使用超低功率節(jié)點(diǎn)的無線接口的無線信道分配的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及操作無線接口的方法，涉及用于分配這種接口的收聽無線信道的方 法，涉及對(duì)應(yīng)的裝置，涉及具有這種接口的網(wǎng)絡(luò)，以及涉及對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于如IEEE 802.15.4(/ZigBee)、IEEE 802.11(/Wi-Fi)或IEEE 802.15.1(/ Bluetooth)的標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)是公知的。這些工作于2400-2483.5MHz ISM帶（工業(yè)、科學(xué)和 醫(yī)療)帶中。它們是相對(duì)低功率短程系統(tǒng)（l〇-l〇〇m)并且會(huì)受附近的其它無線電干擾且會(huì)對(duì) 附近頻率帶來高的干擾水平。這成為在無線接口中降低功耗的努力的約束。
[0003] 例如ZigBee是具有安全特征的低數(shù)據(jù)率(250kbit/s)系統(tǒng)且使能專門創(chuàng)建網(wǎng)狀網(wǎng) 絡(luò)，從而使任意設(shè)備能夠達(dá)到更遠(yuǎn)距離的設(shè)備。在2012年，宣布了ZigBee PRO Green Power 特征，其允許超低功率設(shè)備如無電池設(shè)備通過設(shè)計(jì)成最小化所使用功率量的無線接口安全 地加入ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)。它對(duì)于諸如傳感器、開關(guān)、遮光器以及其它許多設(shè)備的功率ZigBee 產(chǎn)品是一種更加環(huán)境友好的方式。這些設(shè)備現(xiàn)在僅通過采收少量如運(yùn)動(dòng)、光、振動(dòng)的能量的 廣泛可用的、但是經(jīng)常未使用的源而被供電。
[0004] 設(shè)備能夠使用能量采收來克服干線供電或電池供電的缺點(diǎn)。對(duì)設(shè)備進(jìn)行干線供電 導(dǎo)致安裝成本，并且其只能用于非移動(dòng)設(shè)備。電池供電的設(shè)備的電池具有有限的使用壽命， 而且頻繁更換電池的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本不總能接受。
[0005] 超低功率(ULP)無線節(jié)點(diǎn)的特征在于如下事實(shí):它們需要零維護(hù)(無電池更換），無 需被干線供電。原則上這能夠通過若干方式來實(shí)現(xiàn)。第一可能是，通過降低功耗而使得電池 使用壽命比預(yù)期的或設(shè)計(jì)的產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)，使得電池比產(chǎn)品的預(yù)期使用壽命持續(xù)得更 長(zhǎng)。在該情況下，產(chǎn)品使用壽命具有由電池的自耗設(shè)定的上限。作為第一可能的替代或者與 第一可能一起的第二可能是，使用能量采收技術(shù)。通過降低功耗，使得所需的功率/能量級(jí) 別能夠從環(huán)境中采收。能量采收通常被認(rèn)為是從外部源(例如，太陽(yáng)能、熱能、風(fēng)能、含鹽量 梯度和動(dòng)能)取得能量，以及使用或儲(chǔ)存它用于較小的、無線自治設(shè)備，如在可佩戴電子設(shè) 備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所使用的那些。ZigBee Green Power[2]是ZigBee PRO聯(lián)網(wǎng)棧[1]的 擴(kuò)展，其允許在ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)中并入超低功率節(jié)點(diǎn)，集中于能量采收節(jié)點(diǎn)。ZigBee Green Power使超低功率設(shè)備能夠使用無線接口利用通常為數(shù)百微焦耳能量來完成與骨干網(wǎng)絡(luò)的 通信。涉及到三種類型的節(jié)點(diǎn)：
[0006] GreenPwer Device
[0007] GreenPower Device(GPD)是一種超低功率無線節(jié)點(diǎn)。它們典型地生成命令，命令 應(yīng)當(dāng)對(duì)諸如ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)絡(luò)中的宿節(jié)點(diǎn)(GPS)起作用。一個(gè)實(shí)施例是能量采收 開關(guān)(為GPD)，其產(chǎn)生Toggle命令，切換ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)上的燈(為GPS)的狀態(tài)。由于這些能 量方面的限制，GPD僅能傳送數(shù)據(jù)包有限次數(shù):典型地它們?cè)趩蝹€(gè)信道上廣播數(shù)據(jù)包3次。該 信道被預(yù)定義，利用設(shè)備本身上的開關(guān)進(jìn)行配置，或者能夠在初始試運(yùn)行操作中進(jìn)行協(xié)商。 在其最簡(jiǎn)單的形式中，GH)僅能傳送數(shù)據(jù)包，而不能接收任何數(shù)據(jù)包。
[0008] GreenPower Proxdy
[0009] GreenPower Proxdy(GPP)是骨干網(wǎng)絡(luò)（例如，ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)）上的節(jié)點(diǎn)，它們是 干線供電的，并且當(dāng)它們?cè)贕TO的無線電射程內(nèi)時(shí)，失去GTO所廣播的數(shù)據(jù)包，并且將數(shù)據(jù)包 輸送到ZigBee PRO骨干網(wǎng)絡(luò)上的宿節(jié)點(diǎn)（GPS)。由于GPD廣播其消息，所以這些能夠通過多 個(gè)GPP來實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生了一種形式的網(wǎng)絡(luò)冗余。GPP能夠同時(shí)滿足應(yīng)用級(jí)角色。
[0010] 干線供電的GreenPower Sink
[0011] GreenPower Sink(GPS)是ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，其是干線供電的且可以具有 能夠由GH)控制的應(yīng)用級(jí)實(shí)體。例如，由GH)處的能量采收開關(guān)切換的燈。GPS不需要處于GPD 的無線電射程內(nèi)，但是必須在GPD的無線電射程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)代理節(jié)點(diǎn)（GPP)內(nèi)連接到 ZigBee PRO網(wǎng)絡(luò)上。GPS節(jié)點(diǎn)通常還能直接充當(dāng)GPP節(jié)點(diǎn)。
[0012] 發(fā)明概述
[0013]本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的方法、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和程序。本發(fā)明的方案提供了通過如 下操作來操作用于在超低功率無線節(jié)點(diǎn)與骨干節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)之間通信的無無線接口的方法:實(shí) 現(xiàn)來自所述超低功率無線節(jié)點(diǎn)的傳送以在至少兩個(gè)無線電信道上送出相同的數(shù)據(jù)包，接收 在骨干節(jié)點(diǎn)處運(yùn)載數(shù)據(jù)包的傳送，以及檢測(cè)無線接口的接收性能。還存在如下步驟:根據(jù)檢 測(cè)到的接收性能指示，動(dòng)態(tài)地分配在骨干節(jié)點(diǎn)處收聽哪些無線信道，其中分配包括對(duì)于骨 干節(jié)點(diǎn)中的不同的骨干節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)分配。
[0014]通過將在多個(gè)無線信道上送出與根據(jù)接收性能而動(dòng)態(tài)地分配收聽信道相結(jié)合，以 及與用于不同骨干節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)分配相結(jié)合，能夠利用分離的接收位置的空間分集性和信道 分集性。這能夠使得系統(tǒng)對(duì)于例如時(shí)變位置特定干擾或信道特定干擾具備更大的彈性。這 意味著，與對(duì)于每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地而不協(xié)調(diào)地做出信道分配相比，能夠降低接收中斷的 概率。這在傳送側(cè)具有極小適應(yīng)性或者無適應(yīng)性的情況下尤其有用。該益處能夠應(yīng)用于各 種不同類型的協(xié)調(diào)，例如是否從不同骨干節(jié)點(diǎn)采集到檢測(cè)，以及是否根據(jù)采集信息一起確 定分配，或者是否根據(jù)局部檢測(cè)單獨(dú)地做出候選分配。在后者情況下，協(xié)調(diào)會(huì)涉及到比較后 續(xù)分配，以及調(diào)節(jié)候選分配而形成期望的分配模式。參見例如圖3、圖4和圖5。
[0015] 實(shí)施方案可以添加額外的特征，或者可以否認(rèn)這些特征限定權(quán)利邀請(qǐng)，并且一些 這樣的額外特征在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行更詳細(xì)的描述和闡述。一個(gè)這樣的額外特征是如下 步驟:基于來自骨干節(jié)點(diǎn)的無線信道選擇反饋信息，在不進(jìn)行動(dòng)態(tài)無線信道選擇的情況下 完成實(shí)現(xiàn)來自超低功率無線節(jié)點(diǎn)的傳送。通過避免無線信道的動(dòng)態(tài)選擇，ULP節(jié)點(diǎn)能夠避免 諸如在超低功率無線節(jié)點(diǎn)處增加功耗，增加成本以及增加復(fù)雜度的后果。參見例如圖3和圖 6〇
[0016] 另一方案提供了為用于在超低功率無線節(jié)點(diǎn)與骨干節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)之間通信的無線接 口分配收聽無線信道的方法，在當(dāng)超低功率無線節(jié)點(diǎn)在至少兩個(gè)無線信道上送出具有相同 數(shù)據(jù)包的傳送時(shí)使用，用于在骨干節(jié)點(diǎn)處接收，具有接收無線接口的接收性能指示的步驟， 以及根據(jù)接收性能指示在骨干節(jié)點(diǎn)處動(dòng)態(tài)地分配收聽哪些無線信道，其中分配包括對(duì)于骨 干節(jié)點(diǎn)的不同的骨干節(jié)點(diǎn)做出協(xié)調(diào)分配，以及將分配輸出到骨干節(jié)點(diǎn)。
[0017] 這對(duì)應(yīng)于第一方案，但是涵蓋了用于第一方案的分配部分。例如參見圖4、圖7和圖 9〇
[0018] 額外的特征是，無線接口的接收性能指示包括如下至少之一：由所述骨干節(jié)點(diǎn)檢 測(cè)到所述所述傳送的接收性能的指示，以及以其它方式檢測(cè)到的無線干擾的指示。這使能 進(jìn)一步細(xì)化分配以適合不同的條件以及不同類型的干擾。例如參見圖6、圖8或圖10。
[0019] 另一這樣額外的特征是，所述傳送的接收性能指示包括如下至少之一:所述數(shù)據(jù) 包是否由所述骨干接收到的指示，與骨干節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包相關(guān)聯(lián)的RSSI，以及由骨干 節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包的任何其它鏈接品質(zhì)指示，并且其中以其它方式檢測(cè)到的無線干擾的 指示包括如下至少之一:測(cè)得的干擾的RSSI水平，測(cè)得的干擾的載波傳感評(píng)估，在多個(gè)信道 上的干擾相關(guān)，在多個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)上的干擾相關(guān)，以及在超低功率無線節(jié)點(diǎn)處檢測(cè)到且送出 到所述骨干節(jié)點(diǎn)的干擾。這些是可存取的，相對(duì)方便策略，并且通常由可用的硬件支持，但 是可以設(shè)想其它。例如參見圖6、和圖8。
[0020] 另一這樣的額外特征是，所述分配步驟包括由至少兩個(gè)所述骨干節(jié)點(diǎn)將接收性能 的檢測(cè)傳遞給共同的位置，以及基于在該共同位置采集到的檢測(cè)來做出分配。通過采集檢 測(cè)，能夠由相同的基礎(chǔ)來方便地做出期望模式的分配。這可以比諸如根據(jù)局部檢測(cè)做出候 選分配然后通過采集和調(diào)節(jié)候選分配而不是共享檢測(cè)進(jìn)行協(xié)調(diào)的可選方案更加高效。參見 例如圖8至圖11。
[0021] 另一這樣的額外特征是，根據(jù)檢測(cè)來確定對(duì)于收聽信道分配的不同模式的每個(gè)骨 干節(jié)點(diǎn)的每個(gè)無線信道的中斷概率，以及基于所確定的中斷概率來實(shí)施分配。這是一種使 能評(píng)估不同模式的分配的便利方式。參見例如圖9至圖11。
[0022] 另一這樣的額外特征是，分配被偏置而更加取決于接收性能指示的更近期的接收 性能指示。這能夠幫助使得適應(yīng)對(duì)接收條件的快速變化具有更強(qiáng)響應(yīng)性。參見例如圖10。 [0023]另一這樣的額外特征是，傳送包括來自至少兩個(gè)ULP無線節(jié)點(diǎn)的傳送，并且分配步 驟包括根據(jù)至少兩個(gè)ULP無線節(jié)點(diǎn)所使用的一組傳送信道來做出骨干節(jié)點(diǎn)的收聽信道的分 配。這能夠提供更多的接收性能信息并且實(shí)現(xiàn)更佳的協(xié)調(diào)分配。參見例如圖11。
[0024] 另一這樣的額外特征是，對(duì)于用于每個(gè)信道分配模式的每個(gè)無線信道，確定用于 每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的ULP無線節(jié)