信道跳变无线网络中通过独立定义每个节点处的睡眠间隔的电力保护的制作方法
【专利摘要】本申请涉及信道跳变无线网络中通过独立定义每个节点处的睡眠间隔的电力保护。在使用异步信道跳变的全球非同步无线通信装置的网络中提供电力保护。每个无线通信装置定义其自身的信道跳变时间表(21)。所述信道跳变时间表包括当所述装置的接收器主动接收传输时的信道跳变间隔，以及当接收器在低电力睡眠状态时的睡眠间隔。有关睡眠间隔的参数被每个无线通信装置独立于外部约束而定义(21)。
【专利说明】信道跳变无线网络中通过独立定义每个节点处的睡眠间隔的电力保护
[0001 ] 本申请要求提交于2015年3月4日的同时在审的US临时申请号62/128,278的35USC 119优先权，并且其通过引用被合并于此。
技术领域
[0002]本申请总体涉及无线通信中的信道跳变，并且更具体地，涉及信道跳变无线通信网络中的电力保护。
【背景技术】
[0003]下面所列文档通过引用被合并于此:
[0004]1.Part 15.4:Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-ffPANs), IEEE802.15.4e 2012( 15.4部分:低速无线个人区域网(LR-WPAN)，电气电子工程师协会(IEEE)802.15.4e 2012)；
[0005]2.Technical Profile Specificat1n Field Area Network,W1-SUN Alliance2014(技术资料规范领域区域网络，W1-SUN联盟2014);以及
[0006]3.Part 15.4:Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-ffPANs), IEEE
802.15.42011 (15.4部分:低速无线个人区域网(LR-WPAN)，电气电子工程师协会(IEEE)
802.15.42011)。
[0007]在网络装置(节点)之间通信时，信道跳变被广泛地用在多个无线和有线通信系统中。信道跳变本质上包括在不同的实例时间，在不同载波频率之中的许多可用的子载波上传输无线电信号。通常使用发射器和接收器所知的伪随机序列，以便发射器在接收器所收听的信道上向期望的接收器传输。这提高了对于外部噪声的鲁棒性，并且有助于计数器干扰和窃听。信道跳变通过允许在不同节点对之间通过多个信道同时数据传输，能够实现增加的网络吞吐量，并且通过采用信道分集，能够增强困难信道条件下的可靠性。多重技术如蓝牙和数字增强无绳通信(DECT)使用信道跳变。
[0008]信道跳变能够通过许多不同的方法实现，例如，被称为时隙信道跳变(TSCH)的同步法以及被称为非时隙跳频(USCH)的异步法，如上面参考的文档I定义的。许多标准使用MAC信道跳变(介质访问控制)为不同的应用定义MAC协议。例如，W1-SUN联盟提出了(见上面文档2)场域网(FAN)规范，其使用USCH用于智能电网的应用。
[0009]在USCH中，每个节点挑选跳变序列并使其接收器在不同信道之间跳变。在每个信道中，节点花费规定的时间，该时间被称为驻留间隔(此处也可以被称为信道跳变间隔或CHI)。存在许多方法追踪接收器USCH序列，例如，上面文档2提出的FH-Discover法。
[0010]在USCH中，信道跳变时间表是接收器定向的，传输节点在接收器的当前信道跳跃发送传输(使用合适的防撞技术，例如防撞的载波监听多路访问或CSMA-CA进行空闲信道评估或CCA)。如果传输超出当前CHI，那么该传输继续进入相邻的(下一个连续的)CHI，并且接收器在当前信道继续监听。如果传输不向相邻的CHI延伸，第二发射器也可以尝试在该相邻的CHI中向接收器传输，因为第二发射器假定接收器正在与相邻的CHI相关联的信道上监听。因此，来自第二发射器的传输将会丢失，因为接收器没有切换到与相邻的CHI相关联的信道。
[0011]—些应用，像传感器网络，例如，有能量约束。因此，为低电力操作提供更低的能耗变得至关重要。许多不同的低电力操作已经被提出。像超帧(在上面文档3中被定义)中的非竞争时隙技术以及在LLDN网络(见上面文档I)中使用的类似技术，为整个网络或部分网络使用专用的预先分配的睡眠时间，由此，目标区域内的所有节点都能进入睡眠。所需的协调使用来自协调器的同步信标完成。
[0012]当没有全球网络级同步时，并且每个节点有其自己的睡眠时间表，可以使用常规方法像CSL(协调抽样监听)或RIT(接收器启动传输)。在CSL(见上面文档I)中，发射器使用长于接收器的睡眠间隔的唤醒帧，传输到异步化的接收器。该接收器的睡眠间隔一定是针对所有节点的固定值，或被限制到针对所有节点的最大值，因此发射器能够知道唤醒帧的最小持续时间。
[0013]在RIT(见上面文档I)中，接收器周期性地醒来以请求传输。节点想要发送传输给接收器听，直到其听到接收器的请求，并随后发送传输给接收器。CSL和RIT通常用在单信道操作中。这些技术的多信道扩展将涉及重复多个不同信道的技术。
【附图说明】
[0014I此处所参考的附图:
[0015]图1根据本发明的示例实施例，用图解的方式说明了无线通信装置的全球非同步网络；
[0016]图2根据本发明的示例实施例，说明能够被图1中的每个无线通信装置执行的操作；
[0017]图3根据本发明的示例实施例，示出一个具体的示例信道跳变时间表，其具有交替信道跳变间隔和静止间隔；
[0018]图4根据本发明的示例实施例，说明能够被图1中的无线通信装置执行的操作；
[0019]图5根据本发明的示例实施例，用图解的方式说明了无线通信装置。
【具体实施方式】
[0020]本发明已认识到，如果CSL延伸到在多个信道上跳跃的全球异步化网络，唤醒帧将不得不延伸到所有信道，从而造成大的开销。进程必须在不同的信道被重复多次以同步化网络。本发明也认识到，RIT的多信道延伸甚至更复杂，因为接收器将不得不在每个信道发送数据请求，并且发射器也将不得不在每个信道监听。这将造成长同步延迟，特别是有大量信道的情况，例如在W1-SUN规范(见上面文档2)中的129个信道(以50Kbps的数据速率)。
[0021]本发明在使用异步信道跳变的全球异步化网络中提供低电力操作，同时避免例如上述注解的关于CSL和RIT的缺点，还不会丢失异步信道跳变的好处。
[0022]本发明的示例实施例有助于使用异步信道跳变的无线通信装置中的全球非同步网络的电力保护。每个无线通信装置(WCD)定义其自身的信道跳变时间表(CHS)，包括当装置的接收器主动接收传输时的信道跳变间隔(CHI)，以及当接收器在低电力睡眠状态时的睡眠间隔(SI)。与SI相关联的参数被每个WCD独立于外部(例如网络)约束而定义。SI参数包括，例如，SI发生的比率，SI的各自持续时间以及SI的各自时间位置。在一些实施例中，SI的参数基于例如WCD的能量约束，WCD的应用层要求以及WCD所知的通信量概况被定义。
[0023]图1根据本发明的示例实施例，用图解的方式说明了WCD(或节点)12的全球非同步网络。该W⑶12通过建立在W⑶12的各自对之间的无线通信链路13互相通信。在一些实施例中，W⑶12使用异步信道跳变，例如，USOLWCD 12及其操作下面会参考图2-5更详细的描述.
[0024]图2根据本发明的示例实施例，说明能够被图1中的每个WCD执行的操作。在21中，WCD定义其CHS，包括用于接收传输的主动CHI，以及用于电力保护的被动SI。与SI相关联的参数被独立地定义且没有任何外部的强加约束。这样的SI参数的例子包括SI发生的比率，SI的各自持续时间以及SI的各自时间位置。在一些实施例中，CHS中的所有CHI有相等的持续时间。在一些实施例中，被所有WCD使用的所有CHI有相等的持续时间。
[0025]在一些实施例中，包括一些传感器的实施例，传感器/W⑶的CHS完全由SI组成，因此WCD除了当传输传感器数据时，总是在电力-保护的睡眠模式。在一些实施例中，所有的SI有相等的持续时间。在一些实施例中，各个SI具有各自不同的持续时间。在一些实施例中，SI周期性地发生。在一些实施例中，SI以非周期的方式发生。在一些实施例中，SI的发生比率在一个给定时间周期内随时间保持不变。在一些实施例中，发生比率在给定的时间周期随时间变化。各种实施例使用各种不同的发生比率、持续时间和时间位置参数的结合。图3示出CHI和SI交替的CHS的具体例子，其都有相等的持续时间。在图3的例子中，SI周期性地发生，并且它们在给定周期内发生的比率随时间保持不变。
[0026]在图2中，CHS在21中被定义之后，W⑶在22中将其CHS广播到网络的其他WCD。一些实施例在22中使用常规可用的技术和资源实施广播。例如，常规上用于广播常规信道跳变时间表的技术和资源在22中可以被用来广播CHS。
[0027]可以实现有效的电力保护，因为每个WCD用SI定义其自身的CHS，独立于任何其他的WCD或网络约束。这提供给WCD显著的灵活性，从而以一种在电力消耗方面有利于WCD的方式去裁剪其CHS。在一些实施例中，一个或更多个因素例如WCD的能量约束，WCD的应用层要求以及WCD所知的通信量概况被用来作为定义CHS的基础。
[0028]在一些实施例中，图2中虚线所示，W⑶在23中确定其CHS需要更新，在24中相应地改变CHS，并且在22中广播已改变的CHSο可能需要在23中更新CHS，例如，因为用于建立CHS的因素的改变，或者因为某个或某些其他环境变化不利地影响WCD的电力消耗。
[0029]被网络的各种WCD定义的CHS不需要互相同步化，并且WCD的CHI和SI都不需要在时间上相互对准。为了传播到其他WCD，每个WCD仅仅需要知道其他WCD的相应CHS。这将在下面更详细地描述。
[0030]图4根据本发明的示例实施例，说明能够被图1中的WCD执行的操作。在41中确定需要传输到具体WCD之后，在42中检索该具体WCD的CHS。此后基于检索的CHS，在43中确定当前时间是否适于开始传输。例如，如果CHS当前处在或接近CHI的开始，那么当前时间适于在与CHI相关联的信道上开始传输。另一方面，如果CHS当前接近CHI的结束，或在SI中，那么当前时间不适于开始传输。如果在43中确定当前时间适于发送传输，那么防撞程序在44中被执行以进行有关信道是否空闲的空闲信道评估。如果在44中信道空闲，那么所期望的传输在45被发送。
[0031]如果在43中确定当前时间不适于开始传输，例如，因为预期的接受者WCD处在与SI相关联的睡眠状态，那么，在一些实施例中，发送的W⑶在46等待，直到预期的接受者WCD的当前睡眠状态期满并且预期的接受者WCD进入CHI。空闲信道评估(CCA)随后在44中被执行。在一些实施例中，发送的WCD在44附近开始空闲信道评估，但是在预期的接受者WCD的当前睡眠状态期满之前。这在图3的例子中用图解的方式在44(执行CCA)和45(发送传输)示出。
[0032]如果44中的CCA是否定的，那么接收器的当前CHI在47中被跳过，并且操作回到43。
[0033]在一些实施例中，图4中46的等待使得传输操作44-45对应于预期的接受者WCD的挑选的信道跳变间隔，其发生在预期的接受者WCD的当前睡眠状态期满之后，但是其不是预期的接受者WCD发生在当前睡眠状态期满之后的第一个信道跳变间隔。
[0034]在一些实施例中，省略43中的确定(见图4中的虚线)，以及46中的等待包括计算传输操作44-45的时序，使之对应于从预期的接受者WCD的信道跳变时间表中先验性选择的信道跳变间隔。
[0035]在46的等待期间，在一些实施例中，发送的WCD关于其传输到预期的接受者WCD的任务进入睡眠模式，直到确定的传输时间到来。
[0036]再次考虑到图3的例子，其中CHS是交替时间表，其在CHI和SI之间依次地交替。这种SI的时间位置在发送传输时减少延迟，并且还允许第一传输从第一 WCD延伸越过给定CHI，而没有丢失从第二WCD来的第二传输的风险。这是因为第二W⑶在第一传输延伸进入的邻近的SI期间将制约发送第二传输，并且将反而等待直到其确定合适的传输时间(也见图4的43和46)。这与将CHI彼此相邻定位的现有技术的时间表形成对照。在那种情况下，正如上面所注解的，第一传输延伸越过当前CHI进入邻近的CHI，因此接收器(还没有跳跃到与临近的CHI相关联的信道)不能在相邻CHI期间接收第二传输。
[0037]图5根据本发明的示例实施例，用图解的方式说明了WCD(如图1的WCD12)。可以省略一些常规元件来提高清晰度。在各种实施例中，图5的WCD能够执行上述与图2-4相关的操作。在一些实施例中，图5中说明的实体在一个或更多的集成电路中被实施。时序控制器53为其他说明实体中的控制时序操作提供合适的时间基础信号。收发器(XCVR)51被配置为通过55中用图解的方式示出的天线布置发送和接收无线传输(例如，支持通信应用如54中所示)。此处所用的术语“收发器”指定被配置为通过天线布置55发送和接收无线传输的任意媒介，无论该媒介是作为集成的复合实体被实施，还是作为明显分开的实体。如所示，在一些实施例中，收发器51包括常规CCA设施56以在传输时支持防撞。
[0038]调度器52被配置为定义WCD的CHS，其被指定为图5中的本地CHS57，以及通过收发器51指示该本地CHS的广播。如所示，调度器52有权访问用于定义本地CHS 57的并且指示各种因素的信息，这些因素为例如WCD的能量约束，WCD的应用层要求以及通信量概况。调度器52进一步被配置为通过收发器51接收网络的其他WCD所广播的CHS，其被指定为图5中的外部CHS 58。调度器52使用外部CHS 58控制传输操作(也见图4中的42)，并使用本地CHS 57控制接收操作。在一些实施例中，调度器52被彼此耦合的数据处理器和存储器实施以用于信息交换。
[0039]根据前面的描述很明显的是，本发明提供的很多优势包括，例如，在全球化非同步的并且使用异步信道跳变技术(例如USCH)的网络中的提高的电力保护。有利地，WCD能够基于与电力保护相关的因素独立地定义并且动态地调整其自身的CHS。
[0040]尽管上面详细描述了的示例实施例，但是这不限制本发明的范围，本发明可以在多种实施例中实现。
【主权项】
1.一种限制全球非同步无线通信装置的网络中的电力消耗的方法，所述无线通信装置在多个信道上使用异步信道跳变，包括: 在每个无线通信装置处，为所述无线通信装置定义接收传输的信道跳变时间表，其中所述信道跳变时间表包括与低电力睡眠状态相关联的睡眠间隔，其中所述定义包括独立于外部约束定义睡眠间隔的参数，并且其中所述参数包括睡眠间隔发生的比率、所述睡眠间隔的各自持续时间以及所述睡眠间隔的各自时间位置； 广播来自每个所述无线通信装置的相关联的信道跳变时间表；以及 在每个所述无线通信装置中接收分别与其他无线通信装置相关联的所述信道跳变时间表。2.根据权利要求1所述的方法，包括在第一所述无线通信装置处，根据第二所述无线通信装置的跳变时间表，确定所述第二无线通信装置当前是否正处在睡眠状态，以及， 如果否，在所述第二无线通信装置的当前信道跳变间隔内，发送来自所述第一无线通信装置的传输到所述第二无线通信装置， 如果是，在所述第一无线通信装置处等待至少直到所述第二无线通信装置的当前睡眠状态期满，以及此后在所述第二无线通信装置的选择的信道跳变间隔内，发送来自所述第一无线通信装置的传输到所述第二无线通信装置。3.根据权利要求2所述的方法，其中至少一些所述信道跳变时间表是交替时间表，其在睡眠间隔和信道跳变间隔之间依次交替。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二无线通信装置具有所述交替时间表，并且所述传输延伸越过所述当前信道跳变间隔进入交替时间表的邻近的睡眠间隔，并且第三无线通信装置正在等待在邻近的睡眠间隔期满以后，传输到所述第二无线通信装置。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一无线通信装置的所述信道跳变时间表完全由睡眠间隔组成。6.根据权利要求2所述的方法，包括，在所述等待期间，在所述第二无线通信装置的当前睡眠状态期间，在所述第一无线通信装置处开始空闲信道评估程序。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述定义睡眠间隔的参数基于以下项中的一个执行:所述无线通信装置的能量约束、所述无线通信装置的应用层要求以及所述无线通信装置所知的通信量概况。8.根据权利要求7所述的方法，在一个或更多个所述无线通信装置处，动态地改变相关联的信道跳变时间表，以及广播来自所述无线通信装置的动态地改变的信道跳变时间表。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述异步信道跳变是非时隙信道跳变。10.根据权利要求1所述的方法，其中一些所述信道跳变时间表是交替时间表，其在睡眠间隔和信道跳变间隔之间依次交替，并且一些所述信道跳变时间表完全由睡眠间隔组成。11.一种无线通信装置，其被配置为限制全球非同步无线通信装置的网络中的电力消耗，所述无线通信装置在多个信道上使用异步信道跳变，所述无线通信装置包括: 调度器，其被配置为给所述无线通信装置定义接收传输的信道跳变时间表，其中所述信道跳变时间表包括与低电力睡眠状态相关联的睡眠间隔，其中所述调度器进一步被配置为独立于外部约束定义所述睡眠间隔的参数，并且其中所述参数包括所述睡眠间隔的发生比率、所述睡眠间隔的各自持续时间以及所述睡眠间隔的各自时间位置;和 收发器，其被耦合到所述调度器并且被配置为广播来自所述无线通信装置的所述信道跳变时间表，并且被配置为接收分别与所述网络中的其他无线通信装置相关联并且通过其他无线通信装置广播的其他信道跳变时间表； 其中每个所述其他信道跳变时间表已被相关联的其他无线通信装置定义，其中每个所述其他信道跳变时间表包括睡眠间隔，其中所述睡眠间隔被提供用于低电力操作并具有被所述相关联的其他无线通信装置独立于外部约束而定义的参数，并且其中被每个所述其他无线通信装置定义的所述参数包括所述相关联的睡眠间隔的发生比率、所述相关联的睡眠间隔的各自持续时间以及所述相关联的睡眠间隔的各自时间位置。12.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中所述调度器被配置为;根据一个所述其他信道跳变时间表，确定相关联的一个所述其他无线通信装置当前是否处在睡眠状态，以及， 如果否，在所述一个其他无线通信装置的当前信道跳变间隔内，指示所述收发器发送传输到所述一个其他无线通信装置， 如果是，至少等待直到所述一个其他无线通信装置的当前睡眠状态期满，以及此后在所述一个其他无线通信装置的选择的信道跳变间隔内，指示所述收发器发送传输到所述一个其他无线通信装置。13.根据权利要求12所述的无线通信装置，其中至少一些所述其他信道跳变时间表是交替时间表，其在睡眠间隔和信道跳变间隔之间依次交替。14.根据权利要求13所述的无线通信装置，其中所述一个其他无线通信装置具有所述交替时间表，并且所述传输延伸越过所述当前信道跳变间隔进入交替时间表的邻近的睡眠间隔，并且所述其他无线通信装置中的另外一个正等待在邻近的睡眠间隔期满之后，传输到所述一个其他无线通信装置。15.根据权利要求12所述的无线通信装置，其中所述信道跳变时间表完全由睡眠间隔组成。16.根据权利要求12所述的无线通信装置，其中所述调度器被配置为指示所述收发器在等待所述当前睡眠状态期满时，在所述当前睡眠状态期间开始空闲信道评估程序。17.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中所述调度器被配置为基于以下项中的一个定义睡眠间隔的所述参数:无线通信装置的能量约束、无线通信装置的应用层要求以及无线通信装置所知的通信量概况。18.根据权利要求17所述的无线通信装置，其中所述调度器被配置为动态地改变所述信道跳变时间表，并且其中所述收发器被配置为广播来自所述无线通信装置的动态地改变的信道跳变时间表。19.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中在一个或更多个集成电路上提供所述调度器和所述收发器。20.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中所述信道跳变时间表是交替时间表，其在睡眠间隔和跳变间隔之间依次交替，并且其中所述收发器被配置为接收来自一个所述其他无线通信装置的传输，所述传输延伸越过所述交替时间表的当前信道跳变间隔进入邻近的睡眠间隔，并且所述其他无线通信装置中的另外一个正等待在所述邻近的睡眠间隔期满之后，传输到所述无线通信装置。21.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中所述调度器与所述收发器可协同操作，从而在所述一个其他无线通信装置的信道跳变间隔内，发送传输到一个所述其他无线通信装置，所述信道跳变间隔是通过所述调度器从与所述一个其他无线通信装置相关联的信道跳变时间表中先验选择的。22.根据权利要求1所述的方法，包括:在通过第一无线通信装置从与第二无线通信装置相关联的信道跳变时间表中先验选择的所述第二无线通信装置的信道跳变间隔内，从第一所述无线通信装置发送传输到第二所述无线通信装置。
【文档编号】H04W40/16GK105939531SQ201610125473
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】K·维亚雅三克尔, A·康达路拉乌, R·维丹萨姆
【申请人】德克萨斯仪器股份有限公司