专利名称：在主/从网络和ad hoc网络中通过窃听消息完成传输时间测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于获取无线网络中节点间的距离或传输时间信息的方法和装置。
与使用有线网络相比，使用无线网络具有许多优点，并且网络节点间的通信管理对它的成功来说具有重要意义。为了从一个节点传输数据到另一个节点，需要确定所述节点的位置并且确定路由。无线节点的位置可能变化很快，而且需要经常对所有节点的位置进行更新，这使网络管理变得更困难。
无线网络的一个例子是智能家庭网络，其中用户可以在远程位置控制家里的设备和/或其中设备的行为随用户的位置发生变化。具有低能耗的节点在这种网络中是首选的。低能耗意味着节点可以在标准电池上运行，该种电池在理论上只在几年才更换一次，或者至多一年更换几次。或者，他们可通过例如使用太阳能面板这样的其它方式来提供动力。因此，供电和维护网络的花费是很低的。得到网络中各个节点之间的距离的传统方法包括节点A发送测距请求给节点B。节点B发送这样的应答，该应答包括与请求到达的时间和应答被发出的时间相关的信息。节点A于是可以计算节点A和节点B之间的距离。而且，可以确定节点A的时钟和节点B的时钟之间的时钟偏移，这可使这些节点同步。此外，如果节点A希望与在节点A的传输范围之外但在节点B的传输范围之内的节点C进行通信，那么节点B可以针对节点C执行测距程序并且将报告返回至节点A。在收到来自节点C的传输范围之内的许多节点的距离信息之后，节点A就能够确定它与节点C能够进行通信的最优路由。
但是，上述方法存在许多问题需要定期更新距离信息，并且如果网络中存在大量节点，那么测距请求和响应就会与网络中的其它通信发生冲突。上述测距方法还会过分使用网络中的低功率节点，结果不得不比预期地更频繁地更换节点的电池。而且，在主/从网络中，从节点只被允许直接与主节点进行通信，而不允许与其它从节点进行通信，这样就不能确定两个从节点之间的距离。因此，只能一维地指定节点的位置，即自主节点起的距离。
美国专利号6,006,097公开了一种系统和方法，其中减少了在无线网络的移动站和多个基站之间所传输的消息数量，以便可找到移动站相对于多个基站中的每一个的位置。根据所公开的方法，不是发送单独的消息给多个基站中的每一个，移动站在可由多个基站的全体接收的消息中发送位置信息。然而，该方法只允许在移动站和一小部分节点即基站间交换位置信息。而移动站无法直接地向其它移动站传送位置信息。
本发明设法解决上述问题。
依照本发明，提供一种用于确定网络中的包括有第一、第二和第三节点的节点之间的距离关系的方法，其中所述第二节点在第一和第三节点的传输范围之内，所述方法包括第三节点窃听从第二节点发送给第一节点的第一消息。
在一个实施例中，所述消息包括对从第一节点发送给第二节点的测距请求作出响应的第一消息，并且第一消息还包括第一时间信息；而且，第三节点发送包括第二时间信息的第二消息来应答第一消息。如果第一节点收到第一消息，它就具有足够的信息来确定第一节点和第二节点间的距离。类似地，如果第二节点收到第二消息，那么它也就具有足够的信息来确定第二节点和第三节点间的距离。
所述方法的一个优点在于仅需要发送三条消息，用于第一节点确定至第二节点的距离，以及第二节点确定至第三节点的距离，而在传统方法中，需要四条消息。
此外，依照本发明，如果所述网络是主/从网络，而且第二和第三节点是从节点，那么所述方法还可以包括第二消息，该第二消息被发送给主设备并且第二节点通过窃听来接收该第二消息。
因此，本发明的另一个优点在于可以确定主/从网络中的从节点间的距离。
依照本发明，还提供了用作无线网络中的一个节点的一种设备，所述网络具有不同于所述节点的第一节点和第二节点，所述设备包括用于窃听从第二节点发送至第一节点的第一消息的装置，以及用于测量时间信息的时间装置。在一个实施例中，所述节点还包括用于发送第二消息以响应第一消息的发送器，其中第二消息包括所述时间信息。
因此，如果第一消息的源节点收到第二消息，就可以确定节点间的距离关系。
更进一步，依照本发明，节点可以被配置为在由网络协调器分配给节点的一个时隙中发送所述第二消息。因此，可以避免数据传输的冲突。
更进一步，依照本发明，节点可以被配置为在其处于睡眠模式时接受第一消息。
现在将参照附图以举例的方式描述本发明的实施例，其中
图1是适用于无线网络的低功率设备的示意图；图2是适用于无线网络的低功率设备的另一示意图；图3说明了图1和图2所说明的设备中的协议层；图4说明了根据一种传统方法的在无线网络中发送的测距请求和响应；图5说明了根据本发明的在无线网状网络中发送的测距请求和响应；图6说明了根据本发明的在无线网络中的节点间发送的数据的结构；图7说明了根据本发明的在包括多个节点的无线网状网络中发送的测距请求和响应；图8说明了根据本发明的在主/从网络中发送的测距请求和响应；以及图9说明了可以使用本发明的一种情况的具体例子。
参照图1，显示了提供一种用于在短程网络中进行通信的节点的设备1。该节点可以被连接到家庭中的机顶盒以用于控制把单个电子设备连接到一起的短程网络，或者它可以是由短程网络的用户佩带的便携式设备。设备1包括用于发射和接收射频信号3的短程收发器2、中央处理器4、内存(ROM)5、存储器(RAM)6和用于与其它节点同步的内部时钟7。在一个实施例中，设备1还包括用于与用户通信的输入设备8和显示器9。该设备还与电池相连接(未示出)。网络要求至少一个充当网络协调器的节点。用户可以使用输入设备8和显示器9与网络协调器进行通信，并且从而控制网络。或者，所述用户可以使用移动电话或BluetoothTM设备与使用射频信号的网络协调器进行通信。因此，在一个可选实施例中，协调器可以不具有输入设备8和显示器9。
因此，设备1可以充当网络协调器。与网络中的其它节点相比，网络协调器通常具有增强的功能。例如，网络协调器会需要更多的内存和存储器以建立网络、启动与网络相连接的设备以及存储与包含在网络中的每个节点相关的信息。参照图2，显示了一种没有被配置为充当网络协调器的设备10的例子。设备10同样包括用于接收和发送射频信号3的短程收发器11、中央处理器12、内存(ROM)13、存储器(RAM)14和内部时钟15。然而，该处理器与设备1的处理器相比具有较低的处理能力，并且设备10的内存和存储器小于设备1的内存和存储器。此外，由于设备10可以与设备1定期同步，所以设备10的内部时钟15比设备1的时钟更欠精确。因此，设备10与设备1相比具有更低的功率消耗并且更便宜。存在设备1和多个设备10可以彼此进行通信的多种不同的方法。在一种网状网络中，在范围之内，每个设备10或1都可以直接地与每个其它设备10或1进行通信。然而，在主/从网络中，设备1可以与网络中的所有其它设备进行通信，但设备10只可以与设备1进行通信。
优选地，设备10和设备1适应ZigBee标准。然而，这些设备还可以适应其它标准比如HomeRF、Bluetooth和IEEE 802.11x。依照ZigBee标准，可以无线连接255个设备以形成网络，尽管更多数目的设备可以使用多个ZigBee网络进行无线连接。设备可以操作在2.4GHz、915MHz和/或868MHz射频频带；分别支持250每秒千比特(kbps)、40kbps和20kbps的原始数据传送速率，并且典型地具有10至75米的传输范围。然而，为了降低节点的造价，传输范围可以在2至5米之间。ZigBee标准的概述可以经由万维网在www.ziqbee.org或从ZigBee Alliance，Bishop Ranch，22694Bishop Drive，Suite 275，San Ramon，CA 94583，USA.获得。
图3显示了适应ZigBee标准的设备的协议层体系结构。该设备根据基于为短距低功率设备所开发的IEEE 802.15.4标准的协议进行操作。该标准包括控制设备间的通信的物理(PHY)层16。PHY协议定义了也被称为物理协议数据单元(PPDU)的在设备间所发送的数据单元的整体结构。PPDU包括由MAC协议层17定义的MAC(介质访问控制)协议数据单元。MAC协议层17定义了在数据单元中传输的数据的类型，并且它包括用于加密的算法。根据ZigBee标准，协议栈还包括网络(NWK)层18和应用支持(APS)层19。NWK层18包括分别用于建立网络、加入和离开网络、使协调器分配地址给网络中的设备、使帧路由到它们期望的目的地以及对传出和到来的帧应用及取消安全的协议。MAC层17处理单跳跃传输中的安全，而网络层18处理多跳跃传输中的安全。单跳跃传输是彼此直接通信的两个节点间直接的数据传输，而多跳跃传输涉及不是彼此直接通信的源节点和目的节点间的数据传输，因此，至少使用一个中间节点以将来自源节点的数据转发到目的节点。由于设备的短传输距离，因此多跳跃在ZigBee网络中是普遍的。网络中的所有节点可以不在彼此的传输范围内，并且因此邻近结点必须转发消息。应用支持层19控制用于确定哪些其它设备是操作在设备的个人操作空间中的能力以及用于基于它们的服务和期望把两个或更多个设备匹配在一起的能力。最后一层，应用层20允许制造商定义应用对象并根据ZigBee描述的应用说明来实现这些应用。应用层还包括ZigBee设备对象，其负责定义网络中节点的角色，即，网络中哪个节点是协调器以及哪些节点是终端节点。通过增加额外的命令帧来处理测距和窃听，根据本发明的测距方法可以被直接并入到ZigBee协议中。
图4显示了包括节点A、B和C的网状网络。节点A包括充当网络协调器的设备1。因此，以下用术语‘设备1’和‘网络协调器’指相同的设备。网络节点B和C分别包括设备10a和10b。所有节点可以与网络的所有其它节点进行通信。为了管理网络，网络协调器需要与网络中的单个节点间的距离相关的信息。在此例子中，节点C不在节点A的传输范围内，但是节点A可以通过指示在节点A和节点C的传输范围内的节点B将数据转发给节点C来与节点C进行通信。网络还可以进一步包括未示出的另外的节点，它们都在节点A和节点C的传输范围内，并且节点C因此希望得到至节点B的距离以及节点B和节点C间的距离，以找到与节点C联系的最佳路由。因此，协调器在时间T1发送测距请求21给设备B。协调器在它的随机存取存储器6中存储发送时间(TOT)T1。节点B收到测距请求，记录测距请求的到达时间(TOA)T2，并且在时间T3发送包括T2和T3的值的测距响应22给协调器A。协调器在时间T4收到测距响应22并且在它的随机存取存储器6中记录T2、T3和T4。设备1现在知道T1、T2、T3和T4的值。设备1可以通过执行以下计算得到节点A和节点B间的距离[(T2-T1)+(T4-T3)]*c/2(1)其中c是光速。等式1中的首项对应于测距请求从节点A传播到节点B需要花费的时间，而第二项是响应从节点B传播到节点A需要花费的时间。如果节点A和节点B的时钟是同步的，那么等式1的第一项和第二项是相等的。然而，如果一个时钟相对于另一个时钟略微地延迟，那么第一时间中的误差与第二项中的误差具有相反的符号，并且从而抵消误差。然而，时间数据还允许计算时钟7和时钟15间的时间延迟以便这些时钟可以同步。通过执行以下计算得到时钟延迟[(T2-T1)-(T4-T3)]/2 (2)只要时钟在消息交换期间没有发生显著变化，在等式2中计算的时钟延迟和在等式1中抵消的时钟延迟误差就是有效的。为了准确地计算节点间的距离，请求到达和发出响应之间的时间延迟应当保持最小以便时钟不发生严重变化。
代替提供时间戳T2和T3，节点B只需提供请求到达和发出响应之间的延迟，T3-T2，因为[(T1+T4)-(T3-T2)]*c/2 (3)这等价于等式1。然而，如果只提供时间延迟，则无法计算时钟的延迟。
可以在节点B和节点C之间重复以上过程，以便可以找到节点B和节点C之间的距离。节点B发送测距请求23给节点C。节点C应答包括T6和T7的值的测距响应24给节点B，并且节点B通过执行以下计算来计算节点B和节点C之间的距离[(T6-T5)+(T8-T7)]*c/2(4)如果节点B已经与节点A同步，并且节点C与节点B同步，那么节点B、节点C和节点A全部同步。或者，从节点C到节点B的测距响应可以只包括值T7-T6。因此，为了得到节点A到节点B的距离和节点B到节点C的距离，总共需要发送4条消息。
图5显示了根据本发明的用于确定节点间距离的方法，，其中减少了被传输的消息的数目。所述方法开始于在时间T1由网络控制器A发送测距请求21给节点B。节点B记录到达时间T2，并且在时间T3发出一测距响应22。测距响应22包括T2和T3的值。节点B进一步在存储器14中存储T3的值。控制器A在T4收到响应，并且使用值T1、T2、T3和T4来计算协调器和节点B之间的距离，如等式1所示。同时，节点C窃听测距响应22。测距响应在时间T5到达节点C。代替等待来自节点B的测距请求23，节点C在时间T6向节点B回发包括有测距响应22的到达时间(T5)和值T6的测距响应24。节点B在T7收到包括值T5和T6的测距响应，并且因为它已经保存了T3的值，所以它现在可以通过执行以下计算来计算节点B和节点C之间的距离[(T5-T3)+(T7-T6)]*c/2(5)因此，系统内被传输的消息的数目从4减少到3。
在一个可选实施例中，代替在消息中包括两个时间戳，即T2和T3，通过包括请求到达和发出响应之间的时间流逝T3-T2，节点B可以减少发送的数据量。如等式3所示，当节点A收到响应时，它记录发出请求和收到响应之间的时间T1-T4，并且减去在节点B的时间延迟T3-T2，就得到至节点C的距离。类似地，代替在测距响应24中包括两个时间戳T5和T6，节点C只包括在节点C的时间延迟T6-T5，并且节点B执行以下计算[(T7-T3)-(T6-T5)]*c/2(6)就得到节点B和节点C之间的距离。
优选地，如图6所示，在物理协议数据单元(PPDU)中发送测距请求和响应。PPDU包括其包括有前同步符25和帧分隔符26的同步头部。前同步符是1和0的序列以用于警告任何接收设备消息已经在传输过程中。帧分隔符26宣布消息的开始。PPDU还包括物理头部27，该物理头部包括用于指定剩余消息的长度的字段。由MAC协议17定义数据单元的剩余字节即MAC协议数据单元28，并且它包括MAC头部、MAC有效负载以及MAC页脚。所述MAC头部包括用于指定帧和控制数据的类型的帧控制字段29。存在4类帧，即信标帧、数据帧、确认帧和MAC命令帧。在此实施例中，测距请求和测距响应被作为MAC命令帧的一部分进行发送。MAC头部还包括数据序列号(30)以用于检查设备正在发送/接收序列中的哪个数据帧。确认帧总是具有与它正在确认收到的哪一帧相同的数据序列号。在根据本发明的测距方法中，确认帧不是必不可少的，因为如果在一定时间之后没有收到测距响应，那么时间信息将不再有效，并且必须发送新的测距请求。
MAC头部还包括源地址字段31和目的地址字段32，它们用于指定消息的源节点和目的节点的64位地址。为了减少数据传输量，可以使用较短的16位ZigBee地址。如果测距请求或响应是发自网络协调器，那么就不必指定源地址。类似地，如果测距请求或响应是发送到协调器，那么目的地址保留空白。因此，测距请求21包括空白源地址字段和用于指定设备B的地址的目的地址字段。测距响应22具有用于指定设备B的地址的源地址字段和空白目的地址字段。响应24的源地址字段包括节点C的地址并且响应24的目的地址字段包括节点B的地址。
MAC页脚包括帧校验序列36以用于错误检验。MAC有效负载包括有效负载头部，其包括用于指定MAC命令帧的类型的MAC命令标识符33。根据本发明，有效负载头部还可以包括用于控制测距请求和测距响应的附加数据。当PPDU是测距请求时，MAC命令标识符指定有效负载35是请求，并且有效负载包括与节点相关的可预测的数据序列以便得到信号到达时间和事务ID。当数据单元28是响应时，MAC命令标识符33指定该单元是响应，并且有效负载35包括可预测的数据序列，所请求的时间信息和相应测距请求的事务ID。它还可以包括用于指定时间信息是否有效的‘时钟有效(clock valid)’标记。该可预测的数据序列对于接收节点来说足够长以相关联，但是对于彼此在消息交换期间不发生显著变化的两个节点的时钟来说是足够短的。可预测序列的典型示例是25字节的空值数据，其刚好持续800μs并且足够实现测量以执行相关。。通过指定请求到达和发出响应之间的时间延迟，而不是用于到达和发出的独立的时间戳，使用了更少的比特，并且从而使过程更加高效。收到请求和发出响应之间的典型的时间延迟通常小于1毫秒，这导致消息交换的总体时间是几毫秒。
与在本领域中已知的方法相比，在上面描述的网络中，为了确定设备之间的距离而发送的PPDU的数目减少了1。然而，网络中节点的数目越多，发送的消息的数目就减少的越多。图7显示了包括控制器和4个节点A-E的网络，其中控制器和节点C-E在节点B的传输范围内。节点C、D和E窃听从节点B发送到控制器A的测距响应22。设备C、D和E中的每一个都记录测距响应22的到达时间T5、T8、T11，并且分别返回测距响应24、37和38。测距响应分别包括测距响应22到达与发出测距响应24、37或38之间的时间延迟，或者它们包括到达和发出的时间戳。在接收所有测距响应24、37和38之后，节点B具有足够的信息来计算至节点C、D和E的距离。
根据本发明所述的处理要求设备具有对期望用于另一设备的消息进行接收并处理的能力。ZigBee设备只具有两种模式，即睡眠模式和活动模式。在睡眠模式中，节点只能扫描信标。通常，当另一个节点想要传输数据给睡眠模式中的节点时，信标被从网络协调器发送至在睡眠模式中的节点以指示节点变成活动模式。在活动模式中，节点扫描来自传输范围内的所有节点的消息。依照本发明的一个实施例，在睡眠模式中的传统过滤方法被修改以便除信标之外，节点还可以允许测距消息通过。
参照图8，显示了本发明被用于主/从网络这样一种情况。主/从网络中的从节点只可以直接地与主节点/协调器节点进行通信，网络中的所有节点都需要在协调器节点的传输范围内。因此，只能测量主节点和单个从节点之间的距离。然而，通过还能够测量网络中单个从节点之间的距离，可以获得更多关于节点的位置的信息。在图8所示的网络中，节点A是网络的主节点/协调器，而节点B和C是从节点。节点A在时间T1发送测距请求21给节点B。节点B在时间T2收到该测距请求并在时间T3回发测距响应22给节点A。测距响应22包括T2和T3的值。节点B还保存时间T3的值。节点A在时间T4收到测距响应22并且使用T1、T2、T3和T4来计算节点A和节点B之间的距离。节点C窃听测距响应22并且当响应22到达节点C时记录时间T5。因为节点C和节点B都是从节点，所以节点C不能直接与节点B通信。节点C只被允许与主节点即节点A进行通信。因此，节点C发送响应24给节点A并且依靠节点B将进行窃听从而收到响应24。因此，在主/从网络中，物理协议数据单元的格式与上面描述的网状网络具有相同的格式，除了响应24具有空白目的地址字段32，因为只允许把响应发给主设备。在时间T6发出响应24并且响应24包括T5和T6的值。节点B窃听响应24并且记录响应在节点B的到达时间T7。因此，节点B现在具有T3、T5、T6和T7，并且可以由等式5得到节点B和节点C间的距离。因此，节点B和节点C之间的距离是可以得到的，尽管不允许节点间彼此直接地进行通信。响应24还在时间T8到达节点A。在节点A已经发送了独立的测距请求给节点A的情况下，测距响应24可被误认为是对那个测距请求的响应。然而，通过在响应中包括事务标识符34来解决这个问题。节点A比较响应24的事务标识符34与来自节点A的测距请求的事务标识符，并且确定响应24的时间信息是否相关。
通过交换测距请求21、响应22和响应24，节点A此刻知道至节点B的距离以及节点B知道至节点C的距离。在一个实施例中，节点B发送消息39至节点A以通知节点A关于节点B和节点C之间的距离，以便节点A可以存储关于网络中所有节点的位置的更新信息。而在传统方法中，只能得到节点A到节点B和节点A到节点C的距离，而本发明提供的方法同时可以得到节点B至节点C的距离，最终获得关于网络的更多信息。
在一种典型的ZigBee网络中，遵循CSMA/CA(避免冲突的载波侦听多址访问)过程以便避免消息间的冲突并且试图与忙碌的节点进行通信。在试图使用忙碌的通信信道之前，所述过程简单地涉及节点等待被称为补偿(back-off)时间的预定时间。在设备C可以发送消息给节点B之前，节点B必须返回到接收模式。为了在C处的接收和发送消息之间的延迟不过长，节点B在结束与节点A的通信之后立即返回到接收模式，并且节点C的补偿时间被设置为较低的值。设备的数目越多，冲突避免算法使消息通过到达节点B所花费的时间就越长。然而，延迟对可以决定数据是否有效的节点B来说是很明显的。在一个实施例中，随机地选择每个设备的补偿值，并且在另一实施例中，可以赋予每个窃听设备具体的应答周期，即在它收到消息之后应当响应之前的设定时间。一种动态系统可根据节点中的电源级别来分配应答周期。例如，低电池的节点可被赋予早一些的应答周期。
在主/从网络中，ZigBee设备可使用超级帧结构来提供节点之间的通信。超级帧的标准由网络信标来限定，并且被分成16个同样大小的时隙，其中第一和最后帧是信标帧并且第2至第15帧用于想要通信的所有其它设备。主节点可使这些帧的一部分即所谓的保证时隙(GTS)专用于希望通信的设备。根据本发明，主节点可向设备C分配紧接在设备B所使用的时隙之后的时隙来发送响应以保持消息交换的整个时间周期尽可能短。
图9说明了根据本发明的方法和装置如何应用在家庭的日常情况中。典型的房屋包括电子设备的范围。所述房屋可具有包括ZigBee设备1和包括设备10b的远程控制的高保真(hi-fi)系统。连接到高保真系统的设备1可以是网络协调器。房主可以已经把另一设备10a系到她的钥匙上并且在房屋中丢失了钥匙。钥匙、高保真系统和远程控制形成主/从网络。协调器存储网络中所有节点的相关信息。它还可以存储网络中每个节点的名字和使每个名字与ZigBee地址相关联的表格。与钥匙相关联的名字可以是OWNER’SKEYS(业主的钥匙)。业主使用输入设备8和显示器9来查询网络关于他的钥匙。例如，他可以使用输入设备8输入“OWNER’S KEYS？”。控制器将该输入理解为用于找到钥匙位置的指令并且据此发送测距请求21给钥匙。钥匙应答测距响应22。同时，远程控制窃听测距响应22并且发送测距响应24给高保真系统。钥匙窃听测距响应24，计算出钥匙和遥控设备的距离，并且发送包括钥匙和远程控制之间距离的值的消息39给高保真系统。最后，连接到高保真系统的设备1使用显示器9用如下形式把钥匙的位置显示给业主‘The OWNER’S KEYS(业主的钥匙)距离高保真系统4米而距离远程控制3米’。
在上面的例子中，由网络协调器启动测距过程。然而，对本领域技术人员显而易见的是，那个测距过程可以由网络中的任何节点进行启动。此外，窃听设备可以窃听在传输范围内的节点发送的任何消息，包括设备的测距请求，启动测距程序，只要启动设备在窃听设备的传输范围内。此外，在上述例子中，节点C和节点B之间的距离计算被描述为在节点B中执行。然而，举例来说，如果节点B是低功率的，那么它可以传输时间信息给协调器或网络中的任何其它节点来为它们计算距离。因此，节点B可以节约能耗。
尽管在本申请中已经将权利要求系统地阐述为特定特征的组合，但是应当理解的是，本发明公开的范围还包括任何在这里明确地或暗含地或概括地公开的新的特征或任何新的特征的组合，而不管是否它涉及与任何权利要求当前所要求的相同发明以及是否它解决了与本发明部分或全部相同的技术问题。在本申请或任何由本申请派生的更进一步的申请的进行期间，申请人据此通知，那些新的权利要求可以被阐述为所述特征和/或所述特征的组合。
权利要求
1.一种获得网络中节点间距离关系的方法，所述网络包括第一(A)、第二(B)和第三节点(C)，其中第二节点在第一节点和第二节点的传输范围内，所述方法包括，第三节点(C)窃听正从第二节点(B)传输至第一节点(A)的第一消息(22)。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一消息包括测距请求。
3.如权利要求1所述的方法，其中第一消息(22)包括第一时间信息，并且是对从第一节点(A)发送到第二节点(B)的测距请求(21)的响应。
4.如权利要求3所述的方法，还包括第一节点(A)通过考虑测距请求(T1)的发出时间、第一消息的到达时间(T4)和第一消息的第一时间信息来确定第一节点和第二节点间的距离。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中第一时间信息包括测距请求(T2)在第二节点的到达时间和来自第二节点的第一消息的发出时间(T3)。
6.如权利要求3或4所述的方法，其中第一时间信息包括在第二节点处测距请求到达和第一消息发出之间的时间延迟(T3-T2)。
7.如权利要求3至6任一权利要求所述的方法，还包括第三节点(C)发出第二消息(24)以响应第一消息(22)，并且第二消息(24)包括第二时间信息。
8.如权利要求7所述的方法，还包括第二节点(B)收到第二消息(24)并且通过考虑第一消息的发出时间(T3)、第二消息的接收时间(T7)和第二时间信息来确定第二设备(B)和第三节点(C)之间的距离。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中第二时间信息包括第一消息在第三节点(C)的到达时间(T5)和来自第三节点的第二消息的发出时间(T6)。
10.如权利要求7或8所述的方法，其中第二时间信息包括第一消息到达第三节点和从第三节点发出第二消息之间的时间延迟(T6-T5)。
11.如权利要求7至10所述的方法，其中所述网络是主/从网络，第一节点(A)是主节点而第二节点(B)和第三节点(C)是从节点，并且其中第二消息(24)是发送给主设备(A)的且第二节点(B)通过窃听接收第二消息。
12.如权利要求7至10任一权利要求所述的方法，其中所述网络是网状网络并且第二消息(24)被发送给所述第二节点(B)。
13.如权利要求12所述的方法，其中第三节点(C)不在第一设备(A)的传输范围内。
14.如权利要求7至13中任一权利要求所述的方法，其中请求(21)、第一消息(22)和第二消息(24)包括在MAC命令帧(29-36)中。
15.如权利要求7至13中任一权利要求所述的方法，其中请求(21)、第一消息(22)和第二消息(24)中的每一个都包括事务ID(34)和请求的事务ID，第一消息和第二消息相匹配。
16.如权利要求16所述的方法，其中事务ID(34)由第一节点随机地选择。
17.如权利要求7至16中任一权利要求所述的方法，其中根据IEEE 802.15.4标准发送请求(21)、第一响应(22)和第二响应(24)。
18.如权利要求7至17中任一权利要求所述的方法，其中所述网络包括窃听第一消息(22)并且发送多个消息(24，37，38)的多个节点，第二节点(B)接收多个消息并且计算从第二节点(B)到多个窃听节点(C，D，E)中的每一个的距离，并且分配应答周期给其中多个节点中的每一个，以避免消息冲突。
19.如权利要求18所述的方法，其中根据多个节点的功率能力来分配每个节点的应答周期。
20.如权利要求18所述的方法，其中随机地分配每个节点的应答周期。
21.一种可作为无线网络中的节点进行操作的设备(C)，所述无线网络具有不同于所述节点的第一节点(A)和第二节点(B)，所述设备包括装置(11)，用于窃听正从第二节点发送到第一节点的第一消息(22)；以及时间装置(15)，用于测量时间信息。
22.如权利要求21所述的设备，还包括发送器(11)，用于发送第二消息(24)，以响应包括所述时间信息的第一消息。
23.如权利要求22所述的设备，其中时间信息基于第一消息的到达时间(T5)和第二消息的发出时间(T6)。
24.如权利要求22或23所述的设备，其中所述设备被配置为在由网络协调器(A)节点分配给所述设备的时隙中发出第二消息(24)。
25.如权利要求22至24所述的设备，其中第一消息(22)包括事务标识符(34)，并且基于第一消息的事务标识符将该设备配置为在第二消息(24)中包括事务标识符(34)。
26.如权利要求21至25中任一权利要求所述的设备，其中设备根据ZigBee标准进行操作。
27.如权利要求26所述的设备，其中设备被配置为在它的睡眠模式期间接受所述第一消息。
28.一种网络，包括权利要求21至27中任一权利要求所要求的多个节点。
29.权利要求28的网络包括网状网络。
30.权利要求28的网络包括主/从网络。
31.一种用于无线网络的计算机可读介质，所述无线网络包括第一节点(A)、第二节点(C)和与第二节点(B)直接联系的多个窃听节点(C，D，E)，所述计算机可读介质包括当第二节点已经发送测距响应(22)给第一节点时，用于分配应答周期给多个窃听节点中的每一个的指令。
32.一种计算机可读介质，其中根据多个窃听节点中的每一个的功率级别完成所述分配步骤。
全文摘要
一种用于获取电子设备的距离和/或位置信息的方法典型地依靠于设备(A)请求另一设备(B)提供应答消息(22)，应答消息(22)包含与所收到的和所发送的信号有关的某些时间信息(T2，T3)。在这种网络中出现的问题包括首先，某些设备(C)可能在用于启动距离测量的设备(A)的范围之外，以及其次，某些设备(B，C)可能不被允许彼此之间进行通信，并且因此，无法得到这些设备间的距离。本发明公开了这样的情况，即在该系统中窃听在其它设备(A，B，C)间传递的消息(21，22，24)这最终可以得到附加设备间的距离。而且，通过使用窃听，减少了传输数目以及潜在的冲突。因此，降低了网络中的节点的功率消耗。
文档编号H04L12/28GK101023632SQ200580008748
公开日2007年8月22日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月17日
发明者马丁·S·威尔科克斯, A·S·莱奇, P·M·福尔顿 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司