无线网络和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络和方法。
【背景技术】
[0002]CSMA/CA(具有冲突避免的载波侦听多路访问)是在具有共享载波介质的网络(例如无线局域网(WLAN))中使用的公知的媒体访问控制(MAC)协议。在该协议下，网络中的节点对由其他节点在共享载波介质上进行的传输进行侦听并将它们自己的传输推迟到网络变为空闲之后。在一些示例中，每个节点可以在空闲信道评估(CCA)之前(在IEEE802.15.4的情况下)或之后(在IEEE 802.11的情况下)等待随机时间段，以减少(感测到网络变为空闲的)两个或更多个节点同时开始进行发送从而引起冲突的可能性。
[0003]在无线网络中，通常可能存在以下情况:节点不能侦听由其他节点进行的传输。这可能是由于节点不处于彼此的传输范围内，或由于由节点所处的环境(例如建筑)引起的对传输的干扰或屏蔽。
[0004]隐藏节点问题(HNP)描述了以下情况:网络中的发射机节点相对于接收机节点均是可见的，但发射机节点相对于彼此是不可见的。在HNP下，在网络上没有侦听到任何活动的第一发射机节点可能在接收机节点已经在从相对于第一发射机节点隐藏的另一发射机节点接收传输的同时开始传输。这在接收机节点处引起冲突。因此，在该场景下，CSMA下的载波侦听方法不能避免冲突。
[0005]暴露节点问题(ENP)描述了以下情况:两个发射机节点的传输对于彼此是可见的，但这些传输的接收机不在彼此的范围内。这可能在发射机节点处引起虚假冲突(falsecollis1n)，这是由于CSMA协议将防止发射机节点向它们各自的接收机节点进行同时传输，即使这实际上不会导致接收机节点处发生冲突也是如此。ENP通常可能发生于使用密树(dense tree)拓扑的网络中，其中节点的空间分布与网络中的通信模式不相关。例如，以下情况是可能的:发射机节点虽然物理上彼此接近但却是为网络树的不同分支提供服务的无关路由器(它们具有不同的父节点)。在一些情况中，发射机节点虽然运行在相同的通信标准(例如IEEE802.15.4)下，但仍可能不属于相同的网络。
[0006]与CSMA/CA —起使用的冲突避免(CA)协议的示例在数据传输之前采用握手过程，其中发射机节点和预期接收机节点交换RTS(请求发送)和CTS(清除发送)消息，以便确认接收机节点是可用的并且准备好。
[0007]对RTS和CTS消息的使用可以减轻HNP，这是因为接收机节点一次只向一个发射机节点发送CTS消息。因此，在开始自身的传输之前，发射机节点必须进行等待，直到从接收机节点向它发送了 CTS消息为止，即使发射机节点在载波介质上没有侦听到活动也是如此。彼此隐藏的发射机节点依靠CTS消息来防止接收机节点处与其传输有关的冲突。
[0008]对RTS和CTS消息的使用还可以减轻ENP。当第一发射机节点从邻近的第二发射机节点监听到RTS消息但随后没有从向之发送了 RTS消息的接收机节点接收到CTS消息时，第一发射机节点可以推断它是暴露节点。基于此，在获知不会在接收机节点(最初的RTS消息发送至此)处引起冲突的情况下，第一发射机然后可以向另一接收机节点进行传输。
[0009]虽然RTS和CTS消息可以减少无线网络中冲突的发生，但它们导致网络中的附加拥塞并且一般只针对大的帧尺寸才启用。因此，使得对RTS和CTS消息的使用在IEEE802.11标准中是可选的。
[0010]在一些无线网络中，尤其是在具有相对较小的最大传输单元(MTU)大小的无线网络中，由对RTS/CTS消息的使用带来的附加开销可能不能保证其使用。例如，IEEE802.15.4标准定义的MTU是127字节。在包括大量密集节点的拥挤网络中尤其如此。
[0011]IEEE 802.15.4标准规定低速率无线个人网络(WPAN)的物理层和MAC层。ZigBee标准基于IEEE 802.15.4-2003版本并且研发用于低速率、低功率的安全应用。这些标准适于在家庭和建筑自动化领域(智能建筑)中的无线传感器网络(WSN)使用。对RTS和CTS消息的使用对于要求低功率使用的这类网络来讲可能过于繁重。此外，WSN应用中的小MTU尺寸可能不能证明使用RTS/CTS消息是合理的。在物联网(1T)(其中预计网络挤满了大量节点)领域尤其如此。
【发明内容】
[0012]本发明的各个方面示于了所附独立权利要求及从属权利要求。来自从属权利要求的特征的组合可与独立权利要求的特征进行适当地组合，而不只是体现为权利要求所明确示出的形式。
[0013]根据本发明的一个方面，提供了一种无线网络的网络节点，该网络节点包括:
[0014]处理器；
[0015]存储器；以及
[0016]天线，
[0017]其中所述网络节点可在混杂模式中操作以:
[0018]接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；
[0019]根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及
[0020]使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。
[0021]根据本发明的另一方面，还提供了一种用于减少无线网络中的冲突的方法，所述方法包括:网络节点在混杂模式中操作以:
[0022]接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；
[0023]根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及
[0024]使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。
[0025]通过以混杂模式进行操作来接收对由网络中的另一节点发送的传输的应答，并根据所述应答来确定定时信息，所述网络节点可调度其传输以减小冲突的概率。根据本发明的实施例，网络节点因此可使用在网络上发送的应答中所包含的定时信息和/或基于应答本身的定时来调度其传输。这可通过不需要显式地采用RTS和CTS消息的形式减轻由例如HNP引起的冲突。因此，与采用RTS和CTS消息的网络相比，网络业务和开销可减少。
[0026]可采用应答帧的形式来提供每个应答。应答帧可以是符合标准的应答帧，由此根据本发明的实施例的方法可以符合诸如IEEE 802.11、IEEE802.15、IEEE 802.15.4、IEEE802.15.4e 和 ZigBee 的标准。
[0027]网络节点可基于接收到应答的时刻来确定所述定时信息。例如，通过假定对网络的传输的应答通常在初始发送所述传输之后预定或预计时间量之后发送，可根据网络节点接收到所述应答的时刻推断出初始发送所述传输的时刻。通过这种方式，网络节点可确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息，即使它本身可能没有接收到这些传输(例如在网络节点和所述另一节点是隐藏节点的情况中)。
[0028]网络节点可操作以通过检查所述至少一个应答中包含的定时信息来确定所述定时信息。例如，所述应答可包括指示与所述应答相对应的传输被所述另一节点发送的时刻的时间戳。所述定时信息还可包括传输序列号，以允许识别与所述应答相关的传输和/或所述发送节点.
[0029]在另一示例中，设想所述应答可包括与由所述另一节点发送的多于一个传输有关的定时信息。在又一示例中，应答可包括与由多个其他节点进行的一个或多个传输有关的定时信息。通过确定与多于一个传输有关的定时信息，网络节点可调度其自己的传输，以更有效地减小发生冲突的概率。
[0030]可将定时信息包括在所述应答的扩展元素中。扩展元素可以是符合标准(例如符合IEEE 802.15.4e)的应答帧的信息元素(IE)扩展。
[0031]注意到，在一些实施例中，可使用用于确定与由另一节点或其他节点发送的传输的定时有关的定时信息的上述方法的组合。具体地，可使用接收到