无竞争下一序位保护设备周期性更新的方法

摘要

在通信系统中用于下一序位保护设备周期性广播其存在的方法和装置。下一序位保护设备周期性地传送下一序位代码字，以通知基本保护设备和多个次级保护设备所述下一序位设备仍存在于通信系统中。NPD智能地传送NPD代码字，以便减少和由其他SPD传送的RTS代码字冲突的概率。

说明书

技术领域

本发明涉及在通信系统中用于下一序位(next-in-line)保护设备周期性广播其存在的方法和装置。

背景技术

本发明通过引用包含用于信息技术的电器电子工程师协会(IEEE)802.22.1标准：“系统之间的电信和信息交换——局域网和城域网——具体要求，部分22.1：对运行于电视广播波段中的低功率、被许可设备的增强保护(Telecommunications and information exchange between systems-Local andmetropolitan area networks-Specific requirements，Part 22.1：EnhancedProtection for Low-Power，Licensed Devices Operating in Television BroadcastBands)”。

IEEE 802.22.1定义了包括信标设备的信标网络，所述信标设备为在电视广播波段中工作的低功率、被许可设备(例如无线麦克风)提供了增强的保护。利用多个保护设备构建信标网络。保护设备(protecting device，PD)是保护低功率、被许可设备的信标设备。保护设备可以是基本保护设备(primaryprotecting device，PPD)或者次级保护设备(secondary protecting device，SPD)。基本保护设备(PPD)是使用周期性信标来保护其对应被许可设备的设备，并且其保护可以被扩展到区域中的其他被许可设备。次级保护设备(SPD)是把保护其对应被许可设备的责任与PPD共享的设备。SPD间或(occasionally)发送用于和PPD通信的信标。下一序位保护设备(next-in-lineprotecting device，NPD)是在已存在的PPD停止工作的情况下将称为PPD的第一候选者的SPD。为了描述方便，群集(cluster)被定义为一个PPD以及其信息已被汇集或者要被汇集到PPD的信标帧中的所有SPD和NPD。

在IEEE 802.22.1中，定义了NPD周期性广播其存在的方法。

因此，存在避免NPD传送的周期性广播其存在的帧和SPD或者PPD传送的信标帧之间的冲突的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于保护被许可设备的改善方法和信标网络。

本发明的另一个目的是提供一种在避免下一序位保护设备和次级保护设备之间的无意义的竞争的同时、周期性地更新下一序位保护设备的存在的改善方法和装置。

在本发明的一个方面中，下一序位保护设备(NPD)周期性地传送NPD代码字，以通知基本保护设备和多个次级保护设备下一序位设备仍存在于通信系统中，而不管基本保护设备在紧邻的前一超帧中是否已经传送任何否定确认消息。

下一序位保护设备首先确定周期性更新定时器是否将在两个超帧内到期。注意，在这里使用数量“两个”作为设计参考，但是如果期望，也可以实施其他的数量。当周期性更新定时器将在两个超帧内到期时，下一序位保护设备确定周期性更新定时器是否在当前超帧中已经到期。当周期性更新定时器已在当前超帧中到期时，下一序位保护设备传送下一序位代码字，并重新启动周期性更新定时器。当周期性更新定时器在当前超帧中还未到期时，下一序位保护设备确定在紧邻的前一超帧中是否已从基本保护设备接收到否定确认消息。当在紧邻的前一超帧中已从基本保护设备接收到否定确认消息时，下一序位保护设备推迟下一序位代码字的传送。否则，当在下一序位保护设备处在紧邻的前一超帧中未从基本保护设备接收到否定确认消息时，下一序位保护设备传送下一序位代码字，并且重新启动周期性更新定时器。

此外，基本保护设备必须至少在每隔一个超帧中传送信标帧，并且，在紧接着(immediately proceed)在其期间信标帧被在基本保护设备处传送的超帧之前的每一个超帧中，典型地传送否定确认消息。

而且，下一序位保护设备确定其他次级保护设备中的任何一个是否有可能在当前超帧中传送请求发送(request-to-send)消息。当下一序位保护设备确定至少一个次级保护设备处可以传送请求发送消息时，下一序位保护设备将设法推迟下一序位代码字的传送。

根据本发明的另一个方面，当基本保护设备在紧邻的前一超帧中还未传送任何否定确认消息时，没有任何一个次级保护设备在超帧中传送任何请求发送消息。

附图说明

当结合附图考虑参考下面的详细描述时，对本发明的更完整的领会及其很多伴随的优点将容易清晰，因为它们变得更好理解，在附图中，相同的参考标号指示相同或者类似的部件，其中：

图1示意性地示出了通信系统中的保护设备的群集；

图2示意性地示出了超帧的结构；

图3示意性地示出了从基本保护设备到次级保护设备的通信方案；

图4示意性地示出了从次级保护设备到基本保护设备的通信方案；和

图5示意性地示出了根据本发明原理的实施例的、下一序位保护设备传送下一序位代码字的操作步骤。

具体实施方式

IEEE 802.22.1定义了包括信标设备的信标网络，所述信标设备为在电视广播波段中工作的低功率、被许可设备(例如无线麦克风)提供了增强的保护。利用多个保护设备构建信标网络。保护设备(PD)是保护低功率、被许可设备的信标设备。保护设备可以是基本保护设备(PPD)或者次级保护设备(SPD)。基本保护设备(PPD)是使用周期性信标来保护其对应被许可设备的设备，并且其保护可以被扩展到区域中的其他被许可设备。次级保护设备(SPD)是把保护其对应被许可设备的责任与PPD共享的设备。SPD间或地发送用于和PPD通信这唯一目的的信标。下一序位保护设备(NPD)是在已存在的PPD停止传送周期性信标帧的情况下将变成PPD的SPD。群集被定义为一个PPD以及其信息已被汇集或者要被汇集到PPD的信标帧中的所有SPD和NPD。图1示意性地示出了保护设备的群集，其中，PD#1是PPD，PD#2是NPD，并且PD#3-6是SPD。

当前的IEEE 802.22.1标准采用如图2中所示的超帧结构。超帧100由一连串31个时隙构成。每一个时隙由32个差分四相相移键控(differentialquadrature phase-shift keying，DQPSK)码元组成，其中，一个码元具有1/9609.1秒的持续时间。超帧结构由两个并行地连续传送的逻辑信道组成。第一逻辑信道是同步信道110。第二逻辑信道是信标信道120。同步信道由一连串同步突发(burst)112构成。信标信道由物理层(physical layer，PHY)协议数据单元(protocol data unit，PPDU)122构成，其包含媒体访问控制子层(mediumaccess control sublayer，MAC)信标帧。每一个时隙包含一个同步突发，以及固定数量的PPDU比特。在上层的控制下，设备间通信周期130也可以被包括在超帧周期中。只要有至少一个保护设备在运行，这个格式就在电视(TV)信道上无中断地重复。注意，同步突发和PPDU可以由PPD或者SPD发送。

同步突发112中的每一个均由被减小的索引值跟随的同步字构成，同步突发112使任何异步地采样信标信道的接收机能够快速地确定下一信标将在何时被发送。奇偶校验比特跟随着索引值，并在索引值上提供错误检测和纠正。

PPDU 122主要由MAC信标帧构成。MAC信标帧包含和被保护设备保护的一个或多个设备相关的信息，包括信标设备的物理位置和TV信道占用的估计持续时间。

在三十个同步突发和PPDU之后，存在可选的设备间通信周期130，设备间通信周期130由接收(Rx)周期132和确认或者否定确认周期(acknowledgement or non-acknowledgement period，ANP)134组成，在接收周期132期间，针对由SPD传送的请求发送(RTS)突发，PPD暂停监测TV信道，在确认或者否定确认周期134期间，ANP突发应被传送，反映是否检测到RTS突发。在PPD的初始传送周期期间，将没有设备间通信周期跟随。

所有的传送被广播。传送的数据可以被区域中的任何设备接收和处理，包括WRAN设备和其他符合IEEE 802.22.1的设备。

对于符合IEEE 802.22.1的设备，存在两个类型的数据转移事务处理。第一类型是从PPD到SPD的数据转移，其中，PPD传送数据。第二类型是从SPD到PPD的数据转移，其中，SPD传送数据。

图3示意性地示出了从PPD到SPD的通信。当PPD期望把数据发送到SPD时，PPD通过把信息放在其信标PHY服务数据单元(PHY service dataunit，PSDU)中来实现(步骤212)。可以是所述PPD范围内的很多个SPD其中之一的SPD监测PPD的信标PSDU，并且解码其地址并恢复消息。在MAC层不提供数据接收的确认。

图4示意性地示出了从SPD到PPD的通信。当SPD期望把数据发送到PPD时，SPD首先在超帧的接收周期期间把RTS突发发送到PPD(步骤222)。当PPD接收到所述RTS突发时，PPD可以在ANP期间发送对应于检测到的RTS代码字的ACK(步骤224)。假设PPD发送ACK，则PPD给SPD产生后面的超帧，然后在此期间，所述SPD传送其自己的超帧，包含其数据和同步信道(步骤226)。在由SPD传送以后，PPD通过在接收周期期间监测无线信道来继续该超帧。然后PPD在随后的ANP期间发送NACK(步骤228)，因为PPD被要求至少每隔一个信标帧传送，并恢复传送信标帧(步骤230)。如果在步骤222，SPD在超帧的接收周期期间发送RTS突发到PPD，并且在ANP期间未接收到ACK，则SPD不应该发送信标帧。

在当前的IEEE 802.22.1草案中，定义了NPD通过传送NPD代码字来周期性地广播其存在的方法。每10个超帧(称作aNPDPeriod的恒定参数)，NPD应该传送请求发送(request-to-send，RTS)代码至少一次。MLME-NPD-LOST.指示原语由群集中的PPD或者SPD的MAC子层管理实体(MAC sublayer management entity，MLME)产生，并且作为MLME在过去的五十个超帧内还未接收到NPD信标帧或者NPD代码字的通知，被发送到MLME的下一更高层。以这种方式，NPD的异常操作被通知给下一更高层，以使PPD和SPD能够采取适当的动作。

在当前的IEEE 802.22.1草案中，SPD和NPD应该避免无意义的竞争。即，如果PPD在当前超帧中并未正在传送其信标帧，则SPD和NPD不应该争相发送RTS代码字。否则，确保PPD将忽略来自NPD和SPD的任何请求。再一次地，这是因为PPD必须在下一超帧中传送其信标帧，因此，PPD不能受到(honor)任何竞争。

换句话说，现有技术要求NPD不应该在PPD在上个超帧中还未发送NACK时进行传送。现有技术的缺点是由NPD进行的NPD代码字的周期性传送增加了来自NPD和SPD的传送之间的冲突的概率。冲突事件可能导致很多不期望的后果。首先，如果在过去的50个超帧中，NPD传送的所有五次尝试都失败了，则SPD和PPD可能错误地得出NPD已经消失的结论。第二，冲突浪费了SPD及时传送其信标信息的机会。第三，冲突可能阻止SPD及时发送信标帧，这反过来可能使PPD相信SPD已经异常地消失了。

在本发明中，由于NPD代码字的独特性(uniqueness)，NPD的周期性更新被不同地对待。在根据本发明原理的第一个实施例中，和现有技术相反，当PPD在上一超帧中还未发送NACK时，即PPD在当前超帧中不传送其信标帧时，NPD应该设法发送NPD代码字。即使PPD肯定将拒绝来自其他保护设备的任何请求以使所述PPD能够在下一超帧中能够发送其信标帧，NPD代码字的独特性仍广播其存在，并满足NPD周期性更新的目的。这将保证只有NPD在该无冲突的Rx周期正在传送。而且，当其他SPD也可能发送其RTS代码字时，NPD将设法避免在所述Rx周期发送其代码字，这减少了潜在的冲突。尽管不太可能，但是可能出现PPD已经在大量连续的超帧中连续地发送了NACK，在这种情况下，如果NPD的周期定时器到期，则NPD应该发送NPD代码字。换句话说，当PPD在大量连续的超帧期间已经连续地传送了NACK，并且NPD的周期性更新定时器到期，并且其他SPD已经在当前超帧中传送它们的RTS代码字时，NPD仍将在当前超帧中在接收周期传送NPD代码字，即使该NPD代码字可能与由其他SPD传送的RTS代码字冲突。注意，PPD必须每隔一个超帧传送信标帧。PPD也必须在每一个超帧的ANP周期中传送NACK或者ACK，或者Go-On。这两种情况共同意味着PPD将至少每隔一个超帧传送NACK。如果PPD在大量连续的超帧中传送NACK，则PPD将在所有那些超帧中传送其自己的信标帧。这种情况可能发生，但是不常见，因为PPD偶尔应该发送ACK或者Go-On，并允许SPD或者NPD把信标帧发送给PPD。

在根据本发明原理的第二实施例中，如果PPD在上一ANP周期中还未发送NACK，则SPD应该从不发送RTS突发。注意，在现有技术中，SPD发送其第一RTS突发而不考虑PPD在上一ANP周期中已经发送了什么。

为了得到许可传送信标帧，SPD传送RTS突发。如果PPD在上一ANP周期中已经发送了NACK，则SPD  的MLME  产生PLME-INITIATE-RTS-BURST.请求消息，所以PHY层管理实体(PHY layermanagement entity，PLME)应该在当前超帧的Rx周期中发送RTS突发。否则，MLME推迟并且不应产生PLME-INITIATE-RTS-BURS T.请求消息，除非PPD在上一ANP周期中已经发送了NACK。当NPD有信标帧要传送时，它应该经历相同的过程，包括如IEEE 802.22.1标准中规定的重试过程(re-tryprocedure)。

但是，由于NPD代码字的独特性，NPD的周期性更新应该被不同地对待。如图5中所示，NPD在其周期性更新定时器要在两个超帧内到期时开始NPD代码字传送过程。具体来说，NPD确定NPD周期性更新定时器是否在两个超帧内到期(步骤320)。如果NPD周期性更新定时器不到期，则NPD将回到正常操作(步骤310)。否则，NPD确定周期性更新定时器现在是否到期(步骤330)。如果NPD周期性更新定时器不到期，则NPD确定PPD在上一超帧中是否已经传送了NACK消息(步骤340)。如果PPD在上一ANP周期中还未发送NACK，则NPD的MLME应该产生PLME-NPD-HEARTBEAT.请求消息，以使PLME应该在当前超帧的Rx周期中发送NPD代码字(步骤350)。否则，如果NPD周期性更新定时器还未到期，则NPD推迟到下一超帧(步骤360)。当在步骤330NPD确定NPD周期性更新定时器到期时，无论PPD是否已经在上一ANP周期中发送了NACK，NPD都应该发送NPD代码字(步骤350)。在NPD传送NPD代码字以后，NPD完成RTS传送，并重置NPD周期性更新定时器(步骤370)。

如果PPD检测到来自SPD的RTS突发，并且已经决定为该SPD保留即将来临的(upcoming)超帧，则PPD应该在ANP期间传送对应于接收到的RTS代码字的ACK。然后，PPD应该将PPD的接收机使能一个时隙的周期。如果在此时间期间检测到SPD的信标帧，则接收机应保持开启，并且信标帧应该被接收并通过MLME-INCOMING-BEACON.指示原语传递到下一更高层。紧跟着信标帧接收之后(并且，如果未检测到信标帧，跟在一个时隙周期之后)，贯穿接收周期，接收机应该保持被使能，其中，PPD再次侦听RTS突发。只有NPD可以在跟在另一SPD的信标帧之后的Rx周期期间发送NPD代码字。无论其在Rx周期中接收到了什么，PPD应该在ANP期间传送NACK，以便确保至少每隔一个信标帧被PPD传送。尽管如此，如果在这个ANP周期期间接收到NPD代码字，由于代码字的独特性，PPD和其他SPD仍被通知NPD的存在。

因此，根据本发明的原理，NPD智能地传送NPD代码字，以便减少和由其他SPD传送的RTS代码字冲突的概率。具体来说，在当代的(contemporary)传送中，所遵循的长期不破的习惯是为了给下一序位保护设备保存(preserve)分配的时间和频率资源，等到其内部定时器到期，并且只有在其内部定时器到期之后，所述下一序位保护设备才传送NPD代码字。我已发现这种当代的传送做法不是对时间和频率资源分配的有效的使用。在本发明原理的实践中，我发现如果NPD在定时器到期之前两个(2)超帧开始准备传送NPD代码字，并且当确保无其他SPD正在传送RTS代码字时设法发送NPD代码字，则可以获得对时间和频率资源分配的更为有效的使用。这种机制避免或者至少使冲突最少。

虽然已经结合优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将清楚，不偏离本发明的由所附权利要求限定的精神和范围，可以做出修改和变化。