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用于具有低占空比的終端節(jié)點(diǎn)的大型wsn的可擴(kuò)展協(xié)議的制作方法

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用于具有低占空比的終端節(jié)點(diǎn)的大型wsn的可擴(kuò)展協(xié)議的制作方法
【專利摘要】描述了用于提供在主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng),這些節(jié)點(diǎn)與傳感器關(guān)聯(lián)。該方法和系統(tǒng)基于信道跳變方案而定義主節(jié)點(diǎn)用以與節(jié)點(diǎn)通信的通信信道,并定義專用于載送由主節(jié)點(diǎn)廣播的傳輸幀的至少一個(gè)傳輸信道。該方法和系統(tǒng)通過(guò)定位該至少一個(gè)傳輸信道來(lái)監(jiān)聽(tīng)傳輸消息而配置尚未為網(wǎng)絡(luò)所獲得的未獲得節(jié)點(diǎn),以進(jìn)入連接會(huì)話。該傳輸消息指示出將變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道。該方法將未獲得節(jié)點(diǎn)切換到下一個(gè)通信信道。
【專利說(shuō)明】用于具有低占空比的終端節(jié)點(diǎn)的大型WSN的可擴(kuò)展協(xié)議
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年3月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/612,801的優(yōu)先權(quán),該專利申請(qǐng)N0.61/612,801的全部?jī)?nèi)容并入本文,以作參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),并且更特別地涉及用于在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)串-并聯(lián)信道跳變方案的方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]存在著分布于大的地理區(qū)域上的多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)。常規(guī)的多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含用于形成第一層的主節(jié)點(diǎn)(例如,協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn))。主節(jié)點(diǎn)在邏輯上鏈接至在第二層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。在第二層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以是終端節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn)。在第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn)可以在邏輯上鏈接至處于第三層的一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)的整體集合可以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的第三層。IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)第2版(2006)在“全功能節(jié)點(diǎn)”與“部分功能節(jié)點(diǎn)”之間作了區(qū)分。其他時(shí)候,節(jié)點(diǎn)使用父子關(guān)系來(lái)指定(例如,“父”是諸如主節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn)之類的全功能節(jié)點(diǎn),而“子”是諸如終端節(jié)點(diǎn)之類的部分功能節(jié)點(diǎn))。在主節(jié)點(diǎn)與中繼器節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系同樣可以稱為父子關(guān)系,中繼器充當(dāng)從屬角色。通常,用作或者能夠用作父節(jié)點(diǎn)的全功能節(jié)點(diǎn)使用較高的接收器靈敏度和發(fā)射器功率以及較佳的信道隔離(即,較佳的無(wú)線電),而終端節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn)幾乎總是充當(dāng)子節(jié)點(diǎn)的角色并且在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量更為眾多)使用總體上性能較差的成本較低的無(wú)線電。以上所描述的網(wǎng)絡(luò)一般來(lái)說(shuō)會(huì)在大的物理區(qū)域內(nèi)鋪開(kāi)。例如,兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(其中至少一個(gè)具有低噪聲放大器和功率放大器)能夠幾乎毫無(wú)困難地經(jīng)由數(shù)百英尺的距離相互通信,并且因而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋100,000平方英寸或更大的面積,以及多個(gè)樓層。還存在更通用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌谒鼍W(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲懈鱾€(gè)網(wǎng)絡(luò)層基于在自組織網(wǎng)絡(luò)形成期間進(jìn)行的測(cè)試中所確定的在各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)組合之間的通信鏈路的質(zhì)量而組織或者按照自組織的方式自行組織。不管實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绾危寄軌蜻@么說(shuō):在大部分實(shí)際的WSN實(shí)現(xiàn)方式中,給定的終端節(jié)點(diǎn)(例如,層N)發(fā)現(xiàn)自己?jiǎn)为?dú)連接至上一層(例如,層N-1)的某個(gè)“父”節(jié)點(diǎn)。
[0005]一般地,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用在通過(guò)例如政府規(guī)章規(guī)定的較大的頻率范圍內(nèi)傳播的信道或頻率范圍。例如,在美國(guó),以902-928MHZ操作的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使用數(shù)量高達(dá)50個(gè)信道的集合。而且,網(wǎng)絡(luò)按照“隨機(jī)跳變”的方式來(lái)使用那些信道,使得節(jié)點(diǎn)在跳變/跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)信道之前經(jīng)由特定的信道僅通信較短的時(shí)間(典型為數(shù)十秒)。信道占用的順序是隨機(jī)的,或者在表面上是隨機(jī)的。
[0006]對(duì)于許多類型的通信協(xié)議(例如,IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議),在節(jié)點(diǎn)能夠于特定的信道上發(fā)送消息之前,節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)一定的(較短的)時(shí)間來(lái)監(jiān)聽(tīng)可能正在使用同一信道的其他節(jié)點(diǎn)。例如,802.15.4標(biāo)準(zhǔn)特別地將一種類型的載波感測(cè)多路訪問(wèn)-避免沖突(CSMA-CA)算法用于該“對(duì)話前監(jiān)聽(tīng)(listen-before-talk) ”過(guò)程。
[0007]但是,與多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一起使用的常規(guī)的通信協(xié)議會(huì)遇到某些限制。例如,在體積較大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通常會(huì)遇到的常見(jiàn)問(wèn)題是:在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以存在兩個(gè)節(jié)點(diǎn),并且這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位于該網(wǎng)絡(luò)的物理空間的兩個(gè)最外邊緣處,這需要同時(shí)發(fā)送消息。如果這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相隔太遠(yuǎn)以致于聽(tīng)不到彼此的消息,則節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行CSMA-CA檢查并且兩者都確定可以發(fā)送它們各自的消息。但是,當(dāng)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息時(shí),在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)(這些節(jié)點(diǎn)大部分大致位于這兩個(gè)極端節(jié)點(diǎn)之間)能夠聽(tīng)得到來(lái)自兩個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的消息。這兩個(gè)消息相互破壞,并且因而在中間的節(jié)點(diǎn)無(wú)法理解任一個(gè)消息。因此,當(dāng)并非網(wǎng)絡(luò)中的全部節(jié)點(diǎn)都能夠收聽(tīng)到來(lái)自全部其他節(jié)點(diǎn)的所有消息時(shí),常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無(wú)法防止消息重疊。這對(duì)于兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)尤其是個(gè)問(wèn)題(與一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)和一個(gè)網(wǎng)關(guān)或中繼器節(jié)點(diǎn),或者兩個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)等相反),由于終端節(jié)點(diǎn)傾向于具有最低限度的硬件(例如,接收靈敏度有限的無(wú)線收發(fā)器,并且例如沒(méi)有低噪聲放大器(LNA))。
[0008]在常規(guī)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)普遍性問(wèn)題涉及大部分終端節(jié)點(diǎn)都是電池供電,并且在低占空比下操作的事實(shí),即終端節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間處于休眠模式以便節(jié)省電能。在許多情況下,這些低占空比的節(jié)點(diǎn)只有在它們經(jīng)歷到傳感器事件(例如,運(yùn)動(dòng)傳感器提示節(jié)點(diǎn)的喚醒)時(shí)才“醒來(lái)”。節(jié)點(diǎn)然后發(fā)送任何及所有合適的消息,并且然后返回休眠模式。這會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)問(wèn)題,即當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間都處于休眠模式時(shí),上層管理節(jié)點(diǎn)(中繼器和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn))無(wú)法將網(wǎng)絡(luò)管理消息發(fā)送到終端節(jié)點(diǎn),例如,哪個(gè)信道當(dāng)前是活動(dòng)的。因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都是休眠的,聽(tīng)不見(jiàn)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中的它的父節(jié)點(diǎn)的任何管理消息,并且因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)取決于網(wǎng)絡(luò)控制之外的事件而隨時(shí)醒來(lái),所以終端節(jié)點(diǎn)不能在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)容易地跟蹤網(wǎng)絡(luò)正在使用哪個(gè)信道。因此,當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)確實(shí)醒來(lái)時(shí),常規(guī)的方法是讓終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行全面的多信道掃描以在發(fā)送任何消息之前找出正在使用的網(wǎng)絡(luò)信道。全面的多信道掃描從電能的角度來(lái)看是極其昂貴的。例如,如果網(wǎng)絡(luò)按照偽隨機(jī)跳變的方式在50個(gè)信道中的每個(gè)信道上耗費(fèi)0.1秒,并且如果終端節(jié)點(diǎn)按照信道順序向后掃描,則可以花費(fèi)I或2秒來(lái)找出活動(dòng)的信道。根據(jù)本文的實(shí)施例,終端節(jié)點(diǎn)在理想情況下只醒零點(diǎn)幾秒,每小時(shí)或每天醒數(shù)次以便使得紐扣電池和小的可充電電池在WSN終端節(jié)點(diǎn)中可用。因此,存在著這樣的問(wèn)題:終端節(jié)點(diǎn)在從長(zhǎng)時(shí)間的休眠中醒來(lái)之后無(wú)法迅速地找到網(wǎng)絡(luò)中允許終端節(jié)點(diǎn)經(jīng)由其進(jìn)行通信的活動(dòng)信道,而是浪費(fèi)電能來(lái)查找活動(dòng)的信道。也就是,存在著這樣的情形:終端節(jié)點(diǎn)與其在實(shí)際發(fā)送并接收面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)中所耗費(fèi)的時(shí)間和功率相比會(huì)耗費(fèi)更多的時(shí)間和功率來(lái)在頻率跳變網(wǎng)絡(luò)中搜索活動(dòng)的信道。
[0009]在將來(lái),WSN有可能會(huì)一天含有數(shù)千個(gè)或者可能甚至數(shù)萬(wàn)個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。上述問(wèn)題在很大的網(wǎng)絡(luò)中會(huì)由于終端節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)數(shù)量而惡化,從而導(dǎo)致另外的問(wèn)題。常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并不能以可擴(kuò)展的方式,例如以在理論上能夠支持?jǐn)?shù)量幾乎無(wú)限的終端節(jié)點(diǎn)的方式很好地適合于支持?jǐn)?shù)量很大的節(jié)點(diǎn)。
[0010]在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中避免消息沖突的標(biāo)準(zhǔn)方法是“對(duì)話前監(jiān)聽(tīng)”的各種方法之一,例如,IEEE 802.15.4協(xié)議的CSMA-CA算法。在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式(即,信標(biāo)模式選項(xiàng))中,802.15.4協(xié)議使得使用信道分時(shí)隙的大網(wǎng)絡(luò)成為可能,在該信道分時(shí)隙中,信標(biāo)幀每隔一段時(shí)間就發(fā)送,在信標(biāo)幀之間的時(shí)間間隔被劃分成多個(gè)時(shí)隙。802.15.4標(biāo)準(zhǔn)(例如,2006年的第2版)提供了兩種類型的時(shí)隙一在CAP或“爭(zhēng)用訪問(wèn)時(shí)段”中的時(shí)隙以及在CFP或“無(wú)爭(zhēng)用時(shí)段”中的時(shí)隙。后者不能由任何節(jié)點(diǎn)使用,除非網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)特別授權(quán)對(duì)時(shí)隙的訪問(wèn)。前者能夠由任何節(jié)點(diǎn)使用,假定節(jié)點(diǎn)首先采用防沖突機(jī)制——CSMA-CA0 CSMA-CA和分時(shí)隙方法有助于管理節(jié)點(diǎn)間對(duì)有限帶寬的競(jìng)爭(zhēng),但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模顯著增大(例如,每分鐘超過(guò)數(shù)百條消息)時(shí)不能很好地?cái)U(kuò)展。例如,隨著節(jié)點(diǎn)被添加,可用的時(shí)隙數(shù)量被迅速地耗盡。同樣地,對(duì)大網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生很大的壓力,并且中繼器節(jié)點(diǎn)具有僅中繼在終端節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間的消息的相對(duì)有限作用。中繼器節(jié)點(diǎn)不管理在中繼器節(jié)點(diǎn)的中間網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng)絡(luò))內(nèi)的協(xié)議值。因此,所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)能很好地?cái)U(kuò)展。
[0011]作為選擇,如果作為允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)共用頻段并提高安全性的方式,使用常規(guī)的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù),而不是跳頻擴(kuò)頻(FHSS),則上述問(wèn)題將仍然存在。碼片組必須充分不同(在碼片模式方面充分不同),以保證DSSS位提取不能卷積兩個(gè)信息不同的碼片序列。存在數(shù)量有限(即,最終稀缺性)的所允許的DSSS碼片序列,只是由于在rass方案中存在數(shù)量有限的頻率信道可利用。
[0012]仍需要可擴(kuò)展用于低占空比的終端節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)的WSN。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)一種實(shí)施例,本發(fā)明提供了用于實(shí)現(xiàn)串-并聯(lián)信道跳變協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和方法,該串-并聯(lián)信道跳變協(xié)議添加傳輸信道以提供有關(guān)信道跳變狀態(tài)的信息,因而縮短了為使終端節(jié)點(diǎn)從長(zhǎng)時(shí)間休眠中醒來(lái)所需要的信道掃描時(shí)間。本協(xié)議隨著數(shù)量不斷增加的中斷器節(jié)點(diǎn)而簡(jiǎn)單且一致地?cái)U(kuò)展,并因而能夠用于含有總數(shù)為數(shù)千個(gè)以及甚至數(shù)萬(wàn)個(gè)的終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)??扇芜x地,該方法可以用于收集相互正交的DSSS碼片序列(作為頻率信道集的替代)。根據(jù)一種實(shí)施例,本文描述了用于提供在主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法,節(jié)點(diǎn)與傳感器關(guān)聯(lián)。該方法包括基于信道跳變方案模式來(lái)定義主節(jié)點(diǎn)用以與節(jié)點(diǎn)通信的通信信道,并且定義至少一個(gè)專用于載送由主節(jié)點(diǎn)廣播的傳輸幀的傳輸信道。該方法通過(guò)對(duì)傳輸信道進(jìn)行調(diào)諧以監(jiān)聽(tīng)傳輸消息來(lái)配置尚未為網(wǎng)絡(luò)獲得的非連接節(jié)點(diǎn),使其進(jìn)入連接會(huì)話。傳輸消息指示活動(dòng)的通信信道(例如,通過(guò)指示按照網(wǎng)絡(luò)跳變順序?qū)⒁褂玫南乱粋€(gè)信道的信道編號(hào))。該方法將未獲得的節(jié)點(diǎn)切換到在傳輸消息中指定的下一個(gè)活動(dòng)的通信信道,監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)幀,并且將信標(biāo)幀(例如,典型為信標(biāo)幀的末尾字節(jié)的末端)用作時(shí)序基準(zhǔn)以使未獲得節(jié)點(diǎn)能夠使用在所附節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間交換的某些請(qǐng)求和應(yīng)答消息系列(例如,在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中指定的那些消息)來(lái)獲得網(wǎng)絡(luò)。
[0014]根據(jù)某些實(shí)施例,信標(biāo)幀除了其他字段外還包含下列字段:a)用于指示存在有多少個(gè)傳輸信道的“傳輸信道總數(shù)”字段;b)用于指示網(wǎng)絡(luò)中的哪些信道表示傳輸信道的“傳輸信道編號(hào)”字段;以及c)用于指示與被授權(quán)在同信標(biāo)幀相關(guān)的超幀(全部時(shí)隙的總集)期間經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的范圍的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍字段。
[0015]傳輸消息包含用于指示將要變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道的編號(hào)的信道編號(hào)字段。在多個(gè)父節(jié)點(diǎn)(例如,主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn))在多個(gè)傳輸信道間被劃分的情形中,傳輸消息還可以包含用于父節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)的字段。在這樣的情形中,父節(jié)點(diǎn)將會(huì)在信道跳變之前立即切換到其所指派的傳輸信道,并且發(fā)送提供有其節(jié)點(diǎn)ID以及其下次跳變的信道ID的消息。所指派給該父節(jié)點(diǎn)或者與其關(guān)聯(lián)的全部子節(jié)點(diǎn)為了發(fā)送或接收消息將會(huì)轉(zhuǎn)到父節(jié)點(diǎn)的所指派的傳輸信道并且等待其節(jié)點(diǎn)ID與父節(jié)點(diǎn)的ID匹配的傳輸消息。在收到來(lái)自其父節(jié)點(diǎn)的該傳輸消息時(shí),子節(jié)點(diǎn)立即跳變到由傳輸消息指定的信道。傳輸消息還可以包含網(wǎng)絡(luò)的ID,以使移動(dòng)的或偶爾移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)能夠自行隨意與多個(gè)父節(jié)點(diǎn)通信,確保這些父節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)父節(jié)點(diǎn)都與移動(dòng)的或偶爾移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)之前所連接的同一網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)。傳輸消息在移動(dòng)的父節(jié)點(diǎn)(即,父節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)的,而子節(jié)點(diǎn)和/或終端節(jié)點(diǎn)處于永久或臨時(shí)固定的物理位置)的情形中還可以包含網(wǎng)絡(luò)ID和父節(jié)點(diǎn)ID,因而允許子節(jié)點(diǎn)按照機(jī)會(huì)主義的方式(即,當(dāng)移動(dòng)的中繼器節(jié)點(diǎn)位于附近時(shí))與網(wǎng)絡(luò)(主節(jié)點(diǎn))通信。該方法包括在未獲得的終端節(jié)點(diǎn)處以及在已獲得的終端節(jié)點(diǎn)處使用信標(biāo)幀來(lái)執(zhí)行無(wú)沖突信標(biāo)調(diào)度。該方法還包括在載波感測(cè)多路訪問(wèn)-避免沖突(CSMA-CA)方法中使用信標(biāo)幀。該方法還包括定義至少兩個(gè)傳輸信道,主節(jié)點(diǎn)交替地經(jīng)由每個(gè)傳輸信道或者在兩個(gè)或更多個(gè)信道已經(jīng)被指定為傳輸信道的情形中經(jīng)由隨機(jī)選自傳輸信道選項(xiàng)池的傳輸信道來(lái)發(fā)送傳輸幀。該方法還包括促使每個(gè)子節(jié)點(diǎn)跳變到有其父節(jié)點(diǎn)在該父節(jié)點(diǎn)的傳輸消息中指定的下一個(gè)活動(dòng)的通信信道,并且然后等待新的活動(dòng)信道上的信標(biāo)幀。
[0016]在該方法中,信道跳變方案處于主節(jié)點(diǎn)的指導(dǎo)之下。在該方法中,第一傳輸信道被定義為在主節(jié)點(diǎn)與其他父節(jié)點(diǎn)之間使用,并且不同的第二傳輸信道被定位為在那些其他父節(jié)點(diǎn)(非主節(jié)點(diǎn))與它們各自的子節(jié)點(diǎn)之間使用。在該方法中,由主節(jié)點(diǎn)在新的父(通常是中繼器)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)時(shí)或者在來(lái)自主節(jié)點(diǎn)的后續(xù)中繼器節(jié)點(diǎn)的配置消息中給每個(gè)父節(jié)點(diǎn)指派其自己的傳輸信道,或者將每個(gè)父節(jié)點(diǎn)指派給指定由父節(jié)點(diǎn)使用的特定的傳輸信道。在該方法中,傳輸消息指示與由信標(biāo)幀啟動(dòng)的下一個(gè)超幀關(guān)聯(lián)的活動(dòng)的通信信道或信道集。在該方法中,該定義包括定義在第一層內(nèi)的主節(jié)點(diǎn)、在第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn)以及在第三層內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn),每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)與成父子關(guān)系的中繼器節(jié)點(diǎn)之一關(guān)聯(lián),該方法還包括給在第二層內(nèi)的中繼器/父節(jié)點(diǎn)提供優(yōu)先訪問(wèn)(PA)編號(hào),并且促使終端節(jié)點(diǎn)繼承所關(guān)聯(lián)的中繼器節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào),或者繼承作為所關(guān)聯(lián)的中繼器節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào)的函數(shù)的PA編號(hào),使用PA編號(hào)來(lái)控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。
[0017]在該方法中,主節(jié)點(diǎn)和每個(gè)附加的父節(jié)點(diǎn)使用單個(gè)傳輸信道,或者由主節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)或更多個(gè)傳輸信道間劃分,作為父節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接和配置過(guò)程的一部分。每個(gè)父節(jié)點(diǎn)使用其各自的傳輸信道將傳輸消息發(fā)送到所有監(jiān)測(cè)子節(jié)點(diǎn),以指示它的節(jié)點(diǎn)ID以及它在隨機(jī)的或偽隨機(jī)的跳變方案中的下一個(gè)信道跳變的信道ID。父節(jié)點(diǎn)隨后跳變到下一個(gè)信道,并且在沒(méi)有發(fā)送信標(biāo)幀的情況下,在再次切換到傳輸信道之前的某個(gè)時(shí)間段內(nèi)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自父或子節(jié)點(diǎn)的消息,以指示在跳變順序中的下一個(gè)信道。
[0018]在該方法中,未連接的終端節(jié)點(diǎn)或父(中繼器)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地掃描信道,監(jiān)聽(tīng)任意父節(jié)點(diǎn)的傳輸幀并且使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則(例如,所接收的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)閾值或者幾個(gè)強(qiáng)度值當(dāng)中最大的所接收的信號(hào)強(qiáng)度),選擇它將試圖通過(guò)其來(lái)連接到網(wǎng)絡(luò)的父節(jié)點(diǎn),并且隨后轉(zhuǎn)至在所選擇的(高信號(hào)強(qiáng)度的)父節(jié)點(diǎn)的傳輸消息中指出的信道,以便將網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求消息發(fā)送給所選擇的父節(jié)點(diǎn)。
[0019]在該方法中,傳輸信道的數(shù)量以及傳輸幀的長(zhǎng)度被選擇以便確保傳輸信道的總的網(wǎng)絡(luò)使用量按平均來(lái)說(shuō)與非傳輸(跳變序列)信道的網(wǎng)絡(luò)使用量基本上相同,以便避免傳輸信道被網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡使用。
[0020]在該方法中,相互正交的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)碼片組/序列的集合按照其中頻率跳變被替換為DSSS碼片組切換(碼片組“跳變”)的方式在單個(gè)恒定的載波頻率(信道)上使用,作為從頻率信道到頻率信道的跳變的替代,并且在該方法中,一個(gè)或幾個(gè)這樣的碼片組為傳輸消息而保留,從而為由低占空比節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的基于頻率跳變的信道改變管理和網(wǎng)絡(luò)跟蹤而允許本文所描述的所有應(yīng)用的基于DSSS的變化。在該方法中,DSSS碼片組按照DSSS碼片組選擇方案(按照某種時(shí)間模式,或者在沒(méi)有明顯的時(shí)序或模式的情況下)周期性地改變,并且在該方法中,這樣的改變使用一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先選定的“傳輸消息” DSSS碼片序列進(jìn)行預(yù)先通知,以通知即將到來(lái)的碼片組/序列將要用于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)消息。
[0021]根據(jù)一種實(shí)施例,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)被配置用于基于隨機(jī)的或偽隨機(jī)的信道跳變方案來(lái)定義主節(jié)點(diǎn)用以與節(jié)點(diǎn)通信的通信信道,并且定義至少一個(gè)專用于載送由主節(jié)點(diǎn)廣播的傳輸幀的傳輸信道。主節(jié)點(diǎn)被配置用于發(fā)送傳輸幀,每個(gè)傳輸幀均指示活動(dòng)的通信信道,并且被配置用于經(jīng)由活動(dòng)的通信信道來(lái)發(fā)送信標(biāo)幀并且非連接節(jié)點(diǎn)與傳感器關(guān)聯(lián)。非連接的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有連接到網(wǎng)絡(luò)。非連接的節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)傳輸信道進(jìn)行調(diào)諧以監(jiān)聽(tīng)傳輸消息而進(jìn)行配置,以進(jìn)入連接會(huì)話。非連接的節(jié)點(diǎn)被配置用于切換至活動(dòng)的通信信道并監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)幀。非連接的節(jié)點(diǎn)被配置用于將信標(biāo)幀用作時(shí)序基準(zhǔn),以使非連接的節(jié)點(diǎn)能夠連接到網(wǎng)絡(luò)。
[0022]根據(jù)本文的實(shí)施例,終端節(jié)點(diǎn)只醒零點(diǎn)幾秒,每小時(shí)或每天醒數(shù)次,以便使得紐扣電池和小的可充電電池在WSN終端節(jié)點(diǎn)中可用。
[0023]可任選地,終端節(jié)點(diǎn)使用特定的父/中繼器節(jié)點(diǎn)來(lái)連接到網(wǎng)絡(luò),但是并沒(méi)有與中繼器節(jié)點(diǎn)永久關(guān)聯(lián),并且其中在節(jié)能(休眠)狀態(tài)保持了一段時(shí)間之后,終端節(jié)點(diǎn)醒來(lái)并掃描一列傳輸信道(用于頻率跳變的頻率信道以及用于基于DSSS的網(wǎng)絡(luò)的DSSS碼片序列),所述頻率信道或碼片序列是它先前在網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程中所知道的,并且其中終端節(jié)點(diǎn)然后經(jīng)由最佳的(信號(hào)強(qiáng)度最高的)父/中繼器節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)通信,該最佳的父/中繼器節(jié)點(diǎn)可以是也可以不是終端節(jié)點(diǎn)原先用以連接至網(wǎng)絡(luò)的同一節(jié)點(diǎn)??扇芜x地,終端節(jié)點(diǎn)使用這樣的方法(即,經(jīng)由不同的父/中繼器節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)通信的方法)來(lái)在物理上移動(dòng)通過(guò)由多個(gè)(遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開(kāi)的)中繼器節(jié)點(diǎn)覆蓋的空間時(shí)保持與主節(jié)點(diǎn)的通信。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(MT WSN)。
[0025]圖2示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的信道跳變方法或協(xié)議。
[0026]圖3示出了根據(jù)一種實(shí)施例所使用的節(jié)點(diǎn)的框圖。
[0027]圖4示出了根據(jù)一種實(shí)施例的由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)幀的格式。
[0028]圖5示出了根據(jù)一種實(shí)施例的用于管理節(jié)點(diǎn)的連接的示例性過(guò)程。
[0029]圖6示出了根據(jù)一種可替換的實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的用于管理網(wǎng)絡(luò)通信的方法。
[0030]圖7示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的DSSS碼片序列切換方法或協(xié)議。

【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(MT WSN) 100MT WSN 100包含主節(jié)點(diǎn)101,例如,用于定義第一層102的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。第一層102在邏輯上鏈接至包含父(例如,中繼器)節(jié)點(diǎn)103的第二層104。在第二層104內(nèi)的節(jié)點(diǎn)103中的一些或全部節(jié)點(diǎn)在邏輯上鏈接至一個(gè)或多個(gè)子(例如,終端)節(jié)點(diǎn)105。節(jié)點(diǎn)101、103和105形成無(wú)線的節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的鏈路??扇芜x地,中繼器節(jié)點(diǎn)可以在邏輯上相互鏈接??扇芜x地,第二層可以包含與主節(jié)點(diǎn)101鏈接的且不與其他節(jié)點(diǎn)鏈接的一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)105的整體集合定義了網(wǎng)絡(luò)100的第三層106??扇芜x地,如果在超過(guò)一個(gè)層上使用中繼器(即,存在中繼器到中繼器的層間鏈路),則可以使用超過(guò)三個(gè)層。
[0032]在本文的描述中,“在邏輯上鏈接”指的是以下事實(shí):在節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的鏈路的各自終端上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)正在特別地監(jiān)聽(tīng)含有在鏈路上的相對(duì)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)號(hào)的消息。例如,父節(jié)點(diǎn)103A正在監(jiān)聽(tīng)由子節(jié)點(diǎn)105B發(fā)送的消息,并且子節(jié)點(diǎn)105B正在監(jiān)聽(tīng)來(lái)自父節(jié)點(diǎn)103A的消息。以上所描述的網(wǎng)絡(luò)一般地在大的物理區(qū)域上鋪開(kāi)。例如,兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(其中至少一個(gè)具有低噪聲放大器和功率放大器)能夠幾乎毫無(wú)困難地在數(shù)百英尺的距離間以數(shù)十或者甚至數(shù)百kbps的數(shù)據(jù)速率相互通信,并且因而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋100,000平方英寸或更大的面積,以及多個(gè)樓層。
[0033]本文所公開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)和方法可以使用跳頻擴(kuò)頻(rass)和/或直接序列擴(kuò)頻(DSSS)來(lái)管理。DSSS是其中數(shù)據(jù)信號(hào)乘以偽隨機(jī)噪聲擴(kuò)頻碼的技術(shù)。例如,” I”的二進(jìn)制語(yǔ)言的擴(kuò)頻碼的長(zhǎng)度可以是10碼片(“0011001101”),并且按此順序的這10個(gè)碼片構(gòu)成一個(gè)“碼片組”或“碼片序列”。接收器被配置用于在呈現(xiàn)為所傳輸?shù)陌自肼暤南?dāng)中過(guò)濾該特定的碼片組。在DSSS中,特定的碼片組可以用于傳遞消息(例如,數(shù)據(jù)消息和傳輸消息),并且碼片組可以由主節(jié)點(diǎn)101和/或父節(jié)點(diǎn)103按照DSSS碼片組選擇方案進(jìn)行交替。
[0034]如同本文所使用的,“信道”和“信道跳變”用于rass和DSSS兩種方法。“信道”在rass中由頻率來(lái)界定,并且“信道跳變”在FHSS中涉及切換頻率,然而在DSSS中,“信道”指的是碼片組/序列,并且“信道跳變”涉及改變碼片組/序列(在單個(gè)恒定的載波頻率內(nèi))。
[0035]當(dāng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)/啟用無(wú)線電的設(shè)備希望經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信時(shí),它必須首先在各個(gè)可能的允許替代方案當(dāng)中確定哪個(gè)特定的頻率并且可能是哪個(gè)DSSS(直接序列擴(kuò)頻)碼片組正被使用。無(wú)論(I)節(jié)點(diǎn)從未使用過(guò)網(wǎng)絡(luò)且不是網(wǎng)絡(luò)成員并且當(dāng)前正試圖通過(guò)傳遞證書(shū)和安全檢查來(lái)加入或“連接”到網(wǎng)絡(luò),還是(2)節(jié)點(diǎn)先前加入過(guò)網(wǎng)絡(luò)并且是網(wǎng)絡(luò)成員,這都適用。查找網(wǎng)絡(luò)(即,確定當(dāng)前所使用的頻率信道或者基于DSSS碼片組的“信道”)以便允許與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信的過(guò)程在此稱為“獲取”網(wǎng)絡(luò)。如果節(jié)點(diǎn)在過(guò)去已經(jīng)這樣做了,特別是在節(jié)點(diǎn)之前已經(jīng)連接到或者已經(jīng)加入了網(wǎng)絡(luò)的情況下,則節(jié)點(diǎn)可以“獲取”或“重新獲取”網(wǎng)絡(luò)。也就是,“獲取”或“重新獲取”網(wǎng)絡(luò)意指確定哪個(gè)FHSS信道或DSSS信道(碼片組)當(dāng)前是活動(dòng)的?!斑B接”到網(wǎng)絡(luò)在術(shù)語(yǔ)的常見(jiàn)用法中意指通過(guò)傳遞所有必要的安全及成員監(jiān)管要求來(lái)正式加入網(wǎng)絡(luò)。如同本文所使用的,“獲取”網(wǎng)絡(luò)一般地可以指的是節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),不管它是首次“連接”到網(wǎng)絡(luò)還是“重新獲取”或重新加入網(wǎng)絡(luò)。
[0036]術(shù)語(yǔ)“活動(dòng)的”在涉及通信信道時(shí)可以指的是主節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn)目前正在其上或經(jīng)由其發(fā)送信標(biāo)幀并且監(jiān)聽(tīng)來(lái)自其他中繼器節(jié)點(diǎn)或來(lái)自終端節(jié)點(diǎn)的消息的通信信道(不管是頻率信道還是DSSS碼片組)。
[0037]術(shù)語(yǔ)“主節(jié)點(diǎn)”和“網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器”作同義詞使用。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器總是為主節(jié)點(diǎn)。其他節(jié)點(diǎn),例如,中繼器節(jié)點(diǎn)或者甚至是專用節(jié)點(diǎn)(在本說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有明確提及)可以發(fā)送信標(biāo)幀并且被指派傳輸信道,但是這些其他節(jié)點(diǎn)不是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器——僅為它們自己的網(wǎng)絡(luò)小角落中的副官(lieutenant)——并且它們的配置和功能最終由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器來(lái)定義。
[0038]主節(jié)點(diǎn)101表示在包含第二及第三層104和106的子網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)107之間的網(wǎng)關(guān)。主機(jī)107表示同通過(guò)網(wǎng)關(guān)主節(jié)點(diǎn)101與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)100的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)103和105關(guān)聯(lián)的各種構(gòu)件、設(shè)備及其他元件交互的外部網(wǎng)絡(luò)108,如圖1所示。主節(jié)點(diǎn)101可以用作在外部網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議橋(即,外部網(wǎng)絡(luò)可以正在使用具有諸如TCP之類的常規(guī)的傳輸機(jī)制的有線以太網(wǎng)、WiFi或者某些其他帶寬相對(duì)較高的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,而子網(wǎng)絡(luò)可以正在使用可能具有像UDP —樣的傳輸機(jī)制的802.15.4或類似的無(wú)線協(xié)議,僅作為示例)。
[0039]主節(jié)點(diǎn)101起著子網(wǎng)絡(luò)(例如,在層2和層3內(nèi))的網(wǎng)關(guān)的作用,該子網(wǎng)絡(luò)包含中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)(即,多層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))。在外部網(wǎng)絡(luò)108上的主機(jī)107通過(guò)網(wǎng)關(guān)(主節(jié)點(diǎn))與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的元件交互,如圖1所示。
[0040]圖3示出了根據(jù)一種實(shí)施例而使用的節(jié)點(diǎn)300的框圖。節(jié)點(diǎn)300包含容納有(host)無(wú)線收發(fā)器304和微處理器302(任一個(gè)集成為一個(gè)芯片,或者被實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)單獨(dú)的芯片)的小電路板、電池310以及電源電路312。天線320與匹配模擬電路322耦接。可以任選地包含用于將輸入發(fā)送給微處理器302的外圍傳感器或感測(cè)系統(tǒng)316。感測(cè)系統(tǒng)可以包含溫度傳感器、壓力傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、3軸加速度計(jì)、化學(xué)傳感器或化學(xué)傳感器陣列(例如,“電子鼻”)>AM-EAS或RF-EAS或RFID標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng),或者甚至是用于在各自為預(yù)定類型、強(qiáng)度的或者超過(guò)某一閾值的真實(shí)事件的集合發(fā)生時(shí)定義虛擬事件的單獨(dú)處理器。后者的一個(gè)實(shí)例可以是與視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接的DSP處理器。這些作為傳感器系統(tǒng)的示例而給出,并且應(yīng)當(dāng)理解,該列表決不是窮盡性的。來(lái)自傳感器316的輸入可以“喚醒”微處理器302,以開(kāi)始“報(bào)告”會(huì)話,例如用于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)100通過(guò)無(wú)線收發(fā)器304來(lái)傳遞由傳感器316檢測(cè)到的傳感器數(shù)據(jù)。
[0041]收發(fā)器304可以具有用于存儲(chǔ)待在DSSS技術(shù)中使用的多個(gè)碼片組的存儲(chǔ)器。碼片組可以作為固件和/或軟件存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)。要跳變到新信道,處理器302可以被配置用于命令收發(fā)器304切換到特定的信道。收發(fā)器304然后從其存儲(chǔ)器中檢索有關(guān)新信道的信息,例如,在FHSS中的頻率或者在DSSS中的用于構(gòu)成所選擇的碼片組的特定碼片序列。
[0042]典型地,層I和層2的節(jié)點(diǎn)通常配備有功率放大器306 (用于發(fā)送)和低噪聲放大器308 (用于接收),以增大無(wú)線鏈路的物理范圍。主節(jié)點(diǎn)(層I的節(jié)點(diǎn))還要么含有有線網(wǎng)絡(luò)界面318 (例如,以太網(wǎng)端口和驅(qū)動(dòng)芯片),要么含有用于到另一個(gè)(外部)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線鏈路的第二無(wú)線電320(例如,WiFi接口)。主節(jié)點(diǎn)、中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)101、103、105可以具有節(jié)點(diǎn)300的全部或部分結(jié)構(gòu)。
[0043]實(shí)施例涉及串-并聯(lián)信道跳變協(xié)議(頻率跳變協(xié)議或者DSSS碼片序列改變協(xié)議),或者使用傳輸信道來(lái)提供有關(guān)信道跳變狀態(tài)(頻率狀態(tài)或DSSS碼片序列狀態(tài))的信息,從而縮短終端節(jié)點(diǎn)一旦從休眠模式中醒來(lái)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)所需要的信道/碼片序列搜索掃描時(shí)間的方法。信道跳變協(xié)議能夠隨數(shù)量不斷增加的中斷器節(jié)點(diǎn)而簡(jiǎn)單且一致地?cái)U(kuò)展,因?yàn)槊總€(gè)新添加的中繼器節(jié)點(diǎn)都可以命令它自己的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道,并且從而能夠用于含有的總數(shù)為數(shù)千個(gè)以及甚至數(shù)萬(wàn)個(gè)的終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的“串-并聯(lián)”性質(zhì)由以下事實(shí)而產(chǎn)生:從時(shí)間的角度來(lái)看,具有其從屬的子節(jié)點(diǎn)集的每個(gè)中繼器表示一個(gè)“分支”,并且在不同分支內(nèi)的通信可在任何時(shí)刻發(fā)生于不同的信道(不同的頻率信道或者不同的碼片序列)上,并且從而能夠同時(shí)地發(fā)生(即,并聯(lián)地)。網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展還能夠通過(guò)新的中繼器節(jié)點(diǎn)連接到現(xiàn)有的中繼器節(jié)點(diǎn)而發(fā)生,從而創(chuàng)建與老分支連接的新分支。沿新分支向上移動(dòng)的消息可以在被發(fā)送到老分支內(nèi)之前等待開(kāi)敞空間(open air),并且在這種情況下,網(wǎng)絡(luò)由于新節(jié)點(diǎn)被添加而具有串聯(lián)擴(kuò)展特性。為了理解該方法可以如何適應(yīng)數(shù)量越來(lái)越多的中繼器,考慮下列實(shí)例。在討論這些實(shí)例之前應(yīng)當(dāng)注意,所給出的信道(頻率信道或碼片組信道)可以用作a) —個(gè)父節(jié)點(diǎn)(主節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn))的傳輸信道,以及b)所有其他父節(jié)點(diǎn)的常規(guī)通信(跳變)信道。根據(jù)本文的實(shí)施例,CSMA-CA或者其他“對(duì)話前監(jiān)聽(tīng)”防沖突算法可以在所有傳輸(信標(biāo)消息、傳輸消息以及任何其他類型的消息)之前采用。
[0044]在第一實(shí)例(頻率跳變實(shí)例)中,有10個(gè)父/中繼器節(jié)點(diǎn)和I個(gè)主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)正在使用信道49(最后一個(gè)信道)作為其傳輸信道。當(dāng)?shù)谝桓?中繼器(Rel)首先連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí),主節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地選擇信道之一作為指派給Rel的傳輸信道,用于讓全部Rel與Rel的未來(lái)的子節(jié)點(diǎn)通信。類似地,主節(jié)點(diǎn)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)自己的準(zhǔn)則從總的可用信道池(0,1,…,49)中給Re2,Re3,…,RelO指派傳輸信道。該準(zhǔn)則可以簡(jiǎn)單為“以每個(gè)信道相等的概率從信道0,1,…,49中隨機(jī)地選擇”,或者它對(duì)于不太想要的信道(例如,有噪聲的信道或者通常由競(jìng)爭(zhēng)性網(wǎng)絡(luò)所使用的信道,這通過(guò)由主節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的對(duì)單個(gè)信道的單獨(dú)能量檢測(cè)測(cè)試來(lái)確定)還可以包含較低的或零概率。準(zhǔn)則還可以保證在每個(gè)信道已經(jīng)由至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)用于傳輸之前沒(méi)有信道被用作兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸信道(例如,通過(guò)信道的節(jié)點(diǎn)分配均勻分布)。
[0045]在第二頻率跳變實(shí)例中有49個(gè)中繼器。使用以上所概述的推理,主節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)地分配信道,使得在每個(gè)中繼器都連接到了網(wǎng)絡(luò)之后,這50個(gè)可用信道每個(gè)都用作或者主節(jié)點(diǎn)的或者一個(gè)(且只有一個(gè))中繼器的傳輸信道。
[0046]在第三頻率跳變實(shí)例(稍微極端的情形)中有199個(gè)中繼器。在這種情況下,每個(gè)信道都可以用作四個(gè)不同中繼器的傳輸信道。每個(gè)中繼器在每次跳變之前發(fā)送傳輸消息,因而平均來(lái)說(shuō),在與一個(gè)信道停歇(一個(gè)超幀時(shí)間段)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔內(nèi),除了與使用該信道作為其頻率跳變信道列表之一的其他中繼器中的任一個(gè)中繼器間的正常消息傳遞之外,每個(gè)信道還將會(huì)見(jiàn)到四個(gè)傳輸幀(來(lái)自四個(gè)不同的中繼器)。當(dāng)然,在這樣的大網(wǎng)絡(luò)中,在任何給定的時(shí)刻,大部分或全部信道都可以處于主節(jié)點(diǎn)和各種中繼器的使用中。例如,中繼器27可以正在與主節(jié)點(diǎn)通話,中繼器8、56和184可以正在它們各自的傳輸信道上發(fā)送傳輸幀,并且大部分的剩余中繼器可以正在該50個(gè)信道中的任一信道上監(jiān)聽(tīng)(無(wú)論它們最近跳變到哪個(gè)信道)來(lái)自另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的消息。網(wǎng)絡(luò)的“串-并聯(lián)”擴(kuò)展指的是以下事實(shí):隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大一在寬度(在給定的網(wǎng)絡(luò)層中的中繼器數(shù)量)和深度(中繼器或網(wǎng)絡(luò)層的層數(shù))兩方面,網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上正同時(shí)使用全部可用信道,具有大致相等的流量。
[0047]其他實(shí)例可以使用單個(gè)頻率信道以及大的DSSS碼片組集合來(lái)完成與使用DSSS技術(shù)相同的串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。還應(yīng)當(dāng)注意,如果頻率跳變和DSSS碼片序列移位被共同實(shí)施,則這種串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能夠在額外的維度上實(shí)現(xiàn)。例如,一種網(wǎng)絡(luò)可以具有一個(gè)大的串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)中具有許多中繼器,這些中繼器全都使用頻率跳變和單個(gè)恒定的碼片序列。同時(shí),另一個(gè)等同的大網(wǎng)絡(luò)可以正在使用完全相同的頻率跳變方案(在所有方面與第一網(wǎng)絡(luò)相同),除了該第二網(wǎng)絡(luò)的DSSS碼片序列充分不同于第一網(wǎng)絡(luò)以保證在網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有消息混合之外。
[0048]圖2示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的信道跳變方法或協(xié)議。圖2所示的方法或協(xié)議可以用于FHSS和/或DSSS技術(shù)中。例如,如果使用頻率跳變協(xié)議,則DSSS可以被良好地實(shí)現(xiàn)以提供更多的安全性和網(wǎng)絡(luò)間的可操作性。最初,網(wǎng)絡(luò)按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn),例如按照在IEEE 802.11,802.15.2,802.15.3,802.15.4等標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的方式來(lái)創(chuàng)建。要?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)絡(luò),在202處,主節(jié)點(diǎn)101可以針對(duì)主節(jié)點(diǎn)101想要使用的信道集來(lái)掃描現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。信道可以是按照頻率跳變協(xié)議的頻率信道或者按照DSSS碼片組切換協(xié)議的碼片組。在202處,在確定了新的網(wǎng)絡(luò)能夠被創(chuàng)建之后,主節(jié)點(diǎn)101選擇網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)。主節(jié)點(diǎn)101定義了一組通信信道,并且定義了一個(gè)或多個(gè)“傳輸信道”。主節(jié)點(diǎn)101支持/定義表示僅用來(lái)將跳變和安全參數(shù)傳遞給父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)103和105以及非網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)107的專用信道的一個(gè)或多個(gè)“傳輸信道”。就節(jié)點(diǎn)101所關(guān)心的而言,由于傳輸信道被特別指定單獨(dú)用于傳輸信息,因而沒(méi)有其他網(wǎng)絡(luò)管理消息或數(shù)據(jù)包由節(jié)點(diǎn)101在傳輸信道上傳輸。
[0049]例如,在rass技術(shù)中,網(wǎng)絡(luò)100可以在頻率跳變方案中使用50個(gè)信道(例如,信道O至49),該50個(gè)信道中的一個(gè)頻率信道子集,例如,兩個(gè)信道(例如,信道48和49),被用作傳輸信道。在另一個(gè)實(shí)例中,網(wǎng)絡(luò)100可以在DSSS碼片組切換方案中使用50個(gè)信道,其中這50個(gè)信道由50個(gè)不同的碼片組來(lái)定義。每個(gè)碼片組在二進(jìn)制的背景下可以包含兩個(gè)唯一的10-碼片序列,一個(gè)序列對(duì)于“I”進(jìn)行編碼,而另一個(gè)對(duì)于“O”進(jìn)行編碼。在操作期間,網(wǎng)絡(luò)100可以在該50個(gè)信道/碼片組之間切換,并且碼片組的子集被用作傳輸信道。在204處,主節(jié)點(diǎn)101確定操作參數(shù)。
[0050]在206處,主節(jié)點(diǎn)切換/跳變到選擇傳輸信道(頻率信道或碼片組)并發(fā)送傳輸幀,給出信道跳變序列中的下一個(gè)通信信道的信道ID。在FHSS協(xié)議中,下一個(gè)通信信道可以是主節(jié)點(diǎn)將經(jīng)由其來(lái)通信的下一個(gè)頻率信道。在DSSS協(xié)議中,下一個(gè)通信信道可以是用來(lái)傳遞消息的下一個(gè)DSSS碼片組,而下一個(gè)通信信道可以與活動(dòng)的通信信道相互正交,同時(shí)使用相同的頻率信道。可任選地,主節(jié)點(diǎn)在傳輸幀中可以包含主節(jié)點(diǎn)的ID和網(wǎng)絡(luò)ID。
[0051]在208處,主節(jié)點(diǎn)切換/跳變到在206處于傳輸幀內(nèi)指定的下一個(gè)通信信道。在210處,主節(jié)點(diǎn)確定信標(biāo)是否正被使用。若否,則流程前進(jìn)到214。若是,則流程前進(jìn)到212。在212處,主節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建并經(jīng)由在206處于傳輸幀中指定的“下一個(gè)”通信信道(該通信通道現(xiàn)在是當(dāng)前活動(dòng)的通信信道)來(lái)發(fā)送信標(biāo)幀。
[0052]在214處,主節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)并處理經(jīng)由當(dāng)前活動(dòng)的通信信道接收到的消息。在216處,主節(jié)點(diǎn)確定是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最大的信道停歇時(shí)間。若否,則流程返回214,在214處主節(jié)點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。如果已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最大的停歇時(shí)間,則流程從216前進(jìn)到206,并且該過(guò)程重復(fù)。
[0053]在206-216處,主節(jié)點(diǎn)開(kāi)始通過(guò)隨機(jī)的或偽隨機(jī)的信道列表來(lái)跳變,使用傳輸信道來(lái)通知任何監(jiān)聽(tīng)節(jié)點(diǎn)有關(guān)下一個(gè)通信信道的標(biāo)識(shí)。主節(jié)點(diǎn)及其子節(jié)點(diǎn)關(guān)于如何使用時(shí)隙的行為(哪些時(shí)隙完全被使用,并且它們是否可用于爭(zhēng)用或非爭(zhēng)用用途,它們的持續(xù)時(shí)間,數(shù)量等)可以由信標(biāo)幀內(nèi)的各個(gè)字段規(guī)定,如同諸如IEEE 802.15.4之類的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議所定義的。如圖2所示,主節(jié)點(diǎn)在調(diào)諧到傳輸信道時(shí)不監(jiān)聽(tīng)給其發(fā)送的消息。傳輸信道為單向通信(從主節(jié)點(diǎn)到任何監(jiān)聽(tīng)節(jié)點(diǎn)),用于通知監(jiān)聽(tīng)節(jié)點(diǎn)有關(guān)哪個(gè)信道(頻率信道或DSSS碼片組)下一步將用于雙向通信。對(duì)在圖2的步驟214中提及的所接收的消息的處理可以涉及在主節(jié)點(diǎn)與相關(guān)的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)之間傳遞的任何數(shù)量的請(qǐng)求及應(yīng)答消息,并且對(duì)該消息的處理甚至可以發(fā)起與其他(第三方)節(jié)點(diǎn)及外部網(wǎng)絡(luò)主機(jī)間的消息傳遞。
[0054]應(yīng)當(dāng)注意,本文的實(shí)施例通過(guò)將傳輸信道用作一般存在于父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)之間的同步問(wèn)題的解決方案來(lái)提供很大的效用。例如,在不使用傳輸信道時(shí),子節(jié)點(diǎn)一般被編程以按照時(shí)間計(jì)劃以預(yù)定的(偽隨機(jī)的)順序在信道(無(wú)論是頻率信道還是DSSS碼片組)間跳變/切換。如果父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)對(duì)于這些信道跳變保持時(shí)序同步,則它們將能夠相互通信。這在許多實(shí)現(xiàn)方式中已經(jīng)激發(fā)了復(fù)雜的PLL (鎖相環(huán))時(shí)序法的使用,該P(yáng)LL時(shí)序法在子節(jié)點(diǎn)必須長(zhǎng)時(shí)間休眠以降低功率時(shí)并不實(shí)用。當(dāng)使用一個(gè)或多個(gè)傳輸信道時(shí),子節(jié)點(diǎn)只需要在傳輸信道上監(jiān)聽(tīng)一小段時(shí)間(一般不長(zhǎng)于一個(gè)或幾個(gè)信道停歇或者在FHSS協(xié)議中的“頻率跳變間隔”的時(shí)間段)。在父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間不需要時(shí)序同步。實(shí)際上,父節(jié)點(diǎn)可以不時(shí)地使用額外的時(shí)間在一個(gè)信道上工作(即,延遲跳變/切換到下一個(gè)信道),對(duì)父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)之間的通信沒(méi)有嚴(yán)重的影響。也就是,子節(jié)點(diǎn)只是繼續(xù)等待并監(jiān)聽(tīng)傳輸信道,直到有關(guān)下一個(gè)通信信道的信息到來(lái),無(wú)論要耗費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)獲得該信息。當(dāng)然,在這種情況下,可能最好的是具有超時(shí)定時(shí)器,該超時(shí)定時(shí)器將會(huì)確保子節(jié)點(diǎn)不會(huì)在壞的傳輸信道上等待數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)(例如,在有噪聲的傳輸信道的情形中,或者如果父節(jié)點(diǎn)已失效等),并從而防止電池泄漏。
[0055]有關(guān)與圖2相關(guān)的主節(jié)點(diǎn)行為,網(wǎng)絡(luò)可以使用從每個(gè)信標(biāo)幀開(kāi)始的超幀(圖中的步驟210和212)。專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(例如,主節(jié)點(diǎn)101)通過(guò)按照預(yù)定的間隔(例如,短至15ms或長(zhǎng)達(dá)145s的間隔)發(fā)送信標(biāo)幀來(lái)協(xié)調(diào)在超幀內(nèi)的傳輸(步驟216)。超幀被分時(shí)隙。在兩個(gè)信標(biāo)之間的時(shí)間被劃分成相等的時(shí)隙,獨(dú)立于超幀的持續(xù)時(shí)間。時(shí)隙被劃分成爭(zhēng)用訪問(wèn)時(shí)段(CAP)和無(wú)爭(zhēng)用時(shí)段(CFP)。保證時(shí)隙(GTS)被連接成無(wú)爭(zhēng)用時(shí)隙。一般地,在不使用信標(biāo)的情形中,在信標(biāo)幀之間的全部時(shí)段包含單個(gè)大的爭(zhēng)用時(shí)隙(步驟214和216),在該爭(zhēng)用時(shí)隙內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)都可以使用CSMA-CA或類似的協(xié)議規(guī)定的防沖突算法來(lái)競(jìng)爭(zhēng)消息傳遞特權(quán)。
[0056]當(dāng)DSSS在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)時(shí),單個(gè)碼片序列可以被選擇并且在單個(gè)載波頻率下于相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間段(數(shù)分鐘,或者甚至數(shù)小時(shí))內(nèi)使用。該頻率能夠不時(shí)地改變(例如,當(dāng)一個(gè)信道變得有噪聲時(shí))。碼片序列通常會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持不變。在這樣的情況下,(已知的)頻率信道和碼片序列的單個(gè)集合或小集合能夠用于傳輸消息,并且傳輸消息能夠指示出當(dāng)前正在使用或者將要使用什么頻率信道跳變和碼片序列移位方案。
[0057]圖4示出了一種實(shí)施例的由主節(jié)點(diǎn)101發(fā)送的每個(gè)信標(biāo)幀402的格式。在本實(shí)施例中,所有信標(biāo)幀源自于一個(gè)節(jié)點(diǎn)——主節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn))。信標(biāo)幀402含有下列字段。字節(jié)數(shù)(No)字段406指示在消息中的字節(jié)數(shù)(例如,該第一字節(jié)不計(jì)算在內(nèi))。幀類型(T)字段407指示用于指出本消息為信標(biāo)幀消息的編號(hào)或代碼。網(wǎng)絡(luò)ID字段408包含用于將本網(wǎng)絡(luò)與使用相同的無(wú)線協(xié)議的其他網(wǎng)絡(luò)區(qū)分開(kāi)的唯一 ID。信標(biāo)序列號(hào)(BSN)字段409包含對(duì)于每一個(gè)后續(xù)信標(biāo)幀就加I的計(jì)數(shù)。新成員接受代碼(AC)字段410包含用于指出哪種(哪些)類型的節(jié)點(diǎn)且在什么情況下能夠連接到網(wǎng)絡(luò)的代碼。
[0058]信標(biāo)巾貞402還包含“總傳輸信道數(shù)”(TC)字段411、用于每個(gè)傳輸信道的“傳輸信道編號(hào)” (#)字段412、優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍——起始編號(hào)(優(yōu)先訪問(wèn)起始或PAS)字段413,以及優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍——結(jié)束編號(hào)(優(yōu)先訪問(wèn)結(jié)束或PAE)字段414。TC字段411指出存在有多少個(gè)傳輸信道。TC字段411指示用于傳輸消息的DSSS碼片組/序列的數(shù)量(在DSSS協(xié)議中)和/或用于傳輸消息的頻率信道的數(shù)量(在HlSS協(xié)議中)。信道編號(hào)字段412指出網(wǎng)絡(luò)中的哪些信道表示傳輸信道。例如,在頻率跳變方案中,如果存在用于傳輸消息的三個(gè)頻率信道,則字段412將包含用于識(shí)別這三個(gè)傳輸信道的三個(gè)數(shù)字。如果在DSSS方案中存在三個(gè)DSSS傳輸信道碼片組,則字段412將包含用于識(shí)別這三個(gè)DSSS碼片序列的三個(gè)數(shù)字。優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)給出了由主節(jié)點(diǎn)101給每個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)103分配的唯一編號(hào)。PAS字段413和PAE字段414表示被授權(quán)使用與本信標(biāo)幀關(guān)聯(lián)的活動(dòng)的通信信道的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的范圍。例如,當(dāng)信標(biāo)幀包含分別為10和20的PAS和PAE值時(shí),這指示出分配了在10和20之間的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)被授權(quán)在緊隨信標(biāo)幀之后的超幀的時(shí)隙內(nèi)傳輸消息。具有低于10或超過(guò)20的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)將不被授權(quán)在當(dāng)前信標(biāo)巾貞之后傳輸消息。這給主節(jié)點(diǎn)提供了每次一塊(one piece at a time)地與大網(wǎng)絡(luò)通信的方法,從而提高網(wǎng)絡(luò)可管理性并且降低大網(wǎng)絡(luò)中的高優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)段的潛伏。
[0059]在其他實(shí)施例中,信標(biāo)幀可以源自于中繼器(該情景不應(yīng)與中繼器僅重新傳輸或“中繼”從主節(jié)點(diǎn)收聽(tīng)到的信標(biāo)的情景混淆)。其中中繼器簡(jiǎn)單地重新傳輸主節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀的簡(jiǎn)單情形能夠用來(lái)將網(wǎng)絡(luò)物理擴(kuò)展到其中終端節(jié)點(diǎn)不能物理收聽(tīng)到主節(jié)點(diǎn)的消息的區(qū)域。但是,在中繼器能夠創(chuàng)建它自己的信標(biāo)的稍微更復(fù)雜的情形中,網(wǎng)絡(luò)范圍和規(guī)模能夠不僅僅物理地而是按照其他方式來(lái)擴(kuò)展。例如,如果在由特定的中繼器節(jié)點(diǎn)服務(wù)的特定的物理區(qū)域內(nèi)存在通常在一小段時(shí)間內(nèi)為活動(dòng)的大量終端節(jié)點(diǎn),則中繼器可以通過(guò)改變PAS和PAE值來(lái)減少在該網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的消息流量一也就是,縮窄可以參與由它自己的信標(biāo)幀支配的任意或全部超幀的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的范圍。這通過(guò)在中繼器的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)給其賦予一定量的自主權(quán)擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的能力。在包含源自于中繼器節(jié)點(diǎn)或者與主節(jié)點(diǎn)分離的任何其他節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀的該實(shí)施例和其他實(shí)施例中,信標(biāo)幀可以包含用于識(shí)別信標(biāo)幀的發(fā)信者并且允許終端節(jié)點(diǎn)將源自于它們自己的中繼器的信標(biāo)幀與來(lái)自相鄰中繼器的信標(biāo)區(qū)分開(kāi)的RID(中繼器ID)字段(在圖4中未示出)。
[0060]在任何時(shí)候,終端節(jié)點(diǎn)一般會(huì)具有它能夠很好地收聽(tīng)到的一個(gè)特定的中繼器節(jié)點(diǎn)(即,來(lái)自該中繼器的消息的接收信號(hào)強(qiáng)度大于來(lái)自其他中繼器的)。在那時(shí),終端節(jié)點(diǎn)能夠被看作是將要“通過(guò)該具有強(qiáng)信號(hào)的中繼器”連接到網(wǎng)絡(luò)。受節(jié)點(diǎn)內(nèi)的固件單獨(dú)或共同支配的網(wǎng)絡(luò)操作規(guī)則能夠被設(shè)定,使得終端節(jié)點(diǎn)可以每次僅通過(guò)一個(gè)中繼器或者(作為選擇)通過(guò)其接收信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)某一閾值的任何中繼器來(lái)應(yīng)答(即,終端節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)連接點(diǎn))。
[0061]在一種實(shí)施例中,當(dāng)下列條件全都滿足時(shí),子節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)可以給任意父節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn)(或者經(jīng)由任何中繼器給網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn))發(fā)送消息:(I)接收到來(lái)自中繼器的信標(biāo)消息;(2)信標(biāo)消息的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)閾值;(3)終端節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)處于由信標(biāo)幀指定的范圍內(nèi)(PAS至PAE);并且(4)消息使用之前所描述的通用方法經(jīng)由其特定的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道在由中繼器指定的信道(頻率信道和/或DSSS碼片序列)上發(fā)送。在此應(yīng)當(dāng)注意幾個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的選項(xiàng)。首先,終端節(jié)點(diǎn)有可能將為當(dāng)前為或最近具有到網(wǎng)絡(luò)的連接的若干中繼器中的每個(gè)中繼器保持分離且獨(dú)特的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)。其次,在節(jié)點(diǎn)休眠了很長(zhǎng)時(shí)間(可能為數(shù)天)并且網(wǎng)絡(luò)中的總節(jié)點(diǎn)數(shù)很大(數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn))的情形中,本文的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)這樣的算法:節(jié)點(diǎn)在更寬的或更窄的范圍(該范圍可能是終端節(jié)點(diǎn)的類型的函數(shù))內(nèi)隨機(jī)地選擇它自己的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的,而不是在加入網(wǎng)絡(luò)或者于長(zhǎng)時(shí)間休眠之后重新獲取到網(wǎng)絡(luò)時(shí)被分配優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)。
[0062]在其中全部信標(biāo)幀都源自于主節(jié)點(diǎn)的最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中,主節(jié)點(diǎn)101支持/定義用于表示僅用來(lái)將頻率跳變/DSSS碼片組切換和安全參數(shù)傳遞給中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)103和105及非網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)107的專用信道的一個(gè)或多個(gè)“傳輸信道”。沒(méi)有其他的網(wǎng)絡(luò)管理消息或數(shù)據(jù)包經(jīng)由傳輸信道來(lái)傳輸,因?yàn)閭鬏斝诺辣惶貏e指定僅用于傳輸信息。例如,網(wǎng)絡(luò)100可以在頻率跳變方案中使用50個(gè)信道(例如,信道O至49),這50個(gè)信道中的一個(gè)信道子集(例如,兩個(gè)信道(例如,信道48和49))被用作傳輸信道。
[0063]在其中單個(gè)中繼器能夠建立它們自己的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道的更復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方式中,那些傳輸信道一般會(huì)不同于主節(jié)點(diǎn)的傳輸信道。能夠創(chuàng)建信標(biāo)幀的每個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如,主節(jié)點(diǎn)和/或中繼器節(jié)點(diǎn))可以在每個(gè)信標(biāo)及后續(xù)的超幀傳遞消息間隔內(nèi)使用它自己的傳輸信道來(lái)預(yù)先通知下一個(gè)通信信道。同樣地,這些各自的信標(biāo)發(fā)信節(jié)點(diǎn)每個(gè)都可以使用它們自己的僅用于傳輸幀的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道(盡管其他信標(biāo)發(fā)信節(jié)點(diǎn)也可以為正常的超幀消息流量周期性地使用同一信道(無(wú)論是頻率信道還是DSSS碼片序列))。該方案是有效的,部分因?yàn)楣?jié)點(diǎn)可以各自在每個(gè)信標(biāo)幀消息、傳輸幀消息或常規(guī)消息(即,給特定節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息)之前觀察對(duì)話前監(jiān)聽(tīng)(CSMA-CA)過(guò)程規(guī)則。
[0064]在某些實(shí)施例中,想要連接到/獲取網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送消息(例如,給主節(jié)點(diǎn),或者經(jīng)由主節(jié)點(diǎn)給某個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)主機(jī))的終端節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)在特定的頻率信道和/或使用特定的DSSS碼片序列上首先掃描傳輸幀來(lái)這樣做。如上所述,在某些實(shí)施例中,可能想要的是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施者創(chuàng)建有關(guān)哪些信道用于傳輸信道的特定約定。在所有信標(biāo)幀都源自于主節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)中,在頻率信道或DSSS碼片序列列表的開(kāi)始或結(jié)束處的一個(gè)或兩個(gè)信道可以用作指定的傳輸信道或序列。
[0065]但是,在其中在列表內(nèi)的許多(或甚至全部)信道正由至少一些信標(biāo)發(fā)信者用來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)母鼜?fù)雜的實(shí)現(xiàn)方式中,并且在終端節(jié)點(diǎn)正在或者可以物理移動(dòng)并從而并非所有時(shí)候都與同一中繼器關(guān)聯(lián)的一般情形中,在從休眠中醒來(lái)時(shí),終端節(jié)點(diǎn)可能需要掃描一些或全部信道(頻率信道和/或DSSS碼片序列),查找具有好/強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的傳輸幀。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)在掃描期間找到最佳的(或者至少是良好的)信號(hào)時(shí),它可以記錄下傳輸幀的發(fā)信者的節(jié)點(diǎn)ID。在那時(shí),憑借特定的傳輸信道分配約定,終端節(jié)點(diǎn)在不被告知的情況下同樣可以獲悉其他哪些信道正由該特定的信標(biāo)發(fā)信者用作傳輸信道。作為選擇,終端節(jié)點(diǎn)可以將一個(gè)傳輸信道用于先前定義的用于給信標(biāo)發(fā)信者發(fā)送消息以請(qǐng)求由發(fā)信者使用的其他傳輸信道的規(guī)范的過(guò)程。作為選擇,終端節(jié)點(diǎn)可以決定簡(jiǎn)單地使用這一個(gè)傳輸信道,并且忽略可以由發(fā)信者使用的任何其他傳輸信道。這后一種約定可以導(dǎo)致較長(zhǎng)的等待期,因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)在信標(biāo)發(fā)信者每次一個(gè)地在其傳輸信道列表上移動(dòng)以發(fā)送傳輸消息時(shí)于已知的傳輸信道上坐等傳輸幀到來(lái)。
[0066]可任選地,信標(biāo)幀可以增加附加的字段,用于指示將由該信標(biāo)的發(fā)送者使用的下一個(gè)傳輸信道(在圖4中未示出)。這不僅將使掃描終端節(jié)點(diǎn)能夠在已經(jīng)找到僅僅一個(gè)傳輸信道之后為給定的信標(biāo)發(fā)信者找到全部傳輸信道,而且與其他可能情況相比,還允許終端節(jié)點(diǎn)更迅速地找到強(qiáng)的中繼器信號(hào)。這是因?yàn)?在以上所述的原始方案下,終端節(jié)點(diǎn)將僅掃描傳輸信道(例如,頻率傳輸信道和/或DSSS碼片序列傳輸信道)。在這種可選的情形中,終端節(jié)點(diǎn)能夠掃描在多個(gè)傳輸信道內(nèi)的傳輸幀或者信標(biāo)幀。一旦終端節(jié)點(diǎn)找到了在一個(gè)傳輸信道內(nèi)的傳輸幀或者信標(biāo)幀,它就能夠跟蹤發(fā)信節(jié)點(diǎn)的頻率或DSSS碼片序列跳變。傳輸幀指出下一個(gè)信標(biāo)幀的信道,而每個(gè)信標(biāo)幀指出下一個(gè)傳輸幀的信道。
[0067]在網(wǎng)絡(luò)操作中,在圖2中的206-216處,節(jié)點(diǎn)101、103、105經(jīng)由一個(gè)頻率信道和/或使用一個(gè)DSSS碼片組/序列通信一小段時(shí)間,稱為“信道停歇時(shí)間”。例如,信道停歇時(shí)間可以高達(dá)0.2秒或略長(zhǎng),并從而讓網(wǎng)絡(luò)100在經(jīng)由48個(gè)通信信道(O至47)的集合的通信間循環(huán)可能要耗費(fèi)大約9.8秒,該信道集合對(duì)應(yīng)于頻率信道和/或DSSS碼片組信道。在經(jīng)過(guò)了信道停歇時(shí)間之后,通信轉(zhuǎn)移(也稱為跳變或切換)到另一個(gè)信道(即,下一個(gè)通信信道)。在208處,正好于每個(gè)信道跳變之前,主(網(wǎng)關(guān))節(jié)點(diǎn)101在一個(gè)傳輸信道上發(fā)送出短消息,稱為“傳輸消息”,該短消息標(biāo)識(shí)了被指定為下一個(gè)通信信道的信道。因此,獲取到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)103、105定位傳輸信道(例如,信道48)以便接收傳輸消息,所以節(jié)點(diǎn)103、105可以跳變至下一個(gè)指定的通信信道,以保持經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的通信。
[0068]圖4不出了根據(jù)一種實(shí)施例的由主節(jié)點(diǎn)101傳輸?shù)膫鬏斀碡?04的格式。傳輸巾貞404含有傳輸消息信息,所以術(shù)語(yǔ)“傳輸巾貞”和“傳輸消息”在此可互換地使用。傳輸消息404包含用于指示傳輸消息404的字節(jié)數(shù)(該第一字節(jié)不計(jì)算在內(nèi))的字節(jié)數(shù)(No)字段420。幀類型(T)字段421包含用于指出本消息為傳輸幀消息的編號(hào)或代碼。網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)(ID)字段422包含網(wǎng)絡(luò)ID用于將該消息與為使用同一無(wú)線協(xié)議的其他網(wǎng)絡(luò)而設(shè)的消息區(qū)分開(kāi)。通信信道編號(hào)(CCN)字段423指示將變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道的編號(hào)以及哪些節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)移/跳變以保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)的獲得。
[0069]傳輸/安全代碼(SC)字段424包含O到255之間的數(shù)字,用于指示哪個(gè)頻率信道或DSSS碼片組跳變序列正被使用,此時(shí)正在使用什么安全密鑰等等??扇芜x地,傳輸幀404在某些實(shí)施例中同樣可以包含用于標(biāo)識(shí)傳輸幀的發(fā)信者的節(jié)點(diǎn)ID的字段。該字段沒(méi)有在圖4中示出。
[0070]回到圖1,并且假定全部信標(biāo)幀均源自于主節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單實(shí)施例為本實(shí)例,當(dāng)中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105醒來(lái)并希望連接到或重新獲取網(wǎng)絡(luò)100時(shí),未獲得的節(jié)點(diǎn)103、105隨機(jī)地選擇一個(gè)傳輸信道,切換到所選擇的傳輸信道,并且開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)將由主節(jié)點(diǎn)101發(fā)送的下一個(gè)傳輸消息404。假定主節(jié)點(diǎn)101交替地經(jīng)由每個(gè)傳輸信道來(lái)發(fā)送傳輸消息,則未獲得的節(jié)點(diǎn)103、105將會(huì)收聽(tīng)到下兩個(gè)傳輸消息之一(假定存在兩個(gè)指定的傳輸信道)。例如,對(duì)于在信標(biāo)跳變(CH)時(shí)間(T)期間監(jiān)聽(tīng)傳輸信道的未獲得的節(jié)點(diǎn)103、105,非連接的節(jié)點(diǎn)103、105將會(huì)在CH時(shí)間T+1處收聽(tīng)到傳輸消息。傳輸消息404通知已獲得的和未獲得的中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)103、105關(guān)于網(wǎng)絡(luò)100在下一個(gè)信道跳變時(shí)間間隔內(nèi)將會(huì)跳變(切換)到的下一個(gè)通信信道,以便繼續(xù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)100發(fā)送并接收消息(保持為獲得的)。
[0071]返回參照?qǐng)D2,在206處,在新的(最近醒來(lái)的)未獲得的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105接收到并處理了傳輸消息404之后,中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105跳至所指定的即將到來(lái)的活動(dòng)通信信道,并且等待信標(biāo)幀402由主節(jié)點(diǎn)101經(jīng)由新指定的通信信道來(lái)傳輸。在212處,主節(jié)點(diǎn)開(kāi)始經(jīng)由指定的通信信道(在傳輸消息404中指示的)按照預(yù)定的間隔來(lái)發(fā)送信標(biāo)幀402。在每個(gè)信標(biāo)幀402發(fā)送之后,接著在214處,未獲得的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105能夠通過(guò)在信標(biāo)幀402之間的可用時(shí)隙內(nèi)接收并發(fā)送數(shù)據(jù)和消息來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)。
[0072]在信標(biāo)發(fā)信者與信標(biāo)用戶節(jié)點(diǎn)之間的全部通信發(fā)生于步驟214中,同時(shí)檢查/等待該消息互換時(shí)間段的結(jié)束(步驟216)。應(yīng)當(dāng)注意,傳輸消息方法提供可變的時(shí)間量用于發(fā)送消息。如果發(fā)信節(jié)點(diǎn)需要少量額外的時(shí)間來(lái)結(jié)束對(duì)給定的終端節(jié)點(diǎn)的消息傳遞,則能夠耗費(fèi)該時(shí)間并且對(duì)于在下一個(gè)傳輸信道上的下一個(gè)傳輸幀只是稍稍遲點(diǎn)。該系統(tǒng)不會(huì)“中斷”,即使該情況發(fā)生并且耗費(fèi)了額外的時(shí)間,因?yàn)榈却墓?jié)點(diǎn)只是稍微多等一會(huì)。
[0073]作為一個(gè)實(shí)例,網(wǎng)絡(luò)可以使用與在具有從每個(gè)信標(biāo)幀開(kāi)始的超幀的802.15.4網(wǎng)絡(luò)中使用的方案類似的介質(zhì)訪問(wèn)控制方案。專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(主節(jié)點(diǎn)101)通過(guò)按照預(yù)定的間隔(例如,間隔短至15ms或長(zhǎng)達(dá)245s)發(fā)送信標(biāo)幀來(lái)管理在超幀內(nèi)的傳輸。超幀可以被分時(shí)隙,并且節(jié)點(diǎn)可以在發(fā)送之前于任何時(shí)候使用CSMA-CA,除非該節(jié)點(diǎn)正處于它獨(dú)自擁有的保證時(shí)隙內(nèi)。在兩個(gè)信標(biāo)之間的時(shí)間被劃分成相等的時(shí)隙,獨(dú)立于超幀的持續(xù)時(shí)間。時(shí)隙被劃分成爭(zhēng)用訪問(wèn)時(shí)段(CAP)和無(wú)爭(zhēng)用時(shí)段(CFP)。保證時(shí)隙(GTS)被連接成由特定節(jié)點(diǎn)獨(dú)自擁有的無(wú)爭(zhēng)用時(shí)隙。在上述實(shí)例中,在206處發(fā)送的傳輸消息標(biāo)識(shí)了與下一個(gè)超幀關(guān)聯(lián)的通信信道。未獲得的終端節(jié)點(diǎn)切換并監(jiān)聽(tīng)在傳輸消息中標(biāo)識(shí)的通信信道,并且在緊隨信標(biāo)幀之后的超幀內(nèi)的適當(dāng)時(shí)隙中發(fā)送消息。
[0074]在一種實(shí)施例中,兩個(gè)傳輸信道被使用。假定FCC Part 15-29A的規(guī)則規(guī)定網(wǎng)絡(luò)在頻率跳變時(shí)不應(yīng)比其他信道更偏向某個(gè)信道,則兩個(gè)傳輸信道在FHSS方案中會(huì)是可取的。由于主節(jié)點(diǎn)101在每個(gè)信道跳變之間只用一個(gè)傳輸信道,因而主節(jié)點(diǎn)101對(duì)每個(gè)傳輸信道使用一段相對(duì)較短的時(shí)間,由此使這50個(gè)信道的總停歇時(shí)間平均達(dá)近似相同的值。在多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)出信標(biāo)幀并且每個(gè)這樣的發(fā)信節(jié)點(diǎn)均基于某種適當(dāng)?shù)乃惴ǚ峙淞嘶虿捎昧擞米髌鋫鬏斝诺赖男诺兰母话慵案鼜?fù)雜的實(shí)施例中,應(yīng)當(dāng)注意,用于每個(gè)發(fā)信節(jié)點(diǎn)的傳輸?shù)男诺罃?shù)能夠被選擇,使得調(diào)控要求得以滿足。
[0075]在某些網(wǎng)絡(luò)配置中,一個(gè)傳輸信道在頻率跳變方案中可以不提供足夠的停歇時(shí)間。例如,在9.8秒的時(shí)段內(nèi),前49個(gè)信道將每個(gè)被使用0.2秒。在該9.8秒的時(shí)段內(nèi),當(dāng)存在單個(gè)傳輸信道時(shí),傳輸信道將被使用49次,并且從而傳輸消息的信道停歇時(shí)間可以不超過(guò)0.2/49 = 0.004秒或者僅為4毫秒。在9.6kbps (也就是,9600位/秒)的數(shù)據(jù)速率下,主節(jié)點(diǎn)101能夠在4毫秒的信道停歇限制內(nèi)發(fā)送略少于5個(gè)字節(jié),所以如果單個(gè)傳輸信道被使用,則單個(gè)傳輸信道不會(huì)提供足夠的時(shí)間來(lái)允許整個(gè)傳輸消息(長(zhǎng)6個(gè)字節(jié))的傳輸。但是,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)使用兩個(gè)傳輸信道而不是一個(gè)傳輸信道時(shí),網(wǎng)絡(luò)將會(huì)在9.8秒內(nèi)平均使用這兩個(gè)傳輸信道中的每個(gè)傳輸信道24.5次,所以在傳輸信道中的所允許的停歇時(shí)間為0.2/24.8 = 8毫秒,該停歇時(shí)間對(duì)于以1.2字節(jié)/毫秒來(lái)發(fā)送6個(gè)字節(jié)是足夠的時(shí)間。
[0076]但是,如果前述約束不存在,則可以使用單個(gè)傳輸信道,或者可任選地可以使用超過(guò)兩個(gè)的傳輸信道。同樣地,該頻率跳變方案可以由DSSS碼片序列切換方案所代替或增強(qiáng),如上所述,在DSSS碼片序列切換方案中某些DSSS碼片序列專用于傳輸幀。
[0077]注意,如果通道信道數(shù)量改變,則上述計(jì)算在頻率跳變情形中可以針對(duì)調(diào)控順應(yīng)性進(jìn)行改變。例如,在頻率跳變中可以使用25個(gè)通信信道,而不是50個(gè)信道(這在某些情況下實(shí)際為FCC Part 15-29A的情形)。當(dāng)使用25個(gè)通信信道時(shí),則單個(gè)傳輸信道會(huì)是足夠的。
[0078]在上述實(shí)例中,傳輸信道可以在網(wǎng)絡(luò)被創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定(在202處)。但是,傳輸信道有時(shí)會(huì)經(jīng)歷到不適當(dāng)?shù)脑肼?。例如,并不能確定在信道集中的最后兩個(gè)信道將總是無(wú)過(guò)量環(huán)境(EM)噪聲的。相反,主節(jié)點(diǎn)101可以通過(guò)例如監(jiān)測(cè)信號(hào)質(zhì)量來(lái)確定某些信道是否正受到不適當(dāng)?shù)脑肼暋.?dāng)傳輸信道受到不適當(dāng)?shù)脑肼晻r(shí),主節(jié)點(diǎn)101識(shí)別出噪聲并且確定該傳輸信道應(yīng)當(dāng)被改變,以便使協(xié)議變得更穩(wěn)健且適用性更廣泛。因此,由主節(jié)點(diǎn)101在每個(gè)信道跳變開(kāi)始時(shí)發(fā)送的信標(biāo)幀402將會(huì)包含關(guān)于有多少通信/傳輸信道被使用以及哪些信道正用于信道傳輸?shù)男畔?。還應(yīng)當(dāng)注意,在并非所有信標(biāo)幀都源自于主節(jié)點(diǎn)的情形中,主節(jié)點(diǎn)可以在該發(fā)信節(jié)點(diǎn)能夠開(kāi)始發(fā)送信標(biāo)幀之前允許新的發(fā)信節(jié)點(diǎn)。同樣地,發(fā)信節(jié)點(diǎn)可以從主節(jié)點(diǎn)處接收用于傳輸信道使用的特定信道分配,該信道分配作為發(fā)信節(jié)點(diǎn)調(diào)試或重新調(diào)試及可持續(xù)管理過(guò)程的一部分。作為選擇,主節(jié)點(diǎn)可以指定從算法或準(zhǔn)則集選項(xiàng)的集合中選出的特定的算法或準(zhǔn)則集作為該調(diào)試和管理過(guò)程的一部分,該算法或準(zhǔn)則可以由新的發(fā)信節(jié)點(diǎn)自己用來(lái)選擇它自己的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道。
[0079]可任選地,為了遵守調(diào)控要求或安全要求,特定的實(shí)現(xiàn)方式可以指定可由全部已獲得的及未獲得的節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)的算法或外部的密鑰或指標(biāo),該密鑰或指標(biāo)能夠用于具有其他ID字段和參數(shù)的算法或“哈?!庇?jì)算中,以為特定的發(fā)信節(jié)點(diǎn)確定一個(gè)或多個(gè)傳輸信道(包括頻率傳輸信道和/或DSSS傳輸碼片序列),并且該一個(gè)或多個(gè)傳輸信道可以針對(duì)給定的發(fā)信節(jié)點(diǎn)不時(shí)地改變,這受算法或哈希及其輸入?yún)?shù)所支配。例如,連同網(wǎng)絡(luò)ID和網(wǎng)絡(luò)硬件專用的安全密鑰一起的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間戳(與可用于休眠節(jié)點(diǎn)的小功率RC型時(shí)鐘結(jié)合)可以由新醒來(lái)的終端節(jié)點(diǎn)使用,以預(yù)期給定的發(fā)信節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道,尤其是在新醒來(lái)的終端節(jié)點(diǎn)在特定的發(fā)信節(jié)點(diǎn)方面具有某些歷史(例如,在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)已知什么傳輸信道集正由該發(fā)信節(jié)點(diǎn)使用)的情況下。這種對(duì)變動(dòng)的傳輸信道分配的允許使得一般的信道使用在網(wǎng)絡(luò)外部的設(shè)備看起來(lái)更隨機(jī),提高了安全性,并且使調(diào)控順應(yīng)性變得更可行。
[0080]當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)或中繼器節(jié)點(diǎn)103、105醒來(lái)或首次啟動(dòng)時(shí),新的(未獲得的)中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105能夠?qū)Πl率信道和/或DSSS碼片組在內(nèi)的全部信道進(jìn)行全面的網(wǎng)絡(luò)搜索(全面的網(wǎng)絡(luò)掃描)。但是,憑借在信標(biāo)幀內(nèi)的信息,新的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105不需要掃描全部信道,但相反地能夠基于在傳輸消息404和信標(biāo)幀402內(nèi)的信息來(lái)確定如何加入給定的網(wǎng)絡(luò)。一旦新啟動(dòng)的但未獲得的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105知道了傳輸信道,新的中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)103、105就不再需要進(jìn)行全面的網(wǎng)絡(luò)掃描,并且能夠迅速地使用傳輸信道來(lái)獲悉哪個(gè)通信信道是適當(dāng)?shù)男诺?,不?huì)在長(zhǎng)時(shí)間的信道搜索上浪費(fèi)能量。
[0081]圖5示出了可以類似地應(yīng)用于頻率信道跳變方案和DSSS碼片組定義的信道切換方案的用于管理節(jié)點(diǎn)的連接的示例性過(guò)程。在這種情況下,例如只允許主節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)幀。主節(jié)點(diǎn)501創(chuàng)建具有通信信道(CC) 520-523和傳輸信道(TC)530、531的網(wǎng)絡(luò)??梢源嬖诎凑?偽)隨機(jī)的順序訪問(wèn)的多個(gè)通信信道,例如,通常數(shù)量高達(dá)50個(gè),但是在圖中僅示出標(biāo)記為520、521、522和523的前三個(gè)和最后一個(gè)(信道號(hào)7、34、18,且最后為23)。在圖5的頂部的行示出了每個(gè)信道的時(shí)間線,時(shí)間從左到右增加。如果該圖被擴(kuò)大到示出全部50個(gè)信道,則每個(gè)信道將示出它自己的具有唯一的時(shí)間位置以及在連續(xù)的信標(biāo)幀之間的均勻時(shí)間間隔的信標(biāo)幀標(biāo)記。注意,剛好在每個(gè)信標(biāo)幀于一個(gè)常規(guī)的通信信道(520-523)上的傳輸之前,傳輸巾貞544在兩個(gè)傳輸信道(530、531)之一上發(fā)送。
[0082]如前所述,每個(gè)傳輸幀544給出了下一個(gè)通信信道的信道編號(hào)。網(wǎng)絡(luò)包含主節(jié)點(diǎn)、中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)501、503、505。信標(biāo)幀542還給出了優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍(PA編號(hào)范圍)的起始編號(hào)和結(jié)束編號(hào)(PAS和PAE)的值。PA編號(hào)范圍由于以下原因而為有用的。當(dāng)節(jié)點(diǎn)503、505 (中繼器節(jié)點(diǎn)或結(jié)束節(jié)點(diǎn))連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí),分配給中繼器節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)503、505的編號(hào)之一是“父節(jié)點(diǎn)”的ID編號(hào)(網(wǎng)絡(luò)地址)。如果終端節(jié)點(diǎn)505經(jīng)由附近的中繼器節(jié)點(diǎn)503連接到網(wǎng)絡(luò),則父節(jié)點(diǎn)一般將為該中繼器節(jié)點(diǎn)503。有時(shí)終端節(jié)點(diǎn)505在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)將會(huì)直接連接到主節(jié)點(diǎn)501。不管怎樣,在終端節(jié)點(diǎn)505加入網(wǎng)絡(luò)時(shí),新的節(jié)點(diǎn)505將會(huì)連同父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID —起接收PA編號(hào)。在一種實(shí)施例中,終端節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào)可以與父節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào)相同。隨著每個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)503通過(guò)連接到主節(jié)點(diǎn)501來(lái)加入網(wǎng)絡(luò),主節(jié)點(diǎn)501對(duì)每個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)503賦以不同的PA編號(hào)。然后,當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)505開(kāi)始經(jīng)由附近的中繼器節(jié)點(diǎn)503連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí),每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)505繼承其父節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào)。
[0083]例如,在圖5中,三個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)503 (節(jié)點(diǎn)RA、RB和RC)可以加入由主節(jié)點(diǎn)501新創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)。隨著這三個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)503加入,主節(jié)點(diǎn)501給每個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)分配PA編號(hào)535A-535C(例如,分別為10、20和30)。然后假定九個(gè)終端節(jié)點(diǎn)505啟動(dòng)并加入網(wǎng)絡(luò)。這些新的終端節(jié)點(diǎn)505的前四個(gè)(1-4)經(jīng)由中繼器節(jié)點(diǎn)RA加入,并且因此接收PA編號(hào)10。下兩個(gè)(5-6)節(jié)點(diǎn)505使用中繼器節(jié)點(diǎn)RB加入,并且接收PA編號(hào)20。最后三個(gè)(7_9)終端節(jié)點(diǎn)505使用最后的中繼器RC來(lái)加入網(wǎng)絡(luò),并從而接收PA編號(hào)30。每個(gè)PA編號(hào)起著子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的作用,并且每個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)503表示相應(yīng)子網(wǎng)絡(luò)的頭(網(wǎng)關(guān))。這些中繼器503并不是真正的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn),因?yàn)槿绻麃?lái)自主節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀到來(lái),則每個(gè)中繼器可能僅(在本實(shí)施例中)中繼來(lái)自主節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀(關(guān)于該中繼的細(xì)節(jié)出于簡(jiǎn)單起見(jiàn)而被從圖5中刪除)。但是,在以上所描述的更復(fù)雜的實(shí)施例中,能夠?qū)γ總€(gè)信標(biāo)賦以按照它自己的(偽)隨機(jī)頻率信道跳變或DSSS碼片組切換序列經(jīng)由通信信道來(lái)生成它自己的信標(biāo)幀的權(quán)利,利用它自己的傳輸信道集來(lái)預(yù)先宣告每個(gè)頻率跳變,如同以上所描述的。圖5所示的理念對(duì)于簡(jiǎn)單的情形能夠通過(guò)類比于更復(fù)雜的情形來(lái)擴(kuò)展。
[0084]PA編號(hào)的一種用途如下。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)501發(fā)出信標(biāo)幀542時(shí),信標(biāo)幀542包含PA編號(hào)的范圍的起始值和結(jié)束值(PAS和PAE)。在與信標(biāo)幀542關(guān)聯(lián)的間隔(直到0.2秒長(zhǎng)的信道停歇時(shí)間結(jié)束時(shí)的時(shí)間段)內(nèi),只有具有在所傳輸?shù)姆秶畠?nèi)的PA編號(hào)的那些中繼器節(jié)點(diǎn)503A-503C具有中繼信標(biāo)幀的權(quán)限,并從而允許終端節(jié)點(diǎn)505在它們各自的子網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)的傳輸。例如,在一個(gè)信標(biāo)幀542A期間,主節(jié)點(diǎn)501將會(huì)包含與RA中繼器節(jié)點(diǎn)503A關(guān)聯(lián)的PA編號(hào)范圍535A。只有RA中繼器節(jié)點(diǎn)503A中繼該信標(biāo)幀542A,并且只有終端節(jié)點(diǎn)505A在信標(biāo)巾貞542A之后經(jīng)由信道520來(lái)傳輸消息。在下一個(gè)信標(biāo)巾貞542B期間,包含了 PA編號(hào)范圍535B,并從而中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)503B和505B相應(yīng)地作出應(yīng)答。PA編號(hào)的上述用法在網(wǎng)絡(luò)變得很大的情況下是有用的,并且允許全部節(jié)點(diǎn)在任一時(shí)刻都可以訪問(wèn)同一信標(biāo)幀是不實(shí)際的。同樣地,PA編號(hào)的另一種效用是允許主節(jié)點(diǎn)針對(duì)在并非網(wǎng)絡(luò)中的全部節(jié)點(diǎn)都能夠收聽(tīng)到來(lái)自所有其他節(jié)點(diǎn)的全部消息時(shí)防止消息重疊方面來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)。
[0085]例如,當(dāng)具有四個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)(北、南、東和西)的且主節(jié)點(diǎn)位于中心的大的及物理分布的網(wǎng)絡(luò)被使用時(shí),北部中繼器的終端節(jié)點(diǎn)全部都能夠相互收聽(tīng)到,并且能夠收聽(tīng)到它們的中繼器。類似地,南部中繼器的終端節(jié)點(diǎn)全部都能夠相互收聽(tīng)到,并且還能夠收聽(tīng)到它們的中繼器。并且對(duì)于東部和西部中繼器以此類推。在每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都含有大量的節(jié)點(diǎn)和/或存在大量的網(wǎng)絡(luò)事件(在一段時(shí)間內(nèi)有大量的消息)的情形中,來(lái)自不能相互收聽(tīng)到的兩個(gè)不同的子網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)兩者都將試圖同時(shí)發(fā)送消息的可能性將會(huì)增大。要避免這種潛在的消息沖突,主節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)在每個(gè)信標(biāo)幀中使用PA編號(hào)范圍來(lái)在任何時(shí)候限制這兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中的哪個(gè)子網(wǎng)絡(luò)是活動(dòng)的。
[0086]可任選地,該方法可以給每個(gè)中繼器(每個(gè)子網(wǎng)絡(luò))分配它自己的網(wǎng)絡(luò)專用信道跳變/切換順序。全部中繼器仍然在相同的信道集上與主節(jié)點(diǎn)通信,具有相同的傳輸信道方案(不管傳輸信道方案使用的是FHSS技術(shù)還是DSSS技術(shù))。但是,當(dāng)活動(dòng)的中繼器回過(guò)頭與其終端節(jié)點(diǎn)交談時(shí),活動(dòng)的中繼器能夠在不同的傳輸信道集上這樣做并且在常規(guī)的通信信道當(dāng)中使用不同的順序來(lái)跳變。這在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)變得非常大時(shí)變得非常有用。例如,在一種情形中,可以存在30個(gè)中繼器(以及30個(gè)各自的子網(wǎng)絡(luò)),在子網(wǎng)絡(luò)的集合中有總數(shù)為數(shù)千個(gè)的終端節(jié)點(diǎn),并且主節(jié)點(diǎn)可以給每個(gè)中繼器分配PA編號(hào),使得在任何給定的時(shí)刻,只有這30個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中的5-10個(gè)是活動(dòng)的,并且在那些活動(dòng)的子網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有兩個(gè)同時(shí)正在使用相同的頻率信道或DSSS碼片序列跳變順序。這創(chuàng)建了“串-并聯(lián)”布局,在該“串-并聯(lián)”布局中,在每個(gè)0.2秒的信道停歇開(kāi)始時(shí),全部中繼器跳至同一信道(頻率信道或DSSS碼片組)以與主節(jié)點(diǎn)通信(Rx和Tx)(循環(huán)的“串聯(lián)”部分)。然后,當(dāng)每個(gè)中繼器完成了其與主節(jié)點(diǎn)間的業(yè)務(wù)時(shí),它使用它自己的信道順序和傳輸信道分配來(lái)跳至它自己的子網(wǎng)絡(luò)以與它自己的終端節(jié)點(diǎn)交談。因?yàn)轭l率信道或DSSS碼片序列的各個(gè)集合在子網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中是相互正交的,所以該子網(wǎng)絡(luò)通信能夠全部同時(shí)發(fā)生(循環(huán)的“并聯(lián)”部分)。
[0087]圖6示出了根據(jù)一種可替換的實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的用于管理網(wǎng)絡(luò)通信的方法。該方法可以按照FHSS和/或DSSS信道跳變方案來(lái)使用。在602處開(kāi)始,主節(jié)點(diǎn)經(jīng)由與層I和層2的節(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)聯(lián)的傳輸信道(以下稱為T(mén)1-2傳輸信道或T1-2TC)來(lái)發(fā)送傳輸消息。傳輸消息指定主節(jié)點(diǎn)將要用以發(fā)送后續(xù)的信標(biāo)幀的通信信道。主節(jié)點(diǎn)所遵循的跳變方案對(duì)應(yīng)于層1-層2通信信道跳變方案和傳輸信道管理方案。如同以下所解釋的,主節(jié)點(diǎn)經(jīng)由分離的且與中繼器節(jié)點(diǎn)隨后用以與終端節(jié)點(diǎn)通信的傳輸信道不同的一個(gè)或多個(gè)傳輸信道與在第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn)通信。
[0088]因此,根據(jù)圖6的實(shí)施例,至少一個(gè)層1-層2(Τ1-2)傳輸信道與在主節(jié)點(diǎn)和中繼器節(jié)點(diǎn)之間的通信唯一關(guān)聯(lián)。分離且獨(dú)特的層2-層3(T2-3)傳輸信道被指定并被保持于中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)之間。可任選地,多個(gè)分離且獨(dú)特的傳輸信道可以用于不同的中繼器節(jié)點(diǎn)。例如,一個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)或一組中繼器節(jié)點(diǎn)可以使用一個(gè)傳輸信道,而另一個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)或另一組中繼器節(jié)點(diǎn)使用分離且獨(dú)特的傳輸信道。
[0089]可任選地,由主節(jié)點(diǎn)、中繼器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)使用的通信信道可以是相同的信道,但是在互不干擾的不同跳變方案中使用。例如,主節(jié)點(diǎn)可以發(fā)起在通信信道之間的跳變方案,但是遵循第一跳變順序(T1-2跳變方案),而中繼器節(jié)點(diǎn)遵循不同的跳變順序(稱為T(mén)2-3跳變方案)。中繼器節(jié)點(diǎn)管理層2-3的跳變方案,以避免與在T1-2跳變方案中使用的通信信道相互干擾或者同時(shí)使用它們。應(yīng)當(dāng)注意,一般地,在數(shù)量相對(duì)較大的中繼器節(jié)點(diǎn)正在操作并且使用它們自己的跳變序列的情形中,這些跳變序列,不管是頻率信道還是DSSS碼片組,通常會(huì)是相互正交的或者幾乎相互正交的。也就是,作為集合看待的跳變序列在任何時(shí)候都不會(huì)包含多個(gè)使用任何給定的信道作為其當(dāng)前的活動(dòng)信道的節(jié)點(diǎn)。
[0090]一旦主節(jié)點(diǎn)在602處經(jīng)由T1-2TC發(fā)送了傳輸消息,主節(jié)點(diǎn)接下來(lái)就按照Tl_2跳變方案經(jīng)由Τ1-2通信信道(T1-2CC)來(lái)發(fā)送信標(biāo)幀。
[0091]在604處,中繼器節(jié)點(diǎn),在接收到來(lái)自主節(jié)點(diǎn)的傳輸消息之后,經(jīng)由Τ2-3傳輸信道來(lái)發(fā)送已修改的傳輸消息,用于指定與Τ2-3跳變方案關(guān)聯(lián)的當(dāng)前的Τ2-3通信信道。由中繼器節(jié)點(diǎn)傳達(dá)的傳輸消息修改來(lái)自主節(jié)點(diǎn)所傳達(dá)的傳輸消息,以避免為當(dāng)前正由主節(jié)點(diǎn)使用的終端節(jié)點(diǎn)指定相同的活動(dòng)通信信道。例如,當(dāng)主節(jié)點(diǎn)在602處發(fā)送將信道5指定為Τ1-2的活動(dòng)通信信道的信標(biāo)幀時(shí),中繼器節(jié)點(diǎn)可以經(jīng)由Τ2-3的傳輸信道來(lái)發(fā)送已修改的傳輸消息,將信道10指定為Τ2-3的活動(dòng)通信信道,從而使在節(jié)點(diǎn)內(nèi)使用的當(dāng)前通信信道增加為比由主節(jié)點(diǎn)指定的信道數(shù)大或小的預(yù)定信道數(shù)。
[0092]在606處,終端節(jié)點(diǎn)按照已修改的傳輸消息并且按照T2-3跳變方案跳至指定的T2-3通信信道。
[0093]在608處,中繼器節(jié)點(diǎn)經(jīng)由指定的T2-3通信信道來(lái)發(fā)送T2_3信標(biāo)幀。在610處,終端節(jié)點(diǎn)在接收到來(lái)自中繼器節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀之后獲得了指定的Τ2-3通信信道。終端節(jié)點(diǎn)然后根據(jù)將由相應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的或報(bào)告的當(dāng)前操作將任意消息傳輸?shù)街欣^器節(jié)點(diǎn)。中繼器節(jié)點(diǎn)按照緊隨相應(yīng)的信標(biāo)幀之后的時(shí)隙在608處傳輸?shù)男艠?biāo)幀之后接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)消息。一旦中繼器節(jié)點(diǎn)在緊隨信標(biāo)幀之后的時(shí)隙內(nèi)已經(jīng)接收到來(lái)自關(guān)聯(lián)的終端節(jié)點(diǎn)的任何消息,則中繼器節(jié)點(diǎn)在612處將該信息中繼到主節(jié)點(diǎn)。
[0094]在612處,中繼器節(jié)點(diǎn)將來(lái)自與中繼器節(jié)點(diǎn)連接的終端節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)的任何終端節(jié)點(diǎn)消息中繼到主節(jié)點(diǎn)。消息經(jīng)由在602處指定的Τ1-2通信信道中繼到主節(jié)點(diǎn)。
[0095]圖6的過(guò)程反復(fù)操作,使得在主節(jié)點(diǎn)傳達(dá)每個(gè)新的傳輸消息和每個(gè)新的信標(biāo)幀時(shí),中繼器節(jié)點(diǎn)修改傳輸消息以指定目前沒(méi)有被主節(jié)點(diǎn)使用的活動(dòng)的通信信道。通過(guò)使用不同的通信信道和分離的傳輸信道,圖6的方法形成了以上所提及的串-并聯(lián)通信布局。
[0096]可任選地,在指派PA范圍(起始和結(jié)束的PA編號(hào))時(shí),主節(jié)點(diǎn)能夠?qū)θ我鈨蓚€(gè)中繼器之間的物理距離予以考慮,并從而使在兩個(gè)不同的子網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)在它們偶然試圖使用同一信道(頻率信道或DSSS碼片組)時(shí)干擾彼此的消息的影響最小化。也就是,PA編號(hào)范圍被選擇,使得在給定的物理區(qū)域內(nèi)每次只有一個(gè)中繼器是活動(dòng)的。圖7示出了根據(jù)一種實(shí)施例形成的DSSS碼片序列切換方法或協(xié)議。該方法或協(xié)議特定于DSSS碼片組/序列切換方案,但是可適合于FHSS頻率跳變方案。為了創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò),在702處,主節(jié)點(diǎn)101 (圖1所示)可以在主節(jié)點(diǎn)101想要使用的信道集上掃描現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),其中信道由DSSS碼片組所定義。作為選擇,網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用于建立基于DSSS的網(wǎng)絡(luò)的任何常規(guī)技術(shù)來(lái)創(chuàng)建。在確定能夠創(chuàng)建新的網(wǎng)絡(luò)之后,主節(jié)點(diǎn)101選擇網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)。
[0097]在704處,主節(jié)點(diǎn)101為新的網(wǎng)絡(luò)選擇操作參數(shù)。主節(jié)點(diǎn)101還定義了一組通信信道碼片組以及在網(wǎng)絡(luò)中僅用于將跳變和安全參數(shù)傳遞給其他節(jié)點(diǎn)(例如,圖1所示的中繼器節(jié)點(diǎn)103、終端節(jié)點(diǎn)105和/或非網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)107)的至少一個(gè)傳輸信道碼片組。
[0098]在706處,子節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)傳輸信道碼片組。子節(jié)點(diǎn)可以是(i)首次嘗試加入網(wǎng)絡(luò)的非連接的節(jié)點(diǎn),Qi)在從休眠中醒來(lái)之后嘗試重新加入或重新獲取網(wǎng)絡(luò)的已連接的節(jié)點(diǎn),或者(iii)當(dāng)前獲取到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)可以是終端節(jié)點(diǎn)105或中繼器節(jié)點(diǎn)103,因?yàn)閮烧叨际侵鞴?jié)點(diǎn)101的子節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)可以知道傳輸信道碼片組,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)預(yù)先編程有傳輸信道碼片組,傳輸信道碼片組是標(biāo)準(zhǔn)的或可預(yù)測(cè)的碼片組,或者子節(jié)點(diǎn)可以被配置用于掃描在監(jiān)聽(tīng)傳輸消息的一組可用的碼片組。
[0099]在708處,父節(jié)點(diǎn)使用傳輸信道碼片組來(lái)發(fā)送傳輸消息。父節(jié)點(diǎn)可以是主節(jié)點(diǎn)101和中繼器節(jié)點(diǎn)103,因?yàn)橹鞴?jié)點(diǎn)101可以將傳輸消息發(fā)送給中繼器節(jié)點(diǎn)103,并且中繼器節(jié)點(diǎn)103可以將傳輸消息(或者已修改的傳輸消息,如圖所示)轉(zhuǎn)發(fā)到終端節(jié)點(diǎn)105。對(duì)于不知道傳輸信道碼片組的設(shè)備,傳輸消息聽(tīng)起來(lái)像偽噪聲,并且是不可譯的。對(duì)于知道傳輸信道碼片組的接收器,傳輸消息標(biāo)識(shí)了用于定義由主節(jié)點(diǎn)101指導(dǎo)的下一個(gè)通信信道的碼片組。
[0100]由于在網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個(gè)指定的傳輸信道碼片組,因而子節(jié)點(diǎn)在706處可以正在監(jiān)聽(tīng)在708處沒(méi)有由父節(jié)點(diǎn)用來(lái)傳輸該特定的傳輸消息的傳輸信道碼片組。因此,在710處,子節(jié)點(diǎn)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)傳輸信道碼片組來(lái)確定它是否已經(jīng)接收到了傳輸消息。如果傳輸消息由父節(jié)點(diǎn)使用與子節(jié)點(diǎn)正在監(jiān)聽(tīng)的碼片組(例如,信道碼片組49)不同的傳輸信道碼片組(例如,信道碼片組48)來(lái)發(fā)送,則子節(jié)點(diǎn)尚未接收到傳輸消息,所以流程返回到706,在706處,子節(jié)點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)同一傳輸信道碼片組。由子節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)的傳輸信道碼片組可以是由父節(jié)點(diǎn)用來(lái)發(fā)送傳輸消息的下一個(gè)碼片組。如果子節(jié)點(diǎn)正在監(jiān)聽(tīng)父節(jié)點(diǎn)用來(lái)發(fā)送傳輸消息的同一傳輸信道碼片組,則流程前進(jìn)到712,因?yàn)樽庸?jié)點(diǎn)接收到了傳輸消息。
[0101]一旦子節(jié)點(diǎn)接收到傳輸消息,則在傳輸幀404內(nèi)的通信信道編號(hào)字段423 (在圖4中示出)通知子節(jié)點(diǎn)有關(guān)將要被用來(lái)定義下一個(gè)通信通道的碼片組。在由主節(jié)點(diǎn)101于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中指定的時(shí)間量之后,子節(jié)點(diǎn)可以在712處切換至“下一個(gè)”通信信道碼片組(現(xiàn)在為當(dāng)前/活動(dòng)的通信信道碼片組)以將消息傳輸給主節(jié)點(diǎn)101和/或網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。如果子節(jié)點(diǎn)是之前尚未獲得的,則子節(jié)點(diǎn)通過(guò)使用該“下一個(gè)” /活動(dòng)的通信信道碼片組通信來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)。在714處,父節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)并處理由子節(jié)點(diǎn)使用活動(dòng)的通信信道碼片組發(fā)送的消息。
[0102]在716處,主節(jié)點(diǎn)101和/或中繼器節(jié)點(diǎn)103確定在活動(dòng)的通信信道上是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最大的信道停歇時(shí)間。若否,則流程返回712-714,在712-714處子節(jié)點(diǎn)繼續(xù)使用“下一個(gè)”/活動(dòng)的通信信道碼片組與父節(jié)點(diǎn)通信。如果已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最大的停歇時(shí)間,則流程從716前進(jìn)到706,并且重復(fù)該過(guò)程。回到706,當(dāng)前已獲得的子節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在監(jiān)聽(tīng)含有將用于標(biāo)識(shí)新的下一個(gè)通信信道碼片組的新的傳輸消息的傳輸信道碼片組,因?yàn)橹鞴?jié)點(diǎn)101繼續(xù)切換指定的通信信道。例如,如果存在兩個(gè)指定的傳輸信道碼片組(例如,48和49),則主節(jié)點(diǎn)101可以在傳輸信道碼片組之間交替。因此,如果前一個(gè)傳輸信道碼片組為48,則在網(wǎng)絡(luò)中的當(dāng)前已獲得的節(jié)點(diǎn)在706處可以被配置用于監(jiān)聽(tīng)碼片組49以保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)的獲得。
[0103]可任選地,主節(jié)點(diǎn)101 (或中繼器節(jié)點(diǎn)103)可以使用“下一個(gè)”/活動(dòng)的通信信道碼片組來(lái)發(fā)送信標(biāo)消息。信標(biāo)消息可以協(xié)調(diào)諸如碼片組時(shí)隙時(shí)序以及傳輸信道的標(biāo)識(shí)之類的參數(shù)。
[0104]在一種可替換的實(shí)施例中,信標(biāo)消息可以含有用于標(biāo)識(shí)在DSSS信道跳變方案中的下一個(gè)通信信道碼片組通信信道編號(hào)字段(類似于或等同于傳輸幀404的CCN 423)。在本實(shí)施例中,已獲得的節(jié)點(diǎn)在獲取了網(wǎng)絡(luò)之后可以不需要監(jiān)聽(tīng)傳輸信道碼片組。因此,在716處,在已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最大的停歇時(shí)間之后,用于已獲得的節(jié)點(diǎn)的流程可以跳過(guò)階段706-710,并直接返回到712,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)從之前活動(dòng)的通信信道碼片組直接切換到由使用之前活動(dòng)的通信信道碼片組的信標(biāo)消息指定的“下一個(gè)”/活動(dòng)的通信信道碼片組。
[0105]本文所描述的實(shí)施例可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域,例如,在其中大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)被共同地使用于待銷售的零售品、商店職員的人身(身體)、工具、資產(chǎn)、固定感測(cè)的位置(例如,貨架邊緣、入口、銷售點(diǎn)隊(duì)列)等上的零售店中。
[0106]除了 rass方案之外或者作為選擇,至少還有一種實(shí)施例使用了 DSSS碼片組選擇方案,用于隨著中繼器數(shù)量擴(kuò)大而提供用于提供網(wǎng)絡(luò)容量的統(tǒng)一串-并聯(lián)擴(kuò)展的同樣好處的技術(shù)效果。
[0107]應(yīng)當(dāng)理解,上述描述意指為說(shuō)明性的,而非限制性的。例如,以上所描述的實(shí)施例(和/或它們的各個(gè)方面)可以彼此結(jié)合起來(lái)使用。另外,在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下,可以進(jìn)行許多修改以使特定的情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)。雖然本文所描述的代碼和協(xié)議意在定義本發(fā)明的參數(shù),但是它們決不是限制性的,而是示例性的實(shí)施例。許多別的實(shí)施例對(duì)于回顧了以上描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是明顯的。因此,本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)連同此類權(quán)利要求所授權(quán)的等價(jià)物的完整范圍一起參照所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定。在所附的權(quán)利要求書(shū)中,術(shù)語(yǔ)“包括”和“在其中”被用作各自的術(shù)語(yǔ)“包含”和“其中”的通俗英語(yǔ)等效形式。而且,在隨附的權(quán)利要求書(shū)中,術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅作標(biāo)簽使用,而并非意指對(duì)它們的對(duì)象強(qiáng)加數(shù)字上的要求。此外,隨附的權(quán)利要求書(shū)的限定不是按照方法加功能的格式來(lái)寫(xiě)的,并且并非意指基于35U.S.C.§ 112的第六節(jié)來(lái)解釋的,除非及直至這樣的權(quán)利要求限定明確使用緊跟有關(guān)于沒(méi)有更多結(jié)構(gòu)的功能的陳述的短語(yǔ)“用于…的手段(means for) ”。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在主節(jié)點(diǎn)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間提供無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法,所述節(jié)點(diǎn)與傳感器關(guān)聯(lián),所述方法包括: 基于信道跳變方案而定義所述主節(jié)點(diǎn)用以與所述節(jié)點(diǎn)通信的通信信道; 定義專用于載送由所述主節(jié)點(diǎn)廣播的傳輸幀的至少一個(gè)傳輸信道; 通過(guò)定位所述至少一個(gè)傳輸信道來(lái)監(jiān)聽(tīng)傳輸消息而配置尚未為所述網(wǎng)絡(luò)獲得的未獲得節(jié)點(diǎn),以便進(jìn)入連接會(huì)話,所述傳輸消息指示出將變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道;以及 將所述未獲得節(jié)點(diǎn)切換到所述下一個(gè)通信信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述未獲得節(jié)點(diǎn)在所述下一個(gè)通信信道上監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)幀,所述未獲得節(jié)點(diǎn)將所述信標(biāo)幀用作時(shí)序基準(zhǔn)以使所述未獲得節(jié)點(diǎn)能夠獲取所述網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中所述信標(biāo)幀包含下列字段: a)用于指示存在有多少個(gè)傳輸信道的傳輸信道總數(shù)字段; b)用于指示在所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的哪些信道表示傳輸信道的傳輸信道編號(hào)字段;以及 c)用于指示與被授權(quán)在同所述信標(biāo)幀相關(guān)的超幀期間經(jīng)由所述網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的范圍的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述傳輸消息包含用于指示將要變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道的編號(hào)的通信信道編號(hào)字段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述信道跳變方案是直接序列擴(kuò)頻DSSS碼片組選擇方案,由相互正交的DSSS碼片組定義的所述通信信道以及所述至少一個(gè)傳輸信道使用單個(gè)恒定載波頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中所述主節(jié)點(diǎn)使用傳輸信道碼片組來(lái)發(fā)送所述傳輸消息,所述傳輸消息指示下一個(gè)通信信道碼片組,所述下一個(gè)通信信道碼片組在所述DSSS碼片組選擇方案中被指定為在所述網(wǎng)絡(luò)中的所述下一個(gè)通信信道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括定義至少兩個(gè)傳輸信道,所述主節(jié)點(diǎn)經(jīng)由所述傳輸信道中的每個(gè)傳輸信道交替地發(fā)送傳輸消息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,還包括當(dāng)前已為所述網(wǎng)絡(luò)獲得的已獲得節(jié)點(diǎn),所述已獲得節(jié)點(diǎn)通過(guò)交替地定位所述傳輸信道中的每個(gè)傳輸信道來(lái)繼續(xù)所述連接會(huì)話,以接收所述傳輸消息并且切換到每個(gè)下一個(gè)通信信道以繼續(xù)與所述網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述信道跳變方案在所述主節(jié)點(diǎn)的指導(dǎo)之下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中第一傳輸信道被定義用于在所述主節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)之間使用,而不同的第二傳輸信道被定義用于在所述父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)之間使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述傳輸消息指示與由信標(biāo)幀發(fā)起的下一個(gè)超幀關(guān)聯(lián)的所述下一個(gè)通信信道。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述定義包括定義在第一層內(nèi)的主節(jié)點(diǎn)、在第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn),以及在第三層內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn),每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都與所述中繼器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)關(guān)聯(lián),所述方法還包括:給在所述第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn)提供優(yōu)先訪問(wèn)PA編號(hào),促使終端節(jié)點(diǎn)繼承所述關(guān)聯(lián)的中繼器節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào),并且使用所述PA編號(hào)來(lái)控制對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。
13.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),包括: 主節(jié)點(diǎn),所述主節(jié)點(diǎn)被配置用于基于信道跳變方案來(lái)定義所述主節(jié)點(diǎn)用以與節(jié)點(diǎn)通信的通信信道,并且定義專用于載送由所述主節(jié)點(diǎn)廣播的傳輸幀的至少一個(gè)傳輸信道,所述主節(jié)點(diǎn)被配置用于發(fā)送所述傳輸幀,所述傳輸幀每個(gè)都指示下一個(gè)通信信道,所述主節(jié)點(diǎn)被配置用于經(jīng)由所述下一個(gè)通信信道來(lái)發(fā)送信標(biāo)幀;以及 與傳感器關(guān)聯(lián)的未獲得節(jié)點(diǎn),所述未獲得節(jié)點(diǎn)尚未為所述網(wǎng)絡(luò)獲得,所述未獲得節(jié)點(diǎn)被配置為通過(guò)定位所述傳輸信道來(lái)監(jiān)聽(tīng)所述傳輸幀而進(jìn)入連接會(huì)話,所述未獲得節(jié)點(diǎn)被配置為切換至所述下一個(gè)通信信道并且監(jiān)聽(tīng)所述信標(biāo)幀,所述未獲得節(jié)點(diǎn)被配置為將所述信標(biāo)幀用作時(shí)序基準(zhǔn)以使所述未獲得節(jié)點(diǎn)能夠獲取所述網(wǎng)絡(luò)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述信標(biāo)幀包含下列字段: a)用于指示存在有多少個(gè)傳輸信道的傳輸信道總數(shù)字段; b)用于指示在所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的哪些信道表示傳輸信道的傳輸信道編號(hào)字段;以及 c)用于指示與被授權(quán)在同所述信標(biāo)幀相關(guān)的超幀期間經(jīng)由所述網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)的范圍的優(yōu)先訪問(wèn)編號(hào)范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述傳輸幀包含用于指示將要變?yōu)榛顒?dòng)的下一個(gè)通信信道的編號(hào)的通信信道編號(hào)字段。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的網(wǎng)絡(luò),還包括已為所述網(wǎng)絡(luò)獲得的已獲得節(jié)點(diǎn),其中所述未獲得節(jié)點(diǎn)和已獲得節(jié)點(diǎn)使用所述信標(biāo)幀來(lái)執(zhí)行無(wú)沖突信標(biāo)調(diào)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述信道跳變方案是直接序列擴(kuò)頻DSSS碼片組選擇方案,由相互正交的DSSS碼片組定義的所述通信信道以及所述至少一個(gè)傳輸信道使用單個(gè)恒定載波頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述主節(jié)點(diǎn)定義至少兩個(gè)傳輸信道碼片組,并且經(jīng)由所述傳輸信道碼片組中的每個(gè)傳輸信道碼片組交替地發(fā)送傳輸幀。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述節(jié)點(diǎn)被配置用于切換至由所述傳輸幀內(nèi)的所述主節(jié)點(diǎn)指定的下一個(gè)通信信道碼片組,并且用于使用所述下一個(gè)通信信道碼片組來(lái)監(jiān)聽(tīng)由所述主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)幀。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述主節(jié)點(diǎn)指導(dǎo)所述DSSS碼片組選擇方案。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的網(wǎng)絡(luò),其中第一傳輸信道碼片組被定義用于在所述主節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)之間使用,而不同的第二傳輸信道碼片組被定義用于在所述父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)之間使用。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述傳輸幀指示與由所述信標(biāo)幀發(fā)起的下一個(gè)超幀關(guān)聯(lián)的所述下一個(gè)通信信道碼片組。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的網(wǎng)絡(luò),其中所述主節(jié)點(diǎn)表示第一層,中繼器節(jié)點(diǎn)表示第二層,而終端節(jié)點(diǎn)表示第三層,每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都與所述中繼器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)關(guān)聯(lián),所述主節(jié)點(diǎn)通過(guò)所述信標(biāo)幀給在所述第二層內(nèi)的中繼器節(jié)點(diǎn)提供優(yōu)先訪問(wèn)PA編號(hào),所述終端節(jié)點(diǎn)繼承所述關(guān)聯(lián)的中繼器節(jié)點(diǎn)的PA編號(hào),所述主節(jié)點(diǎn)使用所述PA編號(hào)來(lái)控制對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104396338SQ201380025171
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月19日
【發(fā)明者】P·B·拉斯班德, S·E·霍爾 申請(qǐng)人:泰科消防及安全有限公司
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