专利名称：至少包含三个无线收发设备的系统中无线通信帧的处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在包含至少三个无线收发设备的系统中处理无线通信帧的方法，以及一种用于实现该方法的无线收发设备。尤其是，该方法可以应用于测量无线设备之间的距离。
背景技术：
本发明更具体地涉及第一无线设备向第二无线设备发送请求，第二设备通过产生其内容并不专对第一设备的无线帧响应第一设备的情况。这种情况发生于，例如，在“自适应(ad hoc)”网络中用于识别设备的过程中。术语“自适应”网络用于表示能够自动地，也就是在没有外部介入的情况下，识别网络变化的传输网络。
当移动无线通信设备连接到mesh网络或者使用基于移动设备位置的路由算法的“自适应”网络时也会出现类似情况。各自位置已知的设备向进入系统或者最近已经移动的移动设备发送距离测量请求。后者通过发送能够使请求设备识别不同无线信号衰减路径的信道测量帧响应每个请求。这样的信道测量帧的内容为本领域内技术人员已知，并与产生该请求的设备无关。
在这些情况中，一个相同的帧因此被多次发送。这些发送多次调用帧传送设备中的资源。它们也产生与发送次数成比例的能量消耗。当该帧是发往很多请求设备时，导致的无线资源和能量消耗是严重的。当该帧具体为信道测量帧的长帧的情况时，尤为严重。而且，产生的严重的能量消耗对独立能量供应的设备，比如移动设备尤其不利。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于克服在一个相同帧必须发往多个请求设备的情况中的上述缺陷。
为此，本发明提出了一种在包含至少三个无线收发设备的系统中使用无线通信帧实现操作的方法。该方法包括下述步骤a.另一系统设备向第一系统设备发送第一请求无线信号；b.另一系统设备向所述第一设备发送至少一个第二请求无线信号；c.所述第一设备响应所述第一请求无线信号发送帧；d.在发送所述第一请求无线信号的所述另一系统设备中使用所述帧。
该方法也包括在预定时隙内，在发送第二请求信号的其他系统设备中使用该帧。
换句话说，系统中N个设备每个都可以向同一系统设备发送各自请求，N为大于或等于2的整数。在N个设备中，发送请求的设备首先开始本发明的方法，并且响应其请求接收该帧。如果N-1个其他设备的各自请求在预定时隙器件被发送该帧的设备检测到，那么这些设备可以使用相同的帧，该时隙的计算由首先发送的请求产生。
这样，单个帧对在预定时隙期间多个设备中执行该操作有用，这些设备中的第一个设备可以减少该时隙期间发送的帧的数量。这种发送的帧的数量的减少导致在所述第一设备中调用的无线资源的减少和能力消耗的减少。
换句话说，该帧是“免费”发往在开始该方法的请求之后发送他们请求的N-1个设备。当发送的帧很长而且系统包含可能产生的请求的大量的设备时，获利更多。
因此仅仅调用一次无线资源来发送该帧，以及消耗与发送单个帧对应的能量。从而对于所给预定时隙中资源调用和能量消耗都减到了最小值。
如果必要的话，该第一请求信号和第二请求信号中的一个可以由同一系统设备发送。
优选的，所述第一系统设备响应在预定时隙中发送的第二请求信号不发送帧。这样，在该第一设备中尽可能的节省能量消耗和资源调用。
由第一设备响应第一请求无线信号发送帧的预定时隙可以选择，从而，在一方面，能量消耗和无线资源调用，和另一方面，信道稳定性之间获得交替。时隙越长，调用资源越少，能量消耗越小。然而，时隙越长，第二无线请求信号的即时发送和由另一个设备对帧的接收之间的信道不稳定性的风险就越大，导致由发送第二请求的另一个设备实现的操作中，具体的说，当该帧是信道测量帧时的不准确性。
根据本发明的一个优选实施方式，预定时隙包括大于由所述第一设备接收所述第一请求信号和发送该帧之间的固定保护时间的第一持续时间，和/或至少等于该帧发送之后的固定监听时间的第二持续时间。
该帧优选的在由多接入控制器确定的时刻发送。在这种情况中，多接入控制器分配一个可用无线时隙，该时隙足够在不中断任何呼叫的情况下发送该帧。系统中的每个收发设备都可以与独立的多接入控制器协作，例如，在CSMA/CA(具有冲突避免的载波侦听多接入)系统。另一个选择是，可以使用通用多接入控制器，比如，在TDMA(时分多址)系统。
本发明具体实现测量无线通信系统中设备之间的间隔距离。为此，由系统的多个设备使用的发送帧可以是信道测量帧。实际上，由各接收设备对这种帧的使用涉及当与后者对应的无线信号衰减到各接收设备时出现的特性。当帧被传送时帧的内容与接收设备无关。
本发明还提出了一种测量第一系统设备和至少两个其他系统设备之间的距离的方法，其使用利用上述无线通信帧实现操作的方法。这种距离测量方法还包括a.由所述第一设备响应每个检测到的请求信号，向发送所述请求信号的所述其他设备发送确认信号；和b.从每个请求信号的发送时刻和响应所述请求信号发送的确认信号的接收时刻测量无线信号交换时间。
当在发送帧之前和/或之后分别提供保护时间和/或监听时间时，距离测量方法包括基于交换时间和对应所述帧接收的无线信号的分析，确定所述第一设备和每个其他设备之间的分别间隔距离。
本发明最后提出了一种无线收发设备，适用于实现由使用上述帧或者距离测量方法实现操作的方法的第一和/或其他设备执行的步骤。
参照附图，从实施例以及非限制的示例的说明中，本发明的特征和优点将是显而易见的。
图1示出了设计实现根据本发明的方法的无线通信系统图；图2是根据本发明的方法的各个步骤的流程图。
具体实施例方式
现在以多个移动无线发收发设备之间的距离测量为例详细说明本发明。其目的在于所给本发明的应用仅仅作为示例，和用于以多个其他应用为例实现本发明。
根据图1，一种通信系统包括一套无线收发设备，5个设备称为1至5。每个收发器可以构成作为家庭自动管理系统一部分的传感器的无线接口，比如。对这种系统而言，特定传感器可以专门用于热测量，其他用于识别加热元件控制单元的状态，等等。它可以是“自适应”系统，其本身管理不同传感器之间的通信序列。尤其是，可以是本领域内技术人员公知的蓝牙类型系统。
首先说明设备1和2之间的距离测量。后面将说明使用本发明也测量设备2和3之间、2和4之间、然后2和5之间的距离。
当设备1开始与设备2之间的距离测量时，图2左侧部分显示了在设备1和2内执行的连续动作。向下的垂直轴对应时间轴，以t表示。首先，设备1向设备2发送请求，命名为REQ1。请求REQ1显示了设备1和2之间发送的无线信号的交换延迟的测量。而且，它请求设备2发送信道测量帧。
当设备2接收到请求REQ1时，它可以拒绝或者接受该测量。如果接受测量，它通过向设备1发送确认信号ACK1进行响应。设备1和2对无线信号的检测和接收都将以公知方式执行，在此不再详细说明。
设备2在确定等待时间之后发送信号ACK1，该时间从接收请求REQ1开始计算。该等待时间由设备的制造商设定并存储在后者的每一个中。该时间以TW表示，称为中间延迟。它主要是使接收距离测量请求的设备从无线信号接收模式切换到发送模式。而且，在延迟时间TW内准备ACK1信号帧。
ACK1信号的发送不涉及设备2的多接入管理器。换句话说，在中间延迟TW末端，设备2中断任何可能正在进行的无线信号的发送或者接收，来发送ACK1信号。这种发送或者接收的中断可能影响设备2和系统任何其他设备之间的通信。这样，设备1精确地知道设备2接收请求REQ1和发送信号ACK1之间的时间它等于延迟TW。
当设备1接收ACK1信号时，确定从请求REQ1发送经过的时间。该时间称为设备1和2之间的无线信号交换时间，以TEXCH(1，2)表示。存储在设备1中。
然后设备1根据下面的公式(1)计算设备1和2之间交换的信号REQ1和ACK1的空中(flight)时间TOF1(1，2)TOF1(1，2)＝0.5×[TEXCH(1，2)-TW](1)通过用系统设备之间的无线信号的衰减速度除TOF1(1，2)，也可以计算信号REQ1和ACK1经过的路径的长度。该速度等于3.108m.s-1。
信号REQ1和ACK1的交换以及TOF1(1，2)的计算组成了测量设备1和2之间距离的方法的第一阶段。该第一阶段在图2中以1表示。
信号REQ1和ACK1经过的衰减路径可以是以直线(图1中所示的路径C1)连接设备1和2，或者利用至少一个中间反射连接两者。图1所示的路径C2表示墙100上的反射，比如由金属构成。因为该反射，路径C2长于路径C1。空中时间TOF1(1，2)通常对应无线信号REQ1和ACK1能量的主要部分经过的衰减路径C1和C2的空中时间。
然后执行测量设备1和2之间距离的方法的第二阶段(图2中的阶段2)。设备2发送信道测量帧，以CMF表示。根据对设备2的无线传输资源的多接入执行对CMF帧的传输。为此，当可以集成在设备2中的多接入管理器识别具有足够传输时间的可能性时发送帧2。
然后设备1分析其收到的所有对应于CMF帧的无线信号。信道测量帧的结构以及分析后者的方法假设是已知的，在此不再详细说明。设备1首先识别接收的无线信号的第一部分，该部分对应于和阶段1的确认信号ACK1具有相同衰减路径的CMF帧的一部分。该识别来自于对应CMF帧的该部分的接收信号的第一部分的能量电平和接收的ACK1信号的能量电平之间的对比。然后设备1查看接收的具有比无线信号的第一部分较短衰减路径的无线信号的第二部分是否也不对应于CMF帧的一部分。该查找通过组合由设备1接收的无线信号的部分的选择来执行，通过各种接收能量门限和CMF帧的部分识别来实现。设备1从ACK1信号经过的衰减路径和设备1与2之间的较短路径在空中时间上的差异得到，该差异的存在从接收的对应于CMF帧的无线信号检测到。该差异以ΔTOF(1，2)表示。
当检测到多个比接收ACK1信号时检测的路径更短的路径时，设备1选择其中最短的，即与ΔTOF(1，2)最大值相关的路径。
然后设备1按照下面的公式(2)计算沿着两个设备1和2之间的最短衰减路径发送的信号的空中时间。沿着最短路径的空中时间以ΔTOF2(1，2)表示。
TOF2(1，2)＝TOF1(1，2)-ΔTOF(1，2) (2)TOF(1，2)是设备1和2之间最短衰减路径长度的测量。该长度通过用系统设备之间的无线信号衰减速度除TOF2(1，2)得到，可以单位米表示。通常它像TOF2(1，2)一样对应设备1和2之间无线信号的直线衰减(图1中的路径C1)。
在阶段1接收ACK1信号时检测到的衰减路径可能是最短的。在这种情况下，由设备1对应于信道测量帧CMF接收的无线信号的分析显示没有更短的路径。然后阶段2导致ΔTOF(1，2)的值为零。
在确认信号ACK1之后，从发送ACK1信号开始大于或者等于确定保护时间的等待时间时设备2发送信道测量帧CMF。保护时间在图2中以TG表示。选择保护时间大小的顺序，从而第一设备和发送第一请求信号的设备之间的无线传输信道在该时间内保持稳定。这种信道稳定性提供使用第一设备中的帧的更好情况，尤其是，当该帧是信道测量帧时。设备2发送ACK1信号和CMF帧之间的时间等于保护时间TG的总和，而延迟是由于设备2多接入的惯例。当设备制造或者初始化时，TG值存储在系统中的每个设备中。为了用于设备1和2之间通信的信道在方法的阶段1和2之间稳定性被认可，该值不能太高。当设备1和2保持充分固定以及当无线信道衰减的传输介质具有在距离测量时间内大致一致的特征时，信道是稳定的。例如，TG是10毫秒的阶数。
与设备1和2之间距离的当前测量无关，设备3可以请求测量设备2和3之间的距离。为此，设备3向设备2发送和REQ1类似的请求信号REQ2(见图2)。假设设备1在REQ1信号之后，从设备2发送ACK1信号开始计算的保护时间TG超时之前接收REQ2信号。
在多接入控制器确定的时刻由设备3发送REQ2信号。然而，设备2上的ACK1信号和REQ2信号之间的冲突是可能的，因为必须在从接收REQ1信号开始计算的中间延迟TW超时时发送ACK1信号。然而，当信号ACK1和REQ2很短时，这样的冲突可能性很小。有利的是，它们每一个都包含不带有效载荷数据的通信帧，因此它们可以在设备2上尽可能靠近物理层的地方进行处理。然后设备2对信号ACK1和REQ2的各自处理操作可以很快，以减少冲突的风险。
以上述用于设备1和2的方式执行设备2和3之间的距离测量的阶段1。设备2在从接收REQ2信号开始计算的新中间延迟TW超时时向设备3返回确认信号ACK2。如果设备2在从发送信号ACK1开始计算的保护时间TG超时前已经接收到信号REQ2，设备2的多接入控制器可以延迟CMF帧的发送，从而在ACK2信号之后发送CMF帧。
设备2和3之间发送的无线信号的交换时间以TEXCH(2，3)表示，并由设备3进行计时。该时间通过信号REQ2的发送和信号ACK2的接收的各自时刻确定。然后设备3根据与应用于设备2和3的公式1对应的下述公式(3)计算信号REQ2和ACK2的空中时间TOF1(2，3)TOF1(2，3)＝0.5×[TEXCH(2，3)-TW](3)像对设备1一样，设备3也接收设备2发送的CMF帧。设备3确定在设备2和3之间发送的无线信号之间的空中时间的差异ΔTOF(2，3)一方面是信号REQ2和ACK2空中时间的差异，也是与设备2和3之间的最短衰减路径对应的空中时间。然后按照下面的公式(4)计算设备2和3之间沿着最短衰减路径的无线信号的空中时间TOF2(2，3)＝TOF1(2，3)-ΔTOF(2，3) (4)因此利用设备1和2之间用于距离测量发送的CMF帧测量设备2和3之间的距离。
也可以在确定监听时间，表示为图2中的TEC超时之前通过系统其他设备，例如设备4，检测由设备2发送的CMF帧。TEC可能是，比如，设备2成为不可用检测新请求信号之前的等待时间。在设备2中从CMF帧发送的时刻开始计时。例如，在监听时间TEC的末端，设备2执行其他任务或者切换到节能模式。如果也一定要测量设备2和4之间的距离，设备4类似地分析其检测到的与CMF帧对应的无线信号。设备4从其存储的ΔTOF(2，4)值推导。
当监听时间TEC具有和保护时间TG不同的值时，可以与后者以相同的方法设定监听时间。优选的，TEC大于TG，因为设备4需要在其本身发送新无线信号之前已经完成检测和分析接收到的对应CMF帧的无线信号。例如，TEC可以等于50毫秒。
然后设备4执行距离测量方法的阶段1，从而计算交换时间TEXCH(2，4)。以与上述相同的方法在设备2和4之间发送REQ3和ACK3。设备4从第一空中时间TOF1(2，4)进行推导。然后通过从TOF1(2，4)减去ΔTOF(2，4)来获得无线信号沿着设备2和4之间最短衰减路径的空中时间。
因此，进而通过利用用于测量设备1和2之间距离的发送的CMF帧还获得设备2和4之间的距离。为此，设备2在CMF帧发送之后，但是监听时间超时之前已经接收REQ3信号。
如果需要的话，设备2可以在监听时间TEC超时之前接收距离测量请求信号。这是由设备5发送REQ4信号(图2)的情况。假设，在这一时刻，设备5以和设备4相同的方法接收和分析CMF帧。然后设备2的活动性设为优先于响应信号REQ4发送确认信号ACK4，同时监视中间延迟TW。然后在延迟TEC超时之后可以发送信号ACK4。然后设备5以和设备4相同的方法确定其与设备2之间的距离。
从上面的详细描述得出，响应第一无线请求信号发送的CMF帧用于测量设备2与设备1、3、4和5中每一个之间的距离。换句话说，CMF帧的发送对由设备1、3、4和5分别开始的距离测量是共同的。这样可能减少由设备2在预定时隙期间发送的CMF帧的数量到小于请求该类帧的设备的数量的CMF帧的数量。尤其是，可能将少由设备在预定时隙发送的CMF帧的数量为3或2帧，甚至1帧，分布在该时隙。设备2中节省的能量和无线传输时间由此得到，但是当信道测量帧特别长时，尤其是和传输有效载荷数据的通信帧相比，节省的更多。
当预定时隙很长时，由设备2发送多个帧可能减少连接到非稳定性信道的不准确度。例如，响应设备1的第一请求REQ1，设备2在两个时刻间为非稳定信道发送CMF帧的时刻充分去除的时刻，发送将由已经发送请求REQ3-REQ5的其他设备3-5使用的CMF帧。通过使用设备2在预定时隙中接近请求REQ3-REQ5的时刻发送的新CMF帧，其他设备3-5执行的距离测量因此可以在精确性方面改善。
而且，在设备1的开始阶段可以重复距离测量方法的阶段1。在设备1需要的每一个新的阶段1执行时，获得新空中时间TOF1(1，2)。比较连续获得的多个空中时间值使得可以检查设备1和2之间传输信道是否稳定。还可能更准确地确定TOF1(1，2)，例如通过基于存储在重复执行的阶段1中的多个交换延迟TEXCH(1，2)的平均值计算TOF1(1，2)。
在这种情况中，设备1可以在从其发送第一请求信号开始计算的保护时间TG超时之前，或者从设备2发送CMF帧开始计算的监听时间TEC超时之前重复发送请求信号。然后在不延迟发送CMF帧的情况下，重复设备1和2之间距离测量的阶段1。因此并不增加调用设备2的总体时间。
类似地，设备3可以额外请求执行其与设备2之间距离测量的阶段1。这种额外执行必须由在与上述为设备1的相同的延迟内由设备3发送的请求信号开始。。
最后，设备4也可以请求执行多个距离测量的阶段1。然后这些执行必须在由设备1已经触发的距离测量方法的执行设定的监听时间内开始。
权利要求
1.一种在包含至少三个无线收发设备(1-5)的系统中利用无线通信帧实现操作的方法，所述方法包括下述步骤a、另一个系统设备(1)向第一系统设备(2)发送第一请求无线信号(REQ1)；b、其他系统设备(1，3-5)向所述第一设备(2)发送至少一个第二请求无线信号(REQ2-REQ4)；c、所述第一设备(2)发送帧CMF以响应所述第一请求无线信号(REQ1)；然后d、在发送所述第一请求无线信号(REQ1)的所述另一个系统设备(1)中使用所述帧CMF，其特征在于，还包括在预定时隙内在发送第二请求信号(REQ2-REQ4)的所述其他系统设备(1，3-5)中使用所述帧CMF。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应在预定时隙内发送的所述第二请求信号(REQ2-REQ4)，所述方法包括所述第一设备(2)不发送帧CMF。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预定时隙包括大于由所述第一设备(2)接收所述第一请求信号(REQ1)和发送所述帧CMF之间的固定保护时间(TG)的第一持续时间，和/或至少等于发送所述帧CMF之后的固定监听时间(TEC)的第二持续时间。
4.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在由多接入控制器确定的时刻发送所述帧CMF。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述帧CMF是信道测量帧。
6.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一(REQ1)和第二(REQ2-REQ4)请求信号是由同一系统设备发送的。
7.一种使用上述任一权利要求所述的利用无线通信帧实现操作的方法，测量系统中第一设备和至少两个其他系统设备之间距离的方法，其特征在于，所述方法包括a、所述第一设备(2)响应每个检测到的请求信号(REQ1-REQ4)，向发送所述请求信号的所述其他设备(1，3-5)发送确认信号(ACK1-ACK4)；和b、响应所述请求信号(ACK1-ACK4)，测量从发送每个请求信号(REQ1-REQ4)的时刻和接收发送的所述确认信号的时刻开始的无线信号交换时间TEXCH。
8.根据权利要求7和3所述的方法，其特征在于，所述方法包括基于交换时间(TEXCH)和对接收的对应所述帧CMF的无线信号的分析来确定所述第一设备(2)和每一个所述其他设备(1，3-5)之间的各自的间隔距离。
9.一种无线收发设备(1-5)，适用于实现利用如权利要求1-6中任一所述的无线通信帧实现操作的方法，或者如权利要求7或8所述的测量距离的方法的所述第一和/或其他设备中执行的所述步骤。
全文摘要
本发明涉及一种在包含至少无线收发设备(1－5)的系统中实现包括处理无线通信帧(CMF)的操作的方法，该方法包括响应由系统的设备(1)发送的第一请求信号(REQ1)发送该帧。根据本发明，在预定时间周期内，在发送该第一请求信号(REQ1)的设备(1)以及分别发送请求信号(REQ2－REQ4)的系统其他设备(1，3－5)中处理该帧。
文档编号H04W64/00GK101095367SQ200580045814
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年1月3日
发明者贝努瓦·米斯科普, 琼·施沃尔, 弗朗索瓦·马克斯 申请人:法国电信公司