TWI558244B - 確定性定向發現無線裝置之方法及裝置 - Google Patents

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TWI558244B TW100116575A TW100116575A TWI558244B TW I558244 B TWI558244 B TW I558244B TW 100116575 A TW100116575 A TW 100116575A TW 100116575 A TW100116575 A TW 100116575A TW I558244 B TWI558244 B TW I558244B
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Description

確定性定向發現無線裝置之方法及裝置
本發明大致上係關於無線網路中之裝置發現，且更特定言之，係關於確定性定向發現此等網路中之裝置之技術。
由Ecma國際研發之Ecma-387係短程通信之一60 GHz實體(PHY)層及媒體存取控制(MSC)之一標準。該標準提供用於整體速率轉移及多媒體流兩者之一高速無線個人區域網路(WPAN)傳送。
該Ecma-387標準定義三個裝置類型「A」、「B」及「C」，該三個裝置類型與其等自身之類型獨立交互操作且可與其他類型共存並交互操作。該三個裝置類型定義如下：一類型A裝置供應一10米範圍視線/非視線(LOS/NLOS)多路徑環境中之視訊流及WPAN應用。一類型A裝置使用高增益可訓練天線。一類型B裝置供應於具有非可訓練天線之較短範圍(1米至3米)點對點LOS鏈路上之視訊及資料應用。一類型B裝置係被視為「經濟」裝置並權衡有利於低成本實施方案及低功率消耗之範圍及NLOS效能。
一類型C裝置僅支援在具有非可訓練天線及無服務品質(QoS)保證下小於1米範圍之點對點LOS鏈路上的資料應用。
在Ecma-387 MAC說明書中，存在用於裝置發現及天線波束形成之一專用頻道。此頻道係被稱為發現頻道。一裝置傳輸該發現頻道中之發現訊框以發現相鄰裝置。一發現訊框係以對應於將被發現之裝置之不同的PHY模式傳輸。在該發現頻道中，使用一定向天線定向地傳輸發現訊框。為允許定向發現，在圖1中圖解說明相關技術中提出之一隨機化發現程序。
如圖1所示，首先一裝置使用一天線或波束面朝傳輸之一方向(下文被稱為一「扇形區」)傳輸一組發現訊框110-1。其後，該裝置隨機地在自從訊框110-1之先前傳輸之開始所量測之間隔[mDBPMin,mDBPMax]期間之一均勻分佈中得到之一時間排定另一組發現訊框110-2之另一傳輸。發現訊框110-1與110-2之傳輸之間的時間週期係一掃描週期120-1。針對傳輸發現訊框或接收藉由其他裝置傳輸之回應之目的，該裝置在一掃描週期期間掃描一扇形區。在該掃描週期120-1結束時，該裝置切換至下一個扇形區(扇形區2)以傳輸下一組發現訊框110-2並掃描面向扇形區2之一扇形區中之發現頻道持續掃描週期120-2。該裝置繼續掃描M個扇形區並重複該隨機化發現程序直到接收到對該經傳輸之發現訊框之一回應。
參數mSPMin及mSPMax分別係一最小及最大掃描週期(DP)並被量測為超級訊框之一數目。在2008年12月標準Ecma-387第15.5.1章節第181頁至183頁第1版「High Rate 60GHz PHY,MAC and HDMI PAL」中可發現關於該等裝置類型A、B及C之隨機化發現程序之一詳細論述。
應注意藉由隨機地選擇該等掃描週期120-1至120-M之持續時間，很有可能每一週期之持續時間將不同。不同裝置之掃描週期之開始並不同步，即，傳輸發現訊框之開始點隨裝置而互不相同。此在圖2中進一步予以圖解說明，其中分別展示兩個相鄰裝置「A」及「B」之掃描時間線210及220。
如圖2所示，該等裝置「A」及「B」係在彼此之傳輸範圍內，且每一裝置在隨機的時間於四個扇形區中傳輸發現訊框。該裝置A在T0處開始掃描發現頻道，而裝置B在T1處開始掃描發現頻道。該裝置A分別在扇形區1、2、3及4中傳輸發現訊框211-A、212-A、213-A及214-A。在掃描週期221-A至224-A期間，該裝置A分別掃描扇形區1至4。類似地，該裝置B在扇形區1至4中傳輸發現訊框211-B至214-B，且在發現週期221-B至224-B期間該裝置B分別掃描扇形區1至4。
如圖2中圖解說明，該裝置B之發現週期221-B至224-B並不與該裝置A之發現訊框211-A至214-A重疊。即，該裝置B並不監聽面向該等經傳輸之訊框之一扇形區(方向)，藉此藉由裝置A之任意傳輸與該裝置B之監聽方向並未對準。因此，藉由實施該隨機化發現程序，裝置可能無法在一固定量的時間內發現彼此。
本發明之某些實施例包含一種藉由一無線網路中之一裝置確定性定向發現相鄰裝置之方法。該方法包括將一發現頻道之一存取時間均等地分為數個扇形區掃描週期(410)，其中每一扇形區掃描週期包含預定義數目個發現掃測週期(430)，且每一發現掃測週期包含預定義數目個時槽(440)；在一當前扇形區掃描週期期間掃描一單一扇形區中之發現頻道(S310)；在該當前扇形區掃描週期之每一發現掃測週期之每一時槽期間朝每一扇形區傳輸一發現訊框(S320)；在該當前扇形區掃描週期期間檢查是否已接收到對一經傳輸之發現訊框之至少一回應(S330)；及設定該裝置以在一下一個扇形區掃描週期期間掃描一下一個扇形區中之發現頻道，使得該等扇形區掃描週期係經循序地存取(S350)。
本發明之某些實施例進一步包含一種用於確定性定向發現一無線網路中之相鄰裝置之裝置(700)。該裝置包括接收並傳輸M個不同扇形區中之無線信號之定向天線(710-1、710-M)之一陣列；掃描M個不同扇形區中之一發現訊框之一接收器(720)；朝M個不同扇形區傳輸發現訊框之一傳輸器(730)；控制用於執行該確定性定向發現之定向天線之陣列、接收器及傳輸器之一控制器(740)。
在本說明書結論處之申請專利範圍中特別指出並明確主張被視為本發明之主題。結合隨附圖式自下列詳細描述將瞭解本發明之前述及其他特徵及優點。
應注意本發明揭示之實施例僅係本文創新教示之許多有利的使用之實例。一般而言，本發明之說明書中作出之陳述無需限制各種主張之發明之任一者。而且，一些陳述可適用於一些發明性特徵但並不適用於其他特徵。一般而言，除非另有說明，否則在不損失一般性之情況下單數元件可為複數，反之亦然。在該等圖中，貫穿若干圖式中相同的數字表示相同部分。
圖3展示圖解說明根據本發明之一實施例之確定性定向發現之一方法之一例示性且非限制性流程圖300。該方法以一隨機化開始時間執行掃描及發現掃測以在一限定時間內達成發現。該方法將參考圖解說明一掃描時序結構之圖4予以描述。
在S310，在每一扇形區中，該裝置在一扇形區掃描週期410-i(i=1,2,...,M，其中M係扇形區之一總數目)期間掃描一單一扇形區中之發現頻道。每一扇形區掃描週期之持續時間係Tscan。整個M個扇形區掃描週期410-i之掃描時間週期係具有M*Tscan之持續時間之一掃描掃測週期420。每一扇形區掃描週期410-i係均等地分為M*W個時槽，其中W係每一扇形區掃描週期410-i內之發現掃測週期之數目。為例示性目的且並無限制本發明之範疇，圖4描繪扇形區掃描週期410-1內之兩個發現掃測週期430-1及430-2(即，W=2)及該等掃描掃測週期430-1及430-2中之僅時槽440-1至440-8(即，M=4)。
在S320，在每一時槽(例如，時槽440-1)中沿該M個扇形區之一者之一方向傳輸一發現訊框。在自該時槽之開始一經隨機選擇之時間間隔之後發送一發現訊框。當在下一個時槽(例如，時槽440-2)中傳輸另一發現訊框時，該裝置切換其天線或波束至一不同的扇形區並隨機地選擇自該時槽之開始之一時間間隔以傳輸該訊框。在一發現掃測週期(例如，週期430-1)期間，該裝置傳輸發現訊框遍及所有M個扇形區。在本發明之一實施例中，該時間間隔係經隨機地取自間隔[0，SlotDuration-delta]期間之一均勻分佈，其中SlotDuration係一時槽之持續時間，且delta係一發現訊框之估計持續時間。
在本發明之一實施例中，使用基於一非同步爭用之媒體存取機制(諸如載波感測多重存取/防撞(CSMA/CA)及類似物)傳輸該等發現訊框。當傳輸該發現訊框時，該裝置繼續監聽該發現頻道持續一時槽之剩餘持續時間。
在S330，作出一檢查以判定是否已接收到對一經傳輸之發現訊框之一回應。若接收到一回應，則繼續執行S340，其中回應於一經傳輸之發現訊框及其等扇形區之該(該等)裝置係被記錄為經發現之裝置。否則，在S335檢查是否已歷時當前扇形區掃描週期(例如，410-1)。若未歷時當前扇形區掃描週期，則執行返回S320以在一不同的扇形區傳輸另一發現訊框，藉此確保整個該當前扇形區掃描週期之所有該等發現掃測週期發送該等發現訊框。否則，在S350，設定該裝置以在下一個扇形區掃描週期(例如，410-2)期間掃描一不同的扇形區。應注意該裝置循序地掃描該M個扇形區，且接著若已偵測到一或多個裝置，則終止該發現方法。
圖5中描繪該確定性定向發現方法之操作，其中分別展示兩個相鄰裝置「A」及「B」之掃描時間線510及520。該等裝置係在彼此之傳輸範圍內，且每一裝置可在4個不同的扇形區中傳輸。該裝置A在T0開始掃描發現頻道同時裝置B在T1開始掃描發現頻道。在時槽531A至534-A及535-A至538-A期間，該裝置A分別在扇形區1至4中傳輸發現訊框541-A至544-A，但在兩個發現掃測週期期間掃描一單一扇形區(例如，扇形區1)。以一類似方式，該裝置B分別在扇形區1至4中之時槽531-B至534-B及535-A至538-A中發送發現訊框541-A至544-A，且在兩個發現掃測週期期間僅掃描扇形區1，由於一時槽之持續時間對兩個裝置而言皆係固定的，因此無論該裝置B何時通電，該裝置B監聽與裝置A之發現訊框重疊之至少一扇形區。舉例而言，裝置B在第二發現掃測之一時槽535-A期間接收藉由該裝置A傳輸之發現訊框。此訊框係在裝置B監聽之扇形區1中發送。因此，該確定性定向發現方法保證在等於該扇形區掃描週期之一受限時間內沿一定方向發現相鄰裝置及在該掃描掃測週期420內發現所有扇形區中之裝置。
圖4中描述且圖5中圖解說明之實施例亦被稱為一慢掃描快發現掃測技術，其中一裝置在一扇形區掃描週期結束時切換至一新的扇形區。根據本發明之另一實施例，揭示一快掃描慢發現掃測技術。此技術包含在每一時槽期間掃描一不同的扇形區並僅朝一扇形區傳輸發現訊框持續一扇形區掃描週期。舉例而言，假設存在4個扇形區，在該扇形區掃描週期(例如，週期410-1，圖4)期間在每一時槽(例如，時槽440-1至440-4)沿扇形區1之方向傳輸該等發現訊框。此外，在時槽440-1至440-4及440-5至440-8時，扇形區1至4係在第一發現掃測週期430-1期間掃描。此情況亦適用於該掃描週期410-4內之一第二發現掃測週期430-2。
根據本發明之一實施例，本文所揭示之教示可在Ecma-387類型A為基礎系統中實施。圖6A及圖6B中描繪此實施例。為確保不同類型的裝置之間的交互操作性，需要Ecma-387為基礎系統中之一類型A裝置以發現類型A、B及C之裝置。因此，一類型A裝置之一發現訊框亦包含類型B及類型C發現(或輪詢)訊框。如圖6B所示，該發現訊框係被建構為一類型A發現信標區塊(DBBS)且包含一模式D0信標611、模式B0輪詢訊框612、模式C0輪詢訊框613及對應的掃描週期621、622、623。特定言之，模式B0及模式C0輪詢訊框612及613之數目係等於該裝置可使用數個天線區塊或波束涵蓋之扇形區之數目。一輪詢訊框區塊係由相同扇形區中之一模式B0輪詢訊框或一模式C0輪詢訊框之傳輸及掃描週期622及623期間以傳輸輪詢訊框之倒序掃描模式C0及模式B0輪詢回應組成。
在圖6A中展示之例示性圖式中，該裝置掃描4個扇形區。在每一時槽中，該類型A裝置傳輸相同但在一不同扇形區之發現訊框610。在時槽開始之後於一隨機化時間發送一發現訊框610。該裝置僅掃描一扇形區持續一扇形區掃描週期630-1。該裝置在一扇形區掃描週期630-2期間掃描下一個扇形區。由於存在4個扇形區，該裝置在第四個扇形區掃描(未展示)之後返回該第一扇形區。
圖7展示根據本發明之一實施例建構之一裝置700之一方塊圖。該裝置700包含用於朝M個不同的扇形區接收並傳輸信號之定向天線710-1至710-M之一陣列。該裝置700進一步包含用於至少掃描M個不同的扇形區中之一發現頻道以偵測相鄰裝置之一接收器720及用於朝M個不同的扇形區傳輸發現訊框之一傳輸器730。該裝置700進一步包含用於控制執行上文詳細論述之該慢掃描快發現掃測技術或該快掃描慢發現掃測技術之天線710-1至710-M之陣列、傳輸器730及接收器720之一控制器740。
本發明之各種實施例可使用於短程無線網路及包含(但不限於)無線HDMI、無線USB及類似物之應用中。
本發明之原理可實施為硬體、韌體、軟體或其等之任意組合。而且，該軟體係較佳地實施為在可為一數位電路、一類比電路、一磁性媒體或其等之一組合之形式之一程式化儲存單元、一非暫時性電腦可讀媒體或一非暫時性機器可讀儲存媒體上實際具體實施之一應用程式。該應用程式可上載至包括任意適合的架構之一機器並藉由該機器執行。較佳地，該機器係在具有硬體(諸如一或多個中央處理單元(「CPU」)、一記憶體及輸入/輸出介面)之一電腦平台上實施。該電腦平台亦可包含一操作系統及微指令編碼。本文描述之各種程序及功能可為在無論是否明確展示此電腦或處理器之情況下可藉由一CPU執行之微指令編碼之部分或應用程式之部分或其等之任意組合。此外，各種其他周邊單元可連接至該電腦平台(諸如一額外的資料儲存單元及一列印單元)。
該前述詳細描述已陳述本發明可採用之許多形式之一些。期望該前述詳細描述被瞭解為本發明可採取之經選擇之形式之一圖解說明且並非瞭解為對本發明之定義之一限制。僅申請專利範圍(包含所有相等物)意欲定義此發明之範疇。
110-1．．．發現訊框
110-2．．．發現訊框
110-M．．．發現訊框
120-1．．．掃描週期
120-2．．．掃描週期
120-M．．．掃描週期
210．．．掃描時間線
211-A．．．發現訊框
212-A．．．發現訊框
213-A．．．發現訊框
214-A．．．發現訊框
211-B．．．發現訊框
212-B．．．發現訊框
213-B．．．發現訊框
214-B．．．發現訊框
220．．．掃描時間線
221-A．．．掃描週期
222-A．．．掃描週期
223-A．．．掃描週期
224-A．．．掃描週期
221-B．．．掃描週期
222-B．．．掃描週期
223-B．．．掃描週期
224-B．．．掃描週期
410-1．．．扇形區掃描週期
410-2．．．扇形區掃描週期
410-M．．．扇形區掃描週期
420．．．掃描掃測週期
430-1．．．發現掃測週期
430-2．．．發現掃測週期
440-1．．．時槽
440-2．．．時槽
440-3．．．時槽
440-4．．．時槽
440-5．．．時槽
440-6．．．時槽
440-7．．．時槽
440-8．．．時槽
510．．．掃描時間線
520．．．掃描時間線
541-A．．．發現訊框
542-A．．．發現訊框
543-A．．．發現訊框
544-A．．．發現訊框
531-A．．．時槽
532-A．．．時槽
533-A．．．時槽
534-A．．．時槽
535-A．．．時槽
536-A．．．時槽
537-A．．．時槽
538-A．．．時槽
531-B．．．時槽
532-B．．．時槽
533-B．．．時槽
534-B．．．時槽
535-B．．．時槽
536-B．．．時槽
537-B．．．時槽
538-B．．．時槽
610．．．發現訊框
611模式．．．D0信標
612模式．．．B0輪詢訊框
613模式．．．C0輪詢訊框
621模式．．．D0掃描週期
622模式．．．B0掃描週期
623模式．．．C0掃描週期
630-1．．．扇形區掃描週期
630-2．．．扇形區掃描週期
700．．．裝置
710-1．．．定向天線
710-2．．．定向天線
710-M．．．定向天線
720．．．接收器
730．．．傳輸器
740．．．控制器
圖1圖解說明一相關技術中之一隨機化發現程序；
圖2圖解說明一相關技術中之該隨機化發現程序之限制；
圖3係圖解說明用於根據本發明之一實施例之確定性定向發現之一方法之一流程圖；
圖4圖解說明根據本發明之一實施例之一掃描時序結構；
圖5係圖解說明根據本發明之一實施例之確定性定向發現方法之操作之掃描時間線；
圖6A及圖6B圖解說明Ecma-387類型A為基礎系統之確定性定向發現方法；及
圖7係根據本發明之一實施例建構之一裝置之一方塊圖。
(無元件符號說明)

Claims (17)

  1. 一種藉由一無線網路中之一裝置確定性定向(deterministic directional)發現相鄰裝置之方法，該方法包括：將一發現頻道之一存取時間均等地分為數個扇形區掃描週期，其中每一扇形區掃描週期包含預定義數目個發現掃測(sweep)週期，且每一發現掃測週期包含預定義數目個時槽；在一當前扇形區掃描週期期間掃描一單一扇形區中之發現頻道；在該當前扇形區掃描週期之每一發現掃測週期之每一時槽期間朝每一扇形區傳輸一發現訊框，其中每一扇形區代表一不同傳輸方向；在該當前扇形區掃描週期期間檢查是否已接收到對一經傳輸之發現訊框之至少一回應；及設定該裝置以在一下一個扇形區掃描週期期間掃描下一個扇形區中之發現頻道，使得循序地存取該等扇形區掃描週期。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括記錄回應於該經傳輸之發現訊框之每一裝置，且若未接收到任何回應則在該數目個扇形區掃描週期期間週期性重複掃描該發現頻道。
  3. 如請求項1之方法，其中該預定義數目個時槽之每一時槽之一持續時間係固定的。
  4. 如請求項1之方法，其中扇形區掃描週期之數目係等於扇形區之數目，且發現掃測週期之預定義數目係大於或等於2。
  5. 如請求項1之方法，其中該發現訊框係在自一時槽之一開始之一隨機時間間隔之後傳輸。
  6. 如請求項5之方法，其中該等發現訊框係使用基於一非同步爭用之媒體存取機制傳輸。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括在一扇形區掃描週期之每一時槽中朝一單一扇形區傳輸一發現訊框，及在該扇形區掃描週期之每一發現掃測週期之每一時槽期間掃描一不同的扇形區中之該發現頻道。
  8. 如請求項1之方法，其中該裝置係一類型A Ecma-387為基礎裝置及一類型B Ecma-387為基礎裝置中之任一者，其中該類型A Ecma-387為基礎裝置係經組態以至少支援視訊流及高增益可訓練天線，該類型B Ecma-387為基礎裝置係經組態以至少支援使用非可訓練天線之視訊及資料傳輸。
  9. 如請求項8之方法，其中該等相鄰裝置之各者係一類型A Ecma-387為基礎裝置、一類型B Ecma-387為基礎裝置及一類型C Ecma-387為基礎裝置中之至少一者，其中該類型C Ecma-387為基礎裝置係經組態以支援使用非可訓練天線之點對點範圍視線(line-of-sight)鏈路上之資料傳輸。
  10. 如請求項8之方法，其中該發現訊框係被建構為發現信 標區塊(DBBS)。
  11. 如請求項10之方法，其中該DBBS包含一模式D0信標(beacon)、模式B0輪詢訊框(poll frames)、模式C0輪詢訊框、一模式D0掃描週期、一模式B0掃描週期及一模式C0掃描週期。
  12. 一種經組態以允許確定性定向發現一無線網路中之相鄰裝置之裝置，其包括：用於在複數個不同的扇形區中接收並傳輸無線信號之複數個定向天線之一陣列；用於在該複數個不同的扇形區中掃描一發現頻道之一接收器，其中每一扇形區包含一掃描週期，每一掃描週期包含一預定義數目個發現掃測週期，且每一發現掃測週期包含預定義數目個時槽；用於朝該複數個不同的扇形區傳輸發現訊框之一傳輸器，其中每一發現訊框係在自一個別扇形區內之一時槽之一開始一經隨機選擇之時間間隔之後發送；及用於控制定向天線之該陣列、該接收器及該傳輸器以執行該確定性定向發現之一控制器。
  13. 如請求項12之裝置，其中該發現頻道之一存取時間係被均等地分為一數目個扇形區掃描週期。
  14. 如請求項12之裝置，其中該傳輸器係經進一步組態以將一發現訊框朝一扇形區掃描週期之每一時槽中之一單一扇形區傳輸。
  15. 如請求項12之裝置，其中該接收器係經進一步組態以在 該扇形區掃描週期之每一發現掃測週期之每一時槽期間在一不同的扇形區中掃描該發現頻道。
  16. 如請求項15之裝置，其中該接收器係經進一步組態以：在一當前扇形區掃描週期期間於一單一扇形區中掃描；及檢查在該當前扇形區掃描週期中是否已接收到對該經傳輸之發現訊框之至少一回應，其中天線之陣列及該接收器係經設定以在下一個扇形區掃描週期期間掃描下一個扇形區中之發現頻道，藉此循序存取該等扇形區掃描週期。
  17. 如請求項16之裝置，其中該接收器係經進一步組態以在未接收到任何回應時重複地掃描該數目個扇形區掃描週期。
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