用于在电气和电子工程师学会802.22.1操作中维持依序下一个保护设备的持续存在的方法

摘要

一种用于在信标网络中维持依序下一个保护设备的持续存在的方法，该信标网络包括主保护设备(PPD)、依序下一个保护设备(NPD)和多个次保护设备(SPD)。在一个方法中，多个次保护设备的子集周期性地发送信标消息到该主保护设备。当该依序下一个保护设备消失时，该主保护设备从已经在一定时间段内发送了信标消息的次保护设备中选择次保护设备成为新的依序下一个保护设备。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在IEEE 802.22.1系统中维持依序下一个保护设备(next-in-line protecting device，NPD)的持续存在的方法、装置和软件。

背景技术

本发明通过引用并入关于信息技术的电气和电子工程师学会(IEEE)802.22.1标准：“Telecommunications and information exchange between systems --Local and metropolitan area networks -- Specific requirements，Part 22.1：EnhancedProtection for Low-Power，Licensed Devices Operating in Television BroadcastBands”。

IEEE 802.22.1定义信标网络，其对工作于电视广播波段的诸如无线麦克风的低功率、特许设备提供增强的保护。该受保护的设备是在美国联邦管制法典中题目47、部分74、附属部分H的间接指导下特许的设备以及在其他管制领域的等价设备。

利用三种类型的保护设备来构造信标网络：主保护设备(PPD)、次保护设备(SPD)和依序下一个保护设备(NPD)。PPD是使用周期信标来保护其对应的特许设备的设备。SPD是和PPD共享保护其对应的特许设备的责任的设备。SPD偶尔发送目的在于与PPD通信的信标。NPD是在已经存在的PPD停止发送周期信标帧的事件中将变为PPD的SPD。也即，PPD聚集来自SPD的信息，周期性地发送信标消息，并且提供主信标功能。当PPD消失时，理想地，NPD应当将自己提升为PPD。如果PPD和NPD没有警示地均消失，则特定SPD将自己提升为新的PPD。

目前NPD的设计没有完成。PPD和SPD二者能够在NPD消失一定时间之后提供指示是没错的，但是，如果SPD没有向PPD发送任何消息，则PPD将不能将任何SPD提升为新的NPD。因此，NPD的整个功能被严重恶化。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种用于通信系统中的保护设备的改进的信标网络。

本发明的另一目的是提供一种在信标网络中能够维持依序下一个保护设备的持续存在的过程、装置和软件。

根据本发明的一方面，提供多个保护性设备以保护多个特许的设备。所述多个保护性设备包括主保护设备、依序下一个保护设备和多个次保护设备。所述多个次保护设备的第一子集在规则(regular)时间段T1期间周期性地向所述主保护设备发送信标消息。这样，当依序下一个保护设备消失时，主保护设备可以从已经在特定时间段内发送信标消息的次保护设备中选择次保护设备成为新的依序下一个保护设备。

此外，所述多个次保护设备可以持续监视所述依序下一个保护设备的存在。当所述依序下一个保护设备消失了时间段T2时，所述次保护设备的第二子集可以竞争成为新的依序下一个保护设备。如此，所述主保护设备可以从竞争成为新的依序下一个保护设备的次保护设备的第二子集中选择次保护设备成为新的依序下一个保护设备。

T2可以小于T1。

所述主保护设备可以被提供有包含已经在一定时间段内发送信标消息的次保护设备的信息的存储单元。

此外，所述多个次保护设备可以持续监视所述主保护设备的存在。当所述主保护设备消失了时间段T3时，所述多个次保护设备可以竞争成为新的主保护设备。

T2可以小于T3。

根据本发明的再一方面，所述主保护设备发送指示是否需要依序下一个保护设备的信标消息。当所述主保护设备指示需要依序下一个保护设备时，所述多个次保护设备的子集竞争成为新的依序下一个保护设备。随后，所述主保护设备从所述次保护设备的子集中选择次保护设备成为新的依序下一个保护设备。

由所述主保护设备发送的信标消息包括由两比特组成的指示字段。指示字段“00”指示不存在依序下一个保护设备且需要依序下一个保护设备。指示字段“11”指示不存在依序下一个保护设备且不需要依序下一个保护设备。指示字段“01”指示存在依序下一个保护设备。

附图说明

通过参考结合附图考虑的以下详细描述，本发明的更完整理解及其伴随的许多优点，将更加易于明白且变得更好理解，其中相似的参考符号表示相同或相似的组件，其中：

图1示意说明一种在其中能够实现本发明的原理的信标网络；以及

图2是说明根据本发明的原理的SPD的正常操作的流程图。

具体实施方式

本发明创建了一种用于在先前的NPD没有警示地消失之后维持持续的NPD操作的方法和过程。

图1示意说明一种信标网络，该信标网络使用主保护设备(PPD)110、次保护设备(SPD)131、132、133和134、以及依序下一个保护设备(NPD)120，用于保护在附近操作的无线麦克风101。每个保护设备保护其中许多无线麦克风101所处的一定区域。注意的是，在保护设备和与该保护设备关联的无线麦克风的数量之间没有特定的关系，只要该保护设备提供足够的覆盖以使得保护这些无线麦克风的操作即可。

当PPD 110消失时，不管PPD 110是正常地还是异常地消失，NPD 120都被认为是提升自己的第一个保护设备。对于保护设备的集群来说，保持一起作用的NPD是重要的。当前，除非SPD正好已经成功地向PPD 110发送信标帧，否则PPD 110无法将SPD提升为新的NPD。在这种情况下，如果NPD 120消失且没有SPD向PPD 110发送任何信标消息，则PPD 110将不能够将任何SPD提升为新的NPD。换句话说，目前的设计可能导致很长时间没有NPD。

图2是说明根据本发明的原理的SPD的三组操作步骤的流程图。最右边分支的操作步骤210到250与目前的技术兼容，且对应于只要如这里T3所示的一定时间内没有PPD时SPD提升自己为新的PPD。具体地，首先，SPD确定是否PPD消失(步骤210)。如果PPD消失，则SPD启动定时器T3(步骤220)。随后，SPD检查PPD出现否(步骤230)。如果PPD不出现，则SPD检查定时器T3是否逾期(步骤240)。当定时器T3逾期时，SPD与其他SPD竞争成为新的PPD(250)。

在目前的设计中的一显著操作失误是除非SPD正好已经成功地向PPD发送信标帧，否则PPD无法将该SPD提升为NPD。在这种情况下，如果NPD消失且没有SPD向PPD发送任何RTS(请求发送)和信标消息，则PPD将不能够成功地将任何SPD提升为新的NPD。换句话说，目前的设计可能导致在网络中很长时间没有NPD。

在图2的中央分支所示的方法2对该问题起到一种补救作用。在如中央分支中步骤410到470所示的方法2中，每个SPD持续地监视NPD的存在。如果NPD消失一定时间(这里如T2指示的时间)，则相关的全部SPD将随机地竞争发送信标帧到PPD，从而PPD能够有机会将SPD提升为新的NPD。该竞争应该引入一些用于竞争决定目的的随机滞后(backoff)时间。具体地，首先，SPD确定NPD是否消失(步骤410)。如果NPD消失，则SPD启动定时器T2(步骤420)。随后，SPD确定NPD是否出现(步骤430)。如果NPD不出现，则SPD检查定时器T2是否逾期(步骤440).当定时器T2逾期时，SPD尝试向PPD发送信标消息以便与其他SPD竞争成为新的NPD(步骤450)。随后，SPD确定是否其已经被选择为新的NPD(步骤460)。当SPD已经被选择时，SPD提升自己为新的NPD(步骤470)。一旦一个SPD被提升为新的NPD，则所有其他的SPD退出竞争且回到正常操作。步骤450、460和470的组合表明多个SPD竞争(如，随机志愿)成为新的NPD。注意的是，本发明并不局限于任何具体的竞争过程。

在由IEEE802.22.1的当前草案提倡的网络中的另一显著操作失误是PPD需要持续发送那些已消失的SPD的陈旧信息。在图2的最左边分支中的方法1示出了步骤310和320，作为对该操作失误的一种补救。每个SPD能够维持定时器T1，定时器T1的逾期则触发SPD来更新PPD。来自SPD的此类周期性传输将给PPD提供机会来验证在其信标帧中聚合的信息。如果在T1时间段或多个T1时间段之后SPD不更新PPD，则PPD能够确实地假定该SPD已经消失。因此，PPD能够将从它的信标帧中去除该SPD的信息。具体地，SPD确定定时器T1是否逾期(步骤310)。如果定时器T1逾期，则SPD向PPD发送信标消息并且重置定时器T1(步骤320)。来自SPD的此类周期性传输也将给PPD提供机会来在先前NPD消失时提升SPD为新的NPD。因此，该方法可以充当用于维持NPD的持续存在的第二种补救。

所有定时器的具体值应该被预先确定且对整个系统在所有保护设备中保持恒定以便正常工作。应该考虑无信标传输的最大可容忍时间段来选择该值。因为如果先前PPD消失则NPD应该是成为新的PPD的第一候选，所以定时器T2应该比定时器T3短。定时器T1是及时验证SPD的信息与不太频繁地中断PPD的传输的折衷。

方法1和方法2彼此并不互斥。也即，SPD能够同时执行方法1和方法2。所有定时器的具体值应该被预先确定且对整个系统在所有保护设备中保持恒定以便正常工作。T1的主要作用是用于SPD周期性地更新PPD。如果在一定时间(如，一个或多个T1时长)内没有来自SPD的更新，则PPD应该假定该SPD已经消失且应该从PPD信标消息中去除其信息。这是该设计所贡献的新颖的改进之一，这已经被IEEE802.22.1所接受。T1的第二用途是PPD能够在一个SPD更新PPD之后将该SPD提升为NPD。换句话说，T1应该足够短以使得PPD能够迅速地识别消失的SPD，且又足够长以使得SPD不会太频繁地更新PPD。由于如果先前PPD消失则NPD应该是成为新的PPD的第一候选，所以定时器T2应该比定时器T3短。可是，小的T1也意味着来自SPD的频繁传输，这不是太理想。如果使用T1和T2二者，则T2可以是小的值以确保在先前PPD消失之后将很快地选择新的NPD。同时，T1可以是较大的值以确保SPD将保持PPD每个T1时间段对于SPD的存在至少更新一次。典型地，T2和T3可以是几秒，而T1可以是几分钟。

换句话说，具有定时器T2的方案更适合用于维持集群中NPD的无中断存在。具有定时器T1的方案向PPD确保特定SPD依然存在。在这种情况下，如果在T1时间段或多个T1时间段之后SPD不向PPD发送信标消息，则PPD能够确实地假定该SPD已经消失。因此，该PPD能够从PPD信标帧中去除SPD的信息。该机制同样没有包括在现有技术中。我们相信保证PPD中携带的信息有效和更新是很关键的。

可替换地，根据本发明的原理，提出了方法3用于稍稍不同的情况中，其中除非PPD需要NPD，否则并不在所有的时间中要求NPD的功能。在这种情况下，如果PPD指示其需要用于被选择为新的NPD的志愿者，则全部SPD将以竞争的方式尝试发送RTS到PPD，直到它们之一被选择为新的NPD为止。如果PPD指示其不需要NPD，则即便不存在NPD，SPD也不必志愿成为NPD。可以按使用不同消息字段的不同方式实现来自PPD的指示。作为示例，我们在PPD信标报头中定义如下的两比特的消息字段。

表1.NPD消息中NPD指示字段的说明

利用每个NPD信标帧来发送NPD指示字段。当NPD指示字段是表1所示的“00”时，SPD知道不存在NPD且需要志愿者。因此，SPD经过一些竞争过程以尝试向PPD发送RTS和信标帧，从而PPD能够从SPD中选择SPD作为新的NPD。

当NPD指示字段是“11”时，SPD知道不存在NPD且PPD将不选择NPD。在这种情况下，即便知道没有NPD，SPD也不会志愿成为NPD。注意这和方法1和2的要求不同。这也暗示着当PPD异常消失时，全部SPD将不会等待NPD(其并不存在)，且它们将直接竞争成为新的PPD。

当NPD指示字段是“01”时，SPD知道存在NPD。在这种情况下，可以依旧要求SPD监视NPD的存在。可替换地，SPD可能对NPD的操作什么都不做直到NPD指示字段的值改变。该讨论仅涉及这三种情况。从而“10”的值被保留。注意可不同于该表来定义值，并且甚至PPD可使用其他指示方法。

此外，该2比特指示字段的用途可以支持许多其他的场景。例如，指示字段从“01”到“00”的改变暗示PPD已经取消选定目前的NPD，且PPD正请求新的志愿者成为新的NPD。另一例子，指示字段从“01”到“11”的改变指示PPD已经决定不必有NPD。在任一情况下，目前的NPD将自己改变为普通SPD。

注意，虽然也许用于不同的目的，但是全部三种方法，即方法1、2和3能够同时执行。例如，方法1可以被调用来允许SPD周期性地向PPD更新该SPD依旧处于激活中。除了从方法3中可用的信息之外，方法2可以被调用来允许SPD监视NPD的存在。这适合于那些SPD可能在NPD的无线覆盖范围之外的场景。在那种情况下，那些SPD可以知道该PPD已经分配了一个NPD(即，2比特指示字段等于“01”)，但是SPD也可以知道如果目前的PPD消失则它们位于该NPD的保护范围之外。在那种情况下，那些SPD可以决定不从新PPD(即，原来的NPD)寻求保护。方法3(即使用2比特指示字段)可以被调用来允许PPD向系统通知有关NPD的操作。同样，根据操作的需要，能够按三种方法的多种组合(如2种方法或3种方法)来选择地执行三种方法的每个。

尽管已经连同优选实施例一起示出和描述了本发明的原理的前述解释，但是本领域技术人员将理解：在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和改变。