中继节点、信号中继方法和通信系统与流程

相关申请的交叉引用

包括说明书，附图和摘要的于2019年5月29日提交的日本专利申请号2019-100325的公开的全文通过引用并入本文。

本发明涉及无线通信设备之间的通信系统，并且更具体地，涉及布置在网状网络中的中继节点和通信系统。

背景技术：

通过无线多跳传递将信号传递到从源节点可到达的所有节点的技术称为泛洪(flooding)。在使用泛洪技术的网状网络中，采用其中多个中继节点中继从发送源节点发送的信号并将该信号传递到目的地节点的通信系统，即所谓的桶中继系统(bucketrelaysystem)。

在公开为日本未审查专利申请公开号2000-13376的专利文献1中，存在通知分组(presencenotificationpacket)被控制以使得其不在多个无线电终端中的相同定时被发送。因此，公开了一种技术，其中避免了由多个无线终端发送的无线电波的干扰，并且在无延迟的情况下执行了存在通知分组的接收。更具体地，使用随机值或基于每个无线终端的序列号而计算的值来控制传输定时，以使得它们彼此不重合。

技术实现要素：

基于随机值或序列号控制发送定时可以避免无线电波的干扰并减少信号的冲突概率。然而，如果发送定时的延迟超过了必要，则中继信号的无线终端从接收到信号到发送该信号会等待额外的时间。因此，从源节点到目的地节点的信号发送所需的时间变长。即，存在等待时间增加的问题。本申请的目的是解决该问题。

根据本说明书的描述和附图，其他目的和新颖特征将变得明显。

当中继节点接收信号时，根据接收信号强度(receivedsignalstrength)来确定直到中继节点中继该信号为止的延迟时间。

根据一个实施例，可以减少等待时间。

附图说明

图1是示出了根据第一实施例的中继节点的示例性配置的框图。

图2示出了针对第一实施例的接收信号强度和延迟时间的示例性表。

图3是示出了节点间距离与接收信号强度之间的关系的图形。

图4是图示了网状网络的通信系统的配置示例的图形。

图5是示出了根据第一实施例的中继节点中的示例性中继操作的流程图。

图6是示出了接收信号强度与延迟时间(即，等待时间)之间的关系的图形。

图7是示出了根据第一实施例的接收信号强度与延迟时间(等待时间)之间的关系的图形。

图8是示出了根据第二实施例的中继节点的示例性配置的框图。

图9是示出了根据第二实施例的接收信号强度与延迟时间(等待时间)之间的关系的图形。

图10是示出了根据第二实施例的接收信号强度和延迟时间的示例性表的图形。

图11是示出了根据第三实施例的中继节点的示例性配置的框图。

图12是示出了根据第三实施例的中继节点中的示例性中继操作的流程图。

图13是示出了根据第三实施例的网状网络的通信系统的示例性配置的图形。

具体实施方式

为了说明的清楚，适当地省略和简化了以下描述和附图。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且根据需要省略其重复描述。

第一实施例

接下来，将描述实施例的细节。图1是示出了根据第一实施例的中继节点1的示例性配置的框图。如图1所示，中继节点1包括天线单元2、发送和接收单元3、接收信号评价单元4、和信号中继控制单元5。

天线单元2与存在于中继节点的无线电波到达范围中的其他节点进行信号发送和接收处理。天线单元2电连接到发送和接收单元3。

发送和接收单元3接收由天线单元2接收的接收信号，并从该信号中提取信息部分。附加地，发送和接收单元3从接受自另一节点的接收信号中提取地址部分，并且当信号被传送到另一节点时，执行对发送信号的信息部分和地址部分的编辑处理。

当从发送和接收单元3向接收信号评价单元4通知其已经接收到信号时，接收信号评价单元4通过测量接收信号强度(例如，rssi：接收信号强度指示符)来通知信号中继控制单元5。接收信号评价单元4电连接到发送和接收单元3。

在此，可以使用与特定模式的信号的相关度，而不是接收信号强度(rssi)。更具体地，可以根据接收信号与信号模式(例如，预先准备的前同步码(preamble))之间的相关性计算(可以是自相关和互相关之一或它们的组合)的结果来估计到先前节点的距离，该先前节点是接收信号的发送源。备选地，可以组合使用接收信号强度和相关度来估计到先前节点的距离。为了方便起见，将使用接收信号强度来描述实施例。

信号中继控制单元5是如下的块，其用于根据从接收信号评价单元4通知的接收信号强度，来控制直到发送到在无线电波到达范围中的中继节点为止的延迟时间的长度。信号中继控制单元5电连接到发送接收单元3和接收信号评价单元4。

信号中继控制单元5包括信号中继延迟时间计算单元6。信号中继延迟时间控制单元6是将预定时间确定为延迟时间的块。

被通知有接收信号强度的信号中继控制单元5基于接收信号强度获得延迟时间。稍后将描述推导延迟时间的方法。

将参考图2描述用于根据接收信号强度确定延迟时间的机制。图2是根据接收信号强度限定延迟时间的表。每个中继节点都持有图2中所示的表，并且每次接收到来自另一个节点的信号时，中继节点都参考该表以获得直到执行中继操作为止的延迟时间。在此，由中继节点持有的表可以是相同的表，或者针对每个中继节点可以持有多个不同的表。附加地，多个中继节点可以持有相同的表。

与先前节点相距的距离与接收信号强度之间的关系如图3所示。即，随着与先前节点(即，发送由中继节点接收的信号的节点)相距的距离变大，在接收该信号的中继节点处的接收信号强度变小。

图2中所示的表限定了与接收信号强度相对应的延迟时间。接收信号强度的大小与延迟时间的长度之间的关系可以被任意设置，但是期望的是接收信号强度越小，延迟时间越短。

例如，在图2中，假设接收信号强度具有a＜b＜c＜d＜e的关系，并且延迟时间具有p＜q＜r＜s＜t的关系。因此，远离先前节点的中继节点可以优先执行中继操作，并且可以在信号从源节点发送到目的地节点之前，减少执行中继操作的中继节点的数目。优选地，它适合于在广域网内的通信。

在图2中，接收信号强度被划分到从0到预定值(图2中的“e”)的五个部分中，但是接收信号强度可以不是“d至e”而是“d至无穷大”，以使得包括大于“e”的值。尽管在图2中接收信号强度被划分到五个部分中，但是接收信号强度不限于五个，并且可以被划分到任意部分中。

此外，每个部分中的接收信号强度的宽度可以是均匀的，或者每个部分中的接收信号强度的宽度可以基于每个中继节点中的接收信号强度的分布而具有差异。例如，在网络中的每个节点中，可以基于通过收集在信号接收时测量的接收信号强度的值而获得的数据的值，来确定每个部分的宽度，以使得数据的数目变得相等。附加地，可以提供诸如细分如下部分的倾向，在该部分中接收信号强度的值被集中。

接下来，将使用图4中所示的简要网状网络的通信系统来描述用于将信号从源节点发送到目的地节点的过程。在图4的通信系统10中，节点a是源节点，而节点b是目的地节点。节点c到节点e指示中继节点，这些中继节点将信号从源节点a发送到目的地节点b，然后在其路径上传输信号。

在中继节点c(其接收由源节点a发送的信号)处的接收信号强度在“d至e”的范围内，然后通过参考图2中所示的表将“t”设置为延迟时间。类似地，在中继节点d(其接收由源节点a发送的信号)处的接收信号强度在“a至b”的范围内，然后通过参考图2中所示的表将“q”设置为延迟时间。

接下来，将描述已经从发送源节点a接收到信号的中继节点c和中继节点d的操作。基于中继节点c和中继节点d处的接收信号强度以及图2中所示的表，“t”和“q”分别被设置为延迟时间。因此，中继节点d在中继节点c之前传输从源节点接收的信号。

在此，信号通过中继节点d的信号传输操作到达目的地节点b。因此，从发送源节点a发送的信号被传递到目的地节点b，并且信号的发送完成。然而，在网状内的网络中，与传输处理相关联的信号的交换继续进行。

更具体地，由于接收信号强度是“c到d”，所以中继节点e(其已经通过中继节点d通过信号传输操作接收到信号)基于该表索引延迟时间“s”，并在延迟时间“s”之后将接收到的信号发送到目的地节点b。

另一方面，从发送源节点a发送的信号被中继节点d和中继节点e接收。此后，通过根据接收时的接收信号强度来参考该表确定发送定时，然后执行传输操作。

在专利文献1中公开的技术中，通过使用随机值或基于无线终端中的每个无线终端的序列号计算的值来控制发送定时，以使得多个无线终端中的发送定时彼此不重合。

与专利文献1相反，如上所述，第一实施例根据接收信号强度来设置延迟时间，给具有不同接收信号强度的每个节点提供延迟时间上的差异。即，通过根据与先前的发送节点(即，中继节点或源节点)相距的距离来确定延迟时间，然后执行中继操作，可以在不浪费等待时间的情况下避免信号冲突。

接下来，将参考图5中所示的流程图描述中继节点的操作，即信号中继方法。首先，天线单元2从其他节点接收信号，并且发送和接收单元3在步骤s101(也称为接收步骤)中接收该信号。接下来，发送和接收单元3向接收信号评价单元4通知已经接收到信号。然后，接收信号评价单元4通过作为触发的该通知来测量接收信号强度，并且在步骤s102中将接收信号强度通知给发送和接收单元3(也称为测量步骤)。

接下来，在步骤s103中，信号中继控制单元5参考由发送和接收单元3接收的信号的地址部分，并且检查目的地地址是否是中继节点自身的地址。当确定目的地地址不是其自己的地址时(在步骤s103中为“是”)，在步骤s104中，将由发送和接收单元3接收的信号存储在预定的缓冲器中。附加地，当确定目的地地址是其自己的地址时(步骤s103中为“否”)，则中继处理结束。

接下来，在步骤s105(也称为确定步骤)中，信号中继延迟时间计算单元6基于从接收信号评价单元4通知的接收信号强度和图2中所示的表来确定延迟时间。接下来，信号中继控制单元5从发送和接收单元3接收信号，然后在步骤s106和步骤s107中经过了步骤s105中确定的延迟时间之后，发送在步骤s104中存储在缓冲器中的信号。

如上所述，与先前节点相距的距离与接收信号强度之间的关系如图3所示。即，具有较弱的接收信号强度的节点与先前级处的节点相距较远。因此，如图6所示，通过在接收信号强度越弱时，使中继操作延迟时间越短，更多距离更远的节点之间的通信被选择，可以在源节点与接收节点之间利用更小数目的中继节点传递信号。

换句话说，可以减少从源节点到目的地节点的中继节点的数目，即，可以减少跳数。接收信号强度较低的事实意味着与发送信号的节点的距离较长，并且然后选择在这样长的距离处的节点以及到目的地节点的路径可以抑制经过的节点数目。

上文已经描述了第一实施例。在根据第一实施例的中继节点中，当中继节点接收信号时，中继节点根据接收信号强度来确定延迟时间。更具体地，接收信号越小，即与先前节点相距的距离越长，则由每个中继节点执行的中继处理越快。因此，可以减少针对每个中继节点执行中继操作的等待时间，因此可以减少从源节点到目的地节点的信号通信所需的延迟时间。

第二实施例

接下来，将给出第二实施例的描述。如图7所示，当从先前节点接收信号时，当从先前节点(信号源节点或中继节点)接收信号的中继节点1至中继节点4的接收信号强度彼此基本相等时，通过使用公用表确定的延迟时间变得基本上彼此相等，并且存在在每个中继节点中发送信号时可能发生冲突的问题。这是因为当从先前节点到中继节点1至中继节点4中的每个中继节点的距离没有较大的差异时，延迟时间变得相等。

在本实施例中，每个中继节点被配置为包括随机数生成单元，并且即使当与信号源节点相距的距离基本上彼此相等时，通过设置中继延迟时间中的差异也可以避免信号冲突。

参考图8，将描述第二实施例中的中继节点的配置。如图8所示，根据第二实施例的中继节点1包括天线单元2、发送和接收单元3、信号中继控制单元5、以及接收信号评价单元4。信号中继控制器5包括信号中继延迟时间计算单元6和随机数生成单元7。与第一实施例的不同之处在于中继节点1包括随机数生成单元7。随机数生成单元7具有从预先指定的范围内的数字中随机地选择数字和输出该数字的功能。更具体地，在第二实施例中，信号中继延迟时间计算单元6将与从随机数生成单元7输出的随机数值相对应的偏移延迟值添加到延迟时间。

将参考图9给出更具体的描述。如图7中的情况所示，当针对接收信号的接收信号强度基本相等时，如图9中通过黑色箭头所示，在第一实施例过程中，通过使用共享表而进行的控制，为从先前节点接收到相同信号的节点1和节点2两者设置相同的延迟时间。

因此，在第二实施例中，如通过白色箭头所示，通过将基于随机数的偏移延迟值添加到延迟时间，在节点1和节点2中的偏移延迟时间中制造差异，从而避免信号的冲突。

接下来，参考图10，将更详细地描述第二实施例中用于根据接收信号强度确定延迟时间的机制。如图10所示，每个中继节点包括公用表，该公用表限定了与接收信号强度相对应的延迟时间。例如，当使用第一实施例中的图3中所示的表时，如果接收到从源节点a发送的信号的中继节点b和中继节点c的接收信号强度均落入则延迟时间均为“q”。

如上所述，如果中继时间彼此重合，则存在发生信号冲突的问题。在第二实施例中，例如，将延迟时间“q”添加到随机数α(该随机数α作为针对中继节点b的偏移延迟值)，以获得调节后的延迟时间，并且将延迟时间q添加到随机数γ(该随机数γ作为针对中继节点c的偏移延迟值)，以获得调节后的延迟时间，从而中继定时被控制为不重合。

以此方式，当从先前节点接收到信号时，如果与先前节点相距的距离基本相等，并且然后当从先前节点接收到信号时接收信号强度基本相等，则可以通过添加基于随机数值的延迟时间来提供发送定时中的差异，从而可以避免信号冲突。

上文已经描述了第二实施例。在根据第二实施例的中继节点中，中继时间被确定为使得在均具有与接收信号时的接收信号强度接近的值的中继节点之间不会发生冲突。更具体地，除了在第一实施例中公开的根据接收信号强度进行的控制之外，通过将基于随机数的时间添加作为偏移延迟，可以控制在与发送源节点和先前的中继节点相距基本相等距离处的多个中继节点中的每个中继节点的发送定时，以使得中继节点的发送定时彼此不重合。因此，可以抑制信号冲突的发生。

第三实施例

图11中示出了根据第三实施例的中继节点的块配置图。如图11所示，根据第三实施例的中继节点1包括天线单元2、发送和接收单元3、接收信号评价单元4、和信号中继控制单元5。信号中继控制单元5包括信号中继延迟时间计算单元6和信号中继取消确定单元8。第三实施例的中继节点1的配置与图1中所示的第一实施例的中继节点1的配置之间的差异在于：提供了信号中继取消确定单元8，当目的地节点发送用于向源节点通知其已经收到信号的回执，即“ack”信号时，该信号中继取消确定单元8进行控制以不中继相对应的信号，即由目的地节点接收的信号。

当每个中继节点在从发送源节点接收到信号之前，从另一节点接收到针对信号的“ack”信号时，信号中继取消确定单元8执行控制以使得不执行与“ack”信号相对应的信号的中继操作。

利用第三实施例中的控制，可以避免对已经经受了中继处理的信号再次进行中继处理。因此，可以减少在网状网络中处理的信号的数目，并且可以防止网络陷入拥塞状态。

接下来，将参考图12中所示的流程图描述中继节点中的操作。首先，在步骤s301中，天线单元2接收信号。接下来，在步骤s302中，发送接收单元3在接收信号时将接收信号强度通知给接收信号评价单元4。

接下来，步骤s303中，信号中继控制单元5参考由发送和接收单元3接收的信号的地址部分，并确认目的地地址不是中继节点自身的地址。当在步骤s303中确定要中继信号时，即目的地地址不是中继节点自身的地址时，在步骤s304中，发送和接收单元3将接收到的信号存储在预定的缓冲器中。

接下来，在步骤s305中，信号中继延迟时间计算单元6基于从接收信号评价单元4通知的接收信号强度和图2中所示的表来确定延迟时间。接下来，在步骤s306中，信号中继取消确定单元8确定是否已经接收到针对待被中继的信号的“ack”信号。

如果已经接收到“ack”信号，即在步骤s306中为“是”，则在步骤s309中删除等待中的待被中继的信号。当没有接收到针对待被中继的信号的“ack”信号时，即在步骤s306中为“否”，则在步骤s307中已经经过中继延迟时间之后，在步骤s308中执行中继信号的处理。

图13是示出了根据第三实施例的网状网络的通信系统的示例性配置的图形。在图13的通信系统10中，节点a是源节点，而节点b是目的地节点。节点c到节点e指示中继节点，这些中继节点将信号从源节点a发送到目的地节点b，并且然后在其路径上传送信号。

上文已经描述了第三实施例。在根据第三实施例的中继节点中，当每个中继节点从另一节点接收到“ack”信号时，可以通过对信号中继取消确定单元进行控制以不中继与“ack”信号相对应的信号，来减少网状网络中的信号数目并且可以抑制冲突的产生。

尽管已经基于实施例具体描述了发明人做出的发明，但是本发明不限于已经描述的实施例，并且无需多言，在不脱离其主旨的情况下可以进行各种修改。