专利名称：无线个人区域网中的自组织工作模式的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，更具体来说涉及无线个人区域网。
背景技术：
目前许多无线个人区域网络标准要求无线个人区域网内的集中协调。需要技术和结构来使无线设备能够在不使用集中协调功能的情况下在个人区域网内工作。
图1是可以结合本发明特征的无线个人区域网的示意图；图2是基于IEEE 802.15.3的个人区域网内的信令机制的示意图；图3是说明可以在根据本发明实施例的个人区域网内使用的示范信令机制的示意图；图4是说明根据本发明实施例的实例自组织超帧的内容的示意图；图5是说明根据本发明实施例的启用自组织的数据设备所使用的实例方法的流程图。
具体实施例方式
在下文详细的说明中，参考以说明形式示出可以实施本发明的特定实施例的附图。这些实施例经详细描述，足以使本领域技术人员能够实施本发明。要理解虽然本发明的多种实施例不同，但是并不互相排斥。例如，本文结合一个实施例描述的一个特定特征、结构或特征可以在其他实施例内实施而不背离本发明精神和范围。此外，还要理解在不背离本发明范围的前提下可以修改每个公开的实施例内的各个组件的位置或配置。因此，下文的详细说明不应在限制意义上理解，本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求以及全范围的等效项来定义。在附图中，相似的数字涉及所有视图中的相同或相似功能。
图1是可以实施本发明的特征的无线个人区域网(WPAN)10的示意图。如图所示，WPAN 10可以包括多个无线数据设备12、14、16，它们可以使用相对较短距离的无线链路彼此通信。虽然图示具有三个设备，但是应该认识到任何数量的设备(即两个或两个以上)可以构成无线个人区域网。数据设备12、14、16的每一个其中可以包括无线收发器，以便支持无线通信和控制器功能从而管理与该网络的通信。控制器功能可以在一个或多个数字处理设备内实施。可以将无线收发器耦合到一个或多个天线，以便于将信号发送到无线信道并从无线信道接收信号。可以使用任何类型的天线，例如偶极天线、贴片天线、螺旋天线、天线阵列和/或其他天线。数据设备12、14、16可以包括任何范围广泛的不同设备类型，包括例如具有无线联网功能的膝上型计算机、桌上型计算机、掌上型计算机或平板计算机、具有无线联网功能的计算机外设、具有无线联网功能的个人数字助理(PDA)、蜂窝电话和其他手持无线通信器、传呼机、结合于较大系统中的无线网络接口模块(例如无线网络接口卡等)、具有无线联网功能的多媒体设备、具有无线联网功能的音频/视频设备、具有无线联网功能的家用电器、具有无线联网功能的珠宝或其他可佩带物品、无线通用串行总线(USB)设备、无线数字成像设备(例如数字相机、摄像机等)、无线打印机、无线家用娱乐系统(例如DVD/CD播放器、电视机、MP3播放器、音频设备等)和/或其他设备。在一个配置中，例如无线个人区域网可以包括以无线方式在短距离网络内与用户的个人数字助理(PDA)和用户的打印机通信的用户的膝上型计算机。在另一种可能的配置中，可以在例如用户的寝室内的多种音频/视频设备之间形成无线个人区域网。在再一种可能的配置中，用户的膝上型计算机可以与用户附近的其他用户的相关数据设备通信。许多其他方案也是可能的。
许多标准已经开发，并且许多标准目前正在开发，它们都提出支持可作为无线个人区域网的一部分操作的可共同操作产品的开发的框架(例如蓝牙标准(蓝牙系统规范，版本1.2，蓝牙SIG公司，2003年11月)、IEEE 802.15标准等)。例如IEEE 802.15.3标准是高数据速率无线个人区域网标准。根据IEEE 802.15.3标准，选择个人区域网(或“微微网”)内的数据设备的其中之一作为微微网协调器(PNC)来协调网络的操作。例如，参考图1，在IEEE 802.15.3实施中，可以选择数据设备12作为个人区域网10的PNC。PNC可以执行诸如通过发送信标信号为微微网提供定时、管理微微网的服务质量(QOS)、管理微微网的节电模式、管理微微网的访问控制以及为微微网内的其他数据设备分配时隙等功能。时隙分配可以由PNC在信标信号内发送。一旦PNC为数据设备分配了时隙，则该数据设备可以在分配的时隙内直接向微微网中的另一个数据设备发送数据。
图2是基于IEEE 802.15.3的个人区域网内的信令机制20的示意图。如图所示，微微网内的无线通信在许多超帧22内执行。在每个超帧22的开始时，微微网内的PNC发送信标信号24。在超帧22的其余部分26中，可以定义多个时隙(例如信道时间分配或CTA)。其中信标24可以包括用于微微网内的多种数据流的时隙分配。数据流通常由发射器、接收器和流ID组成。当分配给特定流的时隙到达时，允许与该流相关联的发射器以无线方式向与该流相关联的接收器发送数据。如图2所示，超帧22一个接着一个地发生。超帧22的长度可以逐个帧地变化。
如上文所描述的，IEEE 802.15.3标准规定应该选择微微网协调器(PNC)来协调微微网内的操作。但是，在一些情况中，期望在不选择PNC的情况下允许微微网中的数据设备之间的通信。此外，在微微网内已经选择了PNC的情况中，有时可能期望数据设备能够在微微网内通信而无需与PNC交互。在本发明的一个方面，提供技术和结构允许在个人区域网中实施此类“自组织”通信。本发明的特征能以相对较小的更改结合到IEEE 802.15.3规范中。本发明的特征还可以在其他无线个人区域网标准和规范内实施。
图3是说明可以在根据本发明实施例的个人区域网内使用的示范信令机制30的示意图。如图所示，将个人区域网内的无线通信组织成具有固定长度T的重复周期32。如果给定信道上存在集中协调的微微网，则周期32内将出现对应的超帧34。在图示的实施例中，集中协调的超帧34出现在周期32的开始处，也可以使用其他位置。可以由对应PNC在超帧34的开始位置(或其内其他位置)发送信标36。其中信标36可以包括用于集中协调的微微网内的数据设备的时隙分配。这些时隙分配是针对超帧34的其余部分内的时隙(即信标36之后的部分)的。
除了超帧34外，周期32还包括第二部分38，第二部分38可用于微微网环境内的“自组织”(或非集中协调的)通信。在至少一种方法中，周期32的第二部分38包括可由网络区域内启用自组织的数据设备使用的多个单独自组织时隙。可以提供任何数量的自组织时隙以供使用。例如在一个实现中，提供256个时隙以供使用。在本发明的至少一个实施例中，周期32的第二部分38内可用的时隙的数量可以随时间改变。要将数据发送到区域中的另一个数据设备，启用自组织的数据设备无需首先与PNC联系以便PNC将一个或多个时隙分配给它。实际上，甚至没有必要为在数据设备之间进行基于自组织的通信而在网络区域中指定PNC。而是，启用自组织的数据设备可以首先监听网络信道完整周期时长T，以识别周期32内当前未被其他数据设备使用的自组织时隙。然后，该启用自组织的数据设备可以选择这些未使用的时隙的其中一个或多个。在至少一个实施例中，时隙是从可用时隙中随机选择的(虽然也可以使用其他方法)。一旦选择了一个或多个自组织时隙，则允许该自组织设备在所选择的时隙内发送数据(例如在后续的周期32内)。
如图3所示，在一个示范情况中，周期32的第二部分38可以包括自对应时隙内的第一自组织超帧40和第二自组织超帧42。在每个自组织超帧40、42内，对应的启用自组织的数据设备将发送信标信号44、46。每个自组织数据设备发送的信标信号44、46可以包括例如标识对应的数据设备的信息、指示对应的数据设备打算在相关时隙内做什么的信息(例如向另一个标识的数据设备发送数据等)和/或其他类型的信息。在本发明的至少一个实施例中，可以允许启用自组织的数据设备选择周期32的第二部分38内的一个以上自组织时隙以在通信时使用。例如数据设备可以确定需要一个以上时隙来执行特定通信任务(即需要更高带宽)。如果允许数据设备选择多个时隙，则对应的自组织信标信号可以包含指示这些时隙将用于所标识的通信任务的信息。
如果启用自组织的数据设备检测到所选时隙内的冲突或从未接收到清除发送(CTS)指示，则可以遵循适合的撤销程序。例如，当检测到冲突时，启用自组织的数据设备可以立即停止在该时隙内发送数据并重复选择时隙的过程(如上文所描述的)。因此，在后续周期32中，该启用自组织的数据设备可以选择一个(或多个)不同时隙来避免冲突。
在本发明的至少一个实施例中，如果需要的话，PNC将能够扩大周期32内的集中协调的超帧34的长度。但是，周期32的总长度对不同周期会保持不变。在一个可能的方法中，如果PNC希望扩大集中协调的超帧34，则它仅在其信标36中对此予以通告。启用自组织的数据设备可以监听PNC信标36以确定集中协调的超帧长度已经增加。如果将集中协调的超帧增加到现在与启用自组织的数据设备正在使用的时隙重叠的点上，则该数据设备可以选择集中协调的微微网或其他启用自组织的设备未在使用的另一个或另一些时隙。上述技术的一个潜在问题是，它可能要求自组织数据设备持续地监听PNC信标，即使在信道内没有PNC工作时。
在另一个可能的方法中，当PNC确定它需要扩大集中协调的超帧34的长度时，它发送干扰信号(例如黑突发)以阻塞周期32的第二部分38内的期望时隙。如果一个或多个启用自组织的数据设备正在使用这些时隙，则干扰信号将在这些时隙内产生冲突，这将导致启用自组织的数据设备停止发送并切换到其他时隙。然后集中协调的微微网就可以开始使用下一个周期内的释放的时隙。
图4是说明根据本发明实施例的实例自组织超帧50的内容的示意图。如图所示，自组织超帧50可以包含如下一个或多个项包含请求发送(RTS)分组的自组织信标52、清除发送(CTS)分组56和一个或多个数据流60、64。如前所描述的，可以由启用自组织的数据设备在其选择的自组织时隙的开始时发送自组织信标52。其中，自组织信标52可以包含指示对应的数据设备打算在相关时隙内做什么的信息(例如向另一个标识的数据设备发送数据等)。如上文所描述的，自组织信标52还可以包含可被数据要发送到的数据设备检测的RTS分组。当数据设备检测到发往它的RTS分组时，它向始发设备返回CTS分组，以指示接收到RTS分组并且它现在确认要发送。信标52与CTS分组56之间可能存在短帧间间隔(SIFS)54。在始发数据设备接收到CTS分组56之后，它开始向对方数据设备发送数据流60(即在另一个SIFS 58之后)。还可以在第一数据流60之后发送一个或多个附加数据流64。可以由SIFS 62(或最小帧间间隔(MIFS)等)分隔数据流60、64。如果启用自组织的数据设备发送RTS而未接收到CTS，则该数据设备决定切换到另一个自组织时隙。其中未接收到CTS可以表示时隙内发生了冲突。
图5是说明根据本发明实施例的启用自组织的数据设备所使用的示范方法70的流程图。方法70开始于启用自组织的数据设备确定它想要在网络内发送数据(框72)。该自组织数据设备然后监控网络信道至少周期时间T，以识别当前未被其他数据设备使用的自组织时隙(框74)。该自组织数据设备然后选择所识别的时隙的其中一个或多个(框76)。在至少一个实施例中，自组织数据设备选择从所识别的时隙中随机选择一个或多个时隙(虽然也可以使用其他选择技术)。该自组织数据设备然后就可以开始在所选择的时隙内发送(框78)。例如，再次参考图4，自组织数据设备可以在所选择的时隙内发送信标52，然后在成功接收到CTS 56之后开始发送数据流60。这可能在将来周期32中的相同时隙的后续出现时重复。在所选择的时隙内工作期间，如果不正确地接收到CTS和/或检测到冲突，则自组织数据设备可以停止该时隙内的发送(框82)，监控该信道以识别当前未被使用的其他自组织时隙(框74)，并最终选择另一个或另一些时隙以便在其中工作(框76)。否则，自组织数据设备将继续在所选择的时隙内工作(框86)。如果在相同网络信道内工作的PNC希望为它的集中控制的微微网使用当前正在被启用自组织的数据设备使用的时隙，则PNC可以在该时隙内发送干扰信号，然后该启用自组织的数据设备将移动。
如前所描述的，在至少一个实现中，对于启用自组织的数据设备来说，信道内无需有集中协调的微微网(具有对应的PNC)，即可在该信道内与一个或多个其他数据设备通信。如上文所描述的，启用自组织的数据设备可以仅监控该信道至少周期时间T，以识别未被使用的自组织时隙并选择这些时隙中要在其中工作的一个或多个时隙。
在本发明的至少一个实施例中，当常规IEEE 802.15.3数据设备(即配置为以集中协调模式工作的设备)期望在允许自组织设备的网络中发送信息时，该常规数据设备(如自组织设备)将首先需要监听信道至少整个周期时间T。在该时间期间，常规数据设备可以搜索常规(即集中协调的)IEEE 802.15.3微微网。常规数据设备还可以搜索没有在被其他设备使用的时隙。如果发现常规微微网，则该数据设备可以通过成为该常规微微网的成员或成为该常规微微网的子微微网/相邻微微网来加入该微微网。如果未发现常规微微网，则该数据设备应该创建新的常规微微王，并开始作为PNC(假定该设备是启用PNC的)发送信标。
在本发明的至少一个实施例中，可以提供双模式数据设备，它能够同时作为常规的802.15.3设备和自组织802.15.3设备来工作。在此类设备中，可以允许用户手工设置设备的当前工作模式。作为备选或作为附加，双模式设备可以自动在常规和自组织工作模式之间切换(例如基于信道内的当前状况等)。
在上文描述中，本发明是在IEEE 802.15.3系统和使用IEEE802.15.3术语的上下文中论述的。但是，许多本发明的特征还可以应用于非IEEE 802.15.3系统。
在前文的详细描述中，出于将使公开流畅的目的，将本发明的多种特征集合在一个或多个个体实施例中。公开的该方法不解释为，反映要求权利的发明需要比每个权利要求中明确申述的特征更多的特征。相反，如所附权利要求所反映的，本发明概念所依据的可以少于每个公开的实施例的所有特征。
虽然本发明是结合某些实施例来描述的，但是要理解在不背离本发明精神和范围的前提下可以进行修改和变化。此类修改和变化视为在本发明和所附权利要求的范畴和范围内。
权利要求
1.一种方法，包括从无线数据设备监控网络信道至少时间周期T，以识别当前未被其他数据设备使用的自组织时隙，所述时间周期T是所述网络信道内的重复周期的持续时间；从所识别的自组织时隙中选择至少一个时隙，用于在从所述无线数据设备发送数据时使用；开始在所述至少一个时隙内发送；以及当在所述至少一个时隙内检测到预定状况时停止在所述至少一个时隙内的发送。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述预定状况包括如下状况的至少其中之一在所述至少一个时隙内检测到冲突或在所述至少一个时隙内未正确地接收到清除发送(CTS)指示。
3.如权利要求1所述的方法，还包括在停止发送之后重复监控、选择和开始发送。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于选择包括随机地从所识别的自组织时隙中选择时隙。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述网络信道内的每个周期包括用于集中协调的无线通信的第一部分和用于自组织无线通信的第二部分，其中所述第二部分包括多个自组织时隙。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于每个周期的所述第一部分在所述第二部分之前发生。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于每个周期的所述第一部分内的通信由微微网协调器(PNC)来协调。
8.一种无线设备，包括无线收发器；以及耦合到所述无线收发器的控制器，用于管理所述无线设备与无线网络之间的通信，其中所述控制器被编程为(a)监控网络信道内的无线通信至少时间周期T，以识别当前未被其他无线设备使用的自组织时隙，所述时间周期T是所述网络信道内的重复周期的持续时间，(b)从那些识别的时隙中选择至少一个自组织时隙，(c)开始在所述至少一个自组织时隙内发送，以及(d)当检测到预定状况时停止在所述至少一个时隙内的发送。
9.如权利要求8所述的无线设备，其特征在于所述预定状况包括如下状况的至少其中之一在所述至少一个时隙内检测到冲突或在所述至少一个时隙内未正确地接收到清除发送(CTS)指示。
10.如权利要求8所述的无线设备，其特征在于所述控制器从所识别的自组织时隙中随机地选择所述至少一个自组织时隙。
11.如权利要求8所述的无线设备，其特征在于所述网络信道内的每个周期包括用于集中协调的无线通信的第一部分和用于自组织无线通信的第二部分，其中所述第二部分包括多个自组织时隙。
12.如权利要求11所述的无线设备，其特征在于每个周期的所述第一部分在所述第二部分之前发生。
13.如权利要求11所述的无线设备，其特征在于每个周期的所述第一部分内的通信由微微网协调器(PNC)来协调。
14.如权利要求11所述的无线设备，其特征在于所述控制器使自组织信标在所述至少一个自组织时隙内发送。
15.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于所述自组织信标包含请求发送(RTS)分组。
16.如权利要求14所述的无线设备，其特征在于所述自组织信标包含要在所述至少一个自组织时隙内执行的通信任务的指示。
17.一种无线设备，包括无线收发器；以及耦合到所述无线收发器的控制器，用于管理所述无线设备与无线网络之间的通信，其中所述无线设备能够在被选择作为微微网协调器(PNC)时作为所述无线网络内的PNC来工作，其中所述无线网络内的无线通信在许多具有时间周期T的固定长度周期内进行，每个周期具有在进行集中协调的网络通信时使用的第一部分和用于执行自组织网络通信的第二部分，所述第二部分包括多个自组织时隙，其中所述控制器被编程为在选择所述无线设备作为PNC且所述控制器期望增加周期的第一部分的长度时在所述周期的第二部分的自组织时隙内发送干扰信号。
18.如权利要求17所述的无线设备，其特征在于，所述干扰信号包括黑突发。
19.如权利要求17所述的无线设备，其特征在于所述干扰信号导致如果存在的使用所述自组织时隙的自组织数据设备移至所述重复周期的所述第二部分内的不同自组织时隙。
20.如权利要求17所述的无线设备，其特征在于每个周期的所述第一部分在所述第二部分之前发生。
21.一种无线设备，包括至少一个偶极天线；耦合到所述至少一个偶极天线的无线收发器；以及用于控制所述无线设备与无线网络之间的通信的控制器，其中所述控制器被编程为(a)监控网络信道内的无线通信至少时间周期T，以识别当前未被其他无线设备使用的自组织时隙，所述时间周期T是所述网络信道内的重复周期的持续时间；(b)从那些识别的时隙中选择至少一个自组织时隙，(c)开始在所述至少一个自组织时隙内发送，以及(d)当检测到预定状况时停止在所述至少一个时隙内的发送。
22.如权利要求21所述的无线设备，其特征在于所述预定状况包括如下状况的至少其中之一在所述至少一个时隙内检测到冲突或在所述至少一个时隙内未正确地接收到清除发送(CTS)指示。
23.如权利要求21所述的无线设备，其特征在于所述控制器从所识别的自组织时隙中随机地选择所述至少一个自组织时隙。
24.如权利要求21所述的无线设备，其特征在于所述网络信道内的每个周期包括用于集中协调的无线通信的第一部分和用于自组织无线通信的第二部分，其中所述第二部分包括多个自组织时隙。
25.一种包括其中存储有指令的存储媒体的产品，当由计算平台执行所述指令时，用于从无线数据设备监控网络信道至少时间周期T，以识别当前未被其他数据设备使用的自组织时隙，所述时间周期T是所述网络信道内的重复周期的时长；从所识别的自组织时隙中选择至少一个时隙，以在从所述无线数据设备发送数据时使用；开始在所述至少一个时隙内发送；以及当在所述至少一个时隙内检测到预定状况时停止在所述至少一个时隙内的发送。
26.如权利要求25所述的产品，其特征在于所述预定状况包括如下状况的至少其中之一在所述至少一个时隙内检测到冲突或在所述至少一个时隙内未正确地接收到清除发送(CTS)指示。
27.如权利要求25所述的产品，其特征在于，在执行所述指令时，还用于在停止发送之后重复监控、选择和开始发送。
28.如权利要求25所述的产品，其特征在于所述网络信道内的每个周期包括用于集中协调的无线通信的第一部分和用于自组织无线通信的第二部分，其中所述第二部分包括多个自组织时隙。
全文摘要
提供技术和结构来使无线数据设备能够在不使用集中协调功能的情况下在无线个人区域网内工作。
文档编号H04W84/18GK1977496SQ200580021289
公开日2007年6月6日 申请日期2005年6月24日 优先权日2004年6月30日
发明者M·德米尔汉 申请人:英特尔公司