用于多址传感器网络的系统和方法
【专利摘要】一种方法使无线接收机能够区分在长时间段内将数据供应到所述接收机的传感器探测器。所述方法包括每一个探测器生成被发送到所述接收机的随机数以便识别所述探测器。每一个探测器和所述接收机还使用伪随机过程来识别每一个探测器的传输时间。所述伪随机过程帮助保持探测器的传输时间在振荡器漂移存在时是分开的。如果发生传输冲突，则所述接收机忽略冲突中的所有探测器并且进行等待，直到所述伪随机过程分开探测器传输为止。
【专利说明】用于多址传感器网络的系统和方法
【技术领域】
[0001]本专利通常涉及无线数据传输的领域，并且更具体地涉及用于使接收机能够检测由多个发射机生成的无线传输的系统和方法。
【背景技术】
[0002]许多工业采用远程感测来向单个显示器提供从多个远程位置收集的信息。远程感测系统的一个示例是潮气感测系统。该潮气感测系统包括放置在花园、田地的不同位置处或者期望潮气检测的任何位置处的多个潮气传感器。每一个潮气传感器配置为执行一个或多个潮气测量，包括土壤的潮气水平和湿度测量。每一个潮气传感器进一步包括将信号发射到接收站的发射设备，典型地是无线发射机。从每一个传感器发射的信号包括代表来自每一个相对应的传感器的潮气测量的数据。接收站典型地包括能够向用户通知由远程潮气传感器检测到的潮气水平的显示器。一些接收站实施例包括能够通知操作员在一个或多个传感器的位置中所检测到的潮气水平是否超过或低于期望范围的可见或可闻警告。各种接收站实施例附加地包括电子数据收集设备以便存储由潮气传感器随着时间生成的所检测到的潮气水平的历史。
[0003]包括潮气感测网络的远程感测网络在操作中面临挑战。一个这样的挑战是远程传感器网络会部署在可能导致错误的传感器信号的密集配置中。例如，如果将传感器网络A部署在一个田地中，而将传感器网络B部署在从第一田地穿过公路的第二田地中，则耦合到网络A中的潮气传感器的发射机会生成与网络B的发射机混淆的信号，并且反之亦然。传感器网络的接近度会在针对每一个传感器网络的相对应的接收机处导致干扰或错误的潮气读数。即使在一个位置中仅部署单个传感器网络，来自网络中的不同传感器的发射机也会彼此干扰。
[0004]现有技术无线网络包括使用冲突避免和冲突检测技术来减轻上述问题的包括载波侦听多址(CSMA)的技术。此外，使用多种调制技术来使多个蜂窝电话能够同时操作的蜂窝数据网络是已知的。然而，许多传感器网络并不很好地适合于使用这些技术。在典型的传感器网络中，传感器和相关联的发射机设计为低成本并且使用电池在长时间段内操作。因为传感器暴露于环境，任何电子设备需要是结实的并且能够在延长的时间段内在各种天气条件下操作。结果，发射机经常包括低成本电子设备以及在不要求昂贵的设计改变或在电池寿命和可靠性方面降低的情况下不能够执行已知多址技术的单向无线发射机。因此，用于改善具有将数据发射到单个接收机的多个发射机的传感器网络的操作的技术将是有益的。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，开展了一种用于多址的方法。所述方法包括:在第一无线发射机中生成第一随机数；将所述第一随机数从所述第一无线发射机发射到无线接收机；在第二无线发射机中生成第二随机数；将所述第二随机数从所述第二无线发射机发射到所述无线接收机；参照由所述第一发射机识别的当前时间测量以及通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别用于来自所述第一无线发射机的第一数据消息的传输的第一时间，所述第一时间偏移参照所述第一随机数和预定的伪随机过程而被识别；在所识别的第一时间处从所述第一无线发射机发射所述第一数据消息；参照由所述第二发射机识别的当前时间测量以及通过第二时间偏移调整的预定时间段来识别用于来自所述第二无线发射机的第一数据消息的传输的第一时间，所述第二时间偏移参照所述第二随机数和所述预定的伪随机过程而被识别；并且在所识别的第二时间处从所述第二无线发射机发射所述第二数据消息。
[0006]在另一实施例中，开展了一种用于在远程传感器系统中使用的传感器探测器。所述探测器包括配置为生成传感器信号的传感器、无线发射机模块以及可操作地连接到所述传感器和所述无线发射机模块的控制器。所述控制器配置为生成随机数；操作所述无线发射机模块以便将所述随机数发射到无线接收机；参照通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别第一时间段，所述第一时间偏移参照所述随机数和预定的伪随机过程而被识别；等待第一时间段的截止，并且在所述第一时间段的截止时从所述第一无线发射机发射数据消肩、O
[0007]在另一实施例中，开展了一种用于在传感器系统中使用的接收机。所述接收机包括无线接收机模块、输出设备以及可操作地连接到所述无线接收机模块和所述输出设备的控制器。所述控制器配置为:接收与来自由第一发射机发射并且由无线接收机模块接收的信号的随机数相对应的数据；参照通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别第一时间段，所述第一时间偏移参照所述随机数和所述预定的伪随机过程而被识别；以第一电功率水平在第一时间段内操作所述无线接收机模块；并且以第二电功率水平在所述第一时间段之后的第二时间段内操作所述无线接收机模块，以便使所述接收机能够接收由所述第一发射机发射的第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是接收机和传感器探测器的示意图。
[0009]图2是部署为彼此邻近的多个接收机和传感器探测器的视图。
[0010]图3是用于使探测器与接收机相关联的方法的方框图。
[0011]图4是用于操作探测器的方法的方框图。
[0012]图5是用于操作接收机的方法的方框图。
[0013]图6是描绘由两个探测器生成的信号的时序图。
[0014]图7是描绘由两个探测器生成的信号的另一时序图。
[0015]图8是描绘用于接收由两个探测器生成的信号的接收机的操作的时序图。
【具体实施方式】
[0016]为了促进对本文公开的实施例的原理的理解，现在参照附图和在下面的书面说明书中的描述。附图标记并不意在限制主题的范围。本专利还包括对所说明的实施例的任何变更和修改，并且包括本专利所属领域的技术人员通常想到的所公开实施例的原理的进一步应用。
[0017]如本文使用的，术语“多址”和“多址系统”是指包括经由共享通信介质向一个或多个接收机进行广播的多个发射机的方法和系统。多址系统的常见示例包括两个或更多个无线发射机，每一个无线发射机使用公共频带或共享通信介质来广播信号，并且每一个无线发射机都位于公共接收机的范围内。在时分多址(TDMA)系统中，发射机能够在不同的时间通过共享通信介质发射信号。如本文使用的，术语“冲突”是指在多址系统中发生的任何事件，其中接收机不能够从发射机接收消息，因为两个或更多个发射信号与共享通信介质冲突。例如，在TDMA系统中，如果从不同发射机发射的两个或更多个信号同时到达接收机，则接收机不能够区分开信号并且不能够有效地接收在该信号中编码的数据。
[0018]如本文使用的，术语“伪随机过程”是指以看起来随机但是确定的方式生成数字的各种系统和方法。例如，线性反馈移位寄存器(LFSR)的各种配置按照伪随机的方式生成数字。LFSR包括保持被表示为预定数量的二进制比特的第一数字的寄存器，S卩，存储器。LFSR遵循预定的操作系列以便操控存储器中的比特来生成被称为“伪随机数”的新数字，该伪随机数代替寄存器中的第一数字。由LFSR生成的下一个伪随机数的值取决于存储在LFSR中的当前数字以及LFSR对当前数字执行的用于生成该下一个数字的预定操作。术语“种子”是指通过将种子数装入寄存器中来初始化LFSR的操作。给定伪随机过程的可重复本质，如果两个不同的设备都实现相同的伪随机过程并且如果这两个过程都使用公共种子数进行初始化，则这两个设备能够生成相同序列的伪随机数。
[0019]如本文使用的，术语“随机数”是指由设备按照非确定的方式生成的数字。相关术语“随机数发生器”是指以非确定的方式生成数字的设备或过程。下面描述的无线发射机中的各种部件具有能够被测量以便生成随机数的非确定的操作特性。与伪随机过程不同，随机发生器不按照确定的方式来生成数字。经由随机数发生器生成的数字可以用于在伪随机数发生器中作为种子。尽管无偏随机数的生成是在诸如密码学的各种领域中密集研究的主题，但是对于这一文档适合的随机数发生器包括生成具有足够随机性的数字或者熵以便实现下面描述的多址系统的操作的任何数字发生器。
[0020]如本文使用的，术语“频率漂移”是指诸如振荡器的周期性信号源的频率变化。例如，具有1，OOOHz的频率和零频率漂移的振荡器在一秒钟内完成1，000个周期。然而，电子设备中使用的典型振荡器具有非零频率漂移。具有+10个周期的频率漂移的一个这样的振荡器将替代地在一秒钟内以1，010个周期的频率进行振荡。振荡器的频率可以用作用于测量时间的基础，因此振荡器中的频率漂移会在测量时间时生成相对应的时间漂移。如本文使用的，术语“时间漂移”是指由于测量时间时的误差、经常是由于振荡器的频率漂移，而在预期时间段和实际时间段之间的变化。例如，使用具有+10个周期的正频率漂移的前述标称1，OOOHz振荡器导致在99秒钟内实际上测量100秒钟的标称时间段，具有一秒钟时间漂移误差。当振荡器的温度、驱动电压和其它参数在操作期间改变时，振荡器的频率漂移和相对应的时间漂移典型地随着时间改变。
[0021]图1描绘了接收机100和配置为向接收机100发射传感器数据的探测器150的功能框图。接收机100包括存储器104、显示器或输出116、控制器120、射频(RF)接收机模块124、天线128和输入设备132。存储器104配置为存储与一个或多个线性反馈移位寄存器(LFSR) 106的内容相对应的数据、探测器标识符108、传感器数据条目(entry) 110和漂移校正值112。存储器条目106-112中的每一个与单个探测器相对应，例如将数据发射到接收机100的探测器150。存储器104的各种实施例包括静态和动态随机存取存储器(RAM)、包括NAND和NOR闪存的非易失性存储器、磁性数据存储设备以及能够存储并取回数字数据的任何数据存储设备。
[0022]RF接收机模块124配置为接收由一个或多个探测器150生成的无线信号。RF模块连接到配置为接收由探测器150生成的无线信号的天线128。无线信号包括RF接收机模块124能够将其解码为适合于由控制器120使用的形式的编码数据，并且RF模块124可通信地耦合到控制器120。在一个示例性实施例中，RF接收机模块124是Texas Instruments?CCllOl接收机。RF接收机模块124的一些或所有操作能够在控制器120中的软件中实现。
[0023]显示器或输出设备116可操作地连接到控制器120。显示设备116配置为显示警告以及关于接收机100从一个或多个探测器150接收到的传感器数据的信息。显示器116的一个配置是一系列灯，其中每一个灯与探测器相对应。控制器120激活和去激活所述灯以便向用户警告探测器的状态。例如，在探测器150包括土壤潮气传感器的实施例中，控制器120能够在接收机100从探测器150接收到指示土壤应该被浇水的数据时激活灯。在另一实施例中，显示器116是显示与从探测器150接收到的数据相对应的信息的视觉显示面板，例如液晶显不器(LCD)。在又一些其它实施例中,输出116生成向用户通知一个或多个探测器150的状态的非视觉警告，例如可闻警告或合成语音。
[0024]控制器120是电子处理设备，例如是微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、包括来自x86和ARM系列的微处理器的微处理器、或者配置有编程指令和电子部件以便执行本文公开的接收机100的功能的任何电子设备。在一些实施例中，控制器120实现在片上系统(SoC)配置中，其中将控制器120和一个或多个存储器104、RF接收机模块124以及对于显示设备116的控制集成到单个设备中。在一个示例性实施例中，控制器120是Texas Instruments? MSP430F4132微控制器。控制器120可操作地连接到存储器以便使控制器120能够将数据存储在存储器104中并且从存储器104装入数据用于处理。在操作期间，控制器120从所存储的程序数据114装入程序数据。所存储的程序数据114包括控制器120在接收机100的操作期间执行的指令。输入设备132可操作地连接到控制器120以便使控制器120能够在两个或更多个操作模式之间进行切换或者调整接收机100的操作。各种输入设备实施例包括一个或多个开关或按钮、字母数字键输入以及可以与显示器116集成的触摸屏输入。
[0025]控制器120可操作地连接到RF接收机模块124。除了接收与RF接收机124接收到的信号相对应的数据以外，控制器120还配置为控制RF接收机124的操作参数。RF接收机124的各种操作参数包括操作频率、比特率和RF接收机124的编码设置。控制器120还配置为使RF接收机124在用于接收传输的高功率模式和消耗较少电功率的低功率或“待机”操作模式之间进行切换。在低功率模式中，由于诸如放大器的某些接收机部件的去激活，RF接收机124或者被去激活或者不接收数据传输，或者以降低的灵敏度来接收数据传输。如下面更详细描述的，控制器120在选择的时间处使RF接收器124在低功率模式和高功率模式之间进行切换，以便从一个或多个探测器150接收传输。
[0026]探测器150配置为将传感器数据发射到接收机100。探测器150包括存储器154、控制器164、RF发射机模块168、控制器振荡器176、传感器180和传感器振荡器184。探测器存储器154存储与线性反馈移位寄存器(LFSR) 156的内容相对应的数据、传感器识别号158、传感器数据160和所存储的程序数据162。存储器154的各种实施例包括静态和动态随机存取存储器(RAM)、包括NAND和NOR闪存的非易失性存储器、磁性数据存储设备以及能够存储并且取回数字数据的任何数据存储设备。在图1的实施例中，存储器154与控制器164集成。
[0027]RF发射机模块168配置为向诸如接收机100的接收机发射无线信号。RF发射机模块168连接到促进无线信号的传输的天线172。控制器164向RF发射机模块168提供RF发射机168将其编码为所发射的无线信号的数据。RF发射机模块配置为使用与接收机100中的RF接收机模块124兼容的频率、调制技术和数据编码技术进行操作。在一些实施例中，RF发射机模块168和相对应的RF接收机模块124还配置为实现误差检测和误差校正码以便使接收机100能够识别并且潜在地校正所发射的数据中的误差。在一个示例性实施例中，发射机模块是与接收机100中的CCllOl接收机模块兼容的Texas Instruments?CC1150RS发射机。RF发射机模块168的一些或所有操作可以在控制器164中的软件中实现。
[0028]控制器164是电子处理设备，例如是微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、包括来自x86和ARM系列的微处理器的微处理器或者配置有编程指令和电子部件以便执行本文公开的探测器150的功能的任何电子设备。在一些实施例中，控制器164在片上系统(SoC)配置中实现，其中将控制器164和一个或多个存储器154、RF发射机模块168和传感器180集成到单个设备中。在一个示例性实施例中，控制器164是Texas Instruments? MSP430F2121IPW微控制器。控制器164可操作地连接到存储器154以便使控制器164能够将数据存储在存储器154中并且从存储器154装入数据用于处理。在操作期间，控制器164从所存储的程序数据154装入程序数据。所存储的程序数据154包括控制器164在探测器150的操作期间执行的指令。
[0029]振荡器176可操作地连接到控制器164。振荡器提供调节控制器164中的同步操作的周期性信号，并且还用作控制器164的时间参考。振荡器176在操作期间经历频率漂移，并且振荡器176的频率漂移将时间漂移引入由控制器164执行的时间测量。控制器164配置为操作RF发射机模块168以便以预定的时间间隔发射信号，如在下面更详细描述的。由振荡器176引入的时间漂移生成在传输之间在预期时间段和实际时间段之间的变化。
[0030]传感器180配置为感测探测器150周围的一个或多个环境条件。在图1的示例中，传感器180是进一步包括被插入在土壤中的电容传感器元件的土壤潮气传感器。传感器振荡器184生成经过电容传感器元件的频率信号。传感器元件的电容率和相对应的电容受土壤的潮气含量影响。传感器振荡器184的操作频率对传感器元件的电容改变做出响应而改变，并且传感器180配置为向控制器164生成与振荡器频率相对应的数据。控制器164生成与从传感器180接收到的数据相对应的探测器数据。在一些实施例中，控制器164将数据从传感器180直接提供到RF发射机168，而在其它实施例中，控制器164执行进一步的处理以便根据传感器数据识别土壤潮气测量。控制器164将来自传感器180的数据作为传感器数据160存储在存储器154中。传感器数据160可以包含来自传感器180的一个或多个读数。
[0031]尽管参照土壤潮气传感器描述了探测器150，但是各种可选的探测器实施例包括一个或多个传感器。环境传感器的示例包括但不局限于温度、空气湿度、风、阳光、辐射、地震和空气质量传感器。不同的探测器实施例包括单个探测器中的两个或更多个传感器，该两个或更多个传感器提供数据用于发射到接收机。
[0032]图2描绘了在彼此的传输范围内部署在单独的传感器网络中的多个接收机100A-100C和探测器150A-150D的示例性配置。在一个传感器网络中，接收机100A配置为从探测器150A和150B但是不从探测器150C和150D接收数据。接收机100A也位于由探测器150C和150D生成的信号的范围内。在另一传感器网络中，接收机100B配置为仅从探测器150C接收信号，并且在又一传感器网络中，接收机100C配置为仅从探测器150D接收信号。接收机100A-100C可以与不同的邻近土地所有者相对应，每一个土地所有者具有位于每一小片土地中的一个或多个位置处的探测器并且想要忽略从邻近地产中的探测器发送的数据。
[0033]在图2的配置中，接收机100A能够检测来自每一个探测器150A-150D的信号。当探测器150C和150D中的一个发射信号时，出现可能发生的一个事件。接收机100A将忽略来自探测器150C和150D的数据传输。在另一事件中，当从两个或更多个探测器发送的信号同时到达接收机100A时发生冲突。在一个实例中，冲突引起信号之间的干扰，以使得接收机100A不能够从该信号提取正确的数据。在另一实例中，冲突导致接收机100A从不正确的探测器接收数据，同时不能够从预期的探测器接收数据。下面的过程使接收机和一个或多个探测器能够在诸如图2中描绘的环境的嘈杂环境中进行操作。
[0034]图3描绘了用于使选择的探测器与接收机相关联的过程300，该过程使接收机能够识别从探测器发送的传输。接收机100和探测器150用作用于说明过程300的示例。过程300通过将接收机100和探测器150置于关联模式中(块304)开始。经由来自输入设备132的输入，例如经由图形用户界面(GUI)的预定的键序列或选择，将接收机100置于关联模式中。在一个实施例中，通过使用打开/闭合开关188激活探测器而将探测器150置于关联模式中。在相对短的时间段内，例如在10秒钟时间窗内，将接收机100和探测器150二者置于关联模式中。
[0035]在进入关联模式中时，探测器150生成随机数(块308)。在探测器150中，通过使用振荡器176对传感器振荡器184的频率进行采样来生成随机数。这两个振荡器的组合频率漂移提供足够的熵来生成随机数。具有可选配置的探测器使用由一个或多个探测器部件生成的随机噪声来生成随机数或者可选地包括硬件随机数发生器。在一个可选配置中，操作员按下探测器150中的按钮，并且探测器150在操作员按下按钮的时间根据控制器164中的内部定时器的状态生成随机数。探测器150中按照随机方式生成数字的硬件和软件的任何配置可以结合过程300来使用。探测器150生成16比特随机数，但是可选实施例使用具有更多或更少比特的随机数。探测器将所生成的随机数存储在存储器中(块312)。在操作期间，随机数可以关于接收机100来识别探测器150。
[0036]过程300以探测器将所生成的随机数发射到接收机(块316)来继续。探测器可以可选地以与在将探测器与接收机相关联之后用于发射数据的标准电功率水平相比减少的发射功率水平来发射随机数。减少的发射功率水平降低了探测器与另一接收机相关联的可能性。例如，在图2中，探测器150A应该与接收机100A而不是接收机100B或100C相关联。当接收机100A处于关联模式中时，将探测器150A放置为邻近接收机100A并且该探测器150A将随机数发射到接收机100A。即使当探测器150A进行发射时接收机100B和100C中的一个或两个处于关联模式中，其它接收机也不太可能检测到所发射的信号。在另一配置中，探测器150A利用与在使探测器150A与接收机10A相关联之后用于发射数据的相同发射功率水平来在关联过程期间发射随机数。探测器150A可以在关联程序期间发射额外的数据，例如，从传感器180到接收机100A的校准数据。
[0037]接收机100将从探测器150发射的随机数存储在存储器154中(块320)。接收机100将该随机数作为探测器ID值108之一而存储在存储器154中。将来自探测器150的传感器数据、LFSR106的当前状态和漂移校正值112与探测器ID108相关联地存储在存储器154中。在关联过程完成之后，接收机100和探测器150 二者都退出关联模式(块324)。在关联过程完成之后，接收机100忽略由其它探测器生成的关联消息，并且新关联的探测器开始将传感器数据发射到接收机，如在过程400中描述的。关联过程300被执行多次以便使多个探测器与单个接收机相关联。
[0038]图4描绘了用于操作探测器以便将传感器数据发射到接收机的过程400。通过示例的方式参照来自图1的探测器150。过程400将时间偏移引入到来自探测器150的数据的传输。时间偏移在来自探测器150的每一个传输之间按照伪随机的方式改变。过程400在探测器150完成与接收机的关联过程300之后开始。探测器向探测器中的线性反馈移位寄存器(LFSR)提供在过程300期间生成的随机数作为种子值(块404)。在探测器150中，存储器154存储随机数作为探测器标识符(ID) 158。存储器154中的LFSR156是存储器154中的16比特范围，存储器154通过将探测器ID号的值写入到LFSR存储器156来利用该随机数进行种子化。
[0039]过程400通过使用LFSRl56生成伪随机数(块408)来继续。LFSR在每一个周期之后生成新的伪随机数，并且LFSR配置为生成与来自探测器的每一个传输相对应的新的伪随机数。在探测器150中，控制器164从存储器154读取LFSR156的当前值，通过执行所存储的程序数据162中的编程指令来执行LFSR操作，并且使用新生成的伪随机数来重写LFSR156中的值。在探测器150的一个实施例中，使用Galois配置来实现LFSR，在该Galois配置中，寄存器中的六个最高有效位用作分接比特。LFSR中的最低有效位被移出并且被称为“输出比特”。对输出比特与分接比特进行异或操作，整个寄存器从最高有效位朝向最低有效位移动一个比特，并且将输出比特放置在最高有效位时隙中。使用更多或更少分接比特的各种其它LFSR配置以及不同的伪随机数发生器也适合于在探测器150中使用，假定探测器和接收机使用公共伪随机数发生器实现。
[0040]过程400通过识别距离LFSR的新生成的值的时间偏移(块412)来继续。在探测器150中，将LFSR中的六个最高有效位转换为具有从-32到31 (-32和31包括在内)的值的带符号整数。通过使随机数乘以预定时间增量来形成时间偏移。选择该时间增量以便与探测器150将单个数据消息发射到接收机所花费的时间的量相比而相对较大。例如，如果来自探测器150的单个传输具有大致10毫秒的持续时间，则预定增量可以在10和100毫秒之间。时间偏移是预定时间增量的倍数，正偏移值指示探测器150应该使传输延迟该时间偏移，并且负偏移值指示探测器150应该使传输在时间上提前该时间偏移。
[0041]一旦识别了时间偏移，过程400就等待预定时间段土时间偏移的长度(块416)。在探测器150中，控制器164包括一个或多个定时器部件，包括使探测器150能够等待所识别的时间段的定时器硬件或基于软件的定时器。振荡器176向控制器164提供控制器164用于测量时间段的周期性信号。预定时间段是探测器150的平均传输间时间段。在一个实施例中，预定时间段是10秒。每一个探测器配置为使用相同的预定时间段，但是不同探测器之间的预定时间段未被同步。例如，图2中针对探测器150A的预定时间段的开始和结束与针对探测器150B的预定时间段的开始和结束独立地发生。每一个探测器在每一个传输之间等待的实际时间基于时间偏移的长度而改变。在每一个时间段的开始处计算该时间偏移，以使得探测器150能够在比预定时间段的结束更早的时间处进行发射。一旦等待时段结束，探测器150就向接收机发送数据消息(块420)。数据消息包括来自传感器180的数据并且还有接收机用于识别该探测器的探测器ID168。数据消息还包括存储在探测器150内的LFSR156中的当前数字。接收机100将存储器104中的LFSR106的状态与从探测器150发射的LFSR数字进行比较，并且如果接收机未能在过程400期间从探测器接收到多个连续消息，则能够使内部LFSR106与所发射的LFSR数字重新同步。过程400返回到块408并且在探测器150在操作中时重复。
[0042]每一个探测器使用过程400发射数据以便最小化由不同的探测器发送的传输之间再发生的冲突。图6描绘了随着时间来自第一探测器Txl和第二探测器Tx2的传输的图。探测器Txl发射到达接收机的第一信号608，同时从Τχ2发射的另一信号604到达接收机。信号604和608在接收机处冲突，因为每一个信号的部分同时到达接收机。来自每一个探测器的下一个传输延迟了单个预定时间段624土伪随机时间偏移。由于探测器Txl和Τχ2中的LFSR的状态最可能不同，应用于针对Txl和Τχ2的传输的时间偏移也不同。在图6中，偏移628使来自Τχ2的随后传输616延迟，并且偏移632使来自Txl的随后传输612在时间上提前。传输612和616不冲突，并且接收机能够接收一个或者两个传输。
[0043]图6描绘一种情况，其中两个传输冲突，但是伪随机时间偏移防止多个冲突发生。当冲突发生时，图6中描绘的情况最频繁地发生。然而，在较不常见的实例中，来自两个冲突的发射机的伪随机延迟在多个传输期间彼此匹配。产生冲突的这两个发射机中的LFSR寄存器可以具有相同的状态，或者确定时间偏移的分接比特的集合可以在几个连续传输的过程中具有相等的值。
[0044]如在图7中描绘的，探测器中振荡器的频率漂移以及探测器的相关联的时间漂移使两个探测器能够避免多个冲突，即使在每一个探测器中伪随机数发生器的状态是相同的。两个不同的探测器中的探测器Txl和Τχ2分别生成冲突信号704和708。每一个探测器配置为等待具有相等的时间偏移716的预定时间段624。因而，探测器被预期同时传输随后的信号728和732，导致另一冲突。然而，每一个探测器参照具有随机频率漂移的不同的振荡器来测量时间。振荡器频率漂移导致时间漂移或者在传输之间等待的所识别的时间和在传输之间等待的实际时间之间的变化。探测器Txl具有时间漂移720，而探测器Τχ2具有第二时间漂移724。不同的时间漂移720和724改变信号728和732的传输时间，并且所述信号不冲突。不同振荡器中的频率漂移的相对幅度和方向在探测器的操作期间随着时间改变，使探测器能够具有相似的时间偏移模式以便避免在再发生的传输上的冲突。
[0045]图5描绘了用于操作接收机以便接收从一个或多个发射机发送的传输的过程500。过程500使接收机能够按照能量有效的方式进行操作并且拒绝从不与该接收机相关联的探测器发射的信号。通过示例的方式参照来自图1的接收机100。接收机100在探测器完成与接收机100的关联过程300之后执行过程500。过程500通过生成与和接收机相关联的探测器相对应的下一个伪随机数(块504)开始。在接收机100中，存储器104中的每一个探测器标识符108与LFSR106相对应。LFSR106最初以探测器标识符号为种子，并且每当相对应的探测器108发射信号时，LFSR106生成伪随机数。在接收机100中，控制器120执行LFSR的功能，并且将伪随机数存储在LFSR存储器106中。接收机100执行上面参照探测器150描述的相同LFSR过程。因而，接收机100生成相对应的探测器生成的相同伪随机数。接收机100按照与探测器相同的方式使用该伪随机数来识别针对探测器的下一个传输的时间偏移(块508)。
[0046]过程500通过识别与探测器被预期发射下一个信号的时间相对应的接收时间窗(块512)来继续。接收时间窗是指其间接收机配置为从探测器接收传输的时间段。该时间窗比发射机的预期传输时间要长以便考虑探测器和接收机的时间漂移。例如，对于持续10毫秒的传输，接收机100配置为具有15毫秒的接收时间窗。接收时间窗在下一个传输的预期开始之前打开，并且持续经过下一个传输的预期结束。接收机100中的控制器200使用探测器在传输之间等待的预定时间段、根据与探测器相对应的伪随机数识别的时间偏移并且参照存储在存储器104中的漂移校正值112来识别下一个接收时间窗的开始。漂移校正值112是从探测器的一个或多个较早传输观察到的时间漂移。将该漂移校正值添加到接收时间窗的预期开始或者从该接收时间窗的预期开始减去该偏移校正值。
[0047]在过程500中，接收机在接收时间窗的开始之前操作在低功率模式中(块516)。许多接收机实施例供应有来自电池的电功率，并且低功率操作模式减小电功率消耗，导致延长的电池寿命。在一些实施例中，RF接收机模块124能够被完全去激活。在这一模式中，接收机模块124不能够接收所发射的信号。在其它实施例中，接收机模块124在较低功率处操作，具有降低的灵敏度。接收机模块124可以仍然接收具有足够信号强度的传输。如果在接收机操作在低功率模式中时接收到任何这样的信号(块520)，则接收机忽略该信号(块524)。接收机100配置为在没有一个与该接收机相关联的探测器被预期发射时的时间段期间保持在低功率模式中。因此，当接收机操作在低功率模式中时，来自不相关联的探测器的传输被忽略。
[0048]接收机100在接收时间窗的开始时返回到高功率模式(块528)。接收机100在接收时间窗期间从探测器接收传输(块532)并且然后返回到低功率模式(块536)。图8描绘了针对配置为从探测器Txl和Tx2接收信号的接收机的接收时间窗。第一接收时间窗804在接收从探测器Τχ2发射的信号820之前打开。第二接收时间窗808在接收来自探测器Txl的信号816之前打开。第三接收时间窗812在接收来自Τχ2的第二信号824之前打开。接收机配置为针对每一个相关联的探测器来执行过程500，以便使接收机能够在针对来自每一个探测器的每一个传输的接收时间窗期间在高功率下操作。不相关联的探测器Τχ3也发射信号828，但是接收机忽略该信号，因为在接收时间窗之一的外侧发送该信号。
[0049]再次参照图5，接收机100使用探测器标识符查验正确的探测器发送了所接收的消息(块540)。每一个发射的消息包括探测器在关联过程300期间生成的随机数，以及存储在探测器中的LFSR中的当前数字。接收机100将探测器标识符108存储在存储器104中，并且将该消息中的标识符与所存储的探测器标识符108进行比较。在冲突的情况下，来自另一探测器的信号可以到达接收机，或者信号会干扰，导致破坏的数据。探测器和接收机可以使用各种方法，包括校验和以及循环冗余校验，来验证所发射的数据的整体性。如果探测器标识符或者数据无效(块540)，则接收机忽略该数据消息(块544)，并且过程500返回到块504。过程500继续，即使当接收到无效的消息时，以使得接收机100配置为从探测器接收下一个传输。
[0050]如果接收机100从正确的探测器接收到有效的数据消息，则接收机100将与探测器标识符108相对应的传感器数据110存储在存储器104中(块548)。在接收机100中，控制器120处理该传感器数据，并且基于该传感器数据的内容来生成显示数据或其它输出(块 552)。
[0051]接收机100在从探测器接收到数据消息之后更新存储在存储器104中的漂移校正值112(块556)。漂移校正值被更新以便使从探测器接收到的信号的中点与接收时间窗的中点对齐。例如，如果所传输的信号具有10毫秒的持续时间并且接收时间窗具有15毫秒的持续时间，则在5毫秒处的该信号的中点应该与在7.5毫秒处的接收时间窗的中点对齐。由于探测器和接收机二者的定时漂移，所发射的信号的实际中点与接收时间窗的中点偏离。漂移校正值是距离先前传输的所检测的偏差的相反数。例如，如果信号的中点在接收时间窗内的6毫秒处发生，则漂移校正值递增-1.5毫秒的值，负号指示接收时间窗应该在时间上更早1.5毫秒打开以便使时间漂移偏移。探测器和接收机的时间漂移在操作期间变化，所以漂移校正值针对接收机从探测器接收到的每一个传输进行更新。过程500在块504继续，使接收机100从探测器接收下一个消息。
[0052]应该认识到，可以期望将上面公开的变型以及其它特征和功能或者其可选形式组合到许多其它不同的系统、应用或方法中。本领域的技术人员随后可以做出也意在由下面的权利要求包含的各种目前未预见的或料想不到的可选形式、修改、变化或改进。
【权利要求】
1.一种用于多址的方法，包括: 在第一无线发射机中生成第一随机数； 将所述第一随机数从所述第一无线发射机发射到无线接收机； 在第二无线发射机中生成第二随机数； 将所述第二随机数从所述第二无线发射机发射到所述无线接收机； 参照由所述第一发射机识别的当前时间测量以及通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别用于从所述第一无线发射机发射第一数据消息的第一时间，所述第一时间偏移是参照所述第一随机数和预定的伪随机过程而被识别的； 在所识别的第一时间处从所述第一无线发射机发射所述第一数据消息； 参照由所述第二发射机识别的当前时间测量以及通过第二时间偏移调整的预定时间段来识别用于从所述第二无线发射机发射第一数据消息的第一时间，所述第二时间偏移是参照所述第二随机数和所述预定的伪随机过程而被识别的；以及 在所识别的第二时间处从所述第二无线发射机发射所述第二数据消息。
2.如权利要求1所述的方法，识别所述第一时间偏移和所述第二时间偏移进一步包括: 在所述第一发射机中使用所述第一随机数发起所述预定的伪随机过程； 使用在所述第一发射机中操作的所述伪随机过程来生成第一伪随机数； 参照所述第一伪随机数来识别所述第一时间偏移； 在所述第二发射机中使用所述第二随机数发起所述预定的伪随机过程； 使用在所述第二发射机中操作的所述预定的伪随机过程来生成第二伪随机数； 参照所述第二伪随机数来识别所述第二时间偏移。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括: 继续使用在所述第一发射机中操作的所述伪随机过程来生成伪随机数并且参照每一个生成的伪随机数来识别时间偏移； 识别针对要由所述第一发射机发射的连续数据消息的连续传输时间，所识别的连续传输时间是参照先前识别的传输时间、所述预定时间段和当前识别的时间偏移来生成的；以及 在针对所述第一发射机的所识别的连续传输时间处使用所述第一发射机来发射所述数据消息。
4.如权利要求2所述的方法，使用所述第一发射机识别所述时间测量和使用所述第二发射机识别所述时间测量进一步包括: 参照由第一振荡器生成的信号来识别所述第一发射机中的时间测量，所述第一振荡器具有第一频率漂移，所述第一发射机中的时间测量具有与所述第一频率漂移相对应的第一时间漂移；并且 参照由第二振荡器生成的第二信号来识别所述第二发射机中的时间测量，所述第二振荡器具有与所述第一频率漂移不同的第二频率漂移，所述第二发射机中的时间测量具有与所述第二频率漂移相对应的第二时间漂移。
5.如权利要求1所述的方法，使用所述第一发射机来发射所述第一随机数和所述第一数据消息进一步包括: 以第一电功率水平发射所述第一随机数；并且 以第二电功率水平发射所述第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括: 使用接收机参照由所述接收机识别的当前时间测量、所述预定时间段、从所述第一发射机接收到的所述第一随机数以及在所述接收机中操作的所述预定的伪随机过程来识别第一接收时间； 以第一电功率水平在位于由所述接收机识别的所述当前时间测量和所述第一接收时间之间的第一时间段内操作所述接收机；并且 以第二电功率水平在所述第一接收时间之后的第二时间段内操作所述接收机，以便使所述接收机能够接收由所述第一发射机发射的所述第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括: 使用所述接收机参照由所述接收机识别的当前时间测量、所述预定时间段、从所述第二发射机接收到的所述第一随机数以及在所述接收机中操作的所述预定的伪随机过程来识别第二接收时间； 以第一电功率水平在位于由所述接收机识别的所述当前时间测量和所述第二接收时间之间的第一时间段内操作所述接收机；并且 以第二电功率水平在所述第二接收时间之后的第二时间段内操作所述接收机，以便使所述接收机能够接收由所述第二发射机发射的所述第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一时间段大于所述第二时间段。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一数据消息包括由可通信地耦合到所述第一发射机的潮气传感器生成的潮气数据，并且所述第二数据消息包括由可通信地耦合到所述第二发射机的另一潮气传感器生成的潮气数据。
10.一种用于在传感器系统中使用的传感器探测器，包括: 传感器，配置为生成传感器信号； 无线发射机模块；以及 控制器，可操作地连接到所述传感器和所述无线发射机模块，所述控制器配置为: 生成随机数； 操作所述无线发射机模块以便将所述随机数发射到无线接收机； 参照通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别第一时间段，所述第一时间偏移是参照所述随机数和预定的伪随机过程而被识别的； 等待所述第一时间段的截止；并且 在所述第一时间段截止时从所述第一无线发射机发射数据消息。
11.如权利要求10所述的传感器探测器，所述数据消息包括所述随机数和与所述传感器信号相对应的数据。
12.如权利要求10所述的传感器探测器，所述控制器进一步配置为: 使用第一随机数发起所述预定的伪随机过程； 使用所述伪随机过程生成第一伪随机数；并且 参照所述第一伪随机数来识别所述第一时间偏移。
13.如权利要求10所述的传感器探测器，所述控制器进一步配置为: 使用所述伪随机过程继续伪随机数的生成并且参照每一个生成的伪随机数来识别时间偏移； 识别连续时间段以便分开连续的数据消息的传输，所识别的连续时间段是参照所述预定时间段以及当前识别的时间偏移来生成的；并且 操作所述无线发射机模块以便在每一个连续时间段截止时发射数据消息。
14.如权利要求10所述的传感器探测器，所述发射机模块进一步配置为: 以第一电功率水平发射第一随机数；并且 以第二电功率水平发射第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
15.如权利要求10所述的传感器探测器，进一步包括: 振荡器，可操作地连接到所述控制器；以及 所述控制器进一步配置为参照由所述振荡器生成的信号来识别所述第一时间段的截止，所述振荡器具有第一频率漂移，所识别的所述第一时间段的截止具有与所述第一频率漂移相对应的第一时间漂移。
16.如权利要求15所述的传感器探测器，所述传感器是进一步包括下列部件的土壤潮气传感器: 电容元件，配置为插入在土壤中；以及 传感器振荡器，可操作地耦合到所述电容元件。
17.如权利要求16所述的传感器探测器，所述控制器配置为参照由所述振荡器生成的所述信号以及由所述传感器振荡器生成的另一信号来生成所述随机数。
18.一种用于在传感器系统中使用的接收机，包括: 无线接收机模块； 输出设备；以及 控制器，可操作地连接到所述无线接收机模块和所述输出设备并且配置为: 接收与来自由第一发射机发射并且由所述无线接收机模块接收的信号的随机数相对应的数据； 参照通过第一时间偏移调整的预定时间段来识别第一时间段，所述第一时间偏移是参照所述随机数和预定的伪随机过程而被识别的； 以第一电功率水平在所述第一时间段内操作所述无线接收机模块；并且以第二电功率水平在所述第一时间段之后的第二时间段内操作所述无线接收机模块，以便使所述接收机能够接收由所述第一发射机发射的第一数据消息，所述第二电功率水平大于所述第一电功率水平。
19.如权利要求18所述的接收机，所述控制器进一步配置为: 接收与来自由第二发射机发射并且由所述无线接收机模块接收的信号的第二随机数相对应的数据； 参照通过第二时间偏移调整的所述预定时间段来识别第三时间段，所述第二时间偏移是参照所述第二随机数和所述预定的伪随机过程而被识别的； 以所述第一电功率水平在所述第三时间段内操作所述无线接收机模块；并且以所述第二电功率水平在所述第三时间段之后的第四时间段内操作所述无线接收机模块，以便使所述接收机能够接收由所述第二发射机发射的第二数据消息。
20.如权利要求18所述的接收机，其中，所述第一时间段大于所述第二时间段。
【文档编号】H04W74/08GK104205983SQ201280057632
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月28日
【发明者】S·W·雅各布斯, K·W·克莱曼哈根, R·D·沃特金斯, D·G·特拉维斯 申请人:罗伯特·博世有限公司, S·W·雅各布斯, K·W·克莱曼哈根, R·D·沃特金斯, D·G·特拉维斯