СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ РАЗРЕШЕНИЯ РАБОТЫ ПРИЛОЖЕНИЙ WUSB ПРИ РАСПРЕДЕЛЕННОМ УПРАВЛЕНИИ ДОСТУПОМ К СРЕДЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
SYSTEM AND METHOD FOR ENABLING WUSB APPLICATIONS IN DISTRIBUTED CONTROL OF ACCESS TO DATA TRANSMISSION MEDIUM

Настоящее изобретение относится к системе и способу для обеспечения применения беспроводной универсальной последовательной шины при распределенном сверхширокополосном управлении доступом к среде передачи данных (УДС, МАС).
Технология универсальной последовательной шины (УПШ, USB) является популярным и высокоскоростным типом проводного соединения для ПК, которая перемещается в области бытовой электроники (БЭ, СЕ) и мобильных устройств. Следующим поколением технологии USB является беспроводная USB (WUSB), она будет обеспечивать функции проводной USB без неудобств, связанных с проводами, и будет основываться на сверхширокополосной (UWB) радиопередаче.
Согласно фиг.1, обычная или фундаментальная топология WUSB представляет собой архитектуру «ступица-и-спицы» (в колесе), содержащую главную машину 101 и по меньшей мере одно подключенное устройство 102. В этой архитектуре весь трафик 103 инициируется главной машиной 101 к ее по меньшей мере одному подключенному устройству 102 за счет выделения временных интервалов (слотов) и полосы данных каждому подключенному устройству 102.
Отношение между главной машиной 101 и по меньшей мере одним подключенным устройством 102 называется кластер («пучок»). Соединения являются двухточечными между главной машиной 101 WUSB и ее по меньшей мере одним подключенным устройством 102 WUSB.
Главная машина 101 WUSB может логически подключать максимум до 127 устройств 102 WUSB, рассматриваемых как неформальный кластер WUSB. Кластер WUSB сосуществует в перекрывающемся пространственном окружении с минимальными помехами, что позволяет представлять и другие кластеры WUSB в одной и той же радиоячейке.
Архитектура WUSB поддерживает двойные роли для устройства 102, когда устройство 102 может также обеспечивать ограниченные возможности главной машины. В этой двухролевой модели такое устройство - главная машина может использовать себя для услуг центральной главной машины 101 (например, принтеры) и может создавать второй кластер, обеспечивающий сам услуги как главная машина для доступа к данным вне какого-либо существующего кластера, к которому он подключен. Эта архитектура поддерживает высокую пространственную пропускную способность в малых областях, так что множество устройств имеют одновременный доступ к большой полосе пропускания.
В сценарии беспроводной USB (WUSB) имеется одна главная машина 101 и одно или несколько устройств 102, которые передают данные к главной машине. В сценарии проводной USB главная машина посылает к устройствам маркер или опросный кадр, чтобы запросить данные от этих устройств. Ожидается, что WUSB будет использовать USB MBOA MAC в качестве средства для осуществления связи между главной машиной 101 и подключенными устройствами 102 по беспроводной среде, см. Спецификацию беспроводного управления доступом к среде передачи данных (УДС, МАС) МВОА для высокоскоростных беспроводных персональных сетей (WPAN), Техническое описание, Проект 0.5, апрель 2004, которое включено сюда посредством ссылки, как полностью изложено здесь. Поскольку USB MBOA MAC является распределенным, нужно, чтобы был способ, посредством которого главная машина может резервировать канальные ресурсы от имени подключенных устройств 102, чтобы подключенное устройство 102 могло передавать данные, когда его запрашивает главная машина 101.
В спецификации МВОА МАС среда может резервироваться посредством «Протокола распределенного резервирования» (ПРР, DRP). Этот протокол содержит два механизма согласования резервирования канального времени: явное согласование посредством назначенных командных кадров и неявное согласование путем включения информационных элементов (ИЭ, IE) DRP в маяковый сигнал отправителя и получателя(-ей). В обоих случаях, когда резервирование устанавливается, информация резервирования включается в маяковый сигнал отправителя, а также получателя(-ей) в каждом суперкадре, в котором это резервирование еще активно. Это необходимо для того, чтобы сообщить соседним устройствам отправителя и получателя(-ей) об имеющемся резервировании. Эти соседние устройства должны сохранять принятую информацию резервирования и воздерживаться от обращения к среде в течение зарезервированного периода времени.
Резервирования DRP могут быть резервированиями для однонаправленной или групповой передачи между двумя устройствами или, соответственно, группой устройств.
Таким образом, имеется необходимость в системе и способе для UWB MAC для резервирования беспроводных канальных ресурсов так, чтобы подключенные устройства 102 могли посылать данные к главной машине 101.
Настоящее изобретение основано на распределенном UWB MBOA MAC, которое использует протокол распределенного резервирования (DRP) для обмена как синхронными, так и асинхронными данными. То есть настоящее изобретение относится к передаче данных между подключенными устройствами 102 и главной машиной 101, которые используют протокол DRP. Настоящее изобретение предлагает систему и способ для встраивания основанной на DRP связи главная машина - устройство в беспроводной USB (WUSB).
В первом варианте осуществления главная машина 101 использует кадр DRP (протокола распределенного резервирования) групповой передачи от имени подключенных устройств 102, чтобы резервировать беспроводные канальные ресурсы для переноса данных между главной машиной 101 и подключенными устройствами 102 на основании характеристик подключенных устройств и того, какой они имеют трафик.
Во втором варианте осуществления главная машина 101 посылает кадр DRP однонаправленной передачи к подключенному устройству 102 и согласует использование канальных ресурсов для переноса данных между подключенным устройством 102 и главной машиной 101.
В третьем варианте осуществления главная машина 101 посылает опросный кадр к подключенному устройству 102, чтобы инициировать передачу из упомянутого устройства 102.
Таким образом, настоящее изобретение представляет собой систему и способ для распределенного протокола МАС, который обеспечивает решение для встраивания в него переноса данных WUSB.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующих чертежей и подробного описания изобретения.
Фиг.1 - иллюстрация обычной архитектуры «ступица-и-спицы» WUSB.
Фиг.2 - иллюстрация резервирования DRP на уровне микропланирования согласно стандарту рабочей группы WUSB.
Фиг.3а - иллюстрация архитектуры главной машины согласно настоящему изобретению.
Фиг.3b - иллюстрация архитектуры подключенного устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 - иллюстрация диаграммы конечных состояний (ДКС, FSD) для обработки переноса данных главной машины.
Специалистам следует понимать, что нижеследующие описания даны для целей иллюстрации, а не для ограничения. Специалисты понимают, что может быть много видоизменений, которые лежат в рамках сущности изобретения и объема приложенной формулы изобретения. Излишние подробности известных функций и операций можно опустить из текущего описания, чтобы они не затеняли настоящее изобретение.
Настоящее изобретение предлагает систему и способ для встраивания связи главная машина - устройство в беспроводной универсальной последовательной шине (WUSB). На фиг.1 в сценарии WUSB имеется одна главная машина 101 и одно или несколько подключенных устройств 102, которые передают данные к главной машине 101. В сценарии проводной USB главная машина посылает маркер или опросный кадр к устройствам, чтобы запросить данные от этих устройств. WUSB может использовать UWB MBOA MAC в качестве средства для осуществления связи с другими устройствами по беспроводной среде. UWB MBOA MAC является распределенным, и настоящее изобретение предлагает систему и способ, посредством которых главная машина 101 может резервировать канальные ресурсы от имени подключенных устройств 102 так, чтобы подключенные устройства могли передавать данные, когда их запрашивает главная машина. То есть, настоящее изобретение представляет собой систему и способ для резервирования беспроводных канальных ресурсов, чтобы подключенные устройства 102 могли посылать данные к главной машине 101.
WUSB Micro-scheduling Specification, Revision 0.5c
В первом варианте осуществления главная машина 101 WUSB инициирует кадр DRP групповой передачи для резервирования беспроводных канальных ресурсов ради (от имени) по меньшей мере одного подключенного к ней устройства 102 WUSB. Каждое из по меньшей мере одного устройств 102, которое подключено к главной машине 101, осуществляет передачу к главной машине 101 характеристик устройства 102, которые используются главной машиной 101 для резервирования пропускной способности беспроводного канала от имени по меньшей мере одного устройства 102. Одно преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что издержки резервирования очень низкие, поскольку резервирование для групповой передачи выполняется для множества устройств. Помимо этого, объединенное резервирование главной машиной приводит к тому, что имеется только один непрерывный временной период для главной машины 101, чтобы принимать данные от по меньшей мере одного устройства 102. В этом первом варианте осуществления непрерывный временной период планируется для по меньшей мере одного устройства с помощью протокола, называемого микропланирование. Протокол микропланирования определяется в «WUSB Key Developers, USB-IF, , December 2003», который включен сюда посредством ссылки во всей полноте и иллюстрируется на фиг.2. Микропланирование добавляет эффективный и расширяемый механизм распределения среды для приложений, которые требуют более низкого времени запаздывания и более тонкого управления полосой пропускания. При микропланировании главная машина перераспределяет канальное время в резервировании DRP на межсуперкадровой основе. Это позволяет устройствам быстро и эффективно изменять величину канального времени, назначенного для других устройств, о которых известно и которым разрешено использовать резервирование DRP. Группа, использующая микропланирование, называется микропланированным кластером. Устройство в этом кластере, которое назначает использование носителя в микропланированном резервировании DRP, называется контроллером микропланированного кластера (КМПК, MSCC).
Таким образом, протокол DRP групповой передачи по настоящему изобретению представляет собой путь для встраивания в UWB MAC существующей схемы микро-планирования спецификации WUSB. Недостаток этой схемы состоит в том, что главная машина 101 должна выполнять другое резервирование для групповой передачи или выполнять резервирование для однонаправленной передачи для тех устройств 102, которые не соглашаются с первоначальным резервированием для групповой передачи.
Во втором варианте осуществления главная машина 101 инициирует отдельное резервирование DRP для однонаправленной передачи для по меньшей мере одного устройства 102, чтобы зарезервировать канальные ресурсы. В этом втором варианте осуществления число кадров резервирования, которые нужно послать на канале, прямо пропорционально числу устройств 102, подключенных к главной машине 101. Это инициирование резервирования эквивалентно команде микропланированного управления (ММС) нынешней спецификации WUSB. После того как резервирование выполнено, главная машина 101 использует опросный кадр, чтобы запросить по меньшей мере одно устройство 102 передавать данные в течение зарезервированного периода. Преимущества второго варианта осуществления включают в себя следующее: (1) это естественное расширение DRP, и (2) устройства WUSB могут быть очень простыми. Однако появляются более высокие издержки согласования DRP (зависящие от числа устройств WUSB). И, поскольку резервирования могут быть распределены по всему суперкадру, этот второй вариант осуществления может быть менее эффективен, нежели микропланирование, использованное в первом варианте осуществления.
В третьем варианте осуществления для передач WUSB, которые не требуют DRP, опросный кадр также может посылаться главной машиной 101 с помощью доступа к каналу EDCA, который имеет контроль над средой для времени, обусловленного лимитом EDCA TXOP, чтобы запросить по меньшей мере одно устройство передавать данные. Третий вариант осуществления имеет преимущество - гибкость и не требует, чтобы устройства поддерживали и воплощали механизмы DRP. Однако EDCA является доступом, основанным на конкуренции, и не имеет гарантий от задержек.
Для каждого варианта осуществления главная машина 101 должна знать возможности по меньшей мере одного устройства 102. Эти возможности включаются по меньшей мере одним устройством 102, когда это по меньшей мере одно устройство 102 передает маяковый сигнал. Главная машина 101 также включает возможности главной машины 101 в маяковый сигнал. В каждом варианте осуществления устройства 102 выдают оповещение, если трафик ждет обработки главной машиной 101 WUSB. В каждом варианте осуществления трафик извещений устройств WUSB может использовать резервирование DRP или же трафик извещений устройств может посылаться с помощью EDCA или с помощью какой-нибудь сигнализации в кадрах маякового сигнала.
Анализ главной машины WUSB осуществляется через маяковый сигнал, который главная машина включает в свои возможности.
Для того чтобы достичь лучшей упаковки и облегчить воплощение, поля Сдвиг и Длительность в резервировании DRP предпочтительно устанавливаются на кратное «Х», где Х выбирается на основании объединения желательного разрешения в резервировании DRP и размера временного слота DRP. Как правило, Х = 625 мкс.
На фиг.1 обычная сеть WUSB использует архитектуру «ступица-и-спицы» с главной машиной 101 в качестве ступицы и по меньшей мере одного подключенного устройства 102 в качестве спицы. Обычная главная машина 101 WUSB согласно настоящему изобретению, может включать в себя модуль 300 МАС главной машины с архитектурой, которая иллюстрируется на блок-схеме по фиг.3а. Главная машина 101 может включать в себя модуль 300 МАС главной машины с контроллером 301, функционально связанным с, по меньшей мере, передатчиком 302, компонентом 303 главной машины по обработке переноса данных, содержащим модуль 303а главной машины по обработке DRP и модуль 303b главной машины по обработке уведомлений устройств согласно настоящему изобретению, и приемником 304. Передатчик 302 и приемник 304 функционально связаны с антенной 305. Компонент 303а главной машины по обработке DRP обеспечивает адаптивное программирование, так что, к примеру, по меньшей мере одна из обработок DRP однонаправленной или групповой передачи выполняется главной машиной 101 для каждого подключенного устройства 102.
Обычное подключенное устройство 102 WUSB может, в необязательном порядке, включать в себя более ограниченный вариант модуля 300 МАС главной машины в качестве модуля 350 МАС устройства с архитектурой, которая иллюстрируется на блок-схеме по фиг.3b. Каждое подключенное устройство 102 может включать в себя модуль 350 МАС устройства с контроллером 352, функционально связанным с, по меньшей мере, передатчиком 302, компонентом 353 устройства по обработке, содержащим модуль 353а устройства по обработке DRP и модуль 353b устройства по обработке уведомлений согласно настоящему изобретению, и приемником 304. Передатчик 302 и приемник 304 функционально связаны с антенной 305. Компонент 353а устройства по обработке DRP обеспечивает адаптивное программирование, так что, к примеру, по меньшей мере одна из обработок DRP однонаправленной или групповой передачи выполняется устройством 102 в ответ на резервирования, сделанные главной машиной 101, и так что подключенное устройство 102 далее приемлет или отклоняет резервирование, сделанное от его имени главной машиной 101. Помимо этого, если подключенное устройство имеет дополнительные возможности для действия самостоятельно в качестве главной машины, имеется необязательный подкомпонент устройства/главной машины (не показан) каждого из модулей 353а-b.
На фиг.4 диаграмма конечных состояний (ДКС, FSD) иллюстрирует обработку 303, выполняемую главной машиной по переносу данных, включая функцию резервирования DRP компонента 303а главной машины по обработке DRP. Когда главная машина WUSB инициализируется 401, она запускает передачу маяковой сигнализации 402 по правилам, определенным в МВОА МАС. Маяковый сигнал включает в себя возможности главной машины WUSB, так что устройства WUSB могут найти главную машину WUSB посредством регулярного приема маякового сигнала МАС. Когда устройства WUSB инициализируются, эти устройства следуют правилам маяковой МВОА МАС и ищут маяковый сигнал от главной машины (главных машин) WUSB.
WUSB ожидает приема трафика уведомлений устройств (ТУУ, DNT) через EDCA, если DRP не поддерживается 403, или через EDCA или DRP, если DRP поддерживается 405. Вслед за операцией 403, когда трафик DNT принимается через EDCA, главная машина WUSB использует механизмы EDCA для доступа к среде и для опроса устройств WUSB 406 согласно третьему варианту осуществления данного изобретения. Следует отметить, что трафик DNT может приниматься через EDCA 403, даже несмотря на то, что главная машина WUSB поддерживает DRP.
Если трафик DNT принимается и DRP поддерживается, главная машина WUSB инициирует процесс 405 согласования данных DRP.
- Если главная машина и устройства WUSB поддерживают DRP групповой передачи, главная машина WUSB включает резервирование DRP для групповой передачи в маяковый сигнал 408. Устройства могут принимать резервирование и включать его в свои собственные маяковые сигналы. Если все устройства приемлют резервирование для групповой передачи, главная машина WUSB запускает операцию микропланирования. Если некоторые устройства не приемлют резервирование для групповой передачи из-за того, например, что они конфликтуют с соседним резервированием, главная машина WUSB может инициировать второе резервирование для групповой передачи или резервирование для однонаправленной передачи WUSB с упомянутыми устройствами 411. В первом варианте осуществления изобретения устройства WUSB поддерживают, по меньшей мере, механизм неявного резервирования DRP. Это требует, чтобы устройства ожидали маяковые сигналы других устройств и сохраняли занятость всех временных слотов данных в течение суперкадра. Это позволяет устройствам в конечном счете отклонять запрос резервирования для групповой передачи главной машины WUSB и, в конце концов, предлагать альтернативное время резервирования. Во втором варианте осуществления изобретения устройствам WUSB не нужно поддерживать полную функциональность DRP, а только копировать информационный элемент резервирования DRP из маякового сигнала главной машины WUSB в свой собственный маяковый сигнал.
- Если главная машина или устройства WUSB не поддерживают микропланирование в течение резервирований DRP для групповой передачи, главная машина WUSB инициирует резервирование DRP для однонаправленной передачи 407 и запускает операцию WUSB с помощью опросных кадров в течение резервирований DRP 409 согласно другому варианту осуществления.
Следует понимать, что для удовлетворения требований устройств с различными возможностями комбинация всех механизмов может выполняться WUSB параллельно. Кроме того, возможно, что главная машина WUSB использует доступ EDCA для доставки трафика или для опроса подключенных устройств 406, даже несмотря на то, что резервирование DRP было установлено 409, 410. Это полезно для сценариев, где имеются помехи и канальные ошибки, и нельзя использовать время в течение резервирования DRP.
Хотя проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам понятно, что суперкадр, как описано здесь, является иллюстративным, и могут быть сделаны различные изменения и модификации, и эквиваленты могут замещать его элементы без отхода от реального объема настоящего изобретения. Помимо этого, можно сделать многочисленные модификации, чтобы приспособить принципы настоящего изобретения к частной ситуации без отхода от его основного объема. Поэтому имеется в виду, что настоящее изобретение не ограничивается частными вариантами осуществления, раскрытыми в качестве наилучшего режима, предполагаемого для осуществления настоящего изобретения, но что настоящее изобретение включает в себя все варианты осуществления, попадающие в объем приложенной формулы изобретения.