專利名稱：一種超高速無線個域網多信道復用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超高速無線個域網多信道復用方法，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
無線個域網(WPAN)是一種將諸如個人電腦、打印機、存儲設備、數碼相機、高清數字電視(HDTV)等設備連接起來的短距離(小于10米)通信無線網絡。由于無壓縮高清視頻和大容量數據文件(例如高清圖片無損音樂等)的傳輸需要吉比特每秒((^bps)級的的傳輸速度，所以需要提高短距離無線鏈路的數據傳輸速率。當前的無線技術(例如UWB、藍牙、 IEEE802. Iln等)支持的速率都低于mbps，所以不適合應用到這些場景中。因此眾多國家和區(qū)域相繼在60GHz附近劃分出5 9GHz的未授權連續(xù)頻段作此用途，中國也開放了 59-64GHZ頻段。巨大的可利用帶寬資源是實現(ibps級超高速無線傳輸的基礎。60GHz毫米波技術能夠適用于速率為(ibps級的WPAN主要有下面幾個原因① 在57-66GHZ頻段有較寬的連續(xù)性未授權頻段，這可以使得在可用帶寬內以高速速率傳輸；②60GHz信號的高路徑衰耗特性導致室內毫米波信號的有效范圍一般被限制在數米以內，如果室內障礙物較多，則可能范圍更小。這使得該技術僅適用于室內無線個域網的應用；③由于毫米波的波長為5毫米左右，多個天線單元的配置不會造成過大的終端尺寸。而多個天線單元也便利了波束形成(beamforming，BF)技術，從而極大地改善通信鏈路質量， 有效地擴展通信范圍。在信道使用上，IEEE802. Ilad標準采用固定信道分配，即在某時刻某一個域網實體只在一個固定信道內進行通信。當有其它信道未被占用時，即該信道空閑時，該信道并不能被當前個域網所用，使得整個系統的信道利用率較低。而網絡吞吐量也有進一步提升的空間。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提出了一種超高速無限個域網多信道復用方法。本發(fā)明為實現上述發(fā)明目的采用如下技術方案 一種超高速無線個域網多信道復用方法，包括如下步驟
步驟1，在不改變信標期時間周期長短的前提下，將主信道信標期末端的無競爭接入的時隙分配時間段修改為信道切換期和監(jiān)測期，
所述監(jiān)測期基本結構包括輪詢幀(poll frame)和輪詢幀反饋(poll frame response)；
所述輪詢幀(poll frame)包括狀態(tài)(Matus)、請求(Request)、幀校驗序列(FCS)； 所述輪詢幀反饋(poll frame response)包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、信道監(jiān)控期的開始時間(Channel Switch Start Time)、有效的信道切換時間(Bi ID)、個域網控制節(jié)點或者接入節(jié)點要求處在次信道中的設備采取的行動命令(Command)、次信道信標期開始的子信標偏移(Sub-beacon offset)、處在次信道中設備的信道時間分配(CTA)、幀校驗序列(FCS)；
所述個域網控制節(jié)點或者接入節(jié)點要求處在次信道中的設備采取的行動命令 (Command)包括保持(ke印)，嘗試恢復(recovery)，退回到主信道(quit back from SC to PC)；
步驟2，源設備和目的設備在主信道中通信； 步驟3，個域網控制節(jié)點或者從屬設備掃描其它信道；
若有空閑信道，個域網控制節(jié)點廣播信標告知源設備和目的設備切換至空閑信道通信，并將該信道定義為次信道，次信道的信標期和主信道的信標期同步； 所述次信道的信標期包括子信標期、服務期、無效期； 若沒有空閑信道，返回步驟2;
步驟4，經過若干信標期后，源設備和目的設備在次信道進行數據傳輸； 步驟5，判斷次信道信標期是否到達信道切換期開始時刻；
若次信道信標期到達信道切換期開始時刻，則源設備和目的設備全部切換至主信道， 進入步驟6 ；
若次信道信標期沒有到達信道切換期開始時刻，源設備和目的設備仍然在次信道中進行數據傳輸；
步驟6，源設備、目的設備分別在主信道監(jiān)測期中向個域網控制節(jié)點發(fā)送輪詢幀(poll frame)；
步驟7，個域網控制節(jié)點向源設備、目的設備回復(poll frame response)； 步驟8，判斷輪詢幀反饋(poll frame response)中的命令(Command)是否為保持 (keep)；
若為保持(ke印)，源設備和目的設備在下一信標期繼續(xù)切換至次信道通信； 若不是保持(ke印)，返回步驟2;
步驟9，源設備在次信道子信標期的初始時刻向目的設備發(fā)送子信標(sub-beacon)； 步驟10，待目的設備回復源設備確認ACK后，返回步驟4。所述超高速無限個域網多信道復用方法中，子信標期基本幀格式包括源設備子信標和目的設備子信標反饋；
所述源設備子信標包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、信息 (Information)和幀校驗序列(FCS)；
所述目的設備子信標反饋包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、回復信息(Response)和幀校驗序列(FCS)；其中，回復信息(Response)包括波束成形應答標識 (BF Ready)和調制編碼機制應答(MCS Response)。本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果充分利用空閑信道，獲得多頻帶復用機制下的系統吞吐量的增益。


圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為802. Ilad標準規(guī)定的PBSS信標期的示意圖。
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圖3為主信道和次信道在時間的示意圖及它們的格式。圖4為監(jiān)測期基本格式的示意圖。圖5為子信標基本格式的示意圖。圖6為一個典型60GHz個域網的示意圖。圖7為廣播信標內PCP指示設備轉移到次信道的信息單元。
具體實施例方式下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明
如圖6所示的典型60GHz無線個域網，在60GHz無線網絡中包含一個作為協調器的主控設備PCP和4個從屬設備。假設某時刻四個從屬設備，1、2、3和4均在信道1上進行通信。設備1和2組成一個通信對，設備3和設備4組成一個通信對。此時該60GHz通信系統的信道2為空閑。假設設備1和設備2正在傳輸持續(xù)性的數據流，需要分配大量的服務期SP的時隙。利用如圖1所示的超高速無線個域網多信道復用方法，包括如下步驟
步驟1，在不改變信標期時間周期長短的前提下，在如圖2所示的主信道信標期的末端增加信道切換期和監(jiān)測期構成主信道；
步驟2，初始狀態(tài)下，設備1和設備2在信道1中通信。假設設備1是源設備，設備2是目的設備；
步驟3，個域網控制節(jié)點或者設備1或者設備2開始掃描信道2 ； 若信道2空閑，個域網控制節(jié)點通過廣播信標告知設備1和設備2切換至信道2通信， 并將信道2定義為次信道，次信道如圖3所示在時間上與主信道同步； 若信道2不空閑，返回步驟2;
步驟4，經過若干信標期后，設備1和設備2開始在信道2進行數據傳輸； 步驟5，判斷信道2信標期是否到達信道切換期開始時刻； 若信道2信標期到達信道切換期開始時刻，則信道2中所有設備均切換到信道1 ； 若信道2信標期沒有到達信道切換期開始時間，設備1和設備2繼續(xù)在信道2進行數據傳輸；
步驟6，設備1、2在信道1的監(jiān)測期中向個域網控制節(jié)點發(fā)送poll frame ； 步驟7，個域網控制節(jié)點向設備1、設備2回復poll frame response ； 步驟 8，判斷 poll frame response 中的 Command 是否為 keep ； 若poll frame response中的command為ke印，設備1和設備2在下一信標期繼續(xù)切換至信道2通信；
若poll frame response中的請求request禾口命令command是從次信道退出并返回主信道(quit back from SC to PC)，返回步驟 2;
步驟9，設備1在次信道子信標期的初始時刻向設備2發(fā)送子信標sub-beacon ； 步驟10，待設備2回復發(fā)射設備確認ACK后，返回步驟4。由圖2可知，主信道信標期主要包括信標時間競爭接入期、無競爭接入時分復用期、信道切換期和監(jiān)測期。次信道包括子信標期、服務期、無效期。其中，服務期使用時分復用的無競爭接入的信道使用方式。如圖4所示監(jiān)測期基本格式包括poll frame和poll frame response ；其中，poll frame包括狀態(tài)Matus、請求Request、幀校驗序列FCS。Status被次信道設備用來向PCP 反饋它們的當前通信狀態(tài)(正常normal，中斷outage)，Request被次信道設備用來向PCP 提出改變或維持通信狀態(tài)的請求(保持ke印，嘗試恢復recovery，退回到主信道quit back from SC to PC) poll frame response包括源設備MAC地址SA、目的接收設備MAC地址 DA、個域網控制節(jié)點要求在次信道中的設備采取的行動命令Command、Command開始生效的信標期號BI ID (如果command沒有發(fā)生變化，則BI ID域的值為緊接著下一個信標期的ID)、主信道切換期的開始時間Channel Switch Start Time (本發(fā)明所述信道切換期為一個固定值，需確保較為寬裕的時間長度使得所有設備都能夠順利從次信道切換至主信道)、、次信道SC信標期開始的子信標期相對于次信道信標期開始時間的偏移Sub-beacon offset (指出下一個信標期開始后，次信道子信標期的長度)、處在次信道中設備的信道時間分配CTA (該域具體結構與802. Ilad標準中定義的時隙分配幀結構相似)以及幀校驗序列 FCS。Channel Switch Start Time, Sub-beacon offset 以及 CTA (SC)分配方式均在下一個信標期BI生效。當主信道信標監(jiān)測期開始時，所有次信道的設備必須返回主信道與PCP進行信息交互。第一個poll frame response和最后一個poll frame之間有任意指定長度AIFS 的間隔，時間長度須保證PCP在該間隔內能夠處理完成所有次信道設備的上報信息并做出相應決定。如圖5所示的子信標期基本結構以及相關幀格式示意圖
源設備子信標包括源設備MAC地址SA、目的設備MAC地址DA、信息^formation和幀校驗序列FCS，其中，信息^formation包括當前主信道的信道標號PC ID (用來與其它 60GHz個域網共存，其它個域網的設備檢測到該信息后，可選擇放棄使用該信道，或者根據該信息找到主信道的PCP并與其溝通申請使用次信道。主信道PCP同意放棄次信道使用權后將在下一信標期的監(jiān)測期內通過poll frame response要求所有次信道設備退出并返回主信道)、波束成形標識BF Indicator (用以和目的設備協商開始波束成形機制，以期能夠改善通信質量或者修復斷鏈)、波束成形開始的信標期號BI ID for BF、調制編碼方式MCS (根據當前信道狀態(tài)調整通信質量)、新的調制編碼方式生效的信標期號BI ID for MCS0
目的設備的子信標反饋包括源設備MAC地址SA、目的設備MAC地址DA、應答信息 Response和幀校驗序列FCS。其中，回復信息Response包括波束成形應答標識BF Ready 和調制編碼方案應答MCS Response。BF Ready域用以表示接收設備是否準備好了與發(fā)起設備進行波束成形，，1’表示準備好，，0’表示未準備好；MCS Response用以表示接收設備在下一個信標期內使用的調制編碼方案，’ 1’表示接受，’ 0’表示反對。如果源設備無法接收到目的設備的確認反饋ACK，則鏈路被認為是斷鏈。如圖7所示主信道PCP在檢測到有其它空閑信道后，通過廣播信標的信息單元向設備發(fā)送信道轉移的信息。其信息單元包括源設備地址SA、目的設備地址DA、次信道號 Target Channel ID、轉移生效的信標號BI ID、從次信道切換回主信道的開始時間Channel Switch Start Time、子信標期的長度Sub-beacon Offset、次信道的時隙分配方式CTA、幀校驗序列FCS。其上各個域的功能與本發(fā)明之前所述的內容相同。
權利要求
1.一種超高速無線個域網多信道復用方法，其特征在于包括如下步驟步驟1，在不改變信標期時間周期長短的前提下，將主信道信標期末端的無競爭接入的時隙分配時間段修改為信道切換期和監(jiān)測期，所述監(jiān)測期基本結構包括輪詢幀(pol 1 frame)和輪詢幀反饋(pol 1 frame response)；所述輪詢幀(poll frame)包括狀態(tài)(Matus)、請求(Request)、幀校驗序列(FCS)； 所述輪詢幀反饋(poll frame response)包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、信道監(jiān)控期的開始時間(Channel Switch Start Time)、有效的信道切換時間(Bi ID)、個域網控制節(jié)點或者接入節(jié)點要求處在次信道中的設備采取的行動命令(Command)、 次信道信標期開始的子信標偏移(Sub-beacon offset)、處在次信道中設備的信道時間分配(CTA)、幀校驗序列(FCS)；所述個域網控制節(jié)點或者接入節(jié)點要求處在次信道中的設備采取的行動命令 (Command)包括保持(ke印)，嘗試恢復(recovery)，退回到主信道(quit back from SC to PC)；步驟2，源設備和目的設備在主信道中通信； 步驟3，個域網控制節(jié)點或者從屬設備掃描其它信道；若有空閑信道，個域網控制節(jié)點廣播信標告知源設備和目的設備切換至空閑信道通信，并將該信道定義為次信道，次信道的信標期和主信道的信標期同步； 所述次信道的信標期包括子信標期、服務期、無效期； 若沒有空閑信道，返回步驟2;步驟4，經過若干信標期后，源設備和目的設備在次信道進行數據傳輸； 步驟5，判斷次信道信標期是否到達信道切換期開始時刻；若次信道信標期到達信道切換期開始時刻，則源設備和目的設備全部切換至主信道， 進入步驟6 ；若次信道信標期沒有到達信道切換期開始時刻，源設備和目的設備仍然在次信道中進行數據傳輸；步驟6，源設備、目的設備分別在主信道監(jiān)測期中向個域網控制節(jié)點發(fā)送輪詢幀(poll frame)；步驟7，個域網控制節(jié)點向源設備、目的設備回復(poll frame response)； 步驟8，判斷輪詢幀反饋(poll frame response)中的命令(Command)是否為保持 (keep)；若為保持(ke印)，源設備和目的設備在下一信標期繼續(xù)切換至次信道通信； 若不是保持(ke印)，返回步驟2;步驟9，源設備在次信道子信標期的初始時刻向目的設備發(fā)送子信標(sub-beacon)； 步驟10，待目的設備回復源設備確認ACK后，返回步驟4。
2.根據權利要求1所述的超高速無限個域網多信道復用方法，其特征在于所述子信標期基本幀格式包括源設備子信標和目的設備子信標反饋；所述源設備子信標包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、信息 (Information)和幀校驗序列(FCS)；所述目的設備子信標反饋包括源設備MAC地址(SA)、目的設備MAC地址(DA)、回復信息(Response)和幀校驗序列(FCS)；其中，回復信息(Response)包括波束成形應答標識 (BF Ready)和調制編碼機制應答(MCS Response)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高速無限個域網多通道復用方法，屬于無線通信技術領域。本方法在不改變信標期占據時間周期長短的前提下，將原有的無競爭接入的時隙分配時間段修改為信道切換期和監(jiān)測期。記除主信道外的第二信道為次信道，其信標期和主信道的信標期同步。源設備和目的設備在個域網控制節(jié)點檢測到次信道空閑后切換至次信道通信；待次信道到達信道切換開始時刻，若源設備和目的設備向個域網控制節(jié)點發(fā)送的信息表明二者不宜在次信道中通信，則源設備和目的設備切換回主信道通信。本方法充分利用空閑信道，獲得多頻帶復用機制下的系統吞吐量的增益。
文檔編號H04W72/04GK102271403SQ20111021164
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權日2011年7月27日
發(fā)明者唐朋成, 徐平平, 徐祎志 申請人:東南大學