆累加。

在330，裝置使用圖2之流程圖的一修改形式掃描一個或多個頻道。在一較佳實施例中，一旦找到目標裝置，頻道之掃描便終止。又在一較佳實施例中，若在一先前反覆中於一頻道上定位到一主要使用者，則在後續反覆中不重新掃描該頻道。若在335找到目標，則搜尋過程於375終止，及該成對開始建立一連接，如上文關於圖1之方塊145討論的。

若未找到目標裝置，則搜尋裝置在340選擇一淨空或被次要使用者之一網路佔用的頻道，並在350藉由傳輸一包括其裝置識別符之信標而廣告其存在。該裝置停留於該頻道上，廣告其存在，持續由計時器迴圈345-360建立的一時間週期。逾時持續時間較佳地被設定以保證若目標裝置亦在搜尋此裝置，釗則發現之可能性係高的。在一較佳實施例中，最小「停留持續時間」至少長達掃描頻道之每一者典型需要之最大時間量(下文稱一「掃描持續時間」)。為避免二個搜尋裝置在重合時間週期期間「同步」掃描及停留之可能性，停留持續時間被隨機化。在一較佳實施例中，停留時間係自掃描持續時間的一整數倍組隨機地選擇；在一明確之實施例中，在345將停留持續時間設定於掃描持續時間或掃描持續時間的二倍。

在355若目標裝置對搜尋裝置之信標做出回應，則終止停留持續時間迴圈，搜尋過程於375終止，及裝置隨後建立成對通信(圖1之145)。否則，在停留持續時間之結束時360，於370檢查反覆次數以判定是否退出搜尋過程。一般而言，若在一特定反覆次數內，或在一特定時間量內未找到目標，搜尋裝置加入一現有網路或建立一新網路，如上文討論的(圖1之125)。

欲使用之反覆次數的選擇一般取決於特定裝置。在一典型實施例中，一可攜式裝置經組態用於以規則之「喚醒」間隔重複圖3之成對發現過程，在該過程內具有一有限之反覆次數，以保存電池電力。反之，一插入式裝置可繼續進行該成對發現過程達一延長週期，或甚至無限期地持續。

熟悉此項技術者應認知鑒於本發明上述過程之變動係可能的。例如，若該成對之裝置係使用者可控制的，一個裝置可被設定以作用為一主控裝置並停留於一選定頻道上，即使該成對本質上並非係一主從對，而另一裝置被設定為搜尋而不停留在任何頻道上，例如藉由選擇為零之停留持續時間。

圖4繪示操作於一主要使用者(P)490環境中的動態可再定位之次要使用者裝置(S)400的一實例系統。如上文討論的，主要使用者490一般係一頻譜中之可用頻道的授權及/或已登記使用權使用者，及次要裝置400經組態以避免干擾此等主要使用者490而同時亦使用該頻譜中之頻道。

次要裝置400之一者的一實例方塊圖繪示於圖4中。該實例裝置400包括一接收器410及偵測器415，其等經組態以在一控制器450之控制下監測選定頻道之信號或能含量。頻道分類器420從偵測器415接收被監測頻道之能量的測量及/或其他特性，且經組態以將頻道識別為被佔用或未被佔用；且，若被佔用，係被一主要使用者490、一次要使用者400或一未知之使用者(未繪示)佔用。判定之分類被儲存於一記憶體440中。一解碼器460經組態以處理由其他次要使用者佔用之頻道上的接收信號，以識別每一其他次要使用者。每一次要使用者頻道上之每一次要使用者的識別亦被儲存於記憶體440中。通信於一選定頻道上建立之後，解碼器460亦解碼來自其他使用者之訊息。

該實例裝置400亦包括一信標產生器425或其他產生器以用於産生一藉由傳輸器430廣播之識別信號。該識別信號在控制器450之控制下，基於記憶體440中儲存之分類及其他判定之特性而在由一頻道選擇器435選定之一頻道上傳輸。訊息465係在於一選定頻道上建立通信之後被傳輸。

較佳地，控制器450經組態以控制與上文詳述之圖1、2及3之實例流程圖一致的頻道監測及信標廣播。特別注意，控制器450及頻道選擇器435經組態以避免在被分類為被一主要使用者佔用之任何頻道上傳輸，及較佳地，以避免在被分類為被一未知使用者佔用之任何頻道上傳輸。較佳地，控制器450亦實現與其他次要使用者的通信，以基於其他次要使用者所判定之分類而更新其頻道分類。

前述僅說明本發明之原理。因此應瞭解，熟悉此項技術者可設計多種配置，該等配置雖然未在此處明確描述或顯示，但其等體現本發明之原理且因此係在下列申請專利範圍之精神及範疇內。

在解釋此等申請專利範圍時，應瞭解：

a)詞「包含」並不排除存在在一特定請求項中列出以外的其他元件或動作；

b)一元件之前的詞「一」或「一個」並不排除存在複數個該等元件；

c)請求項中任何參考符號並不限制其等範疇；

d)若干「構件」可藉由相同項目或硬體或軟體實施之結構或功能表示；

e)所揭示元件之每一者可由硬體部分(例如，包括離散及積體電子電路)、軟體部分(例如，電腦程式)及其等之任何組合組成；

f)硬體部分可由類比及數位部分之一者或二者組成。

g)除非另有明確規定，所揭示之裝置或其部分之任一者可被組合在一起或分離為更多部分；

h)除非明確指示，動作不需要特定之順序；及

i)術語「複數個」元件包括所請求之元件的二個或更多個，且並不暗示元件之數目的任何特定範圍；即，複數個元件可少至二個元件。

400．．．次要使用者裝置

410．．．接收器

415．．．偵測器

420．．．頻道分類器

425．．．信標產生器

430．．．傳輸器

435．．．頻道選擇器

440．．．記憶體

450．．．控制器

460．．．解碼器

465．．．訊息

490．．．主要使用者裝置

圖1繪示用於裝置發現及網路入口的一實例流程圖。

圖2繪示用於掃描及分類頻道的一實例流程圖。

圖3繪示用於成對目標發現的一實例流程圖。

圖4繪示操作於一主要使用者環境中的動態可再定位之次要使用者裝置的一實例系統。

圖式各處，相同參考數字係指相同元件，或指執行實質上相同功能的一元件。該等圖式為繪示性目的而包括於本發明中且其等並非意欲限制本發明之範疇。

(無元件符號說明)

Claims (14)

1. 一種用於通信之方法，其包含：選擇複數個可用頻道中之一頻道；監測該頻道以判定該頻道是否被使用，且當判定該頻道被使用，則將被使用之該頻道分類為以下之一者：被一主要使用者使用；被一個或多個次要使用者使用；被一未知類別之使用者使用；儲存該頻道是否被使用之判定且當該頻道被使用，則儲存該頻道之分類；及重複該選擇及該監測直至該複數個可用頻道之每一者已被分類，其中當該頻道被一個或多個次要使用者使用，則儲存該頻道上之該一個或多個次要使用者之每一者的一識別。
2. 如請求項1之方法，其中將該頻道判定為被一個或多個次要使用者使用包括：偵測一個或多個信標信號。
3. 如請求項2之方法，其中將該頻道判定為被一主要使用者使用包括：偵測係該主要使用者之特性的特徵。
4. 如請求項3之方法，其中將該頻道判定為被一未知類別之使用者使用包括：偵測超過一臨限值之能量，該能量不對應於一個或多個信標且不對應於為該主要使用者之特性的該等特徵。
5. 如請求項1之方法，其包括：通知一使用者該複數個可 用頻道之一者或多者的分類。
6. 如請求項1之方法，其包括當至少一個頻道係被一個或多個次要使用者使用，則加入該至少一個頻道上的一網路。
7. 如請求項6之方法，其中加入該網路係基於以下之一者：一使用者指引；與該一個或多個次要使用者之至少一者的關聯性；與該網路之關聯性；該網路之一QoS特性；及該網路上之一訊務(traffic)量。
8. 如請求項1之方法，其包括：當至少一個頻道未被使用，則在該至少一個頻道上傳輸一廣告信標。
9. 如請求項1之方法，其包括：評估每一次要使用者之該儲存識別以定位一目標使用者；及加入與該目標使用者之該識別相關聯之該頻道上的一網路。
10. 如請求項1之方法，其包括：從該等次要使用者之一者接收該複數個頻道之一頻道的一另一分類，及基於該另一分類修改該頻道之該分類。
11. 如請求項1之方法，其包括：將該複數個頻道之一者或多者的該分類傳輸至該等次要使用者之一者或多者。
12. 一種藉由一裝置於具有主要使用者及次要使用者之複數個頻道中之網路發現(network discovery)的方法，其包含：當該裝置與一目標裝置配對：當該裝置不為一主從對(master-slave pair)之一主控者： 針對該目標裝置之一信標掃描複數個頻道達一掃描持續時間；當未偵測到該目標裝置之該信標：在一廣告持續時間期間於一選定頻道上傳輸一廣告信標；當未從該目標裝置接收到對該廣告信標之一回應，重複該複數個頻道之一者或多者的該掃描及該廣告信標於另一選定頻道上的傳輸；否則，當該裝置係為該主從對之該主控者，則於一選定頻道上傳輸一廣告信標；建立與該目標裝置之通信；否則，當該裝置未與該目標裝置配對：選擇該複數個可用頻道中之一頻道；監測該頻道以至少基於是否偵測到一主要使用者或一次要使用者而判定該頻道之一分類；儲存該頻道之該分類；及重複該選擇及該監測直至該複數個可用頻道之每一者已被分類；及從該複數個頻道之偵測到至少一個次要使用者的一個或多個中選擇一選定頻道；及與該選定頻道上之該至少一個次要使用者建立通信。
13. 一種用於通信之設備，其包含：一接收器； 一傳輸器；一控制器，其經組態以控制該接收器以調諧(tune)至複數個頻道之每一頻道；一頻道分類器，其經組態以將每一頻道之一分類判定為以下之一者：被一主要使用者使用；被一個或多個次要使用者使用；被一未知類別之使用者使用；一記憶體，其經組態以儲存每一頻道之該分類；其中當該頻道被一或多個次要使用者使用，該記憶體進一步經組態以儲存該通道之該一或多個次要使用者之每一使用者之一識別；其中該控制器經組態以控制該傳輸器以選擇性地實現以下之每一者：加入被分類為被一個或多個次要使用者使用之一選定頻道上的一網路；及在未被使用之一選定頻道上建立一網路。
14. 如請求項13之設備，其中該控制器經組態以基於以下之一者而選擇性加入該網路：一使用者指引；與該一個或多個次要使用者之至少一者的關聯性、與該網路之關聯性、該網路之一QoS特性及該網路上之一訊務量。