本發(fā)明性裝置涉及無線網(wǎng)絡(luò)，并且更具體而言涉及根據(jù)跳頻方案進行通信的無線網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

許多無線通信系統(tǒng)使用所謂的跳頻方法以允許節(jié)點之間的通信，這種通信以使用多個通信信道(頻帶)的方式，一次一個信道，并且根據(jù)預(yù)定的序列按時間改變射頻信道。通常，這種信道“跳躍”根據(jù)非常規(guī)則的時間表每秒發(fā)生若干次(例如，3-5次)。花在每個射頻或信道上的時間被定義為“停留時間”或“停留時間持續(xù)時間”，并且這個時間段的范圍通常保持為恒定值。

跳頻的價值在于以下事實：(1)它允許系統(tǒng)在可能被環(huán)境中的電磁噪聲干擾的任何一個信道或少量信道上花費最少的時間，(2)它允許多個系統(tǒng)共存并使用公共的信道集合，及(3)除了所傳送數(shù)據(jù)的加密之外，它還提供附加的安全性。但是，在某些類型的無線網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點在絕大多數(shù)時間內(nèi)睡眠，并且在保持準確的時間時鐘方面具有很大的困難。這種無線網(wǎng)絡(luò)的例子是低成本低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)跳頻的一個巨大挑戰(zhàn)是提供某種機制或方法，通過該機制或方法，(大部分時間在睡眠或不活動的)各個節(jié)點可以維持與網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點的信道跳同步。當要在節(jié)點之間維持這種同步而沒有常規(guī)消息傳送以實現(xiàn)定時校正時，這個問題尤其困難。

對如本文所述的無線網(wǎng)絡(luò)中維持跳同步的問題有兩種常見的解決方案。根據(jù)一種做法，參與網(wǎng)絡(luò)的每個無線節(jié)點使用實時時鐘，并且需要足夠經(jīng)常地喚醒以維持那個時鐘的準確度。這種做法的問題在于，為了維持同步的目的，節(jié)點必須喚醒的頻率會如此之大，以至于其隨時間的推移使用節(jié)點上可用的大量有限功率資源。相應(yīng)地，這種做法會大大減少網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點的電池壽命。對該問題的替代做法接受以下事實：不活動或睡眠節(jié)點將不保持同步。作為替代，當特定節(jié)點需要通信時，它首先掃描網(wǎng)絡(luò)以“重新找到”網(wǎng)絡(luò)的當前活動信道。但是這種網(wǎng)絡(luò)掃描過程也會消耗大量功率，并且因此減少網(wǎng)絡(luò)中電池供電節(jié)點的電池壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例涉及用于控制網(wǎng)絡(luò)的方法。無線通信設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中的兩個或更多個節(jié)點使用跳頻方法進行通信。這種技術(shù)涉及根據(jù)跳頻序列改變用于在一組跳頻率信道之間傳送數(shù)據(jù)的RF載波頻率。在從跳頻序列的第一RF載波頻率到跳頻序列中第二RF載波頻率的網(wǎng)絡(luò)過渡時間之前，在所選擇的一組控制信道上發(fā)送跳通告(即，載波設(shè)置)。跳通告由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送，并指定第二RF載波頻率(例如，序列中的下一跳)。在發(fā)送跳通告并將其信道改變成新信道(載波頻率)之后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點在第二RF頻率上發(fā)送停留開始消息，以用信號通知停留周期的開始。停留周期是在跳到下一個頻率之前期間第二RF頻率將被網(wǎng)絡(luò)用于在各個節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)的周期。在發(fā)送停留開始消息之后，協(xié)調(diào)器節(jié)點在停留周期期間監(jiān)聽，以從構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的兩個或更多個節(jié)點中的下屬節(jié)點接收消息。在停留周期結(jié)束時，以新的一組跳通告消息、新的信道改變以及新信道上的停留開始消息傳輸開始新的循環(huán)。信道跳躍以這種方式無限地進行。

本發(fā)明還涉及一種用于在跳頻網(wǎng)絡(luò)的下屬節(jié)點中建立跳同步的方法。下屬節(jié)點監(jiān)視多個RF跳頻率信道中的任何一個以探測在由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點使用的一組控制信道上發(fā)送的跳通告。跳通告指定將在跳頻序列中的第一RF頻率之后使用的第二RF載波頻率。響應(yīng)于接收到跳通告，下屬節(jié)點經(jīng)由其內(nèi)部軟件被控制，以使其監(jiān)視已經(jīng)由跳通告指定的第二RF頻率。該過程通過在下屬節(jié)點處在第二RF頻率接收停留開始消息來繼續(xù)。停留開始消息從協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送，以用信號通知停留周期的開始，在停留周期期間，第二RF頻率將被網(wǎng)絡(luò)用于傳送數(shù)據(jù)。

附圖說明

將參考以下附圖描述實施例，其中在所有附圖中相同的標號表示類似的項，并且其中：

圖1是對理解無線跳頻網(wǎng)絡(luò)有用的圖。

圖2是對理解圖1的無線跳頻網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)節(jié)點的操作有用的流程圖。

圖3是對理解圖1的無線網(wǎng)絡(luò)中的控制頻率分組有用的頻率規(guī)劃圖。

圖4是對理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點的操作有用的時序圖。

圖5是對理解用于在圖1的無線跳頻網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)下屬節(jié)點中的頻率跳有用的方法的流程圖。

圖6是對理解用于如圖2-5中所描述的協(xié)調(diào)頻率跳的方法有用的時序圖。

圖7是對理解圖1中的無線跳頻網(wǎng)絡(luò)的示例性無線節(jié)點有用的圖。

具體實施方式

參照附圖描述本發(fā)明。附圖不是按比例繪制的并且它們僅用于說明本發(fā)明。下面參照示例應(yīng)用來描述本發(fā)明的幾個方面。應(yīng)當理解，闡述了眾多具體細節(jié)、關(guān)系和方法，以提供對本發(fā)明的完全理解。但是，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認識到，本發(fā)明可以在沒有一個或多個具體細節(jié)的情況下實踐。在其它情況下，未詳細示出眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作，以避免模糊本發(fā)明。本發(fā)明不限于所示的動作或事件的次序，因為一些動作可以以不同的次序發(fā)生和/或與其它動作或事件同時發(fā)生。此外，并非所有示出的動作或事件都是實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法所必需的。

簡而言之，本發(fā)明涉及跳頻網(wǎng)絡(luò)，其包括協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個下屬節(jié)點。當網(wǎng)絡(luò)跳過一組跳頻率信道時，網(wǎng)絡(luò)利用可變(并且一般非常短)的信道停留時間。在每一跳之前，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點在從較大的跳頻率信道集合中選擇的信道子集上發(fā)送簡短的跳通告消息。所選擇的信道的子集包括一組控制信道。作為例子，在特定的跳頻網(wǎng)絡(luò)中，可以提供50個跳頻率信道并且特定的控制信道集將包括10個信道。相應(yīng)地，將存在五組控制信道，每組具有10個信道。

跳通告消息包含指定對應(yīng)于下一個停留時間的跳載波頻率的信息(即，信道號)。然后網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器跳到由通告消息指定的新的信道號并發(fā)送被稱為停留開始消息的第二類型的消息。然后協(xié)調(diào)器節(jié)點在該新信道上監(jiān)聽來自參與其網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點中任何節(jié)點的消息。在停留周期結(jié)束時，協(xié)調(diào)器再次進行步驟循環(huán)(在(新的且不同的)控制信道集合上的跳通告消息，隨后是信道改變，隨后是停留開始消息，隨后是對可能到達信道的任何消息的簡短監(jiān)聽)。

如果協(xié)調(diào)器節(jié)點在其在信道上的短暫停留時間期間聽到來自其它節(jié)點中一個節(jié)點的消息的開始，則如果必要的話，它將延長停留時間所需要的那么長，以聽到完整的消息并發(fā)送任何所需的響應(yīng)(諸如應(yīng)答消息)。協(xié)調(diào)器節(jié)點還可以在停留時間期間向網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點發(fā)起消息。為了這些發(fā)送的消息，假設(shè)作為處理跳通告和停留開始消息的結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點可以跟蹤網(wǎng)絡(luò)頻率跳(并與其同步)。如果不能進行這種假設(shè)(例如，如果協(xié)調(diào)器的出站消息的預(yù)期接收者十之八九在睡眠中)，則協(xié)調(diào)器將在其存儲器中保存該消息，繼續(xù)如上所述的信道跳頻，然后在可以安全地假設(shè)接收方節(jié)點是醒著的稍后時間，(例如，緊接著在協(xié)調(diào)器從那個節(jié)點接收到消息之后)，協(xié)調(diào)器將向接收方節(jié)點發(fā)送其出站消息。一般而言，來往于這種節(jié)點的消息是利用消息應(yīng)答(即，接收后答復(fù))來完成的，以確保消息遞送。

當睡眠的下屬節(jié)點從部分不活動狀態(tài)喚醒時，它將選擇跳頻率信道中的一個來監(jiān)視通告消息。為此目的選擇的跳頻率信道不是關(guān)鍵的。為了理解為什么所選擇的跳頻率信道不是關(guān)鍵的，必須理解的是，協(xié)調(diào)器節(jié)點將對對于特定跳的持續(xù)時間被暫時指定為控制信道的下一組跳頻率信道或下一組跳頻率信道集合持續(xù)地迭代或循環(huán)。對于每一跳，協(xié)調(diào)器節(jié)點將在那組控制信道上廣播其通告消息，以識別網(wǎng)絡(luò)將使用的下一個或后續(xù)跳頻率信道。因此，監(jiān)視特定跳頻率頻道的下屬節(jié)點將不可避免地在預(yù)定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)頻率跳之后在任何跳頻率信道上聽到該通告消息。例如，考慮具有50個跳頻率信道的系統(tǒng)，其被組織成5個控制信道組，每組10個信道。如果網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器迭代地對每個網(wǎng)絡(luò)頻率跳選擇不同的控制信道組，則網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將在其恰好在被下屬節(jié)點監(jiān)視的跳頻率信道上發(fā)送跳通告之前跳躍(在最壞情況下)不超過5次。現(xiàn)在將參照圖1-7進一步詳細描述本發(fā)明布置。

現(xiàn)在參考圖1，示出了由協(xié)調(diào)器節(jié)點104和多個下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n組成的無線網(wǎng)絡(luò)100。協(xié)調(diào)器節(jié)點和下屬節(jié)點利用跳頻方法在彼此之間無線通信。跳頻方法一般涉及根據(jù)跳頻序列改變用于在一組跳頻率信道之間傳送數(shù)據(jù)的RF載波頻率。跳頻系統(tǒng)的基本操作一般而言是眾所周知的，因此在這里不再詳細描述。但是，簡單地說，在跳頻通信系統(tǒng)中，用于在構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點之間進行通信的無線電載波頻率(下文中被稱為“跳頻率”)迅速改變。在任何給定時刻使用的頻率將是與指派給網(wǎng)絡(luò)的各個跳頻率信道之一相關(guān)聯(lián)的頻率。跳頻率信道的示例性集合在圖3中示出。在所示的例子中，存在被識別為f1-f50的50個不同跳頻率信道。每個跳頻率信道對應(yīng)于可被網(wǎng)絡(luò)100用于傳送數(shù)據(jù)的特定跳頻率。當然，本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量的跳頻率信道，并且可以使用更多或更少的信道。

當跳頻率不變時跳之間的時間在本文中被稱為停留時間持續(xù)時間或簡稱為停留時間。這個停留時間持續(xù)時間是期間在特定頻率上網(wǎng)絡(luò)通信在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點之間進行的時間長度。如下面進一步詳細解釋的，網(wǎng)絡(luò)100中的停留時間持續(xù)時間是可變的。在無線網(wǎng)絡(luò)100中，指派給每個后續(xù)網(wǎng)絡(luò)跳的跳頻率一般是根據(jù)預(yù)定的跳頻序列來確定的。跳頻序列將指定要用于這種通信的無線電頻率或信道的序列。該序列可以根據(jù)偽隨機函數(shù)或通過任何其它手段來確定。

如果網(wǎng)絡(luò)的當前跳頻率是已知的，則網(wǎng)絡(luò)100的每個節(jié)點將具有用于確定后續(xù)跳頻率的序列的足夠手段(例如查找表或算法)。但是，如果節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n在絕大多數(shù)時間睡眠(在省電的部分不活動狀態(tài)下操作)，則它們可能難以維持具有足夠準確度的時間時鐘，用于維持與網(wǎng)絡(luò)100的剩余部分的跳同步。這種無線網(wǎng)絡(luò)的例子是低成本低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)地，有利地提供某種機制或方法，通過該機制或方法，各個節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n可以與網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點維持信道跳同步。

在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中，信道跳同步是利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點104和如下所述的同步方法來維持的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點可以是具有為促進這種節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的操作而專門提供的特殊硬件和/或軟件的節(jié)點。作為替代，下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n中的一個或多個可被設(shè)計為當被網(wǎng)絡(luò)或操作者為此目的選擇時可選地充當協(xié)調(diào)器節(jié)點104。如本文所描述的節(jié)點的配置關(guān)于圖7更詳細地描述。

現(xiàn)在參考圖2，示出了對理解網(wǎng)絡(luò)100中協(xié)調(diào)器節(jié)點的操作有用的過程200。過程200參考是頻率規(guī)劃圖的圖3和是時序圖的圖4被最好地理解。

過程200開始于步驟204，其中為當前信道跳選擇控制信道組。所選擇的控制信道組中的跳頻率信道是將被協(xié)調(diào)器節(jié)點用于如上所述發(fā)送通告消息的信道。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可用跳頻率信道的完整集合(例如50個信道)被分成N個控制信道組。在圖3中所示的示例性布置中，存在50個跳頻率信道f1-f50，其被均勻地劃分為五組控制信道(N＝5)。跳頻率信道f1-f10包括在控制信道組1中，跳頻率信道f1-f20包括在控制信道組2中，跳頻率信道f21-f30包括在控制信道組3中，跳頻率信道31-40包括在控制信道組4中，并且跳頻率信道41-50包括在控制信道組5中。在這個示例性實施例中，五個控制信道組或集合中的每一個包括10個跳頻率信道。當然，每個控制信道組中的跳頻率信道的數(shù)量可以大于或小于圖3所示的那些。例如，跳頻率信道的數(shù)量可以從相對少(例如10或25)到大于1000的范圍。

類似地，分配給每個控制信道組的跳頻率信道的數(shù)量可以依賴特定系統(tǒng)及其需求而變。每個控制信道組中控制信道的數(shù)量優(yōu)選地足夠大，以便最小化讓協(xié)調(diào)器節(jié)點104循環(huán)通過所有N個控制信道組所花費的時間。在每個控制組中包括更大數(shù)量的跳頻率信道將必然導(dǎo)致協(xié)調(diào)器節(jié)點必須循環(huán)通過的更少數(shù)量的控制信道組。相反，必須考慮協(xié)調(diào)器節(jié)點104的發(fā)送器限制。如果在每個控制組中包括過大數(shù)量的跳頻率信道，則可能導(dǎo)致專用于控制信道消息傳送的總網(wǎng)絡(luò)時間的過大部分，以及總網(wǎng)絡(luò)時間的用于信道停留的對應(yīng)小的部分，在信道停留期間，網(wǎng)絡(luò)進行其面向應(yīng)用的消息傳送。N的值和跳頻率信道到每個控制組的指派可以由系統(tǒng)管理員設(shè)置。作為替代，N的值可以由協(xié)調(diào)器節(jié)點104在可選步驟(未示出)中自動選擇。

一旦已經(jīng)在204選擇了控制信道組，協(xié)調(diào)器節(jié)點就在步驟206中繼續(xù)以在包括所選擇的控制信道組的所有控制信道上發(fā)送跳頻率通告消息。這個步驟在圖4中示出，圖4示出跳頻率通告消息402在控制信道組1上被發(fā)送。通告消息指示下一個跳頻率信道是f31。

倘若通告消息402指定用于將在后續(xù)跳中被網(wǎng)絡(luò)使用的跳頻率信道的跳頻率信道號(或等效的數(shù)據(jù))，那么通告消息402的確切格式不是關(guān)鍵的。在優(yōu)選實施例中，通告消息402將指定將在緊接在其中發(fā)送通告消息的跳之后的下一跳中被網(wǎng)絡(luò)100使用的跳頻率。

在發(fā)送跳頻率通告消息402之后，協(xié)調(diào)器節(jié)點在208處繼續(xù)發(fā)送停留開始消息。停留開始消息在先前在用于那一跳的通告消息中指定的跳頻率信道上被發(fā)送。為了說明這個步驟，圖4示出停留開始消息404在跳頻率信道f31上發(fā)送。應(yīng)當指出，信道f31是先前在通告消息402中指定的跳頻率信道。倘若它足以允許節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n接收這種消息以標記對于那個特定跳的停留持續(xù)時間的開始，那么停留開始消息的確切格式不關(guān)鍵。

在發(fā)送停留開始消息之后，在步驟210中協(xié)調(diào)器節(jié)點監(jiān)視為特定跳指定的當前跳頻率信道。更具體而言，協(xié)調(diào)器節(jié)點104在停留時間持續(xù)時間期間在跳頻率信道上監(jiān)聽或接收。這個概念在圖4中示出，圖4示出了協(xié)調(diào)器節(jié)點在停留時間406期間監(jiān)視跳頻率信道f31。協(xié)調(diào)器節(jié)點在跳頻率信道f31上監(jiān)聽來自構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)100的下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n之一的數(shù)據(jù)消息(例如，數(shù)據(jù)消息106)的出現(xiàn)。任何合適的消息格式都可被用于無線地傳送數(shù)據(jù)消息106。作為替代，協(xié)調(diào)器節(jié)點104可以使用可用的停留時間持續(xù)時間來向下屬節(jié)點中的一個或多個發(fā)送數(shù)據(jù)消息，下屬節(jié)點通過監(jiān)視如本文所述的通告和停留開始消息維持與網(wǎng)絡(luò)100的頻率跳同步。

協(xié)調(diào)器進行監(jiān)視，以確定在跳頻率信道上什么地方已經(jīng)接收到消息(步驟212)，并且還監(jiān)視時間，以確定停留時間間隔是否已經(jīng)到期(步驟214)。如果接收到任何消息(212：是)，則對其進行處理(步驟216)。作為步驟214的實現(xiàn)的例子，協(xié)調(diào)器節(jié)點可以在停留開始消息首次被發(fā)送時啟動定時器，然后可以跟蹤所經(jīng)過的時間的量。如果停留時間持續(xù)時間尚未到期(214：否)，則過程繼續(xù)到步驟210，在那里繼續(xù)用于特定頻率跳的停留時間。協(xié)調(diào)器以這種方式繼續(xù)檢查接收到的消息和停留時間的到期時間，直到停留時間持續(xù)時間被確定為已經(jīng)到期(214：是)。應(yīng)當指出，因為步驟212發(fā)生在步驟214之前并且總是在“是”條件下執(zhí)行步驟216，所以步驟212、214和216的特定排列和排序的凈效果是，每當出現(xiàn)消息時，它就被處理，并且任何應(yīng)答消息都在聲明信道停留的結(jié)束之前被發(fā)送到始發(fā)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(214：是)。這導(dǎo)致在跳頻率信道上實際停留時間的小到中等擴展，但是保證到下一個信道的跳不會不方便地在與特定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的消息交換中間發(fā)生。

利用前面的布置，使得特定頻率跳的停留時間的總持續(xù)時間是可變的。這個概念在圖4中示出，圖4示出，與第二停留時間406相比，停留時間412可以具有不同的持續(xù)時間?？梢栽诓襟E214最初為停留時間持續(xù)時間設(shè)置最小時間值。這種最小時間將被選擇為足以至少確定在協(xié)調(diào)器節(jié)點是否正在接收(或發(fā)送)消息。其后，這個最小預(yù)定停留時間持續(xù)時間可被自動擴展，以適應(yīng)更長長度的消息傳送。可變持續(xù)時間的停留時間持續(xù)時間特征是有利的，因為這便于在不存在消息傳送時快速過渡到下一跳頻率。這確保剛從其不活動狀態(tài)被喚醒的下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n將利用本文所述的方法更快地變得與網(wǎng)絡(luò)100同步。

在示例性布置中，如果在步驟204中為當前跳選擇了組i，則組i-1被用于前一跳，并且組i+1將用于下一跳(如果i等于5，則i+1等于1)。由于所有跳頻率信道都被包括在控制信道組中并且每個僅被包括一次，因此平均來說每個信道將在信道控制中被使用相同的時間量(即，在信道跳之前跳通告的傳輸)一定是真的。循環(huán)通過指定的控制信道組的這種簡單迭代做法對于大多數(shù)目的是令人滿意的。但是，本發(fā)明在這方面不受限制，并且其它手段也可被用于選擇下一控制信道組。仍然，優(yōu)選地以確保每個跳頻率信道在信道控制中將被使用相同時間量的方式執(zhí)行控制信道組的選擇。

在一個特定實施例中，控制信道組可以由最近使用的跳頻率信道(例如，最近的四個信道)以及當前信道組成。例如，如果網(wǎng)絡(luò)當前在信道17上，并且在此之前網(wǎng)絡(luò)在信道3、25、1、44、6和34上(按照那個次序，其中信道34緊接著在信道17之前被使用)，則四個控制信道的當前控制組將是17、34、6和44。緊接著在從信道17停留跳到新信道(比如，信道8)之前，協(xié)調(diào)器將在那些控制信道(即，17、34、6和44)上發(fā)送跳通告消息。在下一個循環(huán)(在信道8上停留之后)，控制組將變?yōu)?、17、34和6，其中信道44已經(jīng)從控制信道組中被丟棄。這種“尾隨控制信道組”方法具有的很大優(yōu)點是，如果下屬節(jié)點試圖跟蹤網(wǎng)絡(luò)并恰好在其當前信道上錯過一個或兩個跳通告消息，則它仍然有在其當前信道脫離列表之前最終捕獲跳通告消息的好機會。在上面的例子中，在跟蹤下屬節(jié)點的當前信道從控制信道列表中被丟棄之前，將耗費(take)跳通告的四個連續(xù)未命中。這使得有可能實現(xiàn)具有良好的控制信道使用效率和短平均網(wǎng)絡(luò)獲取時間的非常健壯和可跟蹤的網(wǎng)絡(luò)。

在步驟206，協(xié)調(diào)器節(jié)點在與所選擇的控制信道組相關(guān)聯(lián)的跳頻率信道上發(fā)送跳頻率通告消息。例如，在圖4中，示出協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送跳頻率通告消息408，該消息指定跳頻率信道f48是下一個跳頻率。接下來，協(xié)調(diào)器節(jié)點在跳頻率信道f48上發(fā)送停留開始消息410，隨后在跳頻率信道f48上的停留時間412，在此期間可以接收(或發(fā)送)消息，并且以應(yīng)答消息414結(jié)束。其后，可以在圖4中觀察到，選擇控制信道組3，并且通告消息指定下一跳頻率信道是f5。

從前面的討論并從圖3中應(yīng)當明白，各組控制信道是從跳頻率信道中選擇的。一般而言，每個控制信道組將包含兩個或更多個跳頻率信道，如圖所示。還將進一步明白的是，在特定停留時間期間用于廣播通告消息的特定控制信道組是從如圖3中所示的兩個或更多個控制信道組中選擇的。在特定跳期間使用的控制信道組可以從兩個或更多個控制信道組中迭代地選擇，或者可以通過其它手段(例如隨機地)選擇。

現(xiàn)在參考圖5，提供了對理解由下屬節(jié)點1021、1022、102₃…102_n執(zhí)行的過程有用的流程圖500。該過程在502開始并繼續(xù)到步驟504，在那里選擇跳頻率信道之一用于監(jiān)視。這種監(jiān)視的目的是監(jiān)聽來自協(xié)調(diào)器節(jié)點104的跳頻率通告。如上面所解釋的，平均來說每個信道將在信道控制中被使用相同的時間量(即，信道跳之前跳通告消息的傳輸)。相應(yīng)地，由下屬節(jié)點選擇用于監(jiān)視的特定跳頻率不是關(guān)鍵的，并且可以使用任何合適的方法來選擇為此目的要監(jiān)視的信道。在這點上，跳頻率信道可以被隨機地、迭代地或通過如下所述的某種替代手段來選擇。

一旦已經(jīng)在步驟504中選擇了跳頻率信道，下屬節(jié)點就開始監(jiān)視所選信道上的傳輸，以探測通告消息的存在。在508，下屬節(jié)點進行檢查，以確定通告消息是否已被接收。如果不是(508：否)，則下屬節(jié)點返回到506并且繼續(xù)在所選擇的跳頻信道上進行監(jiān)視。可選地，可以為在預(yù)定時間之后在所選擇的跳頻率上沒有接收到通告消息的情況提供步驟510。在RF干擾或其它通信條件阻止在特定跳頻率信道上接收通告消息的情況下，步驟510會是有用的。在步驟510中超時時間段到期之后，該過程可以返回到步驟504，以在繼續(xù)之前選擇新的跳頻率信道。

在某個時間(其將不超過N跳)之后，將在508確定是否已經(jīng)接收到通告消息(508：是)。當這種情況發(fā)生時，下屬節(jié)點將在步驟510從通告消息中提取指示跳頻率信道的信息，并將其接收者設(shè)置為指定的跳頻率信道。在步驟511中，下屬節(jié)點可以使用所通告的跳頻率來確定與已知跳頻序列相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的當前位置。例如，假設(shè)下屬節(jié)點已存儲了指定用于網(wǎng)絡(luò)的跳頻序列的信息是…f7、f31、f22、f9、f40、f37、f3、f22、f6…的信息并且通告消息指定下一跳是f31?；谥付ㄏ乱惶l率信道的信息，下屬節(jié)點還將能夠預(yù)測在已知或預(yù)定跳頻序列中的所有后續(xù)跳。在優(yōu)選實施例中，通告消息將指定跳頻序列中緊跟在當前跳頻率信道之后的網(wǎng)絡(luò)跳頻率信道。這種布置將促進下屬節(jié)點與跳頻序列的盡可能快的同步。但是，本發(fā)明在這方面不受限制，并且由通告消息指定的跳頻率信道也可以是在該跳頻序列中稍后的一個或多個跳。這種延遲會是有用的，以允許下屬節(jié)點有足夠的時間來處理通告消息，然后將其接收者過渡到指定的跳頻率信道。

該過程將在512繼續(xù)，其中下屬節(jié)點將開始監(jiān)聽或監(jiān)視所通告的跳頻率信道，以探測從協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送的停留開始消息的存在。下屬節(jié)點將繼續(xù)監(jiān)視所通告的跳頻率，以在514確定何時接收到停留開始消息。當接收到停留開始消息(514：是)時，它將充當用于下屬節(jié)點的定時同步信號，其指示用于當前頻率跳的停留時間持續(xù)時間的開始?？梢钥蛇x地在516提供超時檢查，如果在某個時間段之后沒有接收到停留開始消息，則該超時檢查將使過程返回到步驟506。這將使得下屬節(jié)點在506獲取更新的通告消息，然后如前所述繼續(xù)。

應(yīng)當明白，在一些實施例中，停留開始消息可以被省略，并且在新信道上停留的實際時間由在跳通告中給出的定時信息暗示，或者在跳通告中明確陳述(例如，停留在“x”毫秒后開始，其中“x”在每個跳通告中給出，以準確地反映在完成所有跳通告的傳輸和新信道停留開始之前剩余的時間量)。

在514接收到停留開始消息之后，過程將繼續(xù)到步驟518，在那里數(shù)據(jù)消息可由下屬節(jié)點發(fā)送。數(shù)據(jù)消息可以被指向協(xié)調(diào)器節(jié)點104或其它下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n之一。可選地，消息數(shù)據(jù)也可以由下屬節(jié)點在與當前跳相關(guān)聯(lián)的停留時間持續(xù)時間期間被接收。例如，所接收的消息數(shù)據(jù)可以包括來自另一節(jié)點的應(yīng)答消息，該消息確認所發(fā)送的消息已被接收。在這個時間期間還可以可選地接收其它消息數(shù)據(jù)。

在520，確定當前是否正在接收或發(fā)送消息。如果是(520：是)，則在步驟522中將停留時間持續(xù)時間延長預(yù)定量，并且下屬節(jié)點將在518繼續(xù)接收。如果當前沒有消息被接收或傳送(520：否)，則過程將在524確定節(jié)點是否將返回到其不活動或睡眠狀態(tài)。如果不是(524：否)，則該過程將繼續(xù)到步驟526并根據(jù)預(yù)定的跳序列移動到下一跳頻率?，F(xiàn)在可以在不接收另外的跳頻率通告消息的情況下完成該步驟，因為節(jié)點已經(jīng)在511處確立了與跳序列相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的當前位置。如果下屬節(jié)點沒有進一步的消息并且睡眠模式是適當?shù)?524：是)，則該過程在步驟528結(jié)束。

將明白的是，下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n中的一個或多個可以在絕大多數(shù)時間是不活動的或處于睡眠模式，以便限制功耗。照此，這些節(jié)點可以使某些節(jié)點子系統(tǒng)(諸如無線電接收器和/或發(fā)送器)掉電以減少該節(jié)點所消耗的功率。只有在數(shù)據(jù)通信或其它整理任務(wù)需要時，這種下屬節(jié)點才能喚醒并主動參與通信。當特定下屬節(jié)點處于活動狀態(tài)時，先前斷電的子系統(tǒng)可以通電并且系統(tǒng)再次完全運作。對這些操作的控制可以由板上微處理器或控制器管理。在一些情況下，當傳感器探測到被監(jiān)視環(huán)境中的變化或某種其它活動時，節(jié)點可以被布置為通電。

在如本文所描述的示例性無線網(wǎng)絡(luò)100中，多個節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n可以包括某種類型的傳感器。這種節(jié)點通常沒有任何要長時間通信的數(shù)據(jù)，并且因此在這種時段期間過渡到睡眠狀態(tài)。這種節(jié)點可能由于這種長不活動時間而難以維持與在網(wǎng)絡(luò)中通信的其它節(jié)點的信道跳同步。本文描述的發(fā)明性布置可以有利地提供一種手段，通過這種手段，不活動的節(jié)點可以通電并快速變得與跳頻序列同步。

當任何下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n想要向協(xié)調(diào)器節(jié)點104發(fā)送消息時，它必須找到/跟蹤網(wǎng)絡(luò)100并捕獲停留開始通告，之后它可以向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送其消息。為了讓協(xié)調(diào)器節(jié)點向下屬節(jié)點發(fā)送消息，它必須或者(1)假設(shè)另一個節(jié)點正在跟蹤網(wǎng)絡(luò)(在這種情況下，它可以在停留時間持續(xù)時間期間簡單地發(fā)送消息，或者(2)等待另一節(jié)點發(fā)送某種“保持活動”、“心跳”或“檢查消息”消息。兩個下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n可以彼此直接通信而不經(jīng)過協(xié)調(diào)器節(jié)點或任何其它中間節(jié)點，如果這兩個下屬節(jié)點都在同一時間跟蹤網(wǎng)絡(luò)100的話(每個都假設(shè)另一個如此)。這是通過在當前跳信道上等待停留開始消息、然后始發(fā)節(jié)點開始直接尋址到接收方節(jié)點的消息的傳輸來完成的。

應(yīng)當指出的是，本文描述的跳頻方法不需要精確遵守任何特定的跳頻調(diào)度。相應(yīng)地，不需要精確和可預(yù)測的停留時間。因此，這是一種靈活的方案，在需要時允許長停留時間/長消息，否則的話就依賴短停留時間和方便的控制信道組大小(即，每組中包括的方便的跳頻率信道數(shù)量)。這種做法導(dǎo)致對必須睡眠非常長時間并且實際上在睡眠時不能跟蹤網(wǎng)絡(luò)100或預(yù)測其信道跳的下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n的最短可能的網(wǎng)絡(luò)獲取時間(基于平均)。

本文描述的方法具體而言包括其中下屬節(jié)點被指派用作獲取信道(即，它們將監(jiān)視跳通告消息的指派的信道)的特定跳頻率信道的實施例。這允許下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n被劃分為集合，這在一些下屬節(jié)點具有比其它下屬節(jié)點更高優(yōu)先級的情況下可以有利于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬使用。例如，網(wǎng)絡(luò)100可以包括兩種類型的下屬節(jié)點–高優(yōu)先級下屬節(jié)點和低優(yōu)先級下屬節(jié)點。在這種情況下，可以向所有低優(yōu)先級下屬節(jié)點指派與有限數(shù)量的控制信道組(例如，控制信道組5)相關(guān)聯(lián)的獲取信道，而高優(yōu)先級下屬節(jié)點可以在更大數(shù)量的控制信道組(控制信道組1-4)之間均勻地拆分。

在其中使用講話之前監(jiān)聽方法的網(wǎng)絡(luò)中(通常是這種情況)，在經(jīng)控制信道組1-4發(fā)送的跳通告消息之后的信道停留時間期間，網(wǎng)絡(luò)流量將顯著更輕。為了更具體地說明，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)由100個節(jié)點(4個節(jié)點高優(yōu)先級和96個節(jié)點低優(yōu)先級)組成。假設(shè)所有這些節(jié)點都具有非常低的占空比，并且因此必須在每次消息交換之前從頭獲取網(wǎng)絡(luò)(即，利用控制信道)。如果4個高優(yōu)先級節(jié)點每個都被指派給控制信道組1、2、3或4(例如，每個組一個)，并且，如果其它96個低優(yōu)先級節(jié)點都被指派給控制信道組5，則顯然從高優(yōu)先級節(jié)點發(fā)起的消息將具有在沒有多個故障和重新發(fā)送/重新嘗試的情況下被發(fā)送的更好機會。低優(yōu)先級節(jié)點將全都相互競爭(每第五跳)發(fā)送它們各自的消息的機會。在繁忙的網(wǎng)絡(luò)時段期間，這可能導(dǎo)致來自那些低優(yōu)先級節(jié)點的消息延遲。還應(yīng)當指出，在某些情況下(例如，當發(fā)送簡單的整理消息時)節(jié)點可以處于低優(yōu)先級模式，而當處于不同的環(huán)境設(shè)置時(例如，當處于報警狀態(tài)時)，節(jié)點可以切換到高優(yōu)先級模式。

在本發(fā)明的一些實施例中，本文描述的通告消息可以包含除了簡單地識別下一跳頻率之外的附加數(shù)據(jù)。例如，在可以利用各種不同跳序列的網(wǎng)絡(luò)中，通告消息可以指定正在使用的特定跳序列。通告消息還可以指定對下屬節(jié)點有用的其它信息。例如，如果協(xié)調(diào)器節(jié)點104已經(jīng)確定特定跳頻率信道上的RF干擾過大，則可以從預(yù)定跳頻序列中省略該信道。可以在通告消息中識別從預(yù)定跳頻序列省略的跳頻率信道。

現(xiàn)在參考圖7，示出了對理解示例性無線節(jié)點700有用的圖。協(xié)調(diào)器節(jié)點104和下屬節(jié)點102₁、102₂、102₃…102_n可以各自具有類似于如下文所述的無線節(jié)點700的體系架構(gòu)和布置。無線節(jié)點700可以包括經(jīng)由系統(tǒng)總線720彼此通信的中央處理單元712、主存儲器716和靜態(tài)存儲器718。無線節(jié)點700還可以包括射頻信號可以通過其被發(fā)送的發(fā)送器724，以及射頻信號可以通過其被接收的接收器。根據(jù)優(yōu)選實施例，無線節(jié)點700包括代替接收器和發(fā)送器的收發(fā)器，其中收發(fā)器既作為發(fā)送器又作為接收器。

一個或多個用戶輸入設(shè)備704可以包括在無線節(jié)點700中，諸如鍵盤和/或光標控制設(shè)備。諸如顯示屏或(一個或多個)狀態(tài)指示燈之類的用戶輸出設(shè)備702可被用來向用戶傳送關(guān)于無線節(jié)點700的操作和狀態(tài)的信息。用戶輸入設(shè)備704和用戶輸出設(shè)備702可以通過系統(tǒng)總線與中央處理單元通信，但也可以通過其它接口和總線結(jié)構(gòu)連接。可選的用戶網(wǎng)絡(luò)接口硬件714可以便于與無線節(jié)點設(shè)備通過有線或無線手段連接到其的其它數(shù)據(jù)處理裝備的數(shù)據(jù)通信操作。但是，在某些實施例中，這些功能可以替代地由中央處理單元712執(zhí)行。

驅(qū)動單元706包括計算機可讀存儲介質(zhì)710，在其上存儲被配置為實現(xiàn)本文描述的方法、過程或功能當中一個或多個的指令708(例如，軟件代碼)的一個或多個集合。指令708還可以在由無線節(jié)點700執(zhí)行期間完全或至少部分地駐留在主存儲器716、靜態(tài)存儲器718和/或中央處理單元712內(nèi)。主存儲器716和中央處理器單元712也可以構(gòu)成機器可讀介質(zhì)。

術(shù)語“計算機可讀存儲介質(zhì)”應(yīng)當被理解為包括能夠存儲用于由機器執(zhí)行的一組指令并且使得機器執(zhí)行本公開內(nèi)容的任何一個或多個方法的任何非瞬態(tài)介質(zhì)。相應(yīng)地，術(shù)語“計算機可讀介質(zhì)”應(yīng)當被理解為包括但不限于固態(tài)存儲器，諸如存儲卡或容納一個或多個只讀(非易失性)存儲器、隨機存取存儲器或其它可重寫(易失性)存儲器的其它封裝。相應(yīng)地，本公開內(nèi)容被認為包括如本文所列舉的計算機可讀介質(zhì)，并且包括其中存儲本文的軟件實現(xiàn)的公認的等同物和后繼介質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，圖7中所示的設(shè)備體系架構(gòu)是無線節(jié)點的一個可能例子。但是，本發(fā)明在這方面不受限制，并且也可以使用任何其它合適的計算設(shè)備體系架構(gòu)而沒有限制。

包括但不限于專用集成電路、可編程邏輯陣列和其它硬件設(shè)備的專用硬件實現(xiàn)同樣可以被構(gòu)造為實現(xiàn)本文所描述的方法?？梢园ǜ鞣N實施例的裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛地包括各種電子和計算機系統(tǒng)。一些實施例在兩個或更多個特殊互連的硬件模塊或設(shè)備中實現(xiàn)功能，其中相關(guān)的控制和數(shù)據(jù)信號在模塊之間并通過模塊傳送，或者作為專用集成電路的部分。因此，示例性系統(tǒng)可應(yīng)用于軟件、固件和硬件實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，下面描述的方法作為軟件程序存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中，并且被配置為在計算機處理器上運行。

雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是應(yīng)當理解，它們僅僅是作為例子而不是限制給出的。在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以根據(jù)本文的公開內(nèi)容對所公開的實施例進行多種改變。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)當受任何上述實施例的限制。相反，本發(fā)明的范圍應(yīng)當根據(jù)以下權(quán)利要求及其等同物來限定。