在无线通信网络中实现的中继方法和实现所述方法的终端与流程

图1a和图1b中所描绘的无线网络由节点n1至n4构成，节点本身由移动无线通信设备(诸如无线电电话、终端等)构成。这些无线通信设备的术语将通称为终端。

在说明书的剩余部分中，术语“节点”将用于指代该节点的终端。由此，不是说节点n1的终端，而是将提及节点n1。

该网络包括协调器节点n1，在给定时刻，网络中的其他节点中的一个节点(在这种情况下为节点n2)与协调器节点n1通信(箭头A)。为了能够与协调器节点n1的终端通信，终端必须与其同步。为此，协调器节点n1的终端发送信标信号B，当该信标信号B被网络中的另一个节点接收到时，使得该终端能够关于信标信号B同步，因此与协调器节点n1的终端同步。因此，终端可以与协调器节点n1通信。

在这里考虑的网络中，仅一个节点可以与协调器节点n1通信。其他节点(例如，在图1的情况下为节点n3和n4)可以监听正在通信的节点(节点n1和n2)之间的通信。例如，由该通信得到的信号由信标信号B承载。

因为图1a和图1b中所描绘的网络除了由协调器节点n1发送信标信号B之外不包含集中控制架构，所以该网络为所谓的“自组织(ad hoc)”网络。

如可以在示出了另一时刻的同一网络的图1b中注意的，节点n2从良好覆盖区域移至非覆盖区域并失去将节点n2连接到节点n1的无线接触(在图1b中，两个节点之间的线消失了)。由此，节点n2不再接收到由协调器节点n1发送的信标信号B(节点n2位于这些信标信号的覆盖区域之外)，使得其不再关于信标信号B同步。

本发明的一个目的是提供一种中继方法，该中继方法使得称为中继节点的节点(诸如例如，图1a和图1b中的节点n3)能够中继从称为待中继节点的一个节点(在这种情况下为节点n2)到讨论中的网络的协调器节点n1的通信，待中继节点n2与协调器节点n1通信且已失去与协调器节点n1的无线接触，并且尽管其不再接收或仅不良地接收由协调器节点发送的信标信号。

为此，根据本发明的中继方法特征在于包括以下步骤：

由所述网络中的节点检测中继情形的步骤，所述节点变成待中继节点，

由所述待中继节点在离待中继节点一次跳跃相邻的节点中选择中继节点的步骤，

由所述中继节点发送与由网络的协调器节点发送的信标信号不同的信标信号的步骤，

关于由中继节点发送的信标信号同步所述待中继节点并且建立经由所述中继节点的通信遵循的路线的步骤。

有利地，所述检测步骤由以下步骤构成：测量由所述网络的所述协调器节点发送的所述信标信号的接收质量，将由此测量的所述质量与阈值进行比较，以及当所述质量低于所述阈值时认为检测到中继情形。

有利地，所述选择步骤由以下步骤构成：为了确定在离所述待中继节点一次跳跃相邻且与所述待中继节点无线接触的节点，建立所述网络的整体的拓扑结构；以及根据选择准则选择提供到所述协调器节点的最合适路线的所述中继节点。

有利地，在选择中继节点之后，所述待中继节点向所述中继节点发送信标请求，所述中继节点作为响应发送含有由所述中继节点发送的所述信标信号的特性的应答消息，所述请求和所述应答消息通过针对该场合创建的临时信道。

有利地，所述待中继节点为了发送所述信标请求而关于由所述中继节点连续发送的信标信号同步。

有利地，为了建立经由所述中继节点的通信遵循的路线，在所述待中继节点与所述中继创建物理数据信道，并且也在所述中继节点与所述协调器节点之间创建物理数据信道。

有利地，当所述中继节点不属于与所述待中继节点相同的子网络时，所述中继节点在接收来自所述待中继节点的所述信标请求时向所述待中继节点的所述子网络的所述协调器节点发送信标请求。

有利地，所述协调器节点和所述中继节点在不同的时隙上在若干示例中发送信标信号，所述信标信号承载相同的信息。

本发明的目的还为了提供一种网络，该网络的节点设置有实现刚刚描述的所述中继方法所需的装置。为此，本发明涉及一种无线通信终端，该无线通信终端能够为一种类型的无线通信网络中的节点，该类型的无线通信网络中的协调器节点发送信标信号以使得该网络中的节点能够同步且彼此通信，该无线通信终端的特征在于包括：

被设置为检测中继情形的检测装置，

用于建立所述网络整体的所述拓扑结构的装置，

用于当所述检测装置检测到中继情形时在由所述装置确定的一次跳跃处相邻的节点中选择中继节点的装置，

用于触发并实现中继到先前由所述选择装置选择的所述节点的所述方法的装置。

下面提及的本发明的特征以及其他特征将根据示例实施方式的以下描述的阅读而更清晰地显现，所述描述关于附图给出，在附图中：

图1a和图1b是例示了由中继引起的问题的网络的图；

图2a和图2c是例示了根据本发明的中继方法的网络的图；

图3是示出了根据本发明的中继方法中实现的各步骤的图；

图4是能够为实现根据本发明的中继方法的网络中的节点的终端的框图；

图5是示出了执行根据本发明的中继方法期间待中继节点、中继节点以及协调器节点之间的各种消息交换的图；

图6a至图6c是实现根据本发明的中继方法的分级网络的图；

图7是示出了执行根据图6a至图6c的分级网络中所实现的中继方法期间待中继节点、中继节点以及协调器节点之间的各种消息交换的图；

图8是DECT型无线通信网络中的帧的图；以及

图9a和图9b是示出了一方面处于直接通信的两个节点之间的信号交换和执行根据本发明的中继方法期间待中继节点、中继节点以及协调器节点之间的信号交换的图。

图2a中的网络被考虑(与图1a中的网络相同)，因此由四个节点n1至n4构成，四个节点中的一个(节点n1)为协调器节点，并且在这一点上，该协调器节点发送至少一个信标信号B，使得网络中的其他节点(在这种情况下为节点n2至n4)可以关于该信标信号B同步，并且可选地向讨论中的网络的协调器节点n1发送数据信号并从所述协调器节点n1接收数据信号。在图2a的示例中，节点n2与协调器节点n1通信(箭头A)。另外，这里，网络中的各节点与相邻节点无线接触(节点之间的折线)，换言之，各节点接收由各节点无线接触的另一个节点发送的无线信号。

现在假定(图2b)出于某种原因移动了的节点n2不再正确接收由协调器节点n1(其不再与协调器节点n1无线接触)发送的信号，具体地为由协调器节点n1发送的信标信号B。这可能是由于节点n2移动到不被来自节点n1的信号覆盖的区域中。这可能是由于由电磁波在障碍物(诸如市区中的建筑物墙壁)上的多重反射引起的、引起由在讨论中的节点在两个附近的地点之间移动时接收的信号的电平的显著变化的所谓的衰退现象。

节点n2因此不再能够与节点n1通信。然而，节点n2与相邻节点n3无线接触(参见图2b中的折线)，使得经由本发明，新路线通过中继节点，在这种情况下，节点n3提供与协调器节点n1的通信的连续(图2c中的箭头A’)。然后，节点n2被称为待中继节点。

本发明的方法的第一步骤E10(参见图3)为检测中继情形的步骤，该步骤由以下步骤构成：测量由协调器节点n1发送的信标信号B的接收质量，以及将该接收质量与预定等级进行比较。例如，该质量由误帧率来测量。由此，在误帧率超过阈值(例如20％)时检测到中继情形。在认为接收差之后，在该误帧率再次变得低于另一个阈值(例如5％)时将再次认为来自协调器节点n1的信标信号的接收具有足够的质量。然后，中继情形不再存在，并且直接通信可以恢复。

在图2b中，可以看出，节点n2移至由协调器节点n1发送的信标信号B的覆盖区域外部，并且可以看出，检测到中继情形。

在检测到中继情形之后使用的本发明的方法的第二步骤E20是在离待中继节点n2一次跳跃相邻的节点中选择称为中继节点的、能够中继与协调器节点n1的通信的最合适节点。在这种情况下，该节点为节点n2无线接触的节点n3(参见图2b)。

本发明的方法的第三步骤E30是由先前步骤中由此确定的中继节点n3在待中继节点n2的请求下发送不同于信标信号B的信标信号B’(图2c)(为了不与信标信号B干扰且不打扰信标信号B的发送以及网络中其他节点(例如节点n4)的同步)。虽然信标信号B’不同于信标信号B，然而它可以承载相同的信息。

本发明的方法的第四步骤E40是关于中继节点n3的信标信号B’同步待中继节点n2，以建立经由中继节点n3的通信遵循的路线(图2c中的箭头A’)。

图4是设置有实现刚刚描述的方法所需的装置的、根据本发明的网络中的节点的终端的框图。

由此，网络中节点的各终端设置有被设计为测量由协调器节点n1发送的信标信号的接收质量且将该接收质量与预定等级进行比较的、用于检测中继情形的装置100。当来自协调器节点的信标信号的接收质量在该预定等级以下时，检测到中继情形。

例如，如之前有关方法的步骤E10描述的，该质量由误帧率来测量。

节点的各终端设置有用于建立网络的整体的拓扑结构的装置110。由此，各节点可以识别网络中与该节点相邻且无线接触的节点或多个节点的地址，因此能够通信。例如，为此，网络中的各节点使用有利地为使得可以建立路由表的前瞻型的路由协议，该路由表根据目的地节点的地址给出能够用于到达该目的地节点的相邻节点的地址。这种协议的示例为链路状态协议(诸如RFC(请求注解)3626中所述的OLSR(最优链路状态路由)协议)。这种协议的原理如下：网络中的各节点(称为发送方节点)在合适的广播信道上向离所述发送节点一次跳跃相邻的节点定期广播消息(称为问候(HELLO)消息)，如果节点良好的接收消息，则响应。由此，逐渐地，可以了解网络中两个节点之间的链路的状态和类型。消息(称为TC(拓扑控制)消息)由网络中的一些节点定期广播，使得网络中的各节点最终可以具有网络的完整拓扑结构的知识，由此建立根据目的地节点的地址给出能够用于到达该目的地节点的相邻节点的地址的路由表。

网络中的各节点还设置有用于在检测装置100检测到中继情形时在由所述装置110确定的一次跳跃处的节点中选择中继节点。离讨论中的待中继节点一次跳跃相邻的各节点为从待中继节点到协调器节点的路线上的潜在中继节点。中继节点的选择实际上是选择从待中继节点到最合适中继节点的路线，因此依赖于该路线的性质。各种准则可以用于该选择。例如，将选择穿过有最小数量的节点的到协调器节点的路线处的一次跳跃处的中继节点。将排除通过给定节点的一些路线。将排除通过已用作中继节点(例如网络中的其他节点)的节点的路线。

网络中的节点的各终端还设置有用于触发并成功完成到由选择装置之前选择的节点的中继过程的装置130。该中继过程根据上面有关图2a至图2c以及图3描述的方法。现在有关图5更精确地描述该中继过程。

该中继过程通过由待中继节点(在图5中为参考NS，作为从属节点，对应于图2a至图2c中的节点n2)发送用来由选择装置120选择的中继节点NR(对应于图2a至图2c中的节点)的信标请求RREQ。如根据该请求RREQ的接收，中继节点NR如上所说明的连续发送不同于信标信号B的信标信号B’。响应于待中继节点NS，发送应到消息RREP，该消息含有信标B’的特性。由此，现在，待中继节点NS可以检测信标B’并关于中继节点NR同步。

为了使得能够发送请求RREQ和对该请求的响应RREP，在待中继节点NS与中继节点NR之间临时创建OSBC(一次使用承载信道)。另外，使得可以进行这些发送，需要至少临时地同步待中继节点NS。为此，网络中的各节点因此甚至讨论中的中继节点NR非连续性地(例如，一半时间)发送称为锁上信标B”的信标。

由此，为了触发并成功完成到之前所选节点的中继过程，待中继节点NS实现以下步骤：

使用从该中继节点NR接收的锁上信标信号B”关于所选中继节点NR同步的步骤，

创建用于发送信标请求RREQ的信道OSBC的步骤，

发送所述请求RREQ的步骤，

接收应答消息RREP的步骤，

释放信道OSBC的步骤，

关于由中继节点NR(连续)发送的信标信号B’同步的步骤。

一旦关于由中继节点NR发送的信标信号B’同步待中继节点NS，则在这些节点NS和NR中的每一个处分别向具有彼此的上行链路LM1和下行链路LD1分配资源，由此在它们之间创建物理数据信道DCHI。同样地，在中继节点NR和协调器节点NC(对应于图2a至图2c中的节点n1)处向具有彼此的上行链路LM2和下行链路LD2分别分配资源，这也在它们之间创建物理数据信道DCH2。

网络中的各节点(潜在地为中继节点NR)设置有装置140(参见图5而且参见图4)，该装置140用于首先将待中继节点NS与中继节点NR之间的下行链路LD1重新导向到中继节点NR与协调器节点NC之间的下行链路LD2，其次将协调器节点NC与中继节点NR之间的上行链路LM2重新导向到中继节点NR与待中继节点NS之间的下行链路LM1。

本发明还应用于无线通信网络(诸如图6a至图6c中的网络)，该无线通信网络分级地组织在含有节点n1至n3的所谓“高”子网络11和分别含有节点n2、n4以及n5和节点n3、n7以及n8的至少两个所谓“低”子网络12和13。高子网络11的节点n1为高子网络11的协调器节点。同样地，各低子网络12和13的节点n2和n3为各低子网络12和13的协调器节点。子网络11、12或13的各节点除了属于高子网络11的、低子网络12和13的协调器节点n2和n3之外不属于另一个子网络。另外，低子网络的协调器节点不可以为高网络的协调器节点。

高子网络11的协调器节点n1定期发送信标信号B11，该信标信号11使得能够授权节点阅读该信标信号B11，在这种情况下，使得节点n2和n3能够与协调器节点n1同步。同样地，低子网络12的协调器节点n2定期发送信标信号B12，该信标信号B12使得节点能够被授权阅读该信标信号B12，以关于协调器节点n2同步。这些节点是低子网络12中的节点n4、n5以及n6。还是同样地，低子网络13的协调器节点n3定期发送信标信号B13，该信标信号B13使得节点能够被授权阅读该信标信号B13，以关于协调器节点n3同步。这些节点为节点n7和n8。信标信号彼此不同。例如，信标信号B12与信标信号B11和B13不同，使得子网络12的节点(例如节点n6)即使接收信标信号B13也无法关于子网络13的节点(例如，节点n7)同步。

在图6b中，节点n6相对于它在图6a中所占据的位置从具有良好覆盖的区域移至具有更少覆盖的区域，并且不再接收信标信号B11，直到从协调器节点n2接收时为止。因此，节点n6检测到中继情形。然而，节点n6无线接触的节点n5将能够中继从节点n6到节点n2的数据信号，反之亦然。

在之后的又一瞬间(参见图6c)，也移动的节点n6不再接收分别由协调器节点n2和中继节点n5发送的信标信号。然而，节点n6与属于不同于节点n6所属网络的子网络13的节点n7无线接触。节点n7还与子网络12的协调器节点n2无线接触。由此，节点n7将能够中继从节点n6至节点n2的通信(参见箭头A”)。

在第一中继情形下(图6b)，因为中继节点n5位于与待中继节点n6相同的子网络12中，所以该中继称为“内部的”，而在第二情况下(图6c)，因为中继节点n7不位于与待中继节点n6相同的子网络12中，所以该中继称为“外部的”。

凭借这种类型的“分级”网络进行的“内部”中继过程与有关图2a和图2b还特别关于图5描述的过程相同.

“外部”中继过程借助属于除了协调器节点n2 NC和待中继节点NS的子网络12之外的子网络(在这种情况下为子网络13)的中继节点NR不具有由该协调器节点NC发送的信标信号B的知识的事实与“内部”中继过程不同。例如，在图6c中，中继节点n7不具有由子网络12发送的协调器节点n2发送的信标信号B的知识。

如图7所示，中继节点NR(对应于图6c中的节点n7)在接收信标请求RREQ时也向协调器节点NC(对应于图6c中的节点n2)发送信标请求RREQ。后者回复含有由节点NC发送的信标信号的特性的应答消息RREP。由此，中继节点NR(图6c中的子网络13的节点n7)可以使用由该协调器节点NC发送的信标信号B(在这种信号下，为由协调器节点n2发送的信标信号B12)来与协调器节点NC(子网络12的节点n2)同步。

为了使得能够发送该请求RREQ及其响应RREP，在节点NR与协调器节点NC之间临时创建信道OSBC。另外，使得可以进行这些发送，需要至少临时地同步待中继节点NS。为此，中继节点NR使用由协调器节点NC(对应于图6c中的节点n2)发送的锁上信标信号B”’。

应注意，为了选择中继节点，网络的拓扑结构可以被认为是整体采取的网络，在这种情况下，整个网络由三个子网络11、12以及13构成。

本发明的实施方案在称为DECT(数位加强式无线通信)系统的类型的无线通信系统中是可以的，并且主要在ETSI标准欧洲300175部分1至8中描述。

如在远程通信方面是传统的，设置多个协议层：物理层PHY、介质接入层MAC、数据链路控制层DLC等。

图4经由指示描绘了MAC层150和DLC层160。将注意，装置140实现在MAC层150与DLC层之间。该特定实施方案使得可以不在物理包中封装补充网络协议数据(诸如源节点的地址和所交换消息的目的地地址)。这还减少软件处理并缩短发送与接收之间的延迟时间。

在该系统中，无线通信通过在帧中发送物理包来进行，该帧称为TDMA(时分多址)帧，从时间上被划分为时隙(例如对于从移动部到固定部的上行链路数量为12个)，在图8中从0至11命名，并且对于下行链路(从固定部至移动部)也为12个，从12至23命名。各时隙可以在16个不同频率(从0至15命名)中的一个频率上发送，由此，提供FDMA(频分多址)。

在频率1处的时隙2中，示出了信标信号B。交叉指示对于读出，数据信道分别处于频率5处的时隙8和频率10处的时隙6上，并且对于接收，数据信道分别处于同一频率5处的时隙20(8+12)和时隙18(6+12)上。

频率0处的时隙0和11以及12和13(图8中的黑色)对应于用于路由协议的广播信道。

图9a示出了在节点n2和图6a的节点n6彼此直接通信时由它们发送(TX)和接收(RX)的时隙。可以看出，节点n2在时隙1和9中发送两个信标信号B且在时隙5中发送数据信号，并且在时隙17(5+12)中接收数据信号。同样地，节点n6在时隙17中接收由节点n2发送的数据信号，并且在时隙5中发送数据信号。

图9b示出了在节点n2和节点n6彼此进行分别由图6b和图6c中的中继节点n5或n7中继的通信时由它们发送(TX)和接收(RX)的时隙。可以看出，节点n2在时隙1和9中发送两个信标信号B且在时隙5中发送数据信号，并且在时隙17(5+12)中接收数据信号。节点n5或n7在时隙17中接收由节点n2发送的数据信号并在时隙5中向节点n2发送数据信号。两个节点n2和n5或n7将频率F1用于此。节点n5或n7在频率f2上在时隙2和10中分别发送两个信标B’，而且在时隙6中是发送数据信号。这些数据信号为从节点n2接收的数据信号且由装置140重新导向。节点n5或n7还在时隙18中接收数据信号。关于节点n6，关于节点n6所捕获的信标信号B’同步。节点n6在时隙18且也在频率f2上接收由节点n5或n7发送的数据信号，在时隙6上沿节点n5或n7的方向发送数据信号。由节点n5或n7从节点n6接收的数据信号由装置140重新导向到频率f1的发送时隙5。

该图9b示出了图7中已示出的上行链路LM1和LM2以及下行链路LD1和LD2。

有利地，如图9b所示，为了能够在两个不同的无线电频率下起中继节点的作用，根据本发明的网络中的各节点的终端使用两个收发器。这还使得可以更容易地访问任意无线电资源。

有利地，协调器节点和中继节点在不同时隙上在多个副本中(例如，在与图9a和图9b中的情况相同的两个副本中)发送信标信号B或B’。这些信标信号B和B’承载相同的信息。中继节点(诸如图6c中的节点n7)(“外部”中继)必须关于两个不同的信标信号(一个来自它本身的协调器节点n3，另一个来自中继节点中继的节点6的协调器节点n2)同步。通过增加由协调器节点和中继节点发送的信标信号的数量，降低中继节点由于在同一时隙上接收不同源的信标信号而无法同步的风险。