專利名稱：分布式網(wǎng)絡同步的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是使得能夠在認知無線電網(wǎng)絡中更好地共存的同步。
目前存在著若干種用于同步的方法。但是，對由不協(xié)調的網(wǎng)絡/設備/ 節(jié)點/站所組成的大的無線網(wǎng)絡來說，這些方法的可伸縮性從未得到證實。
目前需要一種收斂的可伸縮的解決方案，以便允許那些在其他方面不 協(xié)調的網(wǎng)絡/設備/節(jié)點/站快速變得協(xié)調，從而將其用于諸如共享無線介 質的用途，以便用于相似設備/節(jié)點/站間的共存("次共享，，)或是靜默周 期的協(xié)調，由此，所有相似設備都會同時靜默，從而更牢固快速地檢測網(wǎng) 絡以外的發(fā)射器("主共享")。
本發(fā)明的系統(tǒng)、設備和方法提供了 一種保證同步由無線網(wǎng)絡/設備/ 節(jié)點/站組成并且在其他方面不協(xié)調的網(wǎng)絡的有效算法。僅僅出于論述目 的，在下文中將設備/節(jié)點/站僅稱為節(jié)點，但是并不意味著受此限制。
在優(yōu)選實施例中，其中借助本發(fā)明來修改其他方面不協(xié)調的網(wǎng)絡中的 每一個節(jié)點j，以便執(zhí)行相同的同步算法。每一個節(jié)點j都發(fā)布一個信標， 并且其在該信標內部嵌入其信標周期起始時間(BPSTj)。當節(jié)點j接收并 成功解碼了節(jié)點i發(fā)送的信標的時候，節(jié)點i處于節(jié)點j的鄰域以內，并 且節(jié)點i將被認為是節(jié)點j的相鄰節(jié)點。 一旦檢測到這種相鄰節(jié)點i，那 么每一個節(jié)點j關于檢測到的相鄰節(jié)點i執(zhí)行優(yōu)選實施例中的同步算法的 至少一次迭代。該節(jié)點j在本地保持被檢測的相鄰節(jié)點i的統(tǒng)計信息，這 其中包括節(jié)點i的信標周期起始時間(BPSTi)以及關于節(jié)點j在每一次 檢測到給定相鄰節(jié)點i時所執(zhí)行的算法的迭代次數(shù)的計數(shù)器。本發(fā)明為每 一個節(jié)點j提供了一種技術，以便在無論何時其確定其自身信標起始時間 處于被檢測節(jié)點i的信標周期的前半部分的時候，將其自身的BPSTj調整 成與BPSTi相等，或者遞增節(jié)點i特有的計數(shù)器并且再次執(zhí)行嘗試。節(jié)點 j會將這個確定和遞增處理執(zhí)行預先確定的最大次數(shù)(由計數(shù)器記錄)， 當達到最大次數(shù)而沒有將其BPSTj與節(jié)點i的BPSTi對準時，節(jié)點j會將 其BPSTj設置成一個隨機數(shù)，并且將會刪除本地保持的被檢測節(jié)點i的所 有統(tǒng)計信息。然后，如果節(jié)點j在該節(jié)點j的鄰域中再次檢測到節(jié)點i， 就可以執(zhí)行本發(fā)明的檢測以及后續(xù)的迭代過程。
在給定鄰域中的每一個節(jié)點j都在執(zhí)行相同算法，并且根據(jù)其信標周 期起始時間相對于在該給定鄰域中檢測到的每一個其他節(jié)點i的信標周 期起始時間的相對位置來調整其自身的BPSTj。
無論在特定鄰域中有多少個不協(xié)調節(jié)點，不協(xié)調節(jié)點的信標周期起始 時間都會非?？焖俚厥諗康揭粋€公共起始時間。換言之，該算法可以很好 地伸縮。


圖1描述的是一種才艮據(jù)本發(fā)明來同步在其他方面不協(xié)調的分布式網(wǎng) 絡的方法；
圖2描述的是根據(jù)本發(fā)明并且僅作為例示而被用于同步不協(xié)調節(jié)點 網(wǎng)絡的框架；
圖3描述的是根據(jù)本發(fā)明來同步不協(xié)調節(jié)點網(wǎng)絡的設備；
圖4描述的是根據(jù)本發(fā)明來同步不協(xié)調節(jié)點的信標起始時間的系統(tǒng)；
以及
圖5描述的是本發(fā)明的技術的收斂性和可伸縮性。
根據(jù)下文中參考附圖的詳細描述，本領域技術人員很容易就可以理解 本發(fā)明，其中附圖是出于例證目的給出的。在附圖中，為了消除相關的冗 余描述，相同參考符號將會表示相同組件。
對在其他方面不協(xié)調的無線節(jié)點進行同步的本發(fā)明的系統(tǒng)、設備和方 法使用了一種分布式方案，其中舉例來說，該方案可以基于一種將信道時 間組織成具有預定持續(xù)時間的固定長度超幀的處理。在每一個這種超幀的 開端都分配了一個信標周期，在此期間，所有協(xié)調節(jié)點將會交換信標。該 信標提供了基本的"節(jié)點存在通知"機制或是節(jié)點"心跳"。不協(xié)調節(jié)點 將會感知該介質，并且使用在其他方面未使用的信道容量來發(fā)送其信標。 當檢測到其他不協(xié)調節(jié)點的信標時，所有這些在其它方面不協(xié)調的節(jié)點將 會執(zhí)行本發(fā)明的方法，以便將它們的信標周期起始時間協(xié)調在具有初始信 標周期的商定的固定長度超幀以內。換言之，每一個不協(xié)調站都會使用本 發(fā)明的技術來獨立調整其自身的超幀起始時間(由于信標周期是在每一個 超幀的開端出現(xiàn)的，因此該超幀起始時間與信標周期起始時間是相同的)。
正如本領域技術人員所了解的那樣，在設備發(fā)送其信標的信標周期內部分 配唯一時間的技術是眾所周知的，在這里不對其進行論述。超幀是節(jié)點間 的總體協(xié)調手段的一個實例，它并不意味著對本發(fā)明進行任何限制，本發(fā) 明是在未對超幀進行任何參考的附加權利要求中描述的。
現(xiàn)在參考圖1，該圖描述的是根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實例。在這里
給出了一個節(jié)點j，在步驟101,在節(jié)點j的預定鄰域以內、也就是在節(jié) 點j的無線電范圍內部檢測到至少一個節(jié)點i，其中該節(jié)點i能夠解碼j 的信標，在步驟102，節(jié)點j檢查以確定是否在本地存在用于節(jié)點i的計 數(shù)器。如果不存在這樣的計數(shù)器，那么在步驟103，節(jié)點j將會啟動一個 用于節(jié)點i的計數(shù)器并使之為零。在步驟104，節(jié)點j確定用于節(jié)點j的 計數(shù)器是否達到最大值MAX，即確定節(jié)點j是否嘗試將其BPSTj相對于節(jié) 點i調整了 MAX次。也就是說，節(jié)點j是否關于節(jié)點i執(zhí)行了預定的MAX 次的本發(fā)明的調整算法。應該注意的是，關于節(jié)點i的迭代是一次全部執(zhí) 行的(例如由本發(fā)明的當前實例)，無論何時只要節(jié)點j正在執(zhí)行根據(jù)本 發(fā)明的迭代，則禁止更進一步檢測節(jié)點i，當本發(fā)明的方法的當時實例結 束時，這時將會重新允許節(jié)點i的進一步檢測(在圖1中并未顯示實例化， 這是因為它僅僅是如何實施本發(fā)明的一個實例)。如果嘗試了 MAX次調整 而沒有成功，那么在步驟105，節(jié)點j會將其BPSTj復位成一個隨機起始 時間，并且刪除在本地為節(jié)點i保持的任何數(shù)據(jù)(例如僅僅刪除關于節(jié)點 i的數(shù)據(jù)，以及允許關于節(jié)點i的檢測處理，以及結束本發(fā)明然后活動的 實例)。
舉個例子，圖2描述的是超幀20i的一個序列200，其中每一個超幀 都具有信標周期起始時間BPSTi 20i.l，并且該周期具有相關信標周期 20i. 2。在本實例中，每一個信標周期20i. 2都具有多個信標時隙20i. 2. k，
在該信標時隙期間，節(jié)點將會傳送其信標，其中舉例來說，每一個時隙都 與一個節(jié)點相關聯(lián)，并且由此實現(xiàn)了在其他方面不協(xié)調的節(jié)點網(wǎng)絡的協(xié)
調。為了以這種方式協(xié)調傳輸，信標周期必須由每一個節(jié)點在同一時間啟 動，也就是說，每一個節(jié)點對于下一個超幀必須具有相同信標周期起始時 間。本發(fā)明提供了一種快速收斂并且伸縮性良好的同步方法。同樣，超幀 只是協(xié)調機制的一個實例，它并不是出于限制目的而被給出的。本發(fā)明公 開的僅僅是用于同步信標周期開端的技術。
圖3描述的是一個信標對準設備300，其中該設備包括同步存儲器 302，用于供節(jié)點j在本地存儲用于檢測到的一個或多個節(jié)點i的數(shù)據(jù)，
以及同步器模塊303,用于執(zhí)行本發(fā)明的方法100。信標對準設備300可 操作地連接到天線305,以便接收其他設備信標301，也就是節(jié)點j的鄰 域中的被檢測節(jié)點i的信標。同步器模塊303執(zhí)行本發(fā)明的方法100，以 便導致產(chǎn)生BPSTj的可能調整。信標對準設備300可操作地連接到天線 305，以便在自己的BPSTj (有可能經(jīng)過調整)上傳送自己的信標j 304。
現(xiàn)在參考圖4，該圖描述的是一個包含了由不協(xié)調節(jié)點401i組成的網(wǎng) 絡400的系統(tǒng)，其中每一個節(jié)點都是根據(jù)本發(fā)明并且使用信標對準設備 300i來修改的，由此通過處于彼此無線電范圍以內以及接收來自對方的信 標，每一個節(jié)點401i都可以執(zhí)行本發(fā)明的方法100，由此關于其信標周期 起始時間變?yōu)閰f(xié)調的。
此外，現(xiàn)在參考圖5，該圖描述的是由不協(xié)調網(wǎng)絡501i構成的網(wǎng)絡 500的群組，并且其中每一個網(wǎng)絡都是根據(jù)本發(fā)明并且使用信標對準設備 300i而被修改的，由此通過處于彼此的無線電范圍以內，每一個網(wǎng)絡501i 都可以執(zhí)行本發(fā)明的方法100，并且由此關于其信標周期起始時間變?yōu)閰f(xié) 調的。如果網(wǎng)絡使用的是時分多址(TDMA)接入機制(例如在IEEE802. 15、 IEEE802. 16或IEEE802. 22中)，那么這種方案將會是特別適用的。
圖6描述的是這種同步算法的廣泛的仿真結果，其中顯示了對于收斂 性和可伸縮性的很強的固有穩(wěn)定性。如所示，固有地，本發(fā)明的同步技術 非常穩(wěn)定，這意味著所有節(jié)點都會在很短時間收斂到一個超幀定時。此夕卜， 圖6所示的結果證明，這種同步技術會隨著節(jié)點數(shù)量的增加而良好伸縮。
本發(fā)明可以用于在認知無線電網(wǎng)絡中同步靜默周期。靜默周期是所有 認知無線電設備(它們在其他方面不協(xié)調)全都靜默的時間，由此可以可靠 檢測網(wǎng)絡外部發(fā)射器、例如負有責任的用戶或主要用戶。這種處理被稱為 "主共享"。此外，這種同步機制還可以用于在輔助網(wǎng)絡間的共存。 一旦 同步了在其他方面不協(xié)調的相鄰網(wǎng)絡，那么它們可以交換信息(例如包含 時間和頻率使用率的共存信標)，以便共享公共介質。
雖然描述并例證了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域技術人員應該理 解，這里描述的用于同步在其他方面不協(xié)調的網(wǎng)絡的系統(tǒng)、設備和方法是 說明性的，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，各種變更和修改都是可行的， 并且可以使用等價物來替換其部件。此外，在不脫離中心范圍的情況下， 通過采用眾多修改，可以使本發(fā)明的教導適應于特定的情形。由此，本發(fā) 明并不局限于這些被認為是執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式而被公開的特定實施 例，相反，本發(fā)明包含了落入附加權利要求范圍的所有實施例。
權利要求
1. 一種用于無線網(wǎng)絡的同步系統(tǒng)(400)，包括多個不協(xié)調無線設備j(401j)，它們被配置成在具有信標周期起始時間BPSTj(20j.1)的信標周期(20j.2)中傳送信標(20j.2.1)，并且對于所有設備i(401i)≠j(401j)，在具有信標周期起始時間BPSTi(20i.1)的信標周期(20i.2)中接收信標(20i.2.1)；以及信標對準設備(300)，該設備對設備j的BPSTj進行對準，以便對所有設備j≠i來說，BPSTj(20j.1)＝BPSTi(20i.1)，其中無論何時只要設備j接收到來自所述多個設備中的另一個設備i的信標(20i.2.1)并且BPSTj(20j.1)≠BPSTi(20i.1)時，每一個設備j將會使用該信標對準設備(300)。
2. 權利要求1的系統(tǒng)，其中，信標周期(20i.2 20j. 2)是在超幀(20i 20j)開端出現(xiàn)的。
3. 權利要求l的系統(tǒng)，其中，所述多個設備中的每一個設備(401i) 還被配置成包含自身的信標對準設備(300 )。
4. 權利要求3的系統(tǒng)，其中，信標對準設備(300 )被配置成包括同 步器模塊(303 )，用于執(zhí)行預定調整方法(IOO)，直至從包含下列各項的 群組中選出的條件之一成立為止該算法已被執(zhí)行了預先規(guī)定的次數(shù)以及 BPSTj屬于BPSL (20i.l)的前半部分，然后，分別將BPSTj (20J.1)設 置成一個隨機數(shù)以及BPSL (20i.l)。
5. 權利要求4的系統(tǒng)，其中，信標周期(20i. 2 20j. 2 )是在超幀(20i 20j)的開端出現(xiàn)的。
6. 權利要求l的系統(tǒng)，其中，信標對準設備(300 )被配置成包括同 步器模塊(303 )，以便執(zhí)行預定調整方法(IOO)，直至從包含下列各項的 群組中選出的條件之一成立為止該算法已被執(zhí)行了預先規(guī)定的次數(shù)以及 BPSTj( 20j. 1 )屬于BPSL( 20i. 1 )的前半部分，然后，分別將BPSTj( 20j. 1) 設置成一個隨機數(shù)以及BPSTi ( 20i. 1 )。
7. 權利要求6的系統(tǒng)，其中，信標周期(20i.2 20j."是在超幀U0i 20j)的開端出現(xiàn)的。
8. —種信標對準設備(300 )，包括天線(305 )，用于在具有信標周期起始時間BPSTj ( 20j. 1)的信標周 期(20j. 2)中傳送自身信標U04 20j.2.1),以及接收另一個無線設備i ( 401i)的信標(301 20i. 2, 1 )，其中所述接收到的信標(301 20i. 2. 1) 是在具有信標周期起始時間BPSTi ( 20i. 1)的信標周期(20i. 2 )接收的；同步存儲器(302 ),用于存儲所述接收到的信標(301 20i.2.1)以 及用于所述接收到的信標(301 20i.2.1)的同步計數(shù)器；可操作地連接到所述天線(305 )的同步器模塊(303 )，用于接受從 所述天線接收的信標(301 20i. 2. 1),并且可操作地連接到所述同步存儲 器(302 ),以便在其內存儲所述所接受的接收信標(301 20i.2. 1),以及 使用所述同步計數(shù)器(302 )關于所述自身信標(304 20j. 2.1)執(zhí)行預定 調整方法(100)。
9. 權利要求8的設備(300 )，其中，信標周期(20i.2 20J.2)是在 超幀(20i 20j)的開端出現(xiàn)的。
10. 權利要求8的設備(300 )，其中同步計數(shù)器被設置成預定次數(shù)，以便執(zhí)行預定調整方法(100);以及 該預定調整方法包括迭代，直至從包含下列各項的群組中選出的條件之一成立為止迭代已被執(zhí)行了預先規(guī)定的次數(shù)以及BPSTj屬于BPSTi (20i. 1)的前半部分，然后，分別將BPSTj ( 20j. 1)設置成一個隨機數(shù)以及BPSL (20i. 1 )。
11. 權利要求10的設備(300 )，其中，信標周期(20i.2 20J.2)是 在超幀(20i 20j)的開端出現(xiàn)的。
12. —種用于同步多個不協(xié)調無線設備的方法(IOO),包括以下步驟 在具有信標周期起始時間BPSL (20i.l)的信標周期(20i.2)中，由另 一個不協(xié)調無線設備j接收來自不協(xié)調無線設備i的信標(20i. 2.1 )， 其中該設備j在具有信標周期起始時間BPSTj( 20j. 1 )的信標周期(20j. 2 ) 中傳送自身信標(20J.2.1),其中j-i;如果設備j為不協(xié)調設備i執(zhí)行了預定次數(shù)的調整過程(100 ) ( 104 )， 則將設備j的信標周期起始時間BPSTj設置成一個隨機數(shù)(105 )，否則， 如果BPSTj屬于BPSTi(20i. 1 )的前半部分，則將BPSTj設置成BPST" 20i. 1) (108);以及設備j ( 20j. 2. 1)在具有信標周期起始時間BPSTj ( 20j. 1)的信標 周期(20J.2)中傳送自身信標。
13. 權利要求13的方法，其中，信標周期(20i.2 20j.2)是在超幀 (20i 20j)的開端出現(xiàn)的。
全文摘要
提供了一種用于同步獨立節(jié)點(401_i)的分布式(在其他方面不協(xié)調)網(wǎng)絡(400)的系統(tǒng)(400)、設備(300)和方法(100)。這種同步可以在多種不同的方式中使用。在認知無線電設備環(huán)境下，這種同步可以用于同步靜默周期。靜默周期是所有認知無線電設備(在其他方面不協(xié)調)全都靜默的時間，由此可以可靠地檢測負有責任的用戶。本發(fā)明的技術收斂快速，并且伸縮性良好。
文檔編號H04L12/56GK101390346SQ200780006482
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月21日 優(yōu)先權日2006年2月23日
發(fā)明者C·M·科爾戴羅, K·S·查拉帕利 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司