用于时隙信道跳频mac协议中降低功耗的时隙跳过技术的制作方法
【专利说明】
[0001] 要求在35U.S.C. 119 (e)下的优先权
[0002] 本申请要求2014年7月31日提交的题为"SlotSkippingTechniquesFor ReducedPowerConsumptionInTimeSlottedChannelHoppingMacProtocol"的美国 临时专利申请号62/031482 (代理人案卷编号TI-75335P巧的优先权并通过引用将该临时 专利申请并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般设及无线个人区域网，并且更具体地，设及用于在时隙信道跳频 灯SCH)MC协议中降低功耗的时隙跳过技术。
【背景技术】
[0004]IE邸802. 15. 4e是被设计用于低功率和低速率网络的802. 15. 4的增强型MC层 协议。该协议适用于具有资源约束的传感器装置；例如，低功耗、低计算能力和低存储量。 时隙信道跳频灯SCH)是IE邸802. 15. 4e网络中的MC机制。在TSCH中，时间被划分为若 干时隙，并且每个装置被时间同步于网络中的根节点并使用时隙在网络中通信/同步。装 置在时隙期间根据跳频序列（F服）在所有信道之中跳频。TSCH可W实现更高的容量并提供 更精细的粒度用于在IE邸802. 15. 4e网络中省电。
[0005] 无线个人区域网（WPAN)被用于在相对短的距离内传递信息。与无线局域网 (WLAN)不同，经由WPAN实现的连接设及很少基础设施或者不设及基础设施。运种特征允 许为各种各样的装置实现小型省电且廉价的解决方案。在IEEE802. 15. 4网络中可W采用 两种不同类型的装置：全功能装置（FFD)和精简功能装置（RFD)。FFD是能够充当个人区域 网（PAN)协调器的装置。RFD是不能充当PAN协调器的装置。RFD旨在用于极简单的应用， 诸如灯开关或无源红外传感器；它不需要发送大量数据并且在某一时间仅与单个F抑相关 联。因此，RFD可W使用最少的资源和存储器容量来实现。
【附图说明】
[0006] 仅借助示例并参照附图来描述根据本发明的特定实施例：
[0007] 图1包括示例性个人区域网的图示；
[000引 图2A和2B是图示说明TSCH操作的简单时序图；
[0009] 图3是现有技术TSCH装置的功耗曲线图；
[0010] 图4是示例性TSCH装置的框图；
[0011] 图5A-5B是图示说明时隙跳过的功耗曲线图；
[001引图6A-6C是图示说明信标跳过的功耗曲线图；
[001引图7A-7C是图示说明定时漂移测定的功耗曲线图；W及
[0014]图8是图示说明装置在基于时隙的通信系统中的操作的流程图。
[0015] 本发明各实施例的其他特征将从下面的附图和【具体实施方式】中变得显而易见。
【具体实施方式】
[0016] 现在将参考附图来详细描述本公开的特定实施例。为了一致起见，不同附图中的 元件由相同的参考标记表示。在本公开的各实施例的下列具体描述中，阐述了很多具体细 节W提供对本发明的透彻理解。不过，对本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可W在 没有运些具体细节的情况下实践本发明。在其他实例中，众所周知的功能并没有详细描述， W免不必要地使本说明书复杂化。
[0017]IE邸802. 15. 4e是被设计用于低功率和低速率网络的802. 15. 4的增强型MC层 协议。该协议适用于具有资源约束的传感器装置；例如，低功耗、低计算能力和低存储量。 由于通过个人区域网（PAN)在住宅和办公室环境互连的传感器和致动器变得越来越常见， 限制每一个装置的功率耗散是重要的。某些装置可WW电池运行，在此情况下，频繁更换电 池是不合乎需要的。某些装置可能W有限的电量运行，该有限的电量可W使用各种方法由 该装置自身生成，诸如：从太阳或其他光源转换，从运动或热效应捜寻，收集周围电磁场的 會K量等。
[001引 时隙信道跳频灯SCH)是IE邸802. 15. 4e网络中的MAC机制。在TSCH中，时间被 划分为若干时隙，并且每个装置被时间同步于网络中的根节点并使用时隙在网络中通信/ 同步。典型的IE邸802. 15. 4e网络可W利用例如被划分为IOms时隙的1. 2秒帖。当装置 不活跃时，它们可W转换到低功率睡眠模式，W便省电。然而，每一个装置在每一个时隙开 始时唤醒W便确定定时信标是否被传送到该时隙中。在每个时隙发生的运些短唤醒事件会 耗散相当多的电量。
[0019] 为了降低功耗，本公开的各实施例可W通过预测定时信标何时到达并由此避免装 置在每个时隙的不必要唤醒来降低功耗。本公开的各实施例还可W检测并避免装置对时隙 的无效使用，W便降低功耗。装置操作的运些省电模式的【具体实施方式】在下面更详细地描 述。
[0020] 图1包括两种类型的示例性个人区域网，即星形拓扑110和端到端（peer to peer)拓扑120的图示。两种类型可W共存于例如住宅或办公室中。在运个示例中，全功 能装置（FFD) 102由实屯、圆表示，而精简功能装置（RFD) 103由空屯、圆表示。装置到装置 通信路径由箭头104表示。如前所述，！邸E802. 15. 4e是被设计用于低功率和低速率网络 的802. 15. 4的增强型MAC层协议。IE邸802. 15. 4和IE邸802. 15. 4e的普通操作是众 所周知的，并且将不会在本文详细描述；但是，下面提供IEEE 802. 15. 4e的操作的简要描 述。更详细的描述可W在IE邸标准文献中找到。IE邸标准802. 15. 4TM-2011，"Low-Rate Wireless化rsonal Area化tworks (Xr-WPANs)"通过引用并入本文。同样，IE邸标准 802. 15. 4eTM-2012, "Low-Rate Wireless F*ersonal Area 化tworks (Xr-WPANs) Amen血ent I :MAC sublayer"通过引用并入本文。
[0021]IE邸802. 15. 4e体系架构依据若干块来定义W便简化该标准。运些块被称为层。 每一层负责该标准的一个部分并向更高层提供服务。各层之间的接口用于定义在该标准中 描述的逻辑链接。LR-WPAN装置包括至少一个PHY(物理层），该物理层包含射频（R巧收发 器及其低等级控制机构化及MC(媒体访问控制）子层，该MC子层提供对用于所有传输类 型的物理信道的访问。
[002引根据应用需求，I邸E802. 15. 4eLR-WPAN可W在两种拓扑即星形拓扑110或端到 端拓扑120的任一种中运行。两种拓扑均在图1中示出。在星形拓扑中，在装置与被称为 PAN协调器111的单个中央处理器之间建立通信。PAN协调器111也可W被称为例如根节 点。PAN中的其他装置可W被称为例如叶节点。装置通常具有某些关联的应用，并且是用于 网络通信的起始点或端接点。PAN协调器还可W具有特定应用，但是它可W用于启动、终止 或围绕网络路由通信。PAN协调器是PAN的主要控制器。在任一拓扑网络上运行的所有装 置具有唯一地址，其被称为扩展地址。装置将使用扩展地址用于在PAN内直接通信，或者当 该装置相关时，使用由PAN协调器分配的短地址。
[0023]在F抑111被激活之后，它可W建立自己的网络并变成PAN协调器。所有星形网 络相对于目前正在运行的所有其他星形网络独立运行。运通过选择在射频通信范围内目前 未被任何其他网络使用的PAN标识符来实现。一旦已选择PAN标识符，PAN协调器允许其 他装置（可能是F抑和R抑两者）加入它的网络。更高层可W使用在IE邸标准802. 15. 4e 中描述的程序来形成星形网络。
[0024]PAN协调器111往往将由住宅或办公室布线来供电，而其他装置将最有可能是电 池供电的。受益于星形拓扑的应用包括例如住宅自动控制、个人计算机（PC)外设、游戏和 个人健康护理。
[00巧]端到端拓扑120也具有PAN协调器121，该PAN协调器也可W被称为根节点；但是， 端到端拓扑不同于星形拓扑之处在于任何叶装置都能够与任何其他叶装置通信，只要它们 在彼此的范围内。端到端拓扑允许实现更复杂的网络构造，诸如网状网络拓扑。
[0026]例如，一个装置（诸如F抑121)通过作为在信道上通信的第一装置而被任命为 PAN协调器。进一步的网络结构可W由端到端拓扑构成，并且有可能对网络的构造施加拓扑 限制。每个独立的PAN选择唯一的标识符。运个PAN标识符允许网络内的各装置之间使用 短地址来通信，并允许横跨独立网络的各装置之间的传输。
[0027]诸如工业控制和监测、无线传感器网络、资产和库存跟踪、智能农业和安全的应用 可W受益于端到端网络拓扑。端到端网络允许多重跳频W将消息从网络上的任何装置路由 到任何其他装置。此类功能可W在更高层上添加，但是它