使用超低功率节点的无线接口的无线信道分配的制作方法

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使用超低功率节点的无线接口的无线信道分配的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及操作无线接口的方法,涉及用于分配这种接口的收听无线信道的方 法,涉及对应的装置,涉及具有这种接口的网络,以及涉及对应的计算机程序。
【背景技术】
[0002] 基于如IEEE 802.15.4(/ZigBee)、IEEE 802.11(/Wi-Fi)或IEEE 802.15.1(/ Bluetooth)的标准的无线网络是公知的。这些工作于2400-2483.5MHz ISM带(工业、科学和 医疗)带中。它们是相对低功率短程系统(l〇-l〇〇m)并且会受附近的其它无线电干扰且会对 附近频率带来高的干扰水平。这成为在无线接口中降低功耗的努力的约束。
[0003] 例如ZigBee是具有安全特征的低数据率(250kbit/s)系统且使能专门创建网状网 络,从而使任意设备能够达到更远距离的设备。在2012年,宣布了ZigBee PRO Green Power 特征,其允许超低功率设备如无电池设备通过设计成最小化所使用功率量的无线接口安全 地加入ZigBee PRO网络。它对于诸如传感器、开关、遮光器以及其它许多设备的功率ZigBee 产品是一种更加环境友好的方式。这些设备现在仅通过采收少量如运动、光、振动的能量的 广泛可用的、但是经常未使用的源而被供电。
[0004] 设备能够使用能量采收来克服干线供电或电池供电的缺点。对设备进行干线供电 导致安装成本,并且其只能用于非移动设备。电池供电的设备的电池具有有限的使用寿命, 而且频繁更换电池的经济和环境成本不总能接受。
[0005] 超低功率(ULP)无线节点的特征在于如下事实:它们需要零维护(无电池更换),无 需被干线供电。原则上这能够通过若干方式来实现。第一可能是,通过降低功耗而使得电池 使用寿命比预期的或设计的产品使用寿命长,使得电池比产品的预期使用寿命持续得更 长。在该情况下,产品使用寿命具有由电池的自耗设定的上限。作为第一可能的替代或者与 第一可能一起的第二可能是,使用能量采收技术。通过降低功耗,使得所需的功率/能量级 别能够从环境中采收。能量采收通常被认为是从外部源(例如,太阳能、热能、风能、含盐量 梯度和动能)取得能量,以及使用或储存它用于较小的、无线自治设备,如在可佩戴电子设 备和无线传感器网络中所使用的那些。ZigBee Green Power[2]是ZigBee PRO联网栈[1]的 扩展,其允许在ZigBee PRO网络中并入超低功率节点,集中于能量采收节点。ZigBee Green Power使超低功率设备能够使用无线接口利用通常为数百微焦耳能量来完成与骨干网络的 通信。涉及到三种类型的节点:
[0006] GreenPwer Device
[0007] GreenPower Device(GPD)是一种超低功率无线节点。它们典型地生成命令,命令 应当对诸如ZigBee PRO网络的骨干网络中的宿节点(GPS)起作用。一个实施例是能量采收 开关(为GPD),其产生Toggle命令,切换ZigBee PRO网络上的灯(为GPS)的状态。由于这些能 量方面的限制,GPD仅能传送数据包有限次数:典型地它们在单个信道上广播数据包3次。该 信道被预定义,利用设备本身上的开关进行配置,或者能够在初始试运行操作中进行协商。 在其最简单的形式中,GH)仅能传送数据包,而不能接收任何数据包。
[0008] GreenPower Proxdy
[0009] GreenPower Proxdy(GPP)是骨干网络(例如,ZigBee PRO网络)上的节点,它们是 干线供电的,并且当它们在GTO的无线电射程内时,失去GTO所广播的数据包,并且将数据包 输送到ZigBee PRO骨干网络上的宿节点(GPS)。由于GPD广播其消息,所以这些能够通过多 个GPP来实现,产生了一种形式的网络冗余。GPP能够同时满足应用级角色。
[0010] 干线供电的GreenPower Sink
[0011] GreenPower Sink(GPS)是ZigBee PRO网络上的节点,其是干线供电的且可以具有 能够由GH)控制的应用级实体。例如,由GH)处的能量采收开关切换的灯。GPS不需要处于GPD 的无线电射程内,但是必须在GPD的无线电射程内的一个或多个代理节点(GPP)内连接到 ZigBee PRO网络上。GPS节点通常还能直接充当GPP节点。
[0012] 发明概述
[0013]本发明的目的是提供改进的方法、设备、网络和程序。本发明的方案提供了通过如 下操作来操作用于在超低功率无线节点与骨干节点网络之间通信的无无线接口的方法:实 现来自所述超低功率无线节点的传送以在至少两个无线电信道上送出相同的数据包,接收 在骨干节点处运载数据包的传送,以及检测无线接口的接收性能。还存在如下步骤:根据检 测到的接收性能指示,动态地分配在骨干节点处收听哪些无线信道,其中分配包括对于骨 干节点中的不同的骨干节点实现协调分配。
[0014]通过将在多个无线信道上送出与根据接收性能而动态地分配收听信道相结合,以 及与用于不同骨干节点的协调分配相结合,能够利用分离的接收位置的空间分集性和信道 分集性。这能够使得系统对于例如时变位置特定干扰或信道特定干扰具备更大的弹性。这 意味着,与对于每个骨干节点独立地而不协调地做出信道分配相比,能够降低接收中断的 概率。这在传送侧具有极小适应性或者无适应性的情况下尤其有用。该益处能够应用于各 种不同类型的协调,例如是否从不同骨干节点采集到检测,以及是否根据采集信息一起确 定分配,或者是否根据局部检测单独地做出候选分配。在后者情况下,协调会涉及到比较后 续分配,以及调节候选分配而形成期望的分配模式。参见例如图3、图4和图5。
[0015] 实施方案可以添加额外的特征,或者可以否认这些特征限定权利邀请,并且一些 这样的额外特征在从属权利要求中进行更详细的描述和阐述。一个这样的额外特征是如下 步骤:基于来自骨干节点的无线信道选择反馈信息,在不进行动态无线信道选择的情况下 完成实现来自超低功率无线节点的传送。通过避免无线信道的动态选择,ULP节点能够避免 诸如在超低功率无线节点处增加功耗,增加成本以及增加复杂度的后果。参见例如图3和图 6〇
[0016] 另一方案提供了为用于在超低功率无线节点与骨干节点网络之间通信的无线接 口分配收听无线信道的方法,在当超低功率无线节点在至少两个无线信道上送出具有相同 数据包的传送时使用,用于在骨干节点处接收,具有接收无线接口的接收性能指示的步骤, 以及根据接收性能指示在骨干节点处动态地分配收听哪些无线信道,其中分配包括对于骨 干节点的不同的骨干节点做出协调分配,以及将分配输出到骨干节点。
[0017] 这对应于第一方案,但是涵盖了用于第一方案的分配部分。例如参见图4、图7和图 9〇
[0018] 额外的特征是,无线接口的接收性能指示包括如下至少之一:由所述骨干节点检 测到所述所述传送的接收性能的指示,以及以其它方式检测到的无线干扰的指示。这使能 进一步细化分配以适合不同的条件以及不同类型的干扰。例如参见图6、图8或图10。
[0019] 另一这样额外的特征是,所述传送的接收性能指示包括如下至少之一:所述数据 包是否由所述骨干接收到的指示,与骨干节点接收到的数据包相关联的RSSI,以及由骨干 节点接收到的数据包的任何其它链接品质指示,并且其中以其它方式检测到的无线干扰的 指示包括如下至少之一:测得的干扰的RSSI水平,测得的干扰的载波传感评估,在多个信道 上的干扰相关,在多个骨干节点上的干扰相关,以及在超低功率无线节点处检测到且送出 到所述骨干节点的干扰。这些是可存取的,相对方便策略,并且通常由可用的硬件支持,但 是可以设想其它。例如参见图6、和图8。
[0020] 另一这样的额外特征是,所述分配步骤包括由至少两个所述骨干节点将接收性能 的检测传递给共同的位置,以及基于在该共同位置采集到的检测来做出分配。通过采集检 测,能够由相同的基础来方便地做出期望模式的分配。这可以比诸如根据局部检测做出候 选分配然后通过采集和调节候选分配而不是共享检测进行协调的可选方案更加高效。参见 例如图8至图11。
[0021] 另一这样的额外特征是,根据检测来确定对于收听信道分配的不同模式的每个骨 干节点的每个无线信道的中断概率,以及基于所确定的中断概率来实施分配。这是一种使 能评估不同模式的分配的便利方式。参见例如图9至图11。
[0022] 另一这样的额外特征是,分配被偏置而更加取决于接收性能指示的更近期的接收 性能指示。这能够帮助使得适应对接收条件的快速变化具有更强响应性。参见例如图10。 [0023]另一这样的额外特征是,传送包括来自至少两个ULP无线节点的传送,并且分配步 骤包括根据至少两个ULP无线节点所使用的一组传送信道来做出骨干节点的收听信道的分 配。这能够提供更多的接收性能信息并且实现更佳的协调分配。参见例如图11。
[0024] 另一这样的额外特征是,对于用于每个信道分配模式的每个无线信道,确定用于 每个骨干节点的ULP无线节
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