[发明专利]一种超帧管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线个人区域网络(WPAN)技术，尤指一种超帧管理方法。

背景技术

WPAN有两种工作模式，一种是信标使能模式(beacon-enabled mode)，另一种是非信标使能模式(non beacon-enabled mode)。在非信标使能模式下，网络中的所有节点通过非时隙的载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)算法竞争信道。非信标使能模式的优点在于其自组织性，但不能提供时间保证和服务质量(QoS)保证。

在信标使能模式下，网络可以周期性地发送超帧来组织通信，通信的实时性和服务质量可以通过采用超帧方式，在超帧中分配非竞争时隙进行通信传输而得到满足。与非信标使能模式相比，信标使能模式具有更好地保证了实时性传输质量和服务质量。

在相关标准中规定有超帧结构，图1是现有超帧结构示意图，如图1所示，两个连续信标帧的发送间隔采用信标帧间隔(BI，Beacon Interval)表示。超帧由信标、活跃期和非活跃期组成，其中，活跃期包括信标帧发送时段、竞争访问时段(CAP)和非竞争访问时段(CFP)。而在非活跃期，节点不发送数据，进入休眠状态而节省能量。本文涉及的节点包括能源受限节点和能源非受限节点，对应的用户终端设备分别为能源受限设备和能源非受限设备。

超帧的活跃期也称为超帧持续时间(SD)，被划分为16个等长的时隙，如图1中0～15表示。每个时隙的长度，以及CAP中包含的时隙数等参数，由网络预先设置，并通过超帧开始时的信标帧发送时段广播给网络中的所有节点。

BI和SD分别与信标帧指数(BO，Beacon Order)和超帧指数(SO，Superframe Order)相关，计算公式分别如公式(1)和公式(2)所示：

BI＝αBaseSuperframeDuration×2^BO                (1)

SD＝αBaseSuperframeDuration×2^SO                (2)

其中，参数aBaseSuperframeDuration是当SO＝0时，超帧的最小长度，标准中给定参数aBaseSuperframeDuration为960个符号(symbols)，其中1symbol＝4比特(bit)。

标准规定，在CAP时段，节点通过时隙的CSMA/CA算法竞争信道来发送数据，但是，如果使用时隙保障机制(GTS)，节点在CAP时段会向网络发送分配GTS的请求，成功获得GTS后，节点就可以在获得的GTS中直接发送数据，而不需要使用CSMA/CA算法竞争信道。CAP时段的最小长度aMinCAPLength是440symbols，但是如果使用GTS，则允许CAP的长度小于该最小长度值。

在一个超帧中最多只能分配7个GTS，每个GTS由若干个时隙组成。

目前，对超帧的管理包括分配GTS、取消已分配的GTS、重新对分配的GTS的位置进行调整等。

为了请求分配GTS，节点会向网络侧发送GTS申请，该GTS申请中会携带GTS特征信息如申请的GTS的长度和方向等信息，通常网络侧在收到GTS申请后会向节点回复确认帧。网络侧收到GTS申请后，首先根据CAP剩余的长度和申请的GTS的长度，检查当前超帧是否有足够容量，如果未达到最大GTS个数，或申请的GTS的长度不会使CAP的长度小于最小长度值，也就是说超帧中还有足够容量，则网络侧将按照申请的要求给节点分配GTS。通常，网络侧分配GTS遵循先到先服务原则。

对于已经分配的GTS，可以对其进行取消、重新调整GTS位置等管理。图2a、图2b、图2c分别是现有GTS管理示意图一、示意图二和示意图三，图2a～2c中未示出超帧中的非活跃期。如图2a所示，假设三个已分配的GTS分别为GTS1、GTS2和GTS3，其中GT31占用时隙14和时隙15，GTS2连续占用时隙10～时隙13，GTS3占用时隙8和时隙9。

如果GTS2被取消，在超帧中将出现一块没有被使用的时隙，如图2b中阴影部分所示，可见，超帧变得零碎，这样会引起资源浪费，为解决这个问题，需要重新调整GTS的位置，将GTS3向右移动以紧靠GTS1，保证GTS的连续性。