專利名稱：在通信節(jié)點(diǎn)之間避免同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，舉例來說，所述系統(tǒng)可以是傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或具有多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)(LAN)。更為特別的是，本發(fā)明涉及的是如何避免在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行不必要的同步以及如何避免在源自不同節(jié)點(diǎn)的傳輸之間發(fā)生沖突。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所涉及的節(jié)點(diǎn)是既具有計(jì)算能力又具有通信能力的智能設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話或所謂的智能傳感器。這種節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)的分布也已經(jīng)非常廣泛。
在無線網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)將會(huì)共享一個(gè)公用通信介質(zhì)，因此它們會(huì)面臨著源自不同節(jié)點(diǎn)的傳輸之間存在沖突的問題，其中所述公用通信介質(zhì)有時(shí)也稱為空中接口。關(guān)于這個(gè)問題有兩種公知的解決方案，它們分別是時(shí)分多址(TDMA)以及具有避免沖突的載波偵聽多路存取(CSMA/CA)，其中在時(shí)分多址中，中心服務(wù)器為節(jié)點(diǎn)分配不同時(shí)隙，而CSMA/CD中是不存在中心服務(wù)器的，但是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)在自身進(jìn)行傳送之前檢查是否還有其他節(jié)點(diǎn)正在進(jìn)行傳送，此外這些節(jié)點(diǎn)還在傳輸過程中檢測(cè)沖突，并在發(fā)生沖突之后的一個(gè)隨機(jī)時(shí)間進(jìn)行重傳。
諸如局域網(wǎng)之類的有線網(wǎng)絡(luò)同樣可以具有共享電纜之類的公用傳輸介質(zhì)，這其中同樣伴隨著沖突問題。目前廣泛使用的以太局域網(wǎng)通信系統(tǒng)采用的解決方案是通常所說的帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路存取(CSMA/CD)，這種解決方案類似于CSMA/CA，但沖突是從電纜直流分量的增大中測(cè)得的。
上述解決方案并不能完全令人感到滿意。在TDMA系統(tǒng)中，如果中心服務(wù)器出現(xiàn)故障，那么受其控制的所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)喪失通信能力。此外，在添加或刪除節(jié)點(diǎn)，或者是節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障、耗盡電力或移動(dòng)到另一個(gè)位置的時(shí)候，中心服務(wù)器必須發(fā)現(xiàn)這種變化狀況并且重新分配時(shí)隙。而這通常是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，并且這個(gè)處理很難在具有很多生成業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)的時(shí)候立即以很快的速度執(zhí)行。在CSMA/CA和CSMA/CD系統(tǒng)中，隨著生成業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，包含在業(yè)務(wù)量中的開銷數(shù)量也會(huì)增加，由此不可避免地造成了通信效率的下降。
傳輸沖突則是當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在同一通信介質(zhì)上進(jìn)行傳送的時(shí)候出現(xiàn)的，它是不希望節(jié)點(diǎn)之間同步的更為常見的問題的一個(gè)實(shí)例。而另一個(gè)公知實(shí)例則是路由器在諸如因特網(wǎng)之類的網(wǎng)絡(luò)中周期性傳送路由信息。即使路由器節(jié)點(diǎn)是通過單獨(dú)的電纜連接的，但如果它們同步并且都在相同時(shí)間傳送路由信息，那么網(wǎng)絡(luò)會(huì)在這段時(shí)間里變得過載，并且有可能會(huì)延遲通信，此外還可能造成數(shù)據(jù)丟失。目前已經(jīng)顯示，這種同步是幾乎任何類型的節(jié)點(diǎn)間交互都不希望出現(xiàn)的副作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過自主控制通信節(jié)點(diǎn)來避免在通信系統(tǒng)中出現(xiàn)沖突的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是使得節(jié)點(diǎn)能夠靈活自主地適應(yīng)于通信系統(tǒng)中不斷變化的狀態(tài)。
此外，另一個(gè)目的是能夠在節(jié)點(diǎn)之間靈活地分配帶寬。
本發(fā)明提供了一個(gè)具有信號(hào)通信單元和定時(shí)判定單元的節(jié)點(diǎn)。信號(hào)通信單元將第一狀態(tài)變量信號(hào)發(fā)送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)并且從另一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收第二狀態(tài)變量信號(hào)。第一狀態(tài)變量信號(hào)指示的是第一節(jié)點(diǎn)的第一操作定時(shí)；而第二狀態(tài)變量信號(hào)指示的則是第二節(jié)點(diǎn)的第二操作定時(shí)。定時(shí)判定單元在第一節(jié)點(diǎn)上以一個(gè)響應(yīng)于第二狀態(tài)變量信號(hào)的定時(shí)來引發(fā)一個(gè)周期性操作，并且產(chǎn)生第一狀態(tài)變量信號(hào)，由此第一操作定時(shí)與所述周期性操作的定時(shí)相關(guān)。定時(shí)判定單元對(duì)周期性操作的定時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以使第一操作定時(shí)和第二操作定時(shí)相互遠(yuǎn)離，例如使它們相互異相。
本發(fā)明還提供了一種機(jī)器可讀的介質(zhì)，其中保存了用于控制所發(fā)明的節(jié)點(diǎn)的程序。
本發(fā)明還提供了一種用于控制網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)的方法。在這種方法中，第一狀態(tài)變量信號(hào)是從第一節(jié)點(diǎn)傳送到第二節(jié)點(diǎn)的，它表示的是一個(gè)與第一節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的第一周期性操作相關(guān)聯(lián)的第一定時(shí)。而第二狀態(tài)變量信號(hào)則是從第二節(jié)點(diǎn)傳送到第一節(jié)點(diǎn)的，它表示的是一個(gè)與第二節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的第二周期性操作相關(guān)聯(lián)的第二定時(shí)。第一周期性操作是在第一節(jié)點(diǎn)上自主受控的，由此使得第一定時(shí)遠(yuǎn)離第二定時(shí)。而第二周期性操作則在第二節(jié)點(diǎn)上自動(dòng)受控的，由此使得第二定時(shí)遠(yuǎn)離第一定時(shí)。
第一和第二周期性操作可以包括數(shù)據(jù)傳輸，在這種情況下，通過使第一定時(shí)遠(yuǎn)離第二定時(shí)，所述節(jié)點(diǎn)可以避免發(fā)生沖突。作為選擇，第一和第二周期性操作可以是機(jī)械操作、控制操作、數(shù)據(jù)采集操作或是內(nèi)部操作，例如執(zhí)行計(jì)算任務(wù)或是生成內(nèi)部定時(shí)信號(hào)。此外，第一和第二狀態(tài)變量信號(hào)的傳輸也可以構(gòu)成第一和第二周期性操作。
如果向網(wǎng)絡(luò)中添加其他節(jié)點(diǎn)，那么節(jié)點(diǎn)可以通過接收那些來自所添加的節(jié)點(diǎn)的其他狀態(tài)變量信號(hào)而自主適應(yīng)于發(fā)生改變的狀況。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)自己的周期性操作的定時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以使其自身定時(shí)遠(yuǎn)離其他節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)。
每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能在一個(gè)基本速率上執(zhí)行該節(jié)點(diǎn)的周期性操作，其中所述基本速率是由節(jié)點(diǎn)處理能力、節(jié)點(diǎn)將要傳送的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)或其他因素決定的。如果周期性操作包含了數(shù)據(jù)傳輸，那么數(shù)據(jù)傳輸是在依照節(jié)點(diǎn)處理能力、優(yōu)先級(jí)或其他因素所分配的時(shí)隙中進(jìn)行的。


在附圖中圖1描述的是無線通信系統(tǒng)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)；圖2是一個(gè)顯示了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是一個(gè)描述了依照第一實(shí)施例的通信方法的流程圖；圖4A描述的是在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的初始狀態(tài)；圖4B描述的是在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的過渡狀態(tài)；圖4C描述的是在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的穩(wěn)定狀態(tài)；圖5A描述的是在三個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的初始狀態(tài)；圖5B描述的是在三個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的過渡狀態(tài)；圖5C描述的是在三個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的過程中出現(xiàn)的穩(wěn)定狀態(tài)；圖6是一個(gè)顯示了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；圖7是一個(gè)顯示了依照第三實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；圖8是一個(gè)描述了在第三實(shí)施例中使用的通信方法的流程圖；圖9是一個(gè)顯示了依照本發(fā)明第六實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；以及圖10是一個(gè)顯示了依照本發(fā)明第七實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖來對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行描述，其中相同部件是用相同的參考符號(hào)表示的。
第一實(shí)施例參考圖1，本發(fā)明的第一實(shí)施例包含了多個(gè)空間分布的節(jié)點(diǎn)A，這些節(jié)點(diǎn)A通過無線通信來交換數(shù)據(jù)。
如圖2所示，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)A都包括脈沖信號(hào)接收單元1 1、通信定時(shí)控制器12、脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14、數(shù)據(jù)通信單元15以及傳感器16。此外，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)A還具有一個(gè)用于為這些組件提供電力的電源(未顯示)。
脈沖信號(hào)接收單元11接收一個(gè)輸入脈沖信號(hào)Sin11并且將一個(gè)接收脈沖信號(hào)Spr11輸出到通信定時(shí)控制器12和穩(wěn)態(tài)判定單元14。
通信定時(shí)控制器12產(chǎn)生一個(gè)相位信號(hào)Spr12并且將其輸出到脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14以及數(shù)據(jù)通信單元15。
脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13向外界即其他節(jié)點(diǎn)輸出一個(gè)輸出脈沖信號(hào)Sout11。
穩(wěn)態(tài)判定單元14產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr13和一個(gè)間歇信號(hào)(slot signal)Spr14，并且將所述信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)通信單元15。
數(shù)據(jù)通信單元15從傳感器16接收觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15，從外界(其他節(jié)點(diǎn))接收輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sin12，并且向外界輸出一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12。
傳感器16從外界接收環(huán)境信息Sin13并且將觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15輸出到數(shù)據(jù)通信單元15。環(huán)境信息Sin13則是關(guān)于節(jié)點(diǎn)物理環(huán)境的信息，例如環(huán)境溫度、音量、振動(dòng)等級(jí)或地震幅度、化學(xué)物質(zhì)濃度等等。
圖2所示的輸出脈沖信號(hào)Sout11和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12都是基帶信號(hào)，在傳送這些信號(hào)之前會(huì)將這些信號(hào)調(diào)制到一個(gè)高頻載波信號(hào)上。在第一實(shí)施例中，脈沖信號(hào)傳輸裝置13和數(shù)據(jù)通信裝置15共享同一載波頻率，由此可以共享同一個(gè)產(chǎn)生和調(diào)制載波信號(hào)的電路(未顯示)。同樣，脈沖信號(hào)接收裝置11和數(shù)據(jù)通信裝置15可以共享那些用于解調(diào)高頻接收載波信號(hào)的公用電路，以便獲取輸入脈沖信號(hào)Sin11和輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sin12。
脈沖信號(hào)接收單元11和脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13構(gòu)成了一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)通信單元。通信定時(shí)控制器12和脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13構(gòu)成了一個(gè)定時(shí)判定單元。而狀態(tài)變量信號(hào)則是輸入脈沖信號(hào)Sin11和輸出脈沖信號(hào)Sout11。在第一實(shí)施例中執(zhí)行的周期性操作是傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11。這個(gè)周期性操作還建立了一個(gè)用于傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12的內(nèi)部定時(shí)，下文中將這個(gè)定時(shí)稱為時(shí)隙，但是輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12未必在每一個(gè)時(shí)隙中都進(jìn)行傳送。
以上顯示的每一個(gè)組成部分可以是一個(gè)獨(dú)立的硬件模塊，但是其中某些部件也可以作為由通用計(jì)算設(shè)備執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)，例如通信定時(shí)控制器12。
這些節(jié)點(diǎn)并不局限于圖2所示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；并且可以對(duì)其進(jìn)行多種修改。例如，在這里可以將圖2中顯示為獨(dú)立功能塊的部件組合成一個(gè)獨(dú)立的硬件或軟件塊，或是將那些顯示為單個(gè)功能塊的部件分成多個(gè)硬件或軟件塊。此外還可以將單個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能組件部署在物理分離的位置上。
在以下關(guān)于第一實(shí)施例操作的描述中更詳細(xì)地說明這些單元所執(zhí)行的功能，其中所述描述是以圖3的流程圖為基礎(chǔ)的。
在圖3的步驟3-1，脈沖信號(hào)接收單元11接收一個(gè)由相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)射的輸出脈沖信號(hào)Sout11，以此作為輸入脈沖信號(hào)Sin11。其中舉例來說，‘相鄰’指的是節(jié)點(diǎn)處于無線電發(fā)射范圍以內(nèi)并且處于一種能夠通信的狀態(tài)。輸入脈沖信號(hào)Sin11是一個(gè)表示定時(shí)信息但并未傳送任何數(shù)據(jù)的定時(shí)信號(hào)。較為理想的是，輸入脈沖信號(hào)Sin11是一個(gè)德爾塔(delta)函數(shù)信號(hào)，它包含了無限高并且寬度無限小的脈沖，但是舉例來說，所述信號(hào)在實(shí)踐中則是一個(gè)具有有限高度和正數(shù)寬度的高斯波形。
在步驟3-2，脈沖信號(hào)接收單元11對(duì)接收信號(hào)重新整形，以便產(chǎn)生接收脈沖信號(hào)Spr11。所述接收信號(hào)可以通過使用一個(gè)低通濾波器去除噪聲而被整形。作為選擇，由于在節(jié)點(diǎn)之間交換的脈沖信號(hào)具有由預(yù)定數(shù)學(xué)函數(shù)定義的相同波形，因此脈沖信號(hào)接收單元11可以不對(duì)接收信號(hào)重新整形，而是再生一個(gè)定時(shí)信號(hào)，其中所述信號(hào)與輸入脈沖信號(hào)Sin11的接收相同步并且具有預(yù)定的波形，然后所述單元將這個(gè)再生信號(hào)用作接收脈沖信號(hào)Spr11。
在步驟3-3，通信定時(shí)控制器12通過執(zhí)行計(jì)算來確定輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)。更確切地說，通信定時(shí)控制器12通過在零到2π的范圍中循環(huán)來提前一個(gè)對(duì)非線性振蕩進(jìn)行模擬的狀態(tài)變量θi(t)的相位。輸出脈沖信號(hào)Sout11則是在狀態(tài)變量具有特定相位值α的時(shí)候傳送的，例如零弧度角(α＝0)。舉例來說，用以提前狀態(tài)變量θi(t)的相位的速率是受以下的微分方程(1)控制的。
實(shí)質(zhì)上，這個(gè)方程式(1)是一個(gè)用于對(duì)來自相鄰節(jié)點(diǎn)的接收脈沖信號(hào)Spr11做出響應(yīng)而在第i個(gè)節(jié)點(diǎn)上以非線性振蕩的基本周期來產(chǎn)生本地振蕩的規(guī)則。變量t表示的是連續(xù)時(shí)間，ω表示基本振蕩周期的固有角頻率參數(shù)，也就是用以在節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行周期性操作的基本節(jié)奏。在本實(shí)施例中假設(shè)ω在整個(gè)系統(tǒng)中都具有不變的預(yù)定值。函數(shù)Pk(t)表示的是通過重新整形或是再生從相鄰節(jié)點(diǎn)k(k＝1～N)接收的輸入脈沖信號(hào)Sin11而在時(shí)間t獲取的接收脈沖信號(hào)Spr11的值。N是空間接收范圍以內(nèi)能夠產(chǎn)生接收脈沖信號(hào)Spr11的相鄰節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。函數(shù)R(θi(t)，σ(t))是一個(gè)相位響應(yīng)函數(shù)，它確定了基本周期或節(jié)奏是如何響應(yīng)接收脈沖信號(hào)Spr11而變化的。
dθi(t)/dt=ω+Σk=1NPk(t)·R(θi(t),σ(t))---(1)]]>R(θi(t)，σ(t))＝sin(θi(t)+σ(t))σ(t)＝π+φ(t)θi(t)節(jié)點(diǎn)i的相位信號(hào)ω 固有角頻率參數(shù)Pk(t) 從節(jié)點(diǎn)k接收的接收脈沖信號(hào)R(θi(t)，σ(t)) 相位響應(yīng)函數(shù)φ(t) 隨機(jī)噪聲函數(shù)在處理如上所述的耦合振蕩系統(tǒng)的已知技術(shù)中，多個(gè)相互作用的節(jié)點(diǎn)顯示出了某種內(nèi)部非線性振蕩狀態(tài)，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出了多種方法，其中通過對(duì)振蕩狀態(tài)的非線性進(jìn)行整形而使相鄰節(jié)點(diǎn)定相，以便使之相互同步振蕩，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。相關(guān)的實(shí)例可以在日本的未審專利申請(qǐng)出版物2002-359551中找到。
本發(fā)明采用的則是相反的方法它對(duì)振蕩狀態(tài)的非線性進(jìn)行整形，從而迫使相鄰節(jié)點(diǎn)相互失步，由此舉例來說，它們的振蕩彼此將會(huì)相差大小為π弧度角(180°)的相位。在本實(shí)施例中，保持相鄰節(jié)點(diǎn)彼此異相可以確保這些節(jié)點(diǎn)發(fā)射的脈沖信號(hào)Sout11不會(huì)沖突，并且確保這些節(jié)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12在被發(fā)射的時(shí)候也不會(huì)發(fā)生沖突。
在相位響應(yīng)函數(shù)R(θi(t)，σ(t))中，σ(t)項(xiàng)是常數(shù)項(xiàng)π與隨機(jī)函數(shù)φ(t)之和。常數(shù)項(xiàng)π試圖通過使一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸定時(shí)盡可能遠(yuǎn)離另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸定時(shí)而使相互鄰接的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入彼此互補(bǔ)的相位。隨機(jī)函數(shù)φ(t)則通過產(chǎn)生依照例如高斯概率分布的噪聲(隨機(jī)值)來為非線性特性給出一個(gè)隨機(jī)變化率，其中所述高斯概率分布具有大小為零的均值和可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
隨機(jī)變化率是為了阻止系統(tǒng)陷入一個(gè)與預(yù)期的穩(wěn)定狀態(tài)(最優(yōu)解)不同的穩(wěn)定狀態(tài)(局部解)而被添加的，其中在預(yù)期的穩(wěn)定狀態(tài)中，相鄰節(jié)點(diǎn)上的輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)彼此之間是恰當(dāng)異相的。在一個(gè)耦合振蕩系統(tǒng)中通常存在與最優(yōu)解不同的多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(局部解)。隨機(jī)變化率則是作為一種從局部解中喚醒系統(tǒng)的手段而被引入的，由此所述系統(tǒng)可以達(dá)到最佳解。
在上述方程式(1)中，相位響應(yīng)函數(shù)R(θi(t)，σ(t))是一個(gè)正弦函數(shù)，但是本發(fā)明并不僅限于使用正弦函數(shù)，此外常數(shù)項(xiàng)也不僅限于π。所述常數(shù)項(xiàng)可以是不同于零或是π的偶倍數(shù)的任何常數(shù)λ(例如任何處于0＜λ＜2π這個(gè)范圍的值)。如果使用了一個(gè)不同于π的常數(shù)，那么其結(jié)果將會(huì)是相鄰節(jié)點(diǎn)嘗試采取互不不同但卻并不相反的相位。
盡管上述方程式(1)采用了來自多個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)k的接收脈沖信號(hào)Spr11的總和，但是也可以通過從所述方程式中去除求和符號(hào)(∑)來逐一處理接收脈沖信號(hào)Spr11。
方程式(1)所需要的計(jì)算可以由使用了眾所周知的數(shù)值分析方法的軟件執(zhí)行，其中舉例來說，所述數(shù)值分析方法可以是朗格-庫塔法(要想得到關(guān)于朗格-庫塔法的日文說明，可以參見由Hayato Togawa撰寫并由Saiensu公司出版的UNIX Wakusuteishon ni yoru KagakuGijutsu Keisan Handobukku-Kiso-hen C-gengo ban(Handbook ofScientific and Engineering Computation on UNIXWorkstations-Basic C Language Edition))。作為選擇，在這里也可以借助于專用硬件來進(jìn)行計(jì)算。
通信定時(shí)控制器12從方程式(1)中為時(shí)間參數(shù)t的連續(xù)值計(jì)算相位θi(t)，并且將結(jié)果作為相位信號(hào)Spr12提供到脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14和數(shù)據(jù)通信單元15。如下所述，脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14和數(shù)據(jù)通信單元15是根據(jù)相位信號(hào)Spr12而采取多種操作的。
本發(fā)明并不局限于使用方程式(1)或是使用指示相位的狀態(tài)變量信號(hào)。狀態(tài)變量信號(hào)可以是任何用于對(duì)表示節(jié)點(diǎn)操作狀態(tài)或操作定時(shí)的變量的狀態(tài)進(jìn)行指示的信號(hào)。例如，狀態(tài)變量信號(hào)可以表示位移而不是相位，并且基礎(chǔ)的非線性振蕩模型也可以不是方程式(1)所描述的局部變化的諧波振蕩器，而是其它類型的非線性振蕩，其中包括無序或混亂振蕩。
以下將參考附圖來對(duì)上述計(jì)算操作進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中所述附圖顯示的是如何迫使兩個(gè)或三個(gè)節(jié)點(diǎn)的相位在時(shí)間上相互分離。
圖4A、4B和4C描述的是在只有一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)j鄰近所關(guān)注節(jié)點(diǎn)i時(shí)執(zhí)行的處理。圖4A顯示的是系統(tǒng)開始操作時(shí)的示范性初始狀態(tài)。非線性振蕩是由兩個(gè)圍繞圓周旋轉(zhuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)來進(jìn)行模擬的，由此表示了這些節(jié)點(diǎn)i、j的定時(shí)相位。如果將質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)投影到縱軸或橫軸上，那么所投影的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)將會(huì)顯示出諧波的非線性振蕩。根據(jù)方程式(1)，作用于這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的非線性特性將會(huì)嘗試使所述點(diǎn)進(jìn)入互補(bǔ)相位，這樣一來，隨著時(shí)間的流逝，圖4A中的初始狀態(tài)將會(huì)經(jīng)過一個(gè)如圖4B的過渡狀態(tài)，并且最終固定到圖4C所示的穩(wěn)定狀態(tài)。
這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)是以一個(gè)基本角速度(等價(jià)于節(jié)點(diǎn)操作狀態(tài)中的基本躍遷速率)旋轉(zhuǎn)的，其中所述基本角速度是由固有角頻率參數(shù)ω給出的。質(zhì)點(diǎn)通過發(fā)送和接收輸出脈沖信號(hào)Sout11來進(jìn)行交互，根據(jù)交互結(jié)果來改變(加快或減慢)其角速度并且達(dá)到一個(gè)保持了互補(bǔ)相位關(guān)系的穩(wěn)定狀態(tài)。這個(gè)處理可以理解為是借助了這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)在其旋轉(zhuǎn)時(shí)的相互推斥來操作的。
在圖5A、5B和5C中存在兩個(gè)接近所關(guān)注節(jié)點(diǎn)i的相鄰節(jié)點(diǎn)j1和j2。圖5A顯示的是一個(gè)示范性初始狀態(tài)，圖5B顯示的是一個(gè)過渡狀態(tài)，圖5C顯示的則是三個(gè)節(jié)點(diǎn)上的相位相互間隔大小為2π/3的弧度角的穩(wěn)定狀態(tài)。此外還可以將這種狀態(tài)視為是借助了那些圍繞一個(gè)圓周旋轉(zhuǎn)的質(zhì)點(diǎn)的相互推斥來達(dá)到的。在相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)目是三個(gè)或更多的時(shí)候，同樣也會(huì)出現(xiàn)類似的操作。
如果相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)目在系統(tǒng)操作過程中發(fā)生了變化，那么穩(wěn)定狀態(tài)也會(huì)自適應(yīng)地發(fā)生變化。舉例來說，假設(shè)存在一個(gè)與所關(guān)注節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)，并且建立了如圖4C的穩(wěn)定相位關(guān)系。然后則假設(shè)添加了一個(gè)新的相鄰節(jié)點(diǎn)。這時(shí)，相位關(guān)系的穩(wěn)定性會(huì)受到破壞，但在經(jīng)過了過渡狀態(tài)之后，系統(tǒng)將會(huì)假設(shè)一個(gè)與圖5C中的狀態(tài)一樣并且存在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的新的穩(wěn)定狀態(tài)。相似的自適應(yīng)也會(huì)在添加了兩個(gè)或更多新的相鄰節(jié)點(diǎn)的時(shí)候進(jìn)行，或者當(dāng)去除相鄰節(jié)點(diǎn)或停止運(yùn)作時(shí)進(jìn)行。第一實(shí)施例使得所有構(gòu)成系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)都能與其相鄰節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的相位關(guān)系，并且能夠靈活自主地適應(yīng)于那些變化。
如下所示，第一實(shí)施例的操作也可以用更常用的術(shù)語來描述。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是根據(jù)一對(duì)規(guī)則來產(chǎn)生內(nèi)部狀態(tài)變量信號(hào)，并且在狀態(tài)變量信號(hào)指示的時(shí)間執(zhí)行一個(gè)周期性操作，此外有時(shí)也會(huì)通過傳送一個(gè)輸出狀態(tài)變量信號(hào)來向相鄰節(jié)點(diǎn)告知其內(nèi)部狀態(tài)變量信號(hào)的值。在第一實(shí)施例中，內(nèi)部狀態(tài)變量信號(hào)即為相位信號(hào)Spr12，輸出狀態(tài)變量信號(hào)則是輸出脈沖信號(hào)Sout11。
用以產(chǎn)生內(nèi)部狀態(tài)變量信號(hào)的第一規(guī)則確定執(zhí)行操作的基本速率。在第一實(shí)施例中，所述規(guī)則是由固有角頻率參數(shù)ω給出的。
第二規(guī)則對(duì)從相鄰節(jié)點(diǎn)接收的狀態(tài)變量信息做出響應(yīng)，從而改變執(zhí)行操作的速率。這個(gè)規(guī)則是通過驅(qū)使所述節(jié)點(diǎn)內(nèi)部狀態(tài)遠(yuǎn)離相鄰節(jié)點(diǎn)內(nèi)部狀態(tài)而以推斥方式運(yùn)行的。在第一實(shí)施例中，第二規(guī)則是由方程式(1)給出的。
第二規(guī)則是局部運(yùn)作的；也就是說，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)自主控制其內(nèi)部狀態(tài)和定時(shí)。
第一規(guī)則可以是局部的，也可以是全局的。在第一實(shí)施例中，假設(shè)第一規(guī)則是全局和恒定的，即所有節(jié)點(diǎn)都具有相同和恒定的固有角頻率參數(shù)ω，但是在通常情況下，不同節(jié)點(diǎn)可以在不同的基本速率上操作。舉例來說，基本速率可能會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)物理位置的不同而發(fā)生變化。某些節(jié)點(diǎn)上的基本速率有可能是其他節(jié)點(diǎn)上的基本速率的整數(shù)倍。作為選擇，這些節(jié)點(diǎn)的基本速率全都可以接近于一個(gè)中心值，但是舉例來說，所述基本速率也可以依照高斯概率分布而以隨機(jī)方式分布在中心值周圍。此外，節(jié)點(diǎn)的基本速率也可以隨時(shí)間而變化。
第一和第二規(guī)則可以基于多種非線性振蕩模型。在這里沒有必要準(zhǔn)確模擬振蕩機(jī)制或現(xiàn)象；并且可以使用一個(gè)簡(jiǎn)化或抽象模型。
再次參考圖3，在步驟3-4中，脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13根據(jù)相位信號(hào)Spr12來傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11。也就是說，它會(huì)在相位信號(hào)Spr12具有一個(gè)特定值α的時(shí)候傳送輸出脈沖信號(hào)Pi(t)。
θi(t)＝α(0≤α≤2π)與上述輸入脈沖信號(hào)Sin11相似，輸出脈沖信號(hào)Sout11或Pi(t)是一個(gè)定時(shí)信號(hào)，其中舉例來說，所述信號(hào)具有一個(gè)高斯波形。α的特定值則是統(tǒng)一為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)定的。在這里，通過假設(shè)α＝0，則不會(huì)喪失通用性，因此在以下分布中將會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)中統(tǒng)一假設(shè)α＝0。
在步驟3-5，穩(wěn)態(tài)判定單元14確定自己的節(jié)點(diǎn)及相鄰節(jié)點(diǎn)的輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)處于過渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)中，這些節(jié)點(diǎn)的輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)是在一種恰當(dāng)?shù)臒o沖突的時(shí)態(tài)關(guān)系中得到穩(wěn)定的。穩(wěn)態(tài)判定單元14對(duì)接收脈沖信號(hào)Spr11和輸出脈沖信號(hào)Sout11的定時(shí)進(jìn)行觀察，如果時(shí)差在時(shí)間上保持不變或者幾乎恒定，則其判定它們處于穩(wěn)定狀態(tài)。也就是說，穩(wěn)態(tài)判定單元14會(huì)將任何一個(gè)穩(wěn)定的定時(shí)關(guān)系判定成穩(wěn)定狀態(tài)。其中舉例來說，所述穩(wěn)定狀態(tài)判定是如下執(zhí)行的。
(a)在相位信號(hào)Spr12的一個(gè)基本周期中，對(duì)處于接收脈沖信號(hào)Spr11的生成定時(shí)上的相位信號(hào)Spr12的值β進(jìn)行觀察。使那些作為執(zhí)行上述觀察所獲取的結(jié)果的相位信號(hào)Spr12的值β成為β1，β2，......，βN(0＜β1＜β2＜......＜βN＜2π)(b)從觀測(cè)到的相位信號(hào)Spr12的值β中計(jì)算相鄰值之間的差值(相位差)Δ。
Δ1＝β1，Δ2＝β2-β1，......，ΔN＝βN-βN-1(c)在大小為相位信號(hào)Spr12的一個(gè)周期的間隔上執(zhí)行處理(a)和(b)，并且對(duì)相鄰周期之間的相位差Δ的變化率γ(差值)進(jìn)行計(jì)算。
γ1＝Δ1(τ+1)-Δ1(τ)，γ2＝Δ2(τ+1)-Δ2(τ)，......，γN＝ΔN(τ+1)-ΔN(τ)其中τ表示的是以相位信號(hào)Spr12的一個(gè)周期為單位的離散時(shí)間。
穩(wěn)定狀態(tài)是在上述變化率γ全都小于預(yù)定值ε的時(shí)候識(shí)別的。
γ1＜ε，γ2＜ε，......，γN＜ε在以上實(shí)例中，穩(wěn)定狀態(tài)是基于兩個(gè)周期上的相位差Δ的變化率而被識(shí)別的。然而也可以根據(jù)在M個(gè)周期上是否滿足了判定條件γ1＜ε，γ2＜ε，......，γN＜ε來對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行判定(其中M是一個(gè)大于2的整數(shù))。M的值越大，則狀態(tài)就必須越穩(wěn)定，以使穩(wěn)態(tài)判定單元14能夠判定已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。
在以上實(shí)例中，穩(wěn)定狀態(tài)的判定是以所有那些在相位信號(hào)Spr12的每一個(gè)周期中接收的接收脈沖信號(hào)Spr11為基礎(chǔ)的，但是該判定也可以僅僅基于某些接收脈沖信號(hào)Spr11。
穩(wěn)態(tài)判定單元14向數(shù)據(jù)通信單元15輸出表示判定結(jié)果的穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr13以及間歇信號(hào)Spr14。間歇信號(hào)Spr14提供了跟隨在零相位之后并處于第一接收脈沖信號(hào)Spr11的相位信號(hào)Spr12的值β1。穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr13和間歇信號(hào)Spr14則是在與相位信號(hào)Spr12的周期相等的時(shí)間間隔上輸出的。
在步驟3-6，傳感器16感測(cè)節(jié)點(diǎn)的物理環(huán)境屬性，例如溫度、聲強(qiáng)、振動(dòng)、化學(xué)濃度或其他任何可以測(cè)量的屬性。感測(cè)到的屬性充當(dāng)一個(gè)輸入信號(hào)Sin，而傳感器16則從中產(chǎn)生觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15。傳感器16將觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15發(fā)送到數(shù)據(jù)通信單元15。而數(shù)據(jù)通信單元15還接收了相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12，以此作為輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sin12。
在步驟3-7，數(shù)據(jù)通信單元15將觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15或輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sinl2(或是這二者)作為輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12傳送到其他節(jié)點(diǎn)。輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12是在穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr13指示已經(jīng)識(shí)別了穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候發(fā)射的，并且所述信號(hào)是不會(huì)在穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr13指示一個(gè)過渡狀態(tài)的時(shí)候發(fā)射的。輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12和輸出脈沖信號(hào)Sout11是在同一頻段發(fā)射的。而輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12是在如下所述的一個(gè)時(shí)隙(時(shí)間間隔)中發(fā)射的。
所述時(shí)隙是在傳送了輸出脈沖信號(hào)Sout11之后的一個(gè)定時(shí)開始的，并且是在產(chǎn)生了最接近的接收脈沖信號(hào)Spr11之前的一個(gè)定時(shí)結(jié)束的。如果輸出脈沖信號(hào)Sout11是在零相位發(fā)射的，那么輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12是在一個(gè)相位信號(hào)Spr12所指示的相位θi(t)滿足以下條件的時(shí)隙中發(fā)射的。
δ1＜θi(t)＜β1-δ2參數(shù)δ1與傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11所需要的時(shí)間間隔相對(duì)應(yīng)。參數(shù)δ2表示的是在終止傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12與產(chǎn)生最接近的后續(xù)接收脈沖信號(hào)spr11之間必須提供的時(shí)間間隔。這兩個(gè)參數(shù)都具有通過實(shí)驗(yàn)方式確定并且可以用弧度角表示的值。傳感器的觀測(cè)速率可以等于、大于或小于固有角頻率參數(shù)所表示的基本速率。如果必要的話，也可以使用單個(gè)時(shí)隙來傳送多個(gè)傳感器觀測(cè)值，或是在一系列連續(xù)時(shí)隙中傳送來自單獨(dú)的傳感器觀測(cè)的數(shù)據(jù)。此外還可以在某些時(shí)隙中不傳送觀測(cè)數(shù)據(jù)。
如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在滿足上述條件的時(shí)隙中發(fā)射數(shù)據(jù)，那么相鄰節(jié)點(diǎn)有可能共享同一頻段，并且仍然可以避免傳送數(shù)據(jù)出現(xiàn)沖突。
輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Soutl2的傳輸信號(hào)強(qiáng)度(信號(hào)傳播范圍)D12是在獨(dú)立于輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸信號(hào)強(qiáng)度(信號(hào)傳播范圍)D11的情況下受到控制的。這兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度可以具有某種預(yù)定關(guān)系舉例來說，D11可以是D12的兩倍。作為選擇，所述關(guān)系也可以自適應(yīng)地變化。其中一種恰當(dāng)?shù)年P(guān)系是這樣的所有這兩個(gè)能夠產(chǎn)生相互干擾的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的節(jié)點(diǎn)都能夠接收對(duì)方的輸出脈沖信號(hào)，并且由此通過調(diào)整其傳輸定時(shí)來避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。
圖3中的步驟3-3到3-7可以在不執(zhí)行步驟3-1和3-2的情況下執(zhí)行。無論是否從其他節(jié)點(diǎn)接收到了狀態(tài)變量信號(hào)，為了有規(guī)則地產(chǎn)生相位信號(hào)，在這里都執(zhí)行了通信定時(shí)計(jì)算。如果狀態(tài)變量信號(hào)是從其他節(jié)點(diǎn)接收的，那么它們將會(huì)影響到所述計(jì)算，但是如果沒有接收到這些信號(hào)，那么計(jì)算仍然會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。
在常規(guī)的TDMA系統(tǒng)中，集中式服務(wù)器管理所有時(shí)隙的分配，然而與常規(guī)的TDMA系統(tǒng)相反，本實(shí)施例允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)分布式的基礎(chǔ)上通過相鄰節(jié)點(diǎn)之間的相互作用來自主確定自己的時(shí)隙分配方案。由于本實(shí)施例不依賴于集中式服務(wù)器，因此它不會(huì)遇到所有受控于集中服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)在集中服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)無法通信的問題。
在本實(shí)施例中，在向系統(tǒng)添加節(jié)點(diǎn)或是從系統(tǒng)中的某個(gè)部分去除節(jié)點(diǎn)或者在節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或移動(dòng)到另一個(gè)位置的時(shí)候，受所述變化影響的節(jié)點(diǎn)集合將會(huì)適應(yīng)所述變化，并且自主地重新調(diào)整它們的時(shí)隙，而不受變化影響的節(jié)點(diǎn)則使用現(xiàn)有時(shí)隙而在沒有中斷的情況下繼續(xù)通信。
由于時(shí)隙是在相鄰節(jié)點(diǎn)之間局部調(diào)整的，因此非相鄰節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)傳送數(shù)據(jù)。更確切的說，具有不重疊的脈沖信號(hào)傳播范圍的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)進(jìn)行傳送，以便有效使用時(shí)隙資源。在本實(shí)施例中，這種效能是自主實(shí)現(xiàn)的。如果在受到集中式服務(wù)器管理的系統(tǒng)中嘗試相似類型的操作，那么所述服務(wù)器將會(huì)追蹤所有節(jié)點(diǎn)的空間位置關(guān)系以及它們的信號(hào)傳播范圍，只要這些關(guān)系和范圍中的任何一個(gè)發(fā)生變化，則所述服務(wù)器必須修改時(shí)隙分配方案。在一個(gè)經(jīng)常發(fā)生這類變化的系統(tǒng)中，這些操作的計(jì)算費(fèi)用是非常高的，并且很多附加的通信開銷都是必要的，由此通信效率也會(huì)受到影響。
與此相反，在本實(shí)施例中不需要由一個(gè)集中式服務(wù)器來執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算，即使是在很多節(jié)點(diǎn)都產(chǎn)生了數(shù)據(jù)量的時(shí)候，開銷的量也不會(huì)增加，通信效率也不會(huì)因?yàn)闃I(yè)務(wù)量的增加而下降。與常規(guī)的CSMA/CA系統(tǒng)相比，本實(shí)施例在穩(wěn)定性、效率、適應(yīng)性和數(shù)據(jù)通信費(fèi)用方面全都有所改進(jìn)。
在第一實(shí)施例的一個(gè)變體中，只有那些產(chǎn)生數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)才會(huì)發(fā)送輸出脈沖信號(hào)Sout11(也就是說，只有那些產(chǎn)生數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)才會(huì)與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互)。在這種情況下，由于某些節(jié)點(diǎn)停止產(chǎn)生業(yè)務(wù)量并且其他節(jié)點(diǎn)開始產(chǎn)生業(yè)務(wù)量，因此將會(huì)自適應(yīng)地重新分配時(shí)隙，從而有效利用通信資源。
在第一實(shí)施例的另一種變體中，傳感器16由其它類型的周期性產(chǎn)生傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備所取代。所傳送的數(shù)據(jù)的類型或是數(shù)據(jù)的內(nèi)容也沒有任何限制。
第二實(shí)施例接下來將對(duì)依照本發(fā)明第二實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描述。參考圖6，第二實(shí)施例在第一實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中添加了一個(gè)中止控制器10。中止控制器10將一個(gè)終止信號(hào)Spr10輸出到所述節(jié)點(diǎn)的所有其他組成部件，即脈沖信號(hào)接收單元11、通信定時(shí)控制器12、脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14、數(shù)據(jù)通信單元15和傳感器16。
第二實(shí)施例是以等同于第一實(shí)施例的方式運(yùn)作的，但是其中存在以下差別。
中止控制器10周期性地接通或切斷節(jié)點(diǎn)中每一個(gè)其它組成部件的操作。脈沖信號(hào)接收單元11、通信定時(shí)控制器12、脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14、數(shù)據(jù)通信單元15和傳感器16在中止信號(hào)Spr10處于接通狀態(tài)的時(shí)候操作，并且在中止信號(hào)Spr10處于切斷狀態(tài)的時(shí)候停止操作。接通時(shí)間與切斷時(shí)間之比可以是一個(gè)不變的恒定比率a∶b(接通時(shí)間∶切斷時(shí)間＝a∶b，其中a和b都是正整數(shù))，然而該比值也可以隨時(shí)間或節(jié)點(diǎn)的不同而變化。不同節(jié)點(diǎn)的通-斷周期并不同步。
中止控制器10的引入導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)以異步方式在活動(dòng)與不活動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行循環(huán)。從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以看出，其他節(jié)點(diǎn)依照的是隨機(jī)關(guān)聯(lián)的活動(dòng)-不活動(dòng)循環(huán)。由于活動(dòng)-不活動(dòng)循環(huán)中具有隨機(jī)性，因此用于在第一實(shí)施例的方程式(1)中提供隨機(jī)變化率的函數(shù)φ(t)不再是必要的。由此可以如下所示來對(duì)方程式(1)進(jìn)行簡(jiǎn)化。
dθi(t)/dt=ω+Σk=1NPk(t)·R(θi(t))]]>R(θi(t))＝sin(θi(t)+π)θi(t) 節(jié)點(diǎn)i的相位信號(hào)ω 固有角頻率參數(shù)Pk(t) 從節(jié)點(diǎn)k接收的接收脈沖信號(hào)R(θi(t)) 相位響應(yīng)函數(shù)第二實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)，此外還提供了下列附加優(yōu)點(diǎn)。在第一實(shí)施例中，構(gòu)成系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)總是處于活動(dòng)之中并且始終耗費(fèi)電力。然而在第二實(shí)施例中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅僅間歇地活動(dòng)。在節(jié)點(diǎn)不活動(dòng)的時(shí)候，它只耗費(fèi)較少的電力。如果節(jié)點(diǎn)是用電池供電的，那么電池的消耗將會(huì)降低，系統(tǒng)的工作壽命可以得到延長(zhǎng)。
第三實(shí)施例接下來描述的是本發(fā)明的第三實(shí)施例。參考圖7，第三實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)接收單元31、一個(gè)通信定時(shí)控制器32、一個(gè)穩(wěn)態(tài)判定單元33、一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34和一個(gè)傳感器35。
數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)接收單元31接收一個(gè)輸入數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sin31，并且向通信定時(shí)控制器32和穩(wěn)態(tài)判定單元33輸出一個(gè)接收脈沖信號(hào)Spr31，以及向數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34輸出一個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)Spr31。通信定時(shí)控制器32向穩(wěn)態(tài)判定單元33和數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34輸出一個(gè)相位信號(hào)Spr33。穩(wěn)態(tài)判定單元33向數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34輸出一個(gè)穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr34。數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34向外界發(fā)送一個(gè)輸出數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sout31。傳感器35則輸入環(huán)境信息Sin32并向數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr35，其中所述傳感器的操作與第一實(shí)施例中的傳感器的操作是相同的。
在第三實(shí)施例中，數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)接收單元31和數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34充當(dāng)狀態(tài)變量信號(hào)通信單元。通信定時(shí)控制器32和數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34則充當(dāng)一個(gè)定時(shí)判定單元。此外，數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34還充當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)通信單元。
現(xiàn)在參考圖8來描述第三實(shí)施例的操作。在這里主要描述的是所述操作與第一實(shí)施例的不同之處關(guān)于相似操作的描述則被省略。
首先，在步驟8-1，數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)接收單元31接收一個(gè)由相鄰節(jié)點(diǎn)(例如無線電發(fā)射范圍內(nèi)部的另一個(gè)節(jié)點(diǎn))發(fā)射的數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)，以此作為輸入數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sin31。輸入數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sin31具有足夠的脈沖寬度，以便能夠由一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)來對(duì)所述脈沖進(jìn)行調(diào)制。在調(diào)制之前，所述脈沖可以是一個(gè)矩形脈沖，但也可以具有三角波形、高斯波形或任何其他適當(dāng)?shù)牟ㄐ?，其中在整個(gè)系統(tǒng)中使用的都是同一個(gè)波形。這樣一來，所述脈沖包含了數(shù)據(jù)分量和定時(shí)分量，其中定時(shí)分量是由脈沖定時(shí)表示的。
在步驟8-2，數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)接收單元31對(duì)接收到的輸入數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sin31進(jìn)行解調(diào)，并且將其分離成一個(gè)表示定時(shí)分量的脈沖信號(hào)和一個(gè)表示數(shù)據(jù)分量的數(shù)據(jù)信號(hào)。經(jīng)過分離的脈沖信號(hào)作為接收脈沖信號(hào)Spr31輸出到通信定時(shí)控制器32和穩(wěn)態(tài)判定單元33。而數(shù)據(jù)分量則作為接收數(shù)據(jù)信號(hào)Spr32輸出到數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34。
在步驟8-3，通信定時(shí)控制器32通過第一實(shí)施例中描述的方法來計(jì)算傳輸定時(shí)。在此省略重復(fù)的描述。
在步驟8-4，如第一實(shí)施例所述，穩(wěn)態(tài)判定單元33對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行判定，但是并不產(chǎn)生第一實(shí)施例中所述的間歇信號(hào)Spr14。
在步驟8-5，如果穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr34表示已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34將那些從傳感器35接收的觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr36或是接收數(shù)據(jù)信號(hào)Sin32(或是這兩者)調(diào)制到一個(gè)脈沖信號(hào)上，以便產(chǎn)生一個(gè)輸出數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sout31，并且在相位信號(hào)Spr33具有特定值α的時(shí)候發(fā)射所述輸出數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)Sout31。
θi(t)＝α(0≤α＜2π)
如果穩(wěn)態(tài)判定信號(hào)Spr34表示的是一個(gè)過渡狀態(tài)，那么未曾將觀測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)制到脈沖波形的情況下，數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)34以上述定時(shí)來發(fā)射脈沖信號(hào)。
與發(fā)射分離的數(shù)據(jù)和定時(shí)信號(hào)的第一實(shí)施例相比，第三實(shí)施例是將數(shù)據(jù)和定時(shí)信息全都包含在同一輸出數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)中。因此，在第三實(shí)施例中只需要避免這些數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)之間的沖突；但是沒有必要避免分離的數(shù)據(jù)信號(hào)之間的沖突。這樣一來，即使是在相互之間進(jìn)行交互的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目很大并且只能為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配很短的時(shí)間來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，數(shù)據(jù)通信也能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。
在第三實(shí)施例中，與第一實(shí)施例中一樣，即使向系統(tǒng)添加節(jié)點(diǎn)或從系統(tǒng)的某個(gè)部分去除節(jié)點(diǎn)，異或是出現(xiàn)了故障或是位置變更之類的變化，也可以產(chǎn)生一個(gè)靈活的響應(yīng)并且維持有效的數(shù)據(jù)通信。
第四實(shí)施例接下來描述的是本發(fā)明的第四實(shí)施例。第四實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)與圖2所示的第一實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)具有相同結(jié)構(gòu)，但是脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13和數(shù)據(jù)通信單元15則使用的是不同的頻段。因此，脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13和數(shù)據(jù)通信單元15不能像在第一實(shí)施例中那樣共享發(fā)射電路；此外還必須為每一個(gè)頻段產(chǎn)生和調(diào)制一個(gè)單獨(dú)的載波信號(hào)。
以下描述的是與第一實(shí)施例的操作不同的第四實(shí)施例的操作。
在第四實(shí)施例中，由于輸出脈沖信號(hào)Sout11和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12是在不同頻段上傳送的，因此這兩個(gè)信號(hào)不必在分離的時(shí)間上傳送。這樣一來，用于在數(shù)據(jù)通信單元15中傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12的時(shí)隙是在輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)上開始，并且在產(chǎn)生最接近的接收脈沖信號(hào)Spr11之前的一個(gè)定時(shí)上終止的。通過在一個(gè)時(shí)隙中傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12，可以滿足這個(gè)條件，其中在所述時(shí)隙中，相位信號(hào)Spr12的值θi(t)滿足以下條件。
0＜θi(t)＜β1-δ2上述條件中的符號(hào)與第一實(shí)施例中的符號(hào)的含義是相同的，并且與第一實(shí)施例一樣，在這里假設(shè)輸出脈沖信號(hào)Sout11是在相位信號(hào)Sprl2表示零相位的時(shí)候傳送的，也就是在θi(t)＝0的時(shí)候傳送的。
第四實(shí)施例提供的效果與第一實(shí)施例提供的效果相同。此外，由于第四實(shí)施例能在重疊的時(shí)間上傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Soutl2，因此與第一實(shí)施例相比，在這里可以分配更寬的時(shí)隙來傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12。這就使得第四實(shí)施例能以高于第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量來繼續(xù)執(zhí)行穩(wěn)定的操作。
第五實(shí)施例接下來描述的是本發(fā)明的第五實(shí)施例。第五實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)與圖2所示的第一實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)具有相同的結(jié)構(gòu)，但是數(shù)據(jù)通信單元15為其傳送的數(shù)據(jù)分配了經(jīng)過量化的優(yōu)先級(jí)，并且通信定時(shí)控制器12是根據(jù)量化優(yōu)先級(jí)來動(dòng)態(tài)控制自身節(jié)點(diǎn)的固有角頻率參數(shù)ω(基本傳輸速率)的。舉例來說，優(yōu)先級(jí)可以表示必要性、活動(dòng)性、緊迫性或類似信息的等級(jí)，并且可以與將要傳送的數(shù)據(jù)量相關(guān)聯(lián)。
第五實(shí)施例將以下操作添加給第一實(shí)施例中描述的依照通信定時(shí)計(jì)算(圖3中的步驟3-3)的操作。而第五實(shí)施例中的其他操作與第一實(shí)施例中的操作是相同的。
在步驟3-3，數(shù)據(jù)通信單元15對(duì)其接收的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)等級(jí)進(jìn)行量化，并且將所述優(yōu)先級(jí)等級(jí)通知給通信定時(shí)控制器12。接收到的數(shù)據(jù)既可以是從傳感器16接收的觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr13，也可以是從相鄰節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，還可以是通過人工交互產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。而在數(shù)據(jù)通信單元15每次接收到所要傳送的數(shù)據(jù)的時(shí)候，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)。
所述優(yōu)先級(jí)等級(jí)可以從所要傳送的數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、屬性、數(shù)量以及其他特性中確定?；旧希鰞?yōu)先級(jí)等級(jí)表示的是必須傳送數(shù)據(jù)的緊迫性。其中一種產(chǎn)生量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)的示范性方法是使用一個(gè)將不同優(yōu)先級(jí)加權(quán)分配給不同類型的數(shù)據(jù)的預(yù)定規(guī)則，并且將所要傳送的數(shù)據(jù)量與所述優(yōu)先級(jí)加權(quán)相乘。如果所傳送的數(shù)據(jù)包含了若干種不同類型的數(shù)據(jù)，那么可以采用一個(gè)經(jīng)過加權(quán)的總和。
通信定時(shí)控制器12根據(jù)量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)來動(dòng)態(tài)控制固有角頻率參數(shù)ω(基本速率)的值。在一個(gè)示范性方案中，固有角頻率參數(shù)ω允許具有那種作為基準(zhǔn)值的整數(shù)倍的值，其中所述基準(zhǔn)值與預(yù)定的最小角頻率相等。最小角頻率可以根據(jù)應(yīng)用或是其他系統(tǒng)條件而以試驗(yàn)方式確定。在數(shù)據(jù)通信單元15報(bào)告最低的量化優(yōu)先級(jí)的值的時(shí)候，所述基準(zhǔn)值將被賦予固有角頻率參數(shù)ω，并且為更高的量化優(yōu)先級(jí)的值指定更大的整數(shù)倍。隨著量化優(yōu)先級(jí)的值的增大，固有角頻率參數(shù)ω也會(huì)在一系列步驟中增大。
在另一個(gè)示范性方案中，固有角頻率參數(shù)ω的值并不局限于基準(zhǔn)頻率的嚴(yán)格的整數(shù)倍，它也可以是處于基準(zhǔn)頻率整數(shù)倍數(shù)附近的預(yù)定區(qū)域的值。
在另一個(gè)示范性方案中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有隨時(shí)間變化的量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)，因此ω是一個(gè)時(shí)間函數(shù)。
無論使用何種方案，在整個(gè)系統(tǒng)中都預(yù)先設(shè)定了用于控制ω的值的統(tǒng)一規(guī)則。如果ω的值是通過整數(shù)比或近似整數(shù)比相互關(guān)聯(lián)的，那么，即使不同的相鄰節(jié)點(diǎn)具有不同的值ω，也可以達(dá)到并維持一種穩(wěn)定狀態(tài)，其中由相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)射的輸出脈沖信號(hào)Sout11的定時(shí)彼此以恰當(dāng)?shù)姆绞椒蛛x開來，此外還與第一實(shí)施例中一樣避免了數(shù)據(jù)沖突。
第五實(shí)施例提供的效果與第一實(shí)施例相同，其中進(jìn)一步的效果則是相鄰節(jié)點(diǎn)不必同等地共享傳輸時(shí)間；更為迫切地需要傳送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以得到更大的傳輸時(shí)間部分。
在第五實(shí)施例的一種變體中，ω的值是依照節(jié)點(diǎn)處理能力而不是所傳送數(shù)據(jù)的緊迫性而被控制的。在這個(gè)變體中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)固定值ω，但在相鄰節(jié)點(diǎn)中，處理能力較高的節(jié)點(diǎn)將會(huì)得到相對(duì)較大的數(shù)據(jù)通信時(shí)間份額。一般來說，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的任何規(guī)定屬性來控制ω的值。
此外還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量狀況或是通過考慮諸如傳輸優(yōu)先級(jí)等級(jí)和節(jié)點(diǎn)處理能力之類的多個(gè)因素來動(dòng)態(tài)控制ω的值。
第五實(shí)施例保持了第一實(shí)施例的效果，但是它能夠通過允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用比另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所用時(shí)隙更多的時(shí)隙而以不等份額中將傳輸時(shí)間分配給相鄰節(jié)點(diǎn)。也就是說，一個(gè)節(jié)點(diǎn)有可能會(huì)比另一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有更多傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)。
此外，第五實(shí)施例也允許根據(jù)優(yōu)先級(jí)、單個(gè)節(jié)點(diǎn)特性以及網(wǎng)絡(luò)條件之類的多種其他因素而在不需要集中控制的情況下自主調(diào)制每一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用的時(shí)隙數(shù)目。
特別地，在傳送緊急程度不同的不同類型數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，第五實(shí)施例是非常有用的。在這種網(wǎng)絡(luò)中，與緊急程度相對(duì)較低的數(shù)據(jù)相比，有效通信需要以更高的優(yōu)先級(jí)來傳送那些緊急程度相對(duì)較高的數(shù)據(jù)。即使在網(wǎng)絡(luò)擁塞的時(shí)候，第五實(shí)施例也可以有效傳送緊急數(shù)據(jù)，由此增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)通信的有效性。
第六實(shí)施例接下來描述的是本發(fā)明的第六實(shí)施例。第六實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)與圖2所示的第一實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)具有相同的結(jié)構(gòu)，但是通信定時(shí)控制器12則具有多個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元，其中每一個(gè)單元都會(huì)接收到接收脈沖信號(hào)Spr11并且通過產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的相位信號(hào)Spr12來確定輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)。舉例來說，通信定時(shí)控制器12可以包括圖9所示的四個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1到a4。為了方便起見，在這個(gè)圖中將脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14和數(shù)據(jù)通信單元15顯示成一個(gè)從所有這四個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元1a到a4中接收相位信號(hào)Spr12的單獨(dú)功能塊。
狀態(tài)變量信號(hào)生成單元可以依照在第一實(shí)施例所給出的方程式(1)中提供的模型來進(jìn)行操作，也可以根據(jù)多種其他模型來進(jìn)行操作。
第六實(shí)施例的操作與第一實(shí)施例的操作基本相同，但通信定時(shí)控制器12中的狀態(tài)變量信號(hào)生成單元是并行運(yùn)作的。每一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元都使用了接收脈沖信號(hào)Spr11并且通過例如求解第一實(shí)施例的方程式(1)來計(jì)算相位值θi(t)。計(jì)算得到的相位值θi(t)則作為相位信號(hào)Spr12而從這四個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1、a2、a3、a4中獨(dú)立地提供到脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13、穩(wěn)態(tài)判定單元14以及數(shù)據(jù)通信單元15。
為了簡(jiǎn)化起見，在下文中假設(shè)恰當(dāng)?shù)慕钦袷巺?shù)ω的值在每一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元中都是相同的。與第一實(shí)施例一樣，就整個(gè)系統(tǒng)而言，ω的值可以是固定的。然而，第五實(shí)施例還可以采用一種允許在不同節(jié)點(diǎn)之間具有不同的ω的值的方式來進(jìn)行操作，或是以一種在同一節(jié)點(diǎn)的不同狀態(tài)變量信號(hào)生成單元之間具有不同的ω的值的方式來進(jìn)行操作。
在每次從任何一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元接收的相位信號(hào)Spr12具有特定值θi(t)＝α(0≤α＜2π)的時(shí)候，脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13都會(huì)發(fā)射一個(gè)輸出脈沖信號(hào)Sout11。在這里則響應(yīng)于從狀態(tài)變量信號(hào)生成單元中輸出的所有相位信號(hào)Spr12而以相同方式執(zhí)行了相同的輸出操作。輸出脈沖信號(hào)Sout11則被傳送到外界(其他節(jié)點(diǎn))并且反饋到通信定時(shí)控制器12。
在通信定時(shí)控制器12中的狀態(tài)變量信號(hào)生成單元計(jì)算相位θi(t)的時(shí)候，它會(huì)用到輸出脈沖信號(hào)Sout11的反饋。更準(zhǔn)確地說，每一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元不但從接收到的脈沖信號(hào)Spr11中計(jì)算相位θi(t)的，而且還從其他狀態(tài)變量信號(hào)生成單元所產(chǎn)生的輸出脈沖信號(hào)Sout11中計(jì)算所述相位。與接收到的脈沖信號(hào)Spr11相似，這些輸出脈沖信號(hào)Sout11是由第一實(shí)施例所示的方程式(1)中的Pk(t)項(xiàng)表示。
穩(wěn)態(tài)判定單元14選擇并行輸入的四個(gè)相位信號(hào)Spr12中的一個(gè)信號(hào)，并且使用所選擇的相位信號(hào)Spr12作為時(shí)基。此外還在與選定相位信號(hào)Spr12的周期相等的時(shí)間間隔上重復(fù)執(zhí)行第一實(shí)施例中描述的判定計(jì)算。在這里假設(shè)在每一個(gè)未曾選擇的相位信號(hào)Spr12的相位都具有一個(gè)特定值θi(t)＝α(0≤α＜2π)的時(shí)候已經(jīng)接收了一個(gè)假想的接收脈沖信號(hào)Spr11。這樣則使得通信定時(shí)控制器12能夠達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)中，依照多個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元輸出的相位信號(hào)Spr12以及從外界接收的接收脈沖信號(hào)Spr11所產(chǎn)生的輸出脈沖信號(hào)Sout11是以一種恰當(dāng)分離的時(shí)態(tài)關(guān)系而被穩(wěn)定的。在這種穩(wěn)定狀態(tài)中，對(duì)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元輸出的任何一個(gè)相位信號(hào)Spr12來說，它們各自的周期都包含了輸出脈沖信號(hào)Sout11的多個(gè)傳輸定時(shí)，并且這些傳輸定時(shí)是相互關(guān)聯(lián)的，由此它們不會(huì)與另一個(gè)輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)或是接收脈沖信號(hào)Spr11的接收定時(shí)發(fā)生沖突。
與第一實(shí)施例中一樣，數(shù)據(jù)通信單元15在與輸出脈沖信號(hào)Sout11的傳輸定時(shí)有關(guān)的時(shí)隙中傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12。在相位信號(hào)Spr12的每一個(gè)周期中都得到了多個(gè)時(shí)隙，其中每一個(gè)周期的時(shí)隙數(shù)目與狀態(tài)變量信號(hào)生成單元的數(shù)目是相同的。
在這里可以將第六實(shí)施例視為是在包含多個(gè)內(nèi)部子節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由輸出脈沖信號(hào)Sout11進(jìn)行相互作用以及與外界相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的情況下操作的。每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)都獲取自己的時(shí)隙，這樣一來，作為一個(gè)整體的節(jié)點(diǎn)在相位信號(hào)Spr12的每一個(gè)周期中都獲取了多個(gè)時(shí)隙。
子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目即為狀態(tài)變量信號(hào)生成單元的數(shù)目，這個(gè)數(shù)目可以隨著節(jié)點(diǎn)的不同而不同。在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中操作的子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目可以取決于所述節(jié)點(diǎn)的處理能力，也可以取決于其他節(jié)點(diǎn)的屬性。舉例來說，在這里可以根據(jù)量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)或第五實(shí)施例中描述的一個(gè)或多個(gè)因素來對(duì)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。在任何情況下，在給定時(shí)間操作在一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)中的子節(jié)點(diǎn)越多，那么所述節(jié)點(diǎn)接收到的時(shí)隙也就越多。
由此第六實(shí)施例能夠在相鄰節(jié)點(diǎn)之間不均勻地分配時(shí)隙。與第五實(shí)施例中一樣，與處理能力較弱或緊急傳輸需要較少的節(jié)點(diǎn)相比，處理能力較強(qiáng)或緊急傳輸需要較多的節(jié)點(diǎn)可以得到更多的時(shí)隙。為了避免數(shù)據(jù)沖突而對(duì)時(shí)隙相對(duì)位置所進(jìn)行的調(diào)整仍舊保持自主，此外還可以自主調(diào)整時(shí)隙數(shù)目。舉例來說，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以操作多個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元(子節(jié)點(diǎn))，其中所述單元與其傳送的數(shù)據(jù)的量化優(yōu)先級(jí)等級(jí)成比例。此外也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況而對(duì)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行調(diào)整。
因此，通過改變狀態(tài)變量信號(hào)生成單元的數(shù)目而不是改變固有角頻率參數(shù)ω，第六實(shí)施例提供了與第五實(shí)施例所提供的效果相類似的效果。
第六實(shí)施例在提高混合網(wǎng)絡(luò)的功能特性方面是非常有效的，在這種網(wǎng)絡(luò)中，不同類型的節(jié)點(diǎn)相互進(jìn)行通信，其中舉例來說，所述節(jié)點(diǎn)可以是具有不同功能或處理能力的節(jié)點(diǎn)。
在第六實(shí)施例的一個(gè)變體中，從每個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1、a2、a3、a4輸出的相位信號(hào)Spr12反饋到通信定時(shí)控制器12中的其他狀態(tài)變量信號(hào)生成單元，而沒有使用輸出脈沖信號(hào)Sout11的反饋。由于輸出脈沖信號(hào)Sout11的相位是由相位信號(hào)Spr12的值確定的，因此狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1、a2、a3、a4所執(zhí)行的計(jì)算實(shí)質(zhì)上仍舊是相同的。
第七實(shí)施例接下來描述的是本發(fā)明的第七實(shí)施例。第七實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)與圖2所示的第一實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)具有相同的構(gòu)造，但是與第六實(shí)施例不同的，通信定時(shí)控制器12具有多個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元。在以下描述中，如圖10所示，通信定時(shí)控制器12具有四個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1到a4。每一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)生成單元的操行方式都與第一實(shí)施例中的通信定時(shí)控制器12相似，由此產(chǎn)生了一個(gè)相位信號(hào)Spr12。
在第七實(shí)施例中，脈沖信號(hào)發(fā)射機(jī)13是在四個(gè)相互區(qū)分的頻段中發(fā)射輸出脈沖信號(hào)Sout11的。在第一狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1計(jì)算的定時(shí)上傳送的輸出脈沖信號(hào)是在第一頻段f1中傳送的；在第二、第三和第四狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a2、a3、a4中計(jì)算得到的定時(shí)上傳送的輸出脈沖信號(hào)則是在相應(yīng)頻段f2、f3、f4上傳送的。而輸出脈沖信號(hào)Sout11則并未反饋給狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1、a2、a3、a4。
數(shù)據(jù)通信單元15借助于計(jì)算輸出定時(shí)的狀態(tài)變量信號(hào)生成單元而在這些相同的頻段f1、f2、f3、f4中傳送輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Soutl2。舉例來說，在從來自第一狀態(tài)變量信號(hào)生成單元a1的相位信號(hào)Spr12中導(dǎo)出的定時(shí)上傳送的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Soutl2是在第一頻段f1輸出的。
脈沖信號(hào)接收單元11和數(shù)據(jù)通信單元15使用了帶通濾波器或其他恰當(dāng)?shù)难b置來分離這些在不同頻段中接收的信號(hào)，由此在相同的四個(gè)頻段f1、f2、f3、f4中接收輸入脈沖信號(hào)Sin11和輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sin12。
因此，在第七實(shí)施例中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都仿佛是在包含了多個(gè)子節(jié)點(diǎn)的情況下操作的，而每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)則是在不同的頻段上操作。由于子節(jié)點(diǎn)是在不同頻段上進(jìn)行通信的，因此它們可以同時(shí)進(jìn)行傳送，從而可以提高節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)容量。
實(shí)質(zhì)上，第七實(shí)施例提供了與第一和第六實(shí)施例相同的效果，但是第七實(shí)施例則通過使用多個(gè)頻段而極大增加了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)容量。
接下來將對(duì)先前實(shí)施例的幾種變體進(jìn)行描述。
第一變體在上述實(shí)施例中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只與自己的相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，但是本發(fā)明并不僅限于與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。其中也有可能存在一個(gè)或多個(gè)與網(wǎng)絡(luò)中的所有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的節(jié)點(diǎn)。也就是說，網(wǎng)絡(luò)可以既包括局部交互的節(jié)點(diǎn)，又包含全局交互的節(jié)點(diǎn)。
第二變體方程式(1)是在第一實(shí)施例所描述的通信定時(shí)控制器12的處理中使用的。在這個(gè)處理中，隨機(jī)變化率是由一個(gè)隨機(jī)變量φ(t)引入相位響應(yīng)函數(shù)的，但是如下所述，在這里也可以通過直接向固有角頻率中添加φ(t)來引入所述隨機(jī)變化率。
dθi(t)/dt=ω+φ(t)+Σk=1NPk(t)·R(θi(t))]]>R(θi(t))＝sin(θi(t)+π)θi(t) 節(jié)點(diǎn)i的相位信號(hào)ω 固有角頻率參數(shù)Pk(t) 從節(jié)點(diǎn)k接收的接收脈沖信號(hào)R(θi(t)) 相位響應(yīng)函數(shù)φ(t) 隨機(jī)噪聲函數(shù)第三變體在先前實(shí)施例中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)傳感器并且傳送了從傳感器16那里獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr13，以此作為輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Soutl2。作為任何一個(gè)先前實(shí)施例的變體，節(jié)點(diǎn)可以通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)Spr15執(zhí)行一個(gè)計(jì)算操作來傳送所獲取的數(shù)據(jù)。作為更進(jìn)一步的變化，在這里可以省略傳感器；輸出數(shù)據(jù)信號(hào)Sout12可以是對(duì)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)Sin12執(zhí)行計(jì)算處理的結(jié)果，也可以是指示節(jié)點(diǎn)內(nèi)部狀態(tài)的變量值，還可以是對(duì)一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部狀態(tài)變量執(zhí)行計(jì)算處理的結(jié)果，異或是由人工操作輸入的數(shù)據(jù)或是其他任何類型的數(shù)據(jù)。
第四變體在先前實(shí)施例中，無論是否存在將要發(fā)射的數(shù)據(jù)，都會(huì)傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11。由此甚至為那些并未產(chǎn)生數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)也保留了時(shí)隙。在先前實(shí)施例的一種變體中，只有那些產(chǎn)生了業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)才會(huì)傳送輸出脈沖信號(hào)Sout11。這種變體可以通過消除未使用的時(shí)隙來提高網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)容量。由于產(chǎn)生業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)會(huì)隨時(shí)間而變化，因此在當(dāng)前產(chǎn)生業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)中將會(huì)通過自主協(xié)作來對(duì)時(shí)隙進(jìn)行重新分配。
第五變體在第一實(shí)施例中通過使用微分方程(1)描述了通信定時(shí)控制器12所執(zhí)行的處理，但是也可以改用其它類型的方程式來進(jìn)行描述。其中一個(gè)實(shí)例是通過將方程式(1)中的連續(xù)時(shí)間變量t改成如下所示的離散時(shí)間變量來獲取一個(gè)差分方程或遞推公式。
在以下方程式中，n是一個(gè)具有正整數(shù)值的離散時(shí)間變量。其他符號(hào)則與第一實(shí)施例中的符號(hào)具有相同的含意，但是它們?nèi)际请x散時(shí)間變量n的函數(shù)。數(shù)量Δt表示的是離散時(shí)間的步長(zhǎng)。連續(xù)時(shí)間變量t和離散時(shí)間變量n則是由Δt(更準(zhǔn)確地說，t＝n·Δt)聯(lián)系在一起的。
θi(n+1)=θi(n)+[ω+Σk=1NPk(n)·R(θi(n),σ(n))]·Δt]]>R(θi(n)，σ(n))＝sin(θi(n)+σ(n))σ(n)＝π+φ(n)n＝0，1，2，......
Δt離散時(shí)間步長(zhǎng)在以上方程式中，只有時(shí)間軸是在不連續(xù)的階段中處理的，但是也可以使得所述狀態(tài)變量同樣具有離散值。也就是可以對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行量化。在當(dāng)前情況下，相位信號(hào)θi(t)經(jīng)過了量化并且具有M個(gè)離散值，其中M是一個(gè)正整數(shù)。在以下方程式中，量化是由一個(gè)量化函數(shù)quan(*)表示的，所述函數(shù)將數(shù)量除以量化步長(zhǎng)w并且略去余數(shù)，由此將任意的連續(xù)量(*)轉(zhuǎn)換成一個(gè)整數(shù)。量化步長(zhǎng)w和通過將所述數(shù)量(*)與M相除所得到的動(dòng)態(tài)范圍是相等的。對(duì)相位信號(hào)θi(t)來說，量化步長(zhǎng)w等于2π/M。
θi(n+1)=θi(n)+quan([ω+Σk=1NPk(n)·R(θi(n),σ(n))]·Δt)]]>R(θi(n)，σ(n))＝sin(θi(n)+σ(n))σ(n)＝π+φ(n)n＝0，1，2，......
Δt離散時(shí)間步長(zhǎng)第六變體在先前實(shí)施例中，相鄰節(jié)點(diǎn)是通過在離散時(shí)間間隔中發(fā)送輸出脈沖信號(hào)Sout11來進(jìn)行交互的，但是這些節(jié)點(diǎn)也可以通過發(fā)送連續(xù)狀態(tài)變量信號(hào)來進(jìn)行交互。那么如下所示，應(yīng)該對(duì)第一實(shí)施例中使用的方程式(1)進(jìn)行修改。
在以下方程式中，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己的相位信號(hào)θi(t)連續(xù)發(fā)送到相鄰節(jié)點(diǎn)，并且接收它們的相位信號(hào)θk(t)。與第一實(shí)施例中一樣，在這里假設(shè)存在N個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，并且k的取值范圍是從1到N。由于相位信號(hào)是連續(xù)接收和處理的，因此在這里將會(huì)連續(xù)進(jìn)行相互作用。在下列方程式中，變量C是一個(gè)恒定參數(shù)。而其他符號(hào)的含義與第一實(shí)施例的方程式(1)中的符號(hào)的含義是相同的。
dθi(t)/dt=ω+CNΣk=1NPk(t)·R(θk(t),θi(t),σ(t))]]>R(θk(t)，θi(t)，σ(t))＝sin(θk(t)-θi(t)+σ(t))σ(t)＝π+φ(t)雖然在上述方程式中將時(shí)間和相位視為連續(xù)變量，但是與第五變體中一樣，在這里也可以在不連續(xù)的階段中處理時(shí)間和/或相位。此外還可以實(shí)施第二實(shí)施例和第二變體中描述的修改，并且如第一實(shí)施例所述，在這里還可以進(jìn)行更進(jìn)一步的修改，其中包括修改基礎(chǔ)的非線性振蕩模型。舉例來說，在這里可以使用眾所周知的范德波(van derPool)方程，其中所述方程模擬的是電子電路中的非線性振蕩現(xiàn)象。盡管可以通過提供實(shí)際顯示出所模擬的振蕩現(xiàn)象的硬件電路來將這個(gè)模型引入本發(fā)明，但是所述模型也可以通過使用常規(guī)的數(shù)值分析方法而以軟件方式引入，例如朗格-庫塔法。
無論節(jié)點(diǎn)之間的相互作用是連續(xù)發(fā)生還是在離散間隔上進(jìn)行的，并且無論是將時(shí)間視為連續(xù)變量還是離散變量，在這里都可以使用范德波(van der Pool)方程以及非線性振蕩或非混亂振蕩的其他常規(guī)模型。并且本發(fā)明既不依賴于任何特定的振蕩模型，也不依賴于表述所述模型的任何特定數(shù)學(xué)形式。
第七變體在先前實(shí)施例中，相鄰節(jié)點(diǎn)是通過無線通信進(jìn)行交互的，但是本發(fā)明并不局限于無線通信。本發(fā)明也可以在這樣一個(gè)眾多空間分布的節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電線交換數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中實(shí)施。舉例來說，本發(fā)明可以應(yīng)用于有線局域網(wǎng)(LAN)、有線的服務(wù)器-客戶機(jī)網(wǎng)絡(luò)，包含傳感器節(jié)點(diǎn)、傳動(dòng)器節(jié)點(diǎn)和控制器節(jié)點(diǎn)的有線網(wǎng)絡(luò)或是混合了有線連接和無線連接的網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明還可以用作一個(gè)通信協(xié)議，以便在因特網(wǎng)上以不同定時(shí)而在路由器之間交換路由表。所述路由器是一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)備，它是通過選擇通信路徑而在網(wǎng)絡(luò)上將信息路由到其目的地的。路由表實(shí)質(zhì)上是一個(gè)在對(duì)信息進(jìn)行路由的時(shí)候所要查閱的通信路徑選擇規(guī)則。為了實(shí)現(xiàn)有效通信，有必要響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化、本地業(yè)務(wù)量狀況等等而對(duì)路由表進(jìn)行更新。因此，每一個(gè)路由器都會(huì)周期性地將路由表信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的其他路由器。
正如Floyd等人在1994年4月發(fā)表于IEEE/ACM Transactionson Networking第2卷第2號(hào)第122-136頁的“The Synchronization ofPeriodic Routing Messages”一文所顯示的那樣，盡管不同的路由器是獨(dú)立發(fā)射他們的路由表的，但是這些傳輸也往往會(huì)變得彼此同步。Floyd等人提出了一種通過將隨機(jī)變化率強(qiáng)加于路由表傳輸之間的周期來避免同步的方法，這種方法也確實(shí)顯示出了某些效果。然而，由于這種方法依靠的僅僅是隨機(jī)性，因此，非常不理想的是，這種方法需要程度極高的隨機(jī)性。
如果將本發(fā)明應(yīng)用于路由表的傳輸，那么相鄰節(jié)點(diǎn)可以在其間自主調(diào)整它們傳送路由表的時(shí)隙，由此不同路由器是在不同時(shí)間傳送路由表的。由于這些路由器有效避開了彼此的時(shí)隙，因此與Floyd等人提出的方法相比，本發(fā)明的這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)更出色的效果，但其需要的隨機(jī)性卻比較低。
路由表的傳輸只是本發(fā)明所適用的周期性間隔上的數(shù)據(jù)傳輸類型的一個(gè)實(shí)例。本發(fā)明也可以用于避免所有類型的網(wǎng)絡(luò)中的沖突或同步，無論所述網(wǎng)絡(luò)是無線還是有線的，此外還可以將本發(fā)明用作一種通信協(xié)議，以便實(shí)現(xiàn)具有自適應(yīng)性和穩(wěn)定性的高效數(shù)據(jù)通信處理。
當(dāng)所要實(shí)現(xiàn)的目的是避免同步時(shí)，可以在物理分離的位置對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能組件進(jìn)行處理，并且分離的功能部件可以由網(wǎng)絡(luò)相互連接。
第八變體相鄰節(jié)點(diǎn)也可以只通過傳送數(shù)據(jù)來進(jìn)行交互，而不是像第三實(shí)施例中那樣發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)或是在其他實(shí)施例中發(fā)送分離的數(shù)據(jù)信號(hào)和脈沖信號(hào)。在通信定時(shí)控制器12中可以通過使用第一實(shí)施例的方程式(1)以及通過產(chǎn)生那些與接收開端同步的內(nèi)部脈沖信號(hào)來處理那些從其他節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)則是在由通信定時(shí)控制器12計(jì)算得到的定時(shí)上傳送的。穩(wěn)定狀態(tài)則是當(dāng)相鄰節(jié)點(diǎn)在相互分離的定時(shí)上開始發(fā)射數(shù)據(jù)的時(shí)候達(dá)到的。每一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都是在開始從下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一次傳輸之前結(jié)束的。有價(jià)值的數(shù)據(jù)是在穩(wěn)定狀態(tài)中傳送的偽數(shù)據(jù)則是在通向穩(wěn)定狀態(tài)的過渡狀態(tài)中傳送的。因此偽數(shù)據(jù)有可能會(huì)發(fā)生沖突，但卻可以避免丟失有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，在本發(fā)明的范圍可以進(jìn)行更進(jìn)一步的變化，其中本發(fā)明的范圍是在附加的權(quán)利要求得到限定的。
權(quán)利要求
1.一種用作通信系統(tǒng)中的第一節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，其中所述通信系統(tǒng)還包含了至少一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)，所述第一節(jié)點(diǎn)包括信號(hào)通信單元，該單元可用于向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)第一狀態(tài)變量信號(hào)，并且從第二節(jié)點(diǎn)接收一個(gè)第二狀態(tài)變量信號(hào)，其中第一狀態(tài)變量信號(hào)表示的是第一節(jié)點(diǎn)的第一操作定時(shí)，第二狀態(tài)變量信號(hào)表示的是第二節(jié)點(diǎn)的第二操作定時(shí)；以及定時(shí)判定單元，該單元可用于在第一節(jié)點(diǎn)中以響應(yīng)于第二狀態(tài)變量信號(hào)的定時(shí)來引發(fā)一個(gè)周期性操作，以便生成第一狀態(tài)變量信號(hào)，由此將第一操作定時(shí)與所述周期性操作的定時(shí)聯(lián)系在一起，并且所述單元還可用于調(diào)整周期性操作的定時(shí)，以使第一操作定時(shí)和第二操作定時(shí)相互分離。
2.權(quán)利要求1的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元是以一個(gè)基本速率引發(fā)周期性操作的，并且是通過臨時(shí)改變基本速率來調(diào)整周期性操作定時(shí)。
3.權(quán)利要求2的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元是根據(jù)一個(gè)使得第一操作定時(shí)與第二操作定時(shí)相互推斥的規(guī)則來改變基本速率的。
4.權(quán)利要求3的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元還會(huì)隨機(jī)改變基本速率。
5.權(quán)利要求2的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元根據(jù)第一節(jié)點(diǎn)的處理能力來確定基本速率。
6.權(quán)利要求2的節(jié)點(diǎn)，其中周期性操作包括傳送來自第一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且定時(shí)判定單元根據(jù)所要傳送的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)來確定基本速率。
7.權(quán)利要求6的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元將基本速率設(shè)定成一個(gè)值，所述值實(shí)質(zhì)上等于基準(zhǔn)值的整數(shù)倍。
8.權(quán)利要求6的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元在優(yōu)先級(jí)提高的時(shí)候提高基本速率。
9.權(quán)利要求1的節(jié)點(diǎn)，其中第一狀態(tài)變量信號(hào)是由一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制的，因此第一狀態(tài)變量信號(hào)不但傳送數(shù)據(jù)，而且還指示第一操作定時(shí)。
10.權(quán)利要求1的節(jié)點(diǎn)，還包括穩(wěn)態(tài)判定單元，用于確定第一操作定時(shí)與第二操作定時(shí)之間是否存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)關(guān)系；以及數(shù)據(jù)通信單元，用于在所述穩(wěn)態(tài)關(guān)系存在的時(shí)候在一個(gè)從第一操作定時(shí)中確定的定時(shí)上傳送數(shù)據(jù)。
11.權(quán)利要求11的節(jié)點(diǎn)，其中第一狀態(tài)變量信號(hào)具有一個(gè)由信號(hào)通信單元控制的第一傳輸范圍，所述數(shù)據(jù)則具有由數(shù)據(jù)通信單元控制的第二傳輸范圍，并且第一傳輸范圍不同于第二傳輸范圍。
12.權(quán)利要求1的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元包括多個(gè)計(jì)算單元，每一個(gè)計(jì)算單元都產(chǎn)生了單獨(dú)的第一狀態(tài)變量信號(hào)。
13.權(quán)利要求12的節(jié)點(diǎn)，其中定時(shí)判定單元中的計(jì)算單元的數(shù)目取決于第一節(jié)點(diǎn)的處理能力。
14.權(quán)利要求12的節(jié)點(diǎn)，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)通信單元，用于在從第一操作定時(shí)中確定的定時(shí)上傳送來自第一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中定時(shí)判定單元中的計(jì)算單元的數(shù)目取決于所要傳送的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。
15.權(quán)利要求12的節(jié)點(diǎn)，其中計(jì)算單元產(chǎn)生的第一狀態(tài)變量信號(hào)表示的是不同的第一操作定時(shí)。
16.權(quán)利要求12的節(jié)點(diǎn)，其中計(jì)算單元產(chǎn)生的第一狀態(tài)變量信號(hào)是在不同的頻段中傳送的。
17.權(quán)利要求16的節(jié)點(diǎn)，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)通信單元，用于在從第一操作定時(shí)中確定的定時(shí)上以及在傳送第一狀態(tài)變量信號(hào)的頻段中傳送來自第一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中所述第一狀態(tài)變量信號(hào)表示的是第一操作定時(shí)。
18.一種通信系統(tǒng)，其中包含了多個(gè)在權(quán)利要求1中所述類型的節(jié)點(diǎn)。
19.一種用于控制網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)的方法，包括將來自第一節(jié)點(diǎn)的第一狀態(tài)變量信號(hào)傳送到第二節(jié)點(diǎn)，其中第一狀態(tài)變量信號(hào)表示的是與在第一節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的第一周期性操作有關(guān)的第一定時(shí)；將來自第二節(jié)點(diǎn)的第二狀態(tài)變量信號(hào)傳送到第一節(jié)點(diǎn)，其中第二狀態(tài)變量信號(hào)表示的是與在第二節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的第二周期性操作有關(guān)的第二定時(shí)；在第一節(jié)點(diǎn)上自主控制第一定時(shí)，以使第一定時(shí)間隔開第二定時(shí)；以及在第二節(jié)點(diǎn)上自主控制第二定時(shí)，以使第二定時(shí)間隔開第一定時(shí)。
20.權(quán)利要求19的方法，還包括在從第一定時(shí)中確定的一個(gè)定時(shí)上傳送來自第一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；以及在從第二定時(shí)中確定的一個(gè)定時(shí)上傳送來自第二節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
21.權(quán)利要求20的方法，還包括判定在第一定時(shí)和第二定時(shí)之間是否存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)關(guān)系，其中只有在存在穩(wěn)態(tài)關(guān)系的時(shí)候才會(huì)從第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)傳送所述數(shù)據(jù)。
22.權(quán)利要求19的方法，其中控制第一定時(shí)還包括確定第一周期性操作的基本速率；以及根據(jù)一個(gè)使得第一定時(shí)與第二定時(shí)相互推斥的規(guī)則來改變基本速率。
23.權(quán)利要求22的方法，其中控制第一定時(shí)還包括隨機(jī)改變基本速率。
24.權(quán)利要求22的方法，其中第一操作包括從第一節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，以及確定基本速率包括將一個(gè)優(yōu)先級(jí)指定給所要傳送的數(shù)據(jù)，其中基本速率是從所述優(yōu)先級(jí)中確定的。
25.一種機(jī)器可讀的介質(zhì)，其中保存了用于控制一個(gè)包含了至少第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中的第一節(jié)點(diǎn)的程序，所述程序包含了用于執(zhí)行以下操作的指令從第二節(jié)點(diǎn)接收一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)，該信號(hào)表示的是在第二節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)；響應(yīng)于從第二節(jié)點(diǎn)接收的狀態(tài)變量信號(hào)而對(duì)第一節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)進(jìn)行控制，以便使得第一節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)間隔開第二節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)；以及將一個(gè)狀態(tài)變量信號(hào)傳送到第二節(jié)點(diǎn)，其中所述信號(hào)指示的是在第一節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)交換那些表示節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作定時(shí)的狀態(tài)變量信號(hào)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)自主控制其周期性操作定時(shí)，以使所述定時(shí)間隔開其他節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的周期性操作的定時(shí)。如果所述周期性操作包含了數(shù)據(jù)傳輸，則這種方案能使節(jié)點(diǎn)避免數(shù)據(jù)沖突。節(jié)點(diǎn)還可以自主地適應(yīng)于優(yōu)先級(jí)改變這類不斷變化的狀況，以及節(jié)點(diǎn)的添加和去除。
文檔編號(hào)H04W74/08GK1601951SQ20041008240
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者伊達(dá)正晃, 森田幸伯, 田中久陽 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社坎伯斯克雷特