专利名称：通信方法、关联发送和接收站以及计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电信网络中使用的通信技术。它具体但非排它地应用于ad hoc (特设)网络中。
背景技术：
ad hoc网络是缺乏固定基础设施的通信网络。特定数目的无线站(station) 被配备有无线电发射和/或接收装置以及合适的协议，以形成adhoc网络的节 点。
组成adhoc网络的这些站可以是固定或便携式计算机、袖珍计算机、移 动电话、交通工具、家用电器(electrodomestic appliance)等的形式。发射-接收装置还可以与诸如传感器或致动器之类的简单物体相关联。因而，传感 器的adhoc网络使得可能执行例如目的在于监视或控制安装的信息收集。
ad hoc网络的成功很大程度上取决于构成网络节点的站的寿命。能量节 约是用于设计长寿命传感器网络的关键因素，具体地这是因为节点一般由通 常昂贵且难以(或甚至不可能)替换或再充电的电池来供电。
用于传统传送介质的访问协议(例如，IEEE 802.il)需要永久地接通站 的无线电接收机，始终准备接收信号。该"准备接收"模式消耗大量的能量。 但是如果在信道上不存在传送，则能量被这种被动(passive)收听(或"空 闲(idle)收听")浪费。该问题在具有其中信道在大部分时间中空闲的adhoc 类型清闲业务的传感器网络中是特别至关紧要的。
为了解决该问题，存在使得可能减少被动收听的成本开销的过程。表述 "被动收听"被理解为代表由接收机节点进行的耗能但是无益的对无线电信 道的有源收听，也就是说，在收听期间没有接收到意欲到达该接收机节点的 任何信号的收听。
已知过程之中的计算(figuring)是#4居其接收机节点间歇地收听无线电 信道的那些过程。然后，所发射的信号一般包括由数据帧跟随的前同步码。 这样的过程被称为前同步码采样技术。图1沿着时间轴t以示意方式示出了发射机节点E根据这样的前同步码
采样协议在无线电信道上发射的以接收机节点R为目的地的信号111。信号 111包括前同步码115 (例如，包含已知比特图案(bitpattern)的重复的帧)、 和数据帧113。
从一开始将注意的是，节点的"有源无线电收听模式，，与当其无线电接 收装置被激活、消耗能量并因此能够接收向所述节点传送的信号(如果存在 的话)时的节点操作对应，而"无源无线电收听模式"与当其无线电接收装 置待令并且没有消耗任何能量时的节点操作对应。
与网络中的每个接收机节点一样，接收机节点R在沿时间轴t的矩形129 所表示的、所确定的持续时间的、短的和周期性苏醒瞬间(waking moment) 中处于有源无线电收听模式(无线电接通)。将两个连续觉醒瞬间(wakeup moment) 129的开始点分开的时间等于T'w。这些觉醒瞬间129被长的苏醒 间时间段127间隔开，在所述苏醒间时间段127期间接收机节点处于无源无 线电收听模式(无线电关断)那时对于无线电收听任务没有消耗能量。接收 机节点的觉醒瞬间不必是伴生的(concomitant )。
在觉醒瞬间129期间，接收机节点R在所述瞬间中切换到有源无线电收 听模式，以便收听信道并确定是否存在所述信道上传送的信号。
如果接收机节点R确定信道空闲，则它在所述瞬间129结束时返回到无 源无线电收听状态(无线电关断)。另一方面，如果它在收听瞬间129处检测 到存在至少 一个所确定的比特图案，则它从其中推导出在所述信道上存在前 同步码，并且它仍然处于有源无线电收听模式中，直到它接收到跟随在前同 步码115之后的数据帧113为止(时间段117),如果适当超出收听瞬间129 的话。
在接收到数据113之后，接收机节点R返回到无源无线电收听状态。 因而，在该类协议中，节点在无源无线电收听模式中花费其大部分时间， 从而减少被动收听，并因此节约能量。
另外，当节点希望输送(dispatch)数据帧时，它首先收听信道。如果它 确定信道被占用，则它继续收听直到所述信道被释放为止。另一方面，如果 它确定信道空闲，则它输送前同步码，然后是数据帧。前同步码的持续时间 必须至少等于T'w,以确保全部潜在接收机节点在发射前同步码期间切换到 有源收听模式，并因而能够接收跟随在前同步码之后的数据。因而，当节点检测到前同步码时，为了接收数据帧，它必须连续收听信 道直到接收到数据帧为止。
另外，已知WOR或无线电唤醒(Wake-on-Radio )过程(Chipcon AS, CC 1100/CC2500 Wake on Radio Application Note (无线电唤醒应用注解)(Rev 1.0) July 2005 )，按照与上述过程的接收机R类似的方式，接收机也根据所述 过程间歇地收听无线电信道。
根据WOR过程，当发射机节点E希望传送数据帧123时，它在该数据 帧之前发射所述数据帧的一连串副本(copy)。
在所谓"无确认"的第一模式中，WOR过程由发射机节点E'输送该数 据帧的n个相继的副本组成，其分布在大于将两个相继的觉醒瞬间的开始点 分开的时间段T"w的时间段上。
在所谓"有确认"的第二模式中，发射机节点E'—接收到由数据帧意欲 到达的接收机节点R'输送的确认就停止输送数据帧。
因而，在该第二模式中，发射机节点E'在无线电信道上输送数据帧的最
大n个先前副本123,、 1232..... 123n， n为预定义的数(例如，在所考虑的
情况下，n等于5)。在输送数据帧123i之后，发射机节点E'在时间间距(time span) TACK期间收听无线电信道，以便检测可能由数据帧的接收者输送的任
何确认信号。如果在该时间间距TACK终止时没有检测到任何确认信号，则它
输送数据帧的新副本，并如此这般直到它已经输送该数据帧的五个副本为止。 另一方面，如果发射机节点E'接收到确认信号，则它中断发射数据帧的副本。
在图2所描述的具体情况下，发射机节点E'已经输送了数据帧的第一组 三个副本123" 1232和1233。在跟随在数据帧的第三副本的发射之后的信道 收听期间，发射机节点E'检测到由数据帧接收者节点R'输送的确认信号114 在信道上的传送。因此，它不输送数据帧的任何第四和第五副本。
在由沿着时间轴t的矩形139表示的苏醒瞬间期间，接收机节点侧(接 收机节点R')处于有源无线电收听模式(无线电接通)，所述苏醒瞬间被长的 苏醒间时间段137间隔开。将两个相继觉醒瞬间的开始点分开的持续时间等 于Tw2秒，在所述Tw2秒期间，接收机节点R'处于无源无线电收听模式。
每TW2秒，接收机节点R'觉醒以检查是否存在信道上传送的信号。为该 目的，节点在时间段139期间切换到有源无线电收听模式，以收听信道。如 果节点确定信道空闲，则它返回到无源无线电收听状态(无线电关断)。另一方面，如果它在收听时间段139期间检测到信道被占用，则它执行必需的操作(检测用于指示数据帧的报头比特、检测同步比特、检查帧未损坏)，以完 整和正确地接收在无线电信道上传送的数据帧。在正确接收到数据帧之后，接收机节点R'输送确认信号，然后返回到无源无线电收听状态。参考图2，接收机节点R'还不能正确接收由发射机节点E'输送的数据帧 的第一副本123P因为它在传送该副本的开始点处没有处于有源无线电收听 模式。接收机节点R'在传送数据帧的第二副本1232期间处于无源收听模式。 另一方面，它在觉醒瞬间139期间检测传送数据帧的第三副本1233的开始点 并且仍然处于有源收听模式中，直到接收第三副本结束为止。其后，它切换 到发射模式，以在信道上发射意欲到达发射机节点E'的确认信号114。WOR过程的该第二模式的优点在于确认信号的输送保证了所输送数据 巾贞的正确接收。在无确认的情形下，发射机节点E'可以判断再次输送数据帧。 将觉醒瞬间139的持续时间固定为至少等于将传送数据帧的副本i的开 始点和传送下一副本i+l的开始点分开的持续时间，即，等于帧的传送时间与时间Tack之和，在所述时间tack期间发射机等待确认信号。业务越清闲，接收机节点在这些觉醒瞬间期间的被动收听越多，这是因 为在收听时间段139的持续时间中考虑了时间TACK。因此，存在以下需求，尤其在在发射数据帧之前发射该数据帧的一连串 副本的情况下，允许缩短接收机节点的严重耗能的被动收听，同时允许通过 后者输送用于确认数据帧的正确传送的信号。发明内容为此目的，根据第一方面，本发明提出了一种在至少两个节点之间的无 线电信道上的通信方法，所述节点被适配为按照交替的方式在信道上进行发 射，所述方法包括目的在于传送数据帧的以下步骤-被称为发射机的所述两个节点之一公式化(formulate)包括由数据帧 跟随的前同步码的信号，所述前同步码包括一系列帧，所述前同步码中 的至少一个第一帧包括数据帧的副本并且指示将所述第一帧与数据帧分 开的前同步码中的帧的数目；-发射机节点在无线电信道上发射如此公式化的信号。该数目的指示允许接收机节点恰好从收到第一帧开始使其自身处于无源收听模式，并且在发射信号终止时促成其觉醒，以便然后输送其确认信号。 因而可以缩短被动收听。因此，包括数据帧的信号的发射可以作为一个整体发生，也就是说，在 分别发射数据帧的两个相继的副本之间不存在这样的时间段，在所述时间段 期间发射机轮询等待确认信号的待令信道(因此，这里Tack等于零)，发射 机节点切换到有源收听模式以检测确认信号仅发生在输送了完整信号之后。结果，收听的周期性觉醒的持续时间相对于WOR过程的第二模式来说被缩 短，其结果是缩短了节点被动收听时间。在一实施例中，在被称为接收机的另一节点收到所述第一帧以后，所述 方法此外包括以下步骤-确定在信号的数据帧发射完成之前的时间间距，作为由所接收的帧指示的数目的函数；-在所述所确定的时间间距期间，转换到接收机节点的无源无线电收听 模式。该安排的效果在于允许减少被动收听，并因此减少了能耗。在一实施例中，在被称为接收机的另 一节点收到所述一系列帧中的帧以 后，所述方法包括以下步骤-确定在信号的数据帧发射完成之前的时间间距，作为由所接收的所述 第一帧指示的数目的函数；-在所述所确定的时间间距的结尾处，发射与所接收的所述第一帧相关 的收到确认。因此，接收机节点可以确定从何时开始所接收的数据帧和/或至少一个其 副本的传送不再占用无线电信道。因此，不必为了发射确认信号而耗费能量 来轮询信道以检测信道是否空闲。在一实施例中，所述方法包括包括无线电发射装置的节点在公式化包 括前同步码和数据帧的信号的至少一个第 一模式和一个第二模式之间选择模 式，所述前同步码包括一系列帧，所述一系列帧包括至少一个第一帧，所述至少一个第一帧指示将所述第一帧与数据帧分开的一系列中的帧的数目、并 且此外指示所选择的模式。所述第一模式遵从上面指示的内容。根据所述第二模式而公式化的信号 的前同步码中的一系列帧中的帧相对于数据帧来说具有缩短尺寸。所述方法其后包括根据所选择的模式来公式化信号；以及节点在无线 电信道上发射如此公式化的信号。因而，这种方法使得可能适配无线电信道上的发射作为各种因素的函数。 在前同步码中发射的帧包括关于用以允许接收机节点接收数据帧而选择的 模式的必需信息、或在第一公式化模式的情况下的副本。在一实施例中，所迷方法包括发射机节点确定信道上的传送误差率， 所述节点选择公式化该信号的模式作为至少该所确定的误差率的函数。因而，所公式化的信号特别适于所使用的无线电信道的特性。有益地，在被称为接收机的另一节点收到一系列帧中的帧以后，所述方 法包括以下步骤-读取由所接收的帧指示的模式；-确定在发射该信号的数据帧之前的时间间距，作为由所接收的所述帧 指示的帧的数目的函数；-在作为所确定的时间间距的函数而计算的时间段期间，转换到接收机 节点的无源无线电收听;漠式；-如果由所接收的所述帧指示的模式是第二模式，则在所计算的时间段 的结尾处转换到接收机节点的有源无线电收听模式，以便接收所述数据帧。该安排使得可能减少被动收听。为了接收数据帧，接收机节点在检测到 跟随在前同步码之后的数据帧之前不需要收听无线电信道。在一实施例中，所述方法此外包括以下步骤-被称为接收机的另 一 节点确定信道上的传送误差率；-接收机节点在接收包括前同步码的信号的至少 一个第 一模式和一个第 二模式之间选择模式，作为至少所确定的误差率的函数，所述前同步码包括 一系列帧并且由数据帧跟随。根据该实施例，在第一接收模式中，如果接收机节点检测到信道上的前 同步帧的传送，则所述节点仍然处于有源无线电收听模式中，直到它接收到 正确的前同步码的帧、或直到接收机节点确定信道被释放。该模式叫做(speak of)持续接收。而在第二接收模式中，如果接收机节点检测到信道上的前同 步码中的帧的传送，则该节点在收到前同步码的错误的帧之后，切换到无源 无线电收听模式，尽管在该错误帧之后在信道上发射前同步码中的至少一个 帧。该模式叫做非持续接收。这些持续或非持续接收行为对于节点在发射和/或接收中花费的时间有影响(并因此对于能耗有影响)，并且对于交换的可靠 性有影响，这取决于信道上的误差概率。
因而，节点对于接收模式的选择使得可能适配网络中的每个节点的接收。
有益地，所述发射机节点为了与邻近节点进行交换而进行在公式化信号 的第 一模式和第二模式之间的选择，作为被确定为排除与其他节点的交换之 外的所述发射机节点和所述邻近节点之间的交换的函数的与信道相关的误差 率的函数。该安排允许更显著地减少能耗。
有益地，所述接收机节点为了与邻近节点进行交换来进行在接收信号的 第 一模式和第二模式之间的选择，作为被确定为排除与其他节点的交换之外 的所述发射机节点和所述邻近节点之间的交换的函数的与信道相关的误差率 的函数。该安排允许更显著地减少能耗。
在一 实施例中，作为以下 一个或多个元素的函数来做出所述在公式化信
号的第一模式和第二模式之间的选择步骤表示作为误差概率的函数而估计 的能量耗费的值、作为误差概率的函数而估计的网络上的总传送可靠性的值、 和固定的传送可靠性阈值。
在一实施例中，作为以下一个或多个元素的函数来做出所述在接收信号 的第一模式和第二模式之间的选择步骤表示作为误差概率的函数而估计的 能量耗费的值、作为误差概率的函数而估计的网络上的总传送可靠性的值、 和固定的传送可靠性阈值。
因而，可以在能耗和例如网络的技术操作员所保证的传送可靠性的值之
间做出受控的折衷。
根据第二方面，本发明提出了一种用于形成能够以半双工方式在无线电
通信信道上进行发射的节点的发射机站。该发射机站包括
-公式化装置，适配为为了传送数据帧而公式化包括由数据帧跟随的前 同步码的信号，所述前同步码包括一系列帧，所述一系列帧中的至少一个第 一帧包括数据帧的副本并且指示将所述第 一帧与数据帧分开的一 系列中的帧 的数目；
-无线电发射装置，适配为在无线电信道上发射如此公式化的信号。 根据第三方面，本发明提出了 一种用于形成能够间歇地收听无线电信道 的节点的接收机站。该接收机站包括 -无线电接收装置；-确定装置，用于在无线电接收装置接收包括数据帧的副本的至少一个 第一帧期间，确定在信号的数据帧(TD)发射完成之前的时间间距(TDFP), 作为从所接收的所述第一帧中读取的并且指示将所述第一帧与数据帧分开的 一系列帧中的帧的数目的、数目的函数，所述第一帧为在信道上发射的信号 中的前同步码的 一 系列帧中的帧，所述信号包括由所述数据帧跟随的前同步
码；
-控制装置，适配为促使在所确定的时间间距期间转换到节点的无线电 接收装置的无源无线电收听模式。
根据第四方面，本发明提出了一种要安装在发射机站中的计算机程序， 所述发射机站用于形成能够在无线电信道上进行发射的节点。该程序包括用 于为了传送数据帧、在该发射机站的处理装置执行所述程序期间、实现根据 本发明第 一 方面的方法的步骤并且对于该发射机站负责的指令。
根据第五方面，本发明提出了一种要安装在接收机站中的计算机程序， 以便形成能够间歇地收听无线电信道的节点。该程序包括用于在该接收机站 的处理装置执行所述程序期间、实现根据本发明第一方面的方法的步骤并且 对于该接收机站负责的指令。
一旦阅读了以下描述，本发明的其他特征和优点将进一步明显。以下描
述纯粹是说明性的并且应该结合附图来阅读，附图中 -图3是可应用本发明的adhoc无线网络的图； -图4a表示本发明实施例中的根据DFP模式发射的信号S; -图4b表示在传送图4a所表示的信号S期间节点的无线电活动； -图5a表示本发明实施例中的根据MFP模式发射的信号S'; -图5b表示在传送图5a所表示的信号S'期间节点的无线电活动； -图6表示本发明实施例中发射的信号的前同步码的帧结构； -图7是由节点实现的根据本发明的方法的步骤的流程图； -图8表示节点的周期性觉醒；
-图9表示用于表示作为无线电信道上的误差概率的函数的无线电活动 的平均持续时间的曲线图，所述无线电活动包括发射中的活动和接收中 的活动；-图IO表示作为无线电信道上的误差概率的函数的传送可靠性。
具体实施例方式
图3中表示了电信网络1，在所考虑的情况下，ad hoc网络包括多个发 射-接收机站2，每个发射-接收机站2意欲构成所述ad hoc网络1的节点。
节点2包括处理模块5、发射/接收模块6,该发射/接收模块6确保目的 在于经由共享无线电信道4与邻近节点交换信号的物理层和链路层(OSI模 型的层1和层2)的处理操作。该发射/接收模块6链接到天线6'。发射/接收 模块6通过控制装置7来接通/关断。
当例如节点X的节点2必须向邻近节点Y传送数据帧To时，节点X的 处理模块5公式化对应信号。该信号包括由数据帧To跟随的前同步码。然后， 节点X经由其无线接口模块6和其天线6'来在无线电信道4上传送如此公式 化的信号。
更确切地，参考图7，当节点2必须传送数据帧时，节点X的处理模块 5首先基于由节点X与邻近节点交换的信号来估计无线电信道4上的传送误 差率TEx。
然后，作为该估计的传送误差率TEx的函数，节点X的处理模块5从两 种公式化模式MFP (微帧前同步码)和DFP (数据帧前同步码)之中选择公 式化信号的模式。稍后描述选择规则。
其后，处理模块5根据所选择的公式化模式来公式化信号。 如果所选择的公式化模式为DFP模式，则处理模块5构造信号S。诸如 在无线电信道4上发射的该信号S作为时间t的函数被表示在图4a中。它包 括由数据帧TD跟随的前同步码8。前同步码8包括一系列的k (k为大于或 等于1的整数)个帧TD1、 TD2…TDk。所述系列8中的每个帧TDi, 1=1啦包括 数据帧TD的副本和将帧TDi与跟随在前同步码8之后的数据帧To分开的所述 系列中的帧的^:目的指示。
例如，在所考虑的实施例中，每个帧Toi, H",k在该帧的专用字段中包括
数目(k-i)。
然后，将如此公式化的信号S传送到节点X的天线6，以在信道4上进 行发射。将帧TDi, —"jk和数据帧To全部一个接一个地以连续的方式发射。具
体地，在前同步码中的帧TDi, ^到k的发射与接下来的帧TDi+,的发射之间，节点X没有切换到有源无线电收听模式。
如果所选择的公式化模式是MFP模式，则无线接口模块5构造信号S'。 诸如在无线电信道4上发射的该信号S'作为时间t的函数被表示在图5a中。 S'包括由数据帧TD跟随的前同步码8'。该前同步码8'包括一系列的m*k (m 为严格大于1的整数)个微帧TM1、 TM2 ... TMm*k。所述微帧相对于数据帧来
说具有缩短的长度。所述系列中的每个微帧TMj,j-,到m化包括将该帧与跟随在
前同步码8'之后的数据帧TD分开的所述系列中的微帧的数目的指示。例如， 在所考虑的实施例中，每个帧TMj十到^k在该帧的专用字段中包括数目(m*k
-j)。
然后，将如此公式化的信号S'传送到节点X的天线6，以在信道4上进 行发射。在所考虑的实施例中，帧TMj, j=1到m*k此外包括例如通过对数据帧TD 应用散列函数而获得的数据帧TD的签名。
在所考虑的实施例中，由无线接口模块5公式化的、信号S、 S'的前同步 码8、 8'的用于DFP模式的每个帧TDi, M啦和用于MFP模式的每个帧TMj, j=1
到m*k
包括图6所指示的字段。
因而，处理模块5在帧TDi. i=1到k或TMj, j=1到m*k中的以下字段中指示以下
内容
-在"类型，，字段20中指示所选择的公式化模式MFP或DFP， -在"目的地，，字段21中指示接收信号S、 S'的节点Y的MAC地址， -在"N。，，字段22中指示将所考虑的帧与跟随在前同步码之后的数据帧 TD分开的前同步码中的帧的数目的指示，即，在本情况下，对于DFP 模式的帧Ioi ，i=i到k的(k - i),以及对于MFP才莫式的帧Tmj,j-i到m*k的(m*k
画j)，
-在"内容"字段23中指示对于DFP模式的帧TDi, w到k的数据帧Td的 副本、以及对于MFP模式的帧TMj, j=1到m化的数据帧TD的签名。 每个节点2被适配以便在觉醒瞬间处于有源无线电收听模式(无线电接
通)，而在觉醒瞬间之间处于无源无线电收听模式(无线电关断)，各种接收
机节点的有源和无源无线电收听模式的瞬间不必是伴生的。控制装置7被适
配为使节点休眠和唤醒它们。
参考图8，在由沿时间轴t的矩形25表示的苏醒瞬间期间，节点2处于
有源无线电收听模式(无线电接通)，所述苏醒瞬间被长的苏醒间时间段26间隔开，在所述苏醒间时间段26期间接收机节点2处于无源无线电收听模式。 前同步码8、 8'具有大于或等于将网络1中的节点2的连贯的周期性苏醒
瞬间的开始点分开的持续时间Tw的持续时间，在所述持续时间期间节点处
于有源无线电收听模式(无线电接通)。这使得可能保证将在每个节点的觉醒
瞬间期间广播前同步码。
在所考虑的情况下，前同步码8、 8'的持续时间因此等于持续时间Tw。
令Tw = m*k*f,其中f等于发射MFP模式的微帧TMj,^到m化的持续时间，
m*f等于发射DFP模式的帧TDi, i=l到k 的持续时间。
在所考虑的情况下，苏醒瞬间25的持续时间等于m*f秒，即，在DFP
模式中公式化的前同步码中的帧TDi的持续时间。
在本发明的实施例中，节点Y的无线接口模块被适配为例如基于由节点 Y与邻近节点交换的信号，来规则地或偶发地估计无线电信道4上的传送误 差率TEY。
然后，作为该所测量的误差概率TEY的函数，节点Y的无线接口模块5 从如图7所图示的、被称为PR (持续接收)和NPR (非持续接收)的两种接 收模式之中选择接收模式。
每Tw秒，例如节点Y的节点2在收听瞬间25期间经由其处理模块5 来检查是否存在信道4上传送的信号。如果节点Y确定信道4空闲，则它在 收听瞬间25终止时返回到无线电收听的无源状态(无线电关断)。
另一方面，如果它在收听瞬间25期间检测到信道被占用，则它执行操作 (具体地，检测同步比特)，以允许正确接收前同步帧。
在其中节点Y已经选择NPR接收模式的情况下，只要周期性苏醒瞬间 25尚未结束并且信道被占用，节点Y就收听无线电信道，以便接收正确的前 同步帧，也就是说，其字段已被无误差地接收的帧。节点Y例如借助于循环 冗余校验或CRC来检测接收误差。然后，如果在周期性苏醒瞬间25终止时、 节点Y尚未接收到正确的前同步帧或者节点Y当前没有正在4^收在前的正确 帧，则它返回到无源收听模式，即使其后发射前同步码中的一个或更多帧。 如果它当前正在接收前同步帧，则它终止其接收，然后返回到无源无线电收 听模式。
在其中节点Y已经选择PR接收模式的情况下，只要无线电信道未被释 放，节点Y就尝试接收正确的前同步帧。因而，如果在周期性觉醒瞬间25始的前同步码的传送在周期性苏醒瞬间25之后继续，则节点Y 仍然处于有源无线电收听模式中，即使超过周期性觉醒瞬间25。
一旦已经在PR或NPR接收模式中正确接收到前同步帧，节点Y就切换 到无源无线电收听模式。
经由其处理模块5，节点Y从所接收的前同步帧中提取"类型"字段20、 "目的地"字段21、 "N。"字段22和"内容"字段23的内容。
如果"类型"字段20指示MFP公式化模式，则节点Y的处理模块5检 查到从所接收的帧中的"目的地"字段21中提取的内容(例如，图5a所表 示的信号S'的前同步码8'中的微帧TMj)确实与节点Y的MAC地址对应。
如果情况如此，则节点Y的处理模块5借助于在字段23中包含的数据 帧TD的签名而检查到先前还没有接收到数据帧的数据(例如，已经接收到的 数据帧的签名被存储在节点Y的存储器中)。
如果它们尚未被接收到，则节点Y的处理才莫块5确定在传送前同步码8' 结束之前占用信道的持续时间T柳p作为字段22所指示的数目和传送微帧的 已知持续时间的函数，然后它向节点2的控制装置7提供该持续时间。
参考图5b,图5b将在传送诸如图5a所表示的信号S'期间、节点Y在无 线电接通的情况下的无线电活动的时间段表示为阴影区。节点Y的控制装置 7然后命令无源收听模式从接收前同步码中的微帧TMj结束继续，直到占用信
道的持续时间TMFP结束为止，并且命令节点Y在持续时间TMFP的结尾处切
换到有源收听模式，以接收数据幀Td。
一旦完成数据帧Td的接收，节点Y就发射确认信号ACK,然后节点Y 的控制装置7命令返回到无源收听模式直到下一周期性觉醒瞬间25为止。
因此，节点Y在传送数据帧To期间处于有源收听模式，以便接收数据 帧TD,在图5所表示的信号S中所述数据帧To跟随在前同步码8'之后。
因而，在传送跟随在前同步码8'中的微帧丁Mj之后的前同步码部分期间
激发(instigate)无源收听模式，减少了被动收听，然而通过命令在其传送之 前唤醒节点Y而允许信号S中跟随在前同步码8'之后的数据帧Td的接收。
在其中从"目的地"字段21中提取的内容没有与其MAC地址对应的情 况下，或者在其中节点Y借助于所述签名已经确定了已经接收到数据帧TD 的数据的情况下，节点Y仍然处于无源无线电收听模式中，直到下一周期性 觉醒瞬间25为止。如果"类型"字段20指示DFP公式化模式，则节点Y的处理模块5从所接收的前同步帧中的"内容"字段23 (例如，图4a所表示的信号S的前同步码8中的帧TD2)中提取数据帧TD的数据副本。
节点Y的处理模块5确定在传送信号S结束之前占用信道的持续时间丁DFP作为字段22所指示的数目和传送在DFP模式中公式化的前同步码中的帧的已知持续时间的函数，然后它向节点Y的控制装置7提供该持续时间。
参考图4b,图4b将在传送诸如图4a所表示的信号S期间、节点Y在无线电接通的情况下的无线电活动的时间段表示为阴影区，节点Y的控制装置
7因而命令无源收听模式从前同步码中的帧TD2的接收结束继续，直到占用信
道的持续时间TDFP结束为止，并且命令节点Y在该持续时间的结尾处觉醒，以便在已释放的无线电信道4上发射意欲到达节点X并且与所接收的数据有关的确认消息ACK。 一旦已经发射了确认信号，节点Y的控制装置7就命令它返回到无源收听模式，直到下一周期性觉醒瞬间25为止。
因此，节点Y在传送跟随在帧丁02之后的前同步码8的部分期间和在传送数据帧To期间处于无源收听模式。因此，节点Y没有耗费能量以确定信号S的传送是否已经终止，因而释放了信道并且允许了节点Y传送确认信号。在时间间距TDFP的结尾处规划(programmed )节点Y的觉醒。
在传送信号S结束时，发射确认信号ACK。因此，节点X在发射前同步码8中的两个帧TD2之间不必须收听无线电信道。信号S后的确认信号ACK的传送不引起被动收听增加，这是由于已经接收到信号S的前同步码8中的帧的节点在该接收之后被触发(toggle)到无源收听模式，直到适于输送确认信号的有利瞬间。
此外，周期性觉醒瞬间的时间被减少到发射前同步码8中的帧的持续时间，这进一步缩短了节点的被动收听(依靠本发明，传统WOR过程的时间
TAO^皮减少为零)。
在现有技术中已知的各种技术可用于估计无线电信道4上的传送误差率，所述传送误差率用于从DFP和MFP模式之中选择信号公式化模式、和/或从PR和NPR模式之中选择接收模式。
在一实施例中，节点基于该节点在信道4上接收到的微帧来估计传送误差率。所述传送误差率等于例如借助于CRC而检测的错误微帧数与节点2接收的总微帧数的比率。在一 实施例中，由节点来计算和与每个邻近节点的交换相关的传送误差率，以便选择意欲到达该邻近节点的信号的公式化模式。因此，为了计算与邻近节点相关的这种误差率，仅考虑由该节点接收并由该邻近节点发射的微帧。
前同步码公式化模式DFP、 MFP中的每种包括相应的优点。在MFP模式中，基于前同步码的微帧中指示的序号，接收机节点推导何时将传送数据帧。作为目的地址的函数，它推导是否适于接收它。作为签名的函数，它可以确定是否已经接收到它。从而，在传送数据帧期间，如果合适的话，它可以判断将其自身置于无源收听模式，从而通过判断不接收数据帧而减小能耗。虽然用于接收微帧的收听的持续时间很短，但是必须准备返回到有源模式以接收仅发射一次的数据帧。如果没有正确接收到数据帧，则将必须等待包括数据帧的信号S或S'的可能的返回。
在DFP模式中，优点在于觉醒瞬间中的节点直接接收数据帧或副本。节点不需要随后觉醒以接收数据帧。而且，数据帧的复制增加了传送的可靠性。然而，节点不能避免接收无关数据，从而不必要地消耗了能量。
另外，持续/非持续接收模式中的每种包括相应的优点。例如，在减小能耗方面，非持续接收模式在具有高误差率的信道和/或其中在偶发时刻的突发中发生误差的信道(在误差突发期间，接收机节点当时将关断其无线电)中有益，而持续接收模式在具有低误差率的信道中有益。
在本发明的一实施例中，节点从MFP和DFP信号公式化模式之中选择模式、和/或从PR和NPR接收模式之中选择模式，作为在信道4上测量的传送误差率的函数以及作为图9和IO所表示的曲线中的至少一条的函数。
在图9中，将使用DFP或MFP公式化模式、和使用PR或NPR接收模式的网络中的节点的无线电活动的平均持续时间Tx表示为无线电信道上的微帧相关误差概率的函数，所述无线电活动的平均持续时间Tx包括发射中的无线电活动的持续时间Ttx和接收中的无线电活动的持续时间Tre。对应于以下四种操作模式来如此表示四条曲线PR/DFP、 PR/MFP、 NPR/DFP、 NPR/MFP。无线电活动的平均持续时间与节点消耗的能量成比例。
在图10中，将使用DFP或MFP公式化模式和使用PR或NPR接收模式的网络中的节点的平均传送可靠性R表示为无线电信道上的微帧相关误差概率的函数。如此表示四条曲线PR/DFP、 PR/MFP、 NPR/DFP、 NPR/MFP。特别地，在诸如网络l的网络中， 一旦节点已经接收到意欲到达它的数据帧，该节点就输送确认信号。因而，如果传送了该数据帧的节点没有接收到任何确认信号，则它重复传送包括该数据帧的信号S或S'(这称为简单传送)，直到它接收到这样的确认信号或直到它达到简单传送包括该数据帧的信
号S或S'的预定最大次数nmax。平均传送可靠性是考虑了在失败的情形下重传数据帧11 ^次的该可能性的、成功传送数据帧的概率。
已经对于BSC类型信道(二进制对称信道)绘出了图9和10所表示的曲线，其中每个比特具有独立和不变的误差概率。已经取n,的值等于3， m等于10 (即，根据DFP模式公式化的前同步码中的帧Toi的宽度是根据MFP模式公式化的前同步码中的微帧TMi曲线的IO倍)以及k-20。
在本发明实施例中，由节点按照接下来的方式来进行信号公式化模式和/或信号接收模式的选择。
假设TE是由节点测量的误差率。作为该误差率TE的函数，从图9和/或图IO所表示的曲线中、以及可选地从所给出的附加约束中，节点确定将要选择的操作模式。
例如，假设TE二0.4是由节点在信道4上测量的误差率。如果节点所考虑的用以选择操作模式的规则是最小能耗，则节点当时选择操作模式NPR/MFP，所述模式是对于等于所测量的误差率TE的值0.4的误差概率来说展现了最小能耗的操作模式。
另 一方面，如果节点所考虑的用以选择操作模式的规则是最大传送可靠性，则节点选择操作模式PR/DFP,所述模式是对于等于所测量的误差率TE的值0,4的误差概率来说展现了最大传送可靠性的操作模式。
在一种操作模式中，节点所考虑的规则是对于所保证的阚值可靠性值来说的最小能耗。然后，对于误差概率p等于所测量的误差率TE,来选择操作模式，作为图9的曲线和图10的曲线的函数。
在所考虑的情况下，已经按照下述方式来描绘(trace) 了图9和10的曲线。
假设巧为在所考虑的信道中传送信号S、 S'的失败概率。那么，从而传送可靠性R为R = 1 - ;^"。
如果T是用于简单传送包括前同步码和数据帧的信号S、 S'的无线电活动的持续时间(T = m*k+m)，则用于传送该数据帧的无线电活动的总持续时间为Ttx,其中
而用于接收的无线电活动的持续时间为Tre，其中
Trx= [ pjF + (l画力户S];
卜p,
其中，S为表达接收机节点在成功简单传送的情形下、在用于接收的无线电活动中花费的时间的随机变量，分别地，F为表达接收机节点在未成功简单传送的情况下、在用于接收的无线电活动中花费的时间的随机变量。
其后，对于四种操作模式PR7DFP、 PR/MFP、 NPR/DFP、 NPR/MFP中的每种来确定S、 F和^的值。
在NPR/DFP的情况下，F: tL*2m+ L氺(Um + m),其中Um是在
A: A
中均匀的随机变量；S = Um + m并且P/ = 1 —(l-p)m 。
在NPR/MFP的情况下，F = p*2 + (1 — p)* (U+ 1 + m)，其中U,是在[O,l]
中均匀的随机变量；8 = 1^ + l+m并且; ,二 1 —(1-; )m+i。
在PR/DFP的情况下，巧=i*Jzll，其中q二i—(1 —F = Um + m
A; 1 -《
*(X/failure) + m并且S = Um + m *(X/
success
)+ m，
并且乂= /v*x/failure+(i-p,yx/s腦ss，其中x是表达了在前同步码传送
期间接收的(类型为Td和TDi的)已损坏数据帧的数目的离散随机变量，X e{0,...,k-l}， X4toe是表达了已知简单传送失败时、在前同步码中接收的已损坏帧的数目的离散随机变量，分别地，X7success是表达了已知简单传送成功时、
在前同步码中接收的已损坏帧的数目的离散随机变量。变量x/failure满足P[X/failure = j] = l/k。
最后，在PR/DFP的情况下，力=q; F = U+ + m并且S = U, + Y, + m，其中Y! e {0,..., mk-l)是表达了已损坏的或其他情况下的、所接收微帧的数目的随机变量，并且满足.'
P[Y=j]=;[(附"f -(附"卜l),]。在本发明的上述实施例中，网络中的每个节点为接收机和发射机。在一 实施例中，节点可以专用为发射机或专用为接收机。
在实施例中，在执行期间，通过节点的处理装置和计算机程序的对应指 令，来进行由根据本发明的节点实现的步骤中的全部或 一 些。
因而，本发明实施例中的用于适配节点的技术使得可能延长ad hoc网络
的寿命，且更一般地，通过允许节点适配其公式化要发射信号的模式和/或其 接收信号的模式作为至少在无线电信道上测量的误差率的函数，并且如果合 适的话同时遵从在传送可靠性上施加的约束，而使得可能减少电信网络中的能耗。
权利要求
1. 一种在至少两个节点(2)之间的无线电信道上的通信方法，所述节点(2)被适配为按照交替的方式在所述信道上进行发射，所述方法包括目的在于传送数据帧(TD)的以下步骤-被称为发射机的所述两个节点之一公式化包括由数据帧(TD)跟随的前同步码的信号(S)，所述前同步码包括一系列帧(TDi)，所述前同步码中的至少一个第一帧包括数据帧的副本并且指示将所述第一帧与该数据帧分开的前同步码中的帧的数目；-所述发射机节点在无线电信道上发射如此公式化的信号。
2. 根据权利要求1的方法，在被称为接收机的另一节点(2)接收所述 第一帧(TD2)之后，包括以下步骤-确定在信号的数据帧发射完成之前的时间间距(TDFP),作为由所接收 的所述第一帧指示的数目的函数；-在所述所确定的时间间距期间，转换到所述接收机节点的无源无线电 收听模式。
3. 根据权利要求1或权利要求2的方法，在被称为接收机(2)的另一 节点收到所述第一帧(TD2)之后，包括以下步骤-确定在信号(S)的数据帧(TD)的发射完成之前的时间间距(TDFP), 作为由所接收的所述第一帧指示的数目的函数；-在所述所确定的时间间距的结尾处，发射与所接收的所述第一帧相关 的收到确认(ACK)。
4. 根据前述权利要求之一的方法，包括以下步骤-包括无线电发射装置的节点(2)在公式化包括前同步码(8， 8')和 数据帧(TD)的信号(S, S')的至少一个第一模式(DFP)和一个第二模式 (MFP)之间选择模式，所述前同步码包括一系列帧，所述一系列帧包括至 少一个第一帧，所述至少一个第一帧指示将所述第一帧与数据帧分开的前同 步码中的帧的数目、并且此外指示所选择的模式；所述第一模式与权利要求1所指示的一致，根据所述第二模式而公式化 的信号的前同步码中的一系列帧中的帧相对于数据帧来说具有缩短尺寸；-然后根据所选择的模式来公式化信号；以及-节点在无线电信道上发射如此公式化的信号。
5. 根据权利要求4的方法，此外包括以下步骤 -发射机节点确定信道上的传送误差率(TE);所述节点选择公式化该信号的模式，作为至少所述所确定的误差率的函数。
6. 根据权利要求4或权利要求5的方法，包括由被称为接收机(2)的 另 一节点执行的以下步骤-在收到所述第一帧以后，读取由所接收的帧指示的模式(MFP， DFP); -确定在发射信号的数据帧(TD)之前的时间间距(TDFP， Tmfp),作为 由所接收的所述帧指示的数目的函数；-在所确定的时间间距期间，转换到接收机节点的无源无线电收听模式； -如果由所接收的所述帧指示的模式是第二模式(MFP),则在所计算的 时间段的结尾处转换到接收机节点的有源无线电收听模式，以便接收所 述数据帧(TD)。
7. 根据前述权利要求之一的方法，包括以下步骤-被称为接收机的另一节点(2)确定信道(4)上的传送误差率(TE); -该接收机节点在接收包括由数据帧(Td)跟随的前同步码的信号的至 少一个第一模式(PR)和一个第二模式(NPR)之间选择模式，作为至 少所述所确定的误差率的函数，所述前同步码包括一系列帧(TDi, TMj); 根据以上步骤，在第一接收模式(PR)中，如果接收机节点检测到信道 上的前同步帧的传送，则所述节点仍然仍然处于有源无线电收听模式中，直 到它接收到前同步码的正确帧、或直到接收机节点确定信道被释放；以及根据以上步骤，在第二接收模式(NPR)中，如果接收机节点检测到信 道上的前同步码中的帧的传送，则所述节点在收到前同步码的错误帧之后， 切换到无源无线电收听模式，尽管在所述错误帧之后在信道上发射所述前同 步码中的至少一个帧。
8. 根据权利要求4到7中任一项的方法，其中，所述发射机节点为了与 邻近节点进行交换而进行在公式化信号的第一模式(DFP )和第二模式(MFP ) 之间的选择步骤，作为被确定为排除与其他节点的交换之外的所述发射机节 点和所述邻近节点之间的交换的函数的与信道相关的误差率的函数。
9. 根据权利要求7和8之一的方法，其中，所述接收机节点为了与邻近节点进行交换来进行在接收信号的第一模式(PR)和第二模式(NPR)之间 的选择步骤，作为被确定为排除与其他节点的交换之外的所述发射机节点和 所述邻近节点之间的交换的函数的与信道相关的误差率的函数。
10. 根据权利要求4到9中任一项的方法，其中，作为以下一个或多个 元素的函数来进行所述在公式化信号的第一模式(DFP)和第二模式(MFP) 之间的选择步骤表示作为信道上误差概率的函数而确定的能量耗费的值、 作为信道上误差概率的函数而确定的网络上的总传送可靠性的值、和固定的传送可靠性阈值。
11. 根据权利要求7到IO中任一项的方法，其中，作为以下一个或多个 元素的函数来进行所述在接收信号的第一模式(PR)和第二模式(NPR)之 间的选择步骤表示作为信道上误差概率的函数而确定的能量耗费的值、作 为信道上误差概率的函数而确定的网络上的总传送可靠性的值、和固定的传 送可靠性阈值。
12. —种用于形成能够以半双工方式在无线电通信信道上进行发射的节 点(2)的发射机站，所述站包括-公式化装置(5)，适配为为了传送数据帧(TD)而公式化包括由数据 帧跟随的前同步码的信号，所述前同步码包括一系列(8)帧(TDi)，所述 一 系列帧中的至少一个第 一帧包括数据帧的副本并且指示将所述第一 帧与数据帧分开的系列中的帧的数目；-无线电发射装置(6， 6'),适配为在无线电信道上发射如此公式化的 信号。
13. —种用于形成能够间歇地收听无线电信道的节点(2)的接收机站， 所述站包括-无线电接收装置(6， 6');-确定装置(5),用于在无线电接收装置接收包括数据帧的副本的至少 一个第一帧期间，确定在信号的数据帧(TD)发射完成之前的时间间距 (TDFP)，作为从所接收的所述第一帧中读取的并且指示将所述第一帧与 数据帧分开的一系列帧中的帧的数目的、数目的函数，所述第一帧为在 信道上发射的信号中的前同步码的一 系列帧中的帧，所述信号包括由所 述数据帧跟随的前同步码；-控制装置(7)，适配为促使在所确定的时间间距期间转换到节点的无线电接收装置的无源无线电收听模式。
14. 一种网络，包括包括根据权利要求12的发射机站的至少一个节点、 和包括根据权利要求13的接收机站的至少一个节点。
15. —种要安装在发射机站中的计算机程序，所述发射机站用于形成能 够在无线电信道上进行发射的节点(2)，为了传送数据帧，所述程序包括用 于在由所述发射机站的处理装置执行所述程序期间实现以下步骤的指令-公式化包括由数据帧跟随的前同步码的信号，所述前同步码包括一系 列帧，所述一 系列帧中的至少一个第 一帧包括数据帧的副本并且指示将 所述第 一 帧与数据帧分开的 一 系列中的帧的数目； -在无线电信道上发射如此公式化的信号。
16. —种要安装在接收机站中的计算机程序，所述接收机站包括用于形 成能够间歇地收听无线电信道的节点(2)的无线电接收装置(6， 6'),所述 程序包括用于在由所述接收机站的处理装置执行所述程序期间实现以下步骤 的指令-接收包括数据帧(Td)的副本的至少一个第一帧(TD2),所述第一帧为在信道上发射的信号(S)中的前同步码的一系列帧(8)中的帧，所述信号包括由所述数据帧(TD)跟随的所述前同步码；-确定在信号的数据帧发射完成之前的时间间距(TDFP),作为从所接收的所述第一帧中读取的并且指示将所述第一帧与数据帧分开的一系列帧中的帧的数目的、数目的函数；-在所述所确定的时间间距期间，转换到节点的无线电接收装置的无源 无线电收听模式。
全文摘要
一种在至少两个节点(2)之间的无线电信道上的通信方法，所述节点(2)被适配为交替地在所述信道上进行发送，所述方法包括目的在于传送数据帧的以下步骤(a)被称为发射机的所述两个节点之一公式化包括由数据帧跟随的前同步码的信号(S)，所述前同步码包括一系列帧，所述前同步码中的至少一个第一帧包括数据帧的副本并且指示将该第一帧与数据帧分开的前同步码中的帧的数目；(b)发射机节点在无线电信道上发射如此公式化的信号。
文档编号H04L29/06GK101507225SQ200780031106
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年6月20日
发明者卢多维克·桑佩尔, 多米尼克·巴塞尔, 阿布德尔马利克·巴奇尔 申请人:法国电信公司