针对全部信道号利用黑名单进行信道跳变的具有跳频序列的网络装置的制造方法
【专利摘要】本申请涉及针对全部信道号利用黑名单进行信道跳变的具有跳频序列的网络装置。所公开的示例包括用于在无线网络中通信的方法和网络装置(100)，其中所述装置(100)使用p字段中的割圆类或使用小步大步算法生成具有质数序列长度p的跳频序列y(j)(114)，其中y(0)＝p?1并且剩余序列值y(j)＝logα(j)modulo(p?1)。在某些示例中，α＝2并且在不对对数求解的情况下，使用一个或更多个算法生成序列，以使用时隙信道跳变(TSCH)通信节约低功率无线传感器或其它基于IEEE 802.15.4e的网络的存储器并降低其处理复杂度。
【专利说明】针对全部信道号利用黑名单进行信道跳变的具有跳频序列的 网络装置
[0001] 相关申请的引用
[0002] 根据35 U.S.C.§119,本申请要求2015年3月9日提交的、名称为"在无线网络中利 用黑名单的FHS算法（FHS ALGORITHMS WITH BLACKLISTING IN WIRELESS NETWORKS)"的美 国临时专利申请62/130,194的优先权和权益，通过引用将其全部内容并入本文。
[0003] 参考2015年7月29日提交的共同待决美国专利申请号14/813,093、名称为"生成跳 步页序列的技术（Techniques for Generation of a Frequency Hopping Sequence), 师卷号TI-75449)，该申请要求2014年9月10日提交的美国临时申请号62/048,692的优先 权，通过引用将它们的全部内容并入本文。
技术领域
[0004] 本发明总体上涉及无线传感器，并且更具体地涉及使用信道跳变序列的低功率无 线装置。
【背景技术】
[0005] IEEE 802.15.4e是设计用于低功率和低速率网络并适用于具有资源约束(诸如低 功耗、低计算容量和/或低存储器）的传感器装置的IEEE 802.15.4的增强型媒体访问控制 (MAC)层协议。IEEE 802.15.4协议支持时隙信道跳变(TSCH)，其中网络节点或装置与网络 中的根节点时间同步，并且各个装置使用时隙在网络中通信和同步。在时隙期间，装置根据 跳频序列(FHS)在全部信道之间跳变。TSCH能够实现更高容量并且能够在IEEE 802.15.4e 网络中提供更精细的粒度以节省功率。与其中不存在干扰的情况相比，由于更频繁的数据 包重传，网络装置功率消耗随着增加的信道干扰而增加。提出通过临时避免使用被观察到 是严重干扰的信道来降低由于干扰造成的功率消耗的用于基于IEEE 802.15.4e的网络的 利用信道黑名单的TSCH。由于一些信道被"黑名单"，黑名单改变具体时隙中使用的信道数 (被称作信道号）。IEEE 802.15.4e为每个信道号定义默认FHS。默认FHS被设计为提供干扰 链路之间的小概率的干扰。在IEEE 802.15.4e的默认设置中，装置在更新信道黑名单时重 新生成新的FHS。然而，生成新的ras需要的网络装置的处理资源通常与ras长度L成比例，并 因此，生成长的FHS在装置处理带宽、功率消耗和装置存储器利用方面是高成本的。同时，大 的FHS长度L对确保随机性更好(例如，在默认FHS中，L = 511 )，并因此降低冲突和对应数据 包重传的概率。
【发明内容】
[0006] 公开的示例包括网络装置和无线通信方法，其中所述装置使用p字段中的割圆类 (cyclotomic class)生成用于生成FHS的、具有序列长度p的序列y( j)，其中，p是奇质数、y (0)=ρ-1并且剩余序列值y( j) = loga( j)mod(p-l)，其中，1> j>p_l。在某些示例中，α = 2 并且在不使用对数运算、乘法或模运算的情况下，使用算法生成所述序列，以降低处理复杂 度。进一步公开的网络装置和方法使用小步大步算法(baby-step giant-step algorithm) 生成所述序列，以进一步促进计算复杂度和存储器需求的降低。
【附图说明】
[0007] 图1是具有网络装置的一个示例无线网络的图解，所述网络装置包括收发器、存储 器和一个或更多个处理器以利用信道黑名单实现无线时隙信道跳变通信并生成FHS。
[0008] 图2是图1的装置的一个示例使用其生成被用于生成FHS的序列的第一算法的图 表。
[0009] 图3是示出图4中的算法的逐位表示的图解，其具有421的长度的示例序列。
[0010] 图4是图1的装置的另一个示例使用其生成所述序列的第二算法的图解。
[0011] 图5是无线网络中的干扰概率的曲线图。
[0012]图6是图1的装置中用于生成FHS的初始序列生成和序列查找运算的进一步细节的 图解。
[0013] 图7是图1的装置的另一个示例使用其生成所述序列的第三算法的图解。
[0014] 图8是用于选择图7的第三算法的参数的第四算法的图解。
【具体实施方式】
[0015] 在附图中，相似的附图标记在全文中指代相似的元件，并且各种特征并不是必须 按比例绘制。在以下讨论和权利要求书中，术语"包含"、"包括"、"具有"、"有"、"含有"或其 变体旨在是类似于术语"包括"的方式是包含性的，并且因此应该解释为意味着"包括，但不 限于"。跳频序列生成技术和无线网络装置被描述以帮助在无线网络中使用黑名单在装置 之间进行TSCH通信，当然，所描述的示例能够用在各种不同通信应用中。具体地，电池供电 无线传感器装置具有受限的处理能力和存储器，并且功率消耗成为问题。同时，通过减轻装 置之间的干扰和数据包的相关重传，来促进能量节约。跳频结合已知或易于遭受干扰的频 道的黑名单促进降低网络装置的功率消耗。然而，各个网络装置中的ras因此在更新良好信 道列表时被更新，并且大量和/或复杂FHS生成处理可能超出低功率无线传感器的处理和/ 或存储器存储能力，并将增加装置功率消耗。
[0016] 图1示出一个示例TSCH网络装置100,其包括经由天线109与无线网络操作性耦合 的收发器107,以经由多个频道将数据发送至一个或更多个其它网络装置100或从一个或更 多个其它网络装置100接收数据。装置100包括电子存储器103和一个或更多个处理器101、 105以在网络中实现无线通信功能并实现跳频和序列生成120以及实现序列查找功能121从 而生成FHS。具体地，电子存储器103存储表示所生成的序列的序列列表114,并且存储器103 存储包括指示无线网络的当前可用频道(例如，"良好信道"）的条目的良好信道列表(例如， 下图6中的列表602)。所例示的装置100包括电池116,其向装置100中的处理器101、105和其 它组件提供电力。此外，在某些示例中，装置100能够是低功率传感器，该低功率传感器包括 一个或更多个传感器106和/或一个或更多个执行器108,尽管并不是本公开的构思的全部 实施方式都需要这些传感器和执行器。所公开的示例包括在初始装置启动时和/或响应于 更新用于黑名单实现的良好信道列表而进行FHS生成的装置100和方法，以实现足够的跳频 序列随机性从而在网络操作中实现低干扰概率，同时缓解或减少网络装置中的处理资源和 存储器利用，由此降低功耗。
[0017] 任何适合的处理器(一个或更多）能够被用于实现如本文所述的序列生成120和序 列查找功能121。具体地，处理器可以包括编程或可编程电路和/或固定逻辑电路或其组合。 就此而言，图1将各种功能示为方框，包括图1中的项目110、111、120和121，它们能够由编程 或可编程处理器101、逻辑电路或其组合单独或组合实现。此外，在某些示例中，存储器103 构成计算机可读存储介质，其存储计算机可执行指令，当处理器101执行该计算机可执行指 令时，执行本文详述的各种特征和功能。
[0018] 图1中的装置1〇〇包括系统处理器(CPU)lOl，该系统处理器101可以包括内部电子 存储器以存储处理器可执行指令和数据。在某些示例中，提供单独的电子存储器103。处理 器101和电子存储器103彼此操作性耦合以允许处理器101获得和执行存储在存储器103中 的指令并向存储器103存储数据。在一个示例中，电子存储器103是非易失性存储器，该非易 失性存储器存储可以由CPU 101和/或无线电处理器(CPU)105执行以执行本文所描述的一 些或全部网络功能的软件程序指令。在一个示例中，功能110-112和120-121由存储在存储 器103中并由装置100的CPU 101执行的程序指令实现。在所例示的示例中，无线电CPU 105 操作性耦合至系统处理器101，并且CPU 105被配置为控制收发器107以使用无线TSCH协议 经由网络发送并接收数据。在一个示例中，使用从德州仪器购买的CC26 XX SimpleLink?多 标准无线MCU集成电路（1C)实现装置100。在这个示例中，装置100还包括实时时钟（RTC) 104，该实时时钟(RTC) 104生成周期中断并向处理器101提供周期中断。在一个示例中，RTC 中断启动装置唤醒，并且处理器101实现RTC中断处理程序并将控制转移至功率管理(PM)唤 醒处理程序110。在一个示例中，PM唤醒处理程序110实行状态转换步骤111(诸如时钟旋转、 无线电设置等），在这之后，处理器101执行媒体访问控制(MAC)软件112以发布命令(例如， 发送、接收、空闲）并以其他方式控制无线电CUP 105。这些特征促进装置100的低功率操作， 具体地，用于低功率电池供电传感器装置100,该装置100能够进入低功率"睡眠"模式以节 省电池电力并且接着能够根据需要唤醒以实行感测以及经由无线网络实行发送或接收功 能。
[0019] 处理器101实现序列生成逻辑120以开始在存储器103中生成序列列表114(诸如在 装置100加入网络时），并且所存储的序列列表114此后由序列查找功能121(由处理器101实 现)使用，以确定经由无线网路在给定时隙内用于数据发送或接收的信道或频率。在某些示 例中，在装置100的生产期间，在存储器203中安装初始序列114。处理器101还在发送或接收 时实现序列查找功能121。例如，无线网络的某些信道可以被确定为不适合使用，并且无线 通信能够通知装置100更新它的内部良好信道列表(例如，下图6中的良好信道列表602)。在 另一个示例中，先前假设的不良信道能够被确定为现在适合于在这些装置100之间进行无 线通信，并且作为响应能够通知装置100更新良好信道列表602。在某些示例中，良好信道列 表的更新不会使处理器101再次实现序列生成功能120,序列查找121中实现的功能将通过 利用新的良好信道列表直接改变频率选择结果。在一些实施方式中，如果例如，其中装置 100的存储器103不包括存储全部序列114的足够容量的存储器，则仅一部分序列114存储在 存储器103中。在这种情况下，可以在需要时，动态(on the fly)计算剩余序列114以执行序 列查找。如本文使用的，在电子存储器103中存储序列意味着在存储器103中存储序列的全 部或至少一部分。
[0020] 如前所述，具体FHS的长度L影响跳频操作中的随机量，并因此影响无线网络的最 终操作的干扰概率。在操作时，网络中的监督或主机节点能够向加入无线网络的各个装置 100分配和偏移值"Offset"，并且各个装置100使用这个偏移以及其它参数以使用装置处理 器101在给定时隙内执行序列查找功能121，从而在那个时隙内确定或选择收发器107使用 的具体频道。此外，序列查找功能121使用存储在存储器103中的序列列表114。如果保存全 部序列114,则所需存储器是0(L)，并且序列生成120的初始计算复杂度是0(L)，指示存储器 和计算资源需求与序列114的长度成比例。在一个示例中，处理器101在每次装置100需要发 送或接收时实现序列查找逻辑121，从而以跳频或信道跳变方式选择无线电CPU 105使用的 信道。
[0021] 还参照图2-6,图6示出图1的装置100中的初始或后续序列生成和序列查找操作的 进一步细节。图2和图4分别例示处理器101的某些示例使用的第一算法200和第二算法400， 从而使用FHS序列长度"P"的字段GF(p)中的割圆类生成序列，其中P是奇质数。图3示出具有 质数421(p = 421)的序列长度的序列生成400的示例的逐位表示300。图5提供针对两个示例 割圆类生成的ras序列114502和504以及默认IEEE 802.15.4e序列506和最佳ras 508，示出 无线网络中模拟的干扰概率的曲线图500。
[0022]如图6所示，处理器101实现初始生成组件600(包括序列生成功能120)以提供存储 在电子存储器1〇3(图1)中的FHS 114。处理器101根据存储的序列114在给定时隙内实现序 列查找功能并且生成良好信道列表602的索引604(在一个示例中，其被存储在存储器103 中）。良好信道列表602的索引提供所选择的信道频率"f"，其由无线电CPU 105使用以经由 图1中的收发器107和天线向无线网络发送数据和/或从无线网络接收数据。在不知道信道 号Channel N(即，无线网络中良好的或操作的频道号）的情况下，初始生成初始序列114。一 旦生成，当装置100需要经由网络发送或接收数据时，处理器101实现序列查找功能121以根 据序列114中的值、当前信道号ChannelN、指示时隙信道跳变(TSCH)通信协议的当前绝对位 置号(absolute slot number，ASN)并根据分配给具体装置100的信道偏移(Offset)生成信 道索引604。在一个示例中，处理器101使用以下公式(1)计算信道索引604:
[0023] Index= (Sequence[ (ASN+Offset) %p]) %ChannelN (1)
[0024] 其中，"％"表示模运算，并且p是序列114的序列长度。
[0025]在某些示例中，ASN值是表示当前时隙号的整数，其用于同步，并且Offset值由无 线网络的根节点（未示出）分配给装置1〇〇(-个或更多）。实际上，在一个示例中，根节点使 用值Offset以通过向这种链路分配不同偏移值来减轻干扰链路之间的冲突。序列查找特征 121有利地通过使用信道或频率跳变结合黑名单经由良好信道列表602,允许在一系列时隙 中进行低功率传感器装置100的操作，而不必在每次信道号ChannelN改变时重新生成新的 FHS〇
[0026]所公开的示例包括生成序列114的装置100,其能够在信道号满足特定条件时，根 据Lempel-Greenberger界，生成具有低干扰概率的FHS，并且相比于针对全部信道号具有默 认FHS的情况，能够实现更低干扰概率性能。此外，装置100以低计算复杂度、降低的存储需 求和降低的功耗生成序列114。装置100仅使用一个初始生成的序列114生成具有不同信道 号Channe In的H1S。使用不同序列单独生成每个Channe In的最佳HIS (即，H1S具有最佳干扰概 率)是可能的，但是仅使用1个序列114生成针对不同信道号的最佳FHS是困难的。使用多个 序列生成每个ChannelN的最佳FHS在存储和计算二者方面导致大的开销，这不适于 802.15.4 网络。
[0027] 在装置100的一个示例中，通过存储在存储器103中的程序指令配置处理器101以 使用字段(GF(p))中的割圆类来生成序列长度P的序列114(￥={7(」）})，其中？是奇质数，并 且其中0 < j<p。处理器101在存储器103中存储序列114并使用序列114和一个或更多个时 隙用于经由无线网络发送或接收数据。如上所述，处理器101根据当前信道号ChannelN、当 前绝对位置号(ASN)和分配给装置100的信道偏移值Off set，在给定时隙内生成索引值604 (图6)。使用信道索引值604,处理器101使用良好信道列表602和索引604确定或选择索引值 604指示的当前可用频道中的一个。利用来自良好信道列表602的所选信道，处理器101使收 发器107使用所选择的信道在给定时隙内向无线网络发送数据或从无线网络接收数据。在 某些实现方式中，如图1所示，所选择的信道可以被提供到无线电处理器(CPU)105以与收发 器107交互，尽管单个处理器能够执行全部上述功能和其它实现方式。
[0028]在一个示例中，处理器101使用GF(p)中的割圆类生成序列114Y={y(j)}，其中0< j<P，其中序列长度P是奇质数。对于P = ef+1，指示e |p-l(p字段GF(p)中的割圆类，0 < i仝 e-Ι)是Ci= {a1+te | 〇 < t < f-Ι}，其中α是字段GF(p)的本原元素 （primitive element)。在某 些示例中，处理器101被配置为使用以下公式(2)生成具有序列长度p的序列114Y={y(j)} :
[0029] suppY(i) =CiU{0}，i = (p-1 )mod e
[0030] suppy(i) =Ci ,0 < i < e~l, i ^ (p-1 )mod e (2)
[0031 ]其中，suppY(i) = {t|y(t)_i，0《t《p_l。
[0032] 根据以下公式(3)能够等同定义序列Y:
[0033] y(0)=(p-1)mod e
[0034] y(j) = loga(j)mod e,0<j<p (3)
[0035] 其中，y(j)_loga(j)〈---等同于--->ay(J)-j mod p。
[0036] 对于e = p_l，处理器101根据下列公式(4)中阐述的关系生成序列114Y={y(j)}:
[0037] y(0) =p-l
[0038] y( j) = loga( j)mod(p-l) ,0< j<p (4)
[0039] 在某些示例中，公式(4)的以上关系能够在信道号ChannelN能够除尽p-1时生成最 佳/近似最佳FHS。例如，使用序列长度p = 421，对于最大数目为16个信道的典型情况来说， 获得的序列114对于信道号ChannelN等于2、3、4、5、6、7、10、12、14和15是最佳或近似最佳 的。因此，对于绝大多数可能的信道号ChannelN，处理器101对干扰具有非常好的免疫力(例 如，低的干扰概率）。此外，对于其中信道号ChannelN不能除尽p_l(例如，ChannelN = 8、9、ll、 13、或16)的情况，干扰概率比默认FHS的干扰概率小。因此，通过使用序列114根据公式(4) 中的关系生成FHS，处理器101有利地提供非常好的干扰避免。
[0040] 在一个示例中，处理器101使用公式(4)、使用p = 421和α = 2生成序列114Y，如以下 公式所示：
[0041 ] y(0)=420
[0042] y( j) = log2( j)mod(420)，0< j<421
[0043] 其中，y(j)_log2(j)〈---等同于--->2y(j)-j mod 421。
[0044] 图2示出图1的装置的一个示例使用第一算法200生成序列，其中指示模运算。 在这个示例中，处理器101被配置为在不对任何对数求解的情况下，使用算法200生成序列 114Y={yj}。如上所示，公式(4)中的关系的直接求值将需要复杂处理器执行的指令以对其 中0<j<p的对数求值。通过使用图2中的算法200替代，不需要处理器101求值对数运算，因 此，节省装置100中的处理资源。注意，因为图2的算法200使用乘法避免求解对数的繁重的 计算量，所以所生成的号不是按照信道索引604的顺序，并且该号在一个示例中以特殊顺序 (如算法200中指示的)记录。
[0045]还参照图3和图4,图2的算法200需要处理器101执行p乘法运算以使α乘以p的模， 其中p = L是序列114的长度。图4中的算法400进一步避免处理器101进行乘法计算和模计算 二者，乘法计算和模计算通常在处理资源和装置100方面是昂贵的。因此，在另一个示例中， 处理器101使用图4的算法400生成序列114。这个示例类似于图2的算法200,也避免对数运 算。此外，在不进行任何乘法求解并且针对P的特定值不进行任何减法的情况下，针对α = 2 执行算法400生成HIS 114。就此而言，在不进行任何乘法求解的情况下，针对α = 2执行算法 400生成序列114，其中如算法400的第7行所示，处理器101能够替代地实行移位运算。在一 个示例中，处理器101通过使用α = 2避免这些昂贵计算。此外，由于α = 2,所以能够避免模运 算，并且处理器101能够替代地执行减法，这在处理资源和装置100的方面成本更少。因此， 在这个示例中，处理器101进一步促进低功率传感器装置100和网络装置100中的功率节约， 同时帮助根据序列114计算最佳/近似最佳跳频序列。
[0046]图3示出具有421的序列长度的一个示例的逐位表示300。因为处理器101执行二进 制或布尔运算，所以α = 2的乘法等同于简单的左移位运算。此外，由于我们仅乘以2并且算 法400中的原始数小于ρ，所以以上公式(4)的关系中ρ的模运算等同于减去ρ，如果该结果大 于Ρ，如图4的算法400的第8行所示。因此，当我们选择α = 2时，所提出的序列114Υ的生成是 高计算效率的。图3示出421的逐位表示，并且算法2示出具有低复杂度的精确算法（即，利用 移位和减法替代繁重运算）。
[0047]图5示出在无线网络中，对于从2至16的信道号ChannelN的，装置100使用通过使用 公式（1)生成的信道索引值604在具有其它相似装置100的无线网络中操作的干扰概率(通 过汉明（hamming)自相关导出）的曲线图500。曲线图500例示使用图2和图4中的算法200或 算法400生成的示例情况502和504。在这个示例中，处理器101生成序列114,其中α = 2并且ρ = 421(干扰概率曲线502)和其中ρ = 419(概率曲线504)。为了比较，图5进一步例示最佳概 率曲线508以及默认曲线506。如图5的曲线图500所示，当信道号能够除尽p-Ι (例如，当ρ = 421并且〇1&111161〃 = 2、3、4、5、6、7、10、12、14或15)时，使用处理器101生成的序列114生成的 FHS确保全部良好信道均匀分布（由良好信道列表602(图6)指示），并且概率曲线502和504 获得最佳/近似最佳汉明自相关（即，最佳/近似最佳（低）干扰概率）。如图5所示，当 ChannelN能除尽p-Ι时，使用序列114生成的处理器生成的FHS具有比默认FHS低的干扰概 率，并且当ChannelN能够除尽p-Ι时，使用序列114生成的处理器生成的FHS具有最佳/近似 最佳干扰概率。因此，所公开的示例提供有效的系统和方法以使用序列114生成最佳/近似 最佳ras。因此，装置100为IEEE 802.15.4e和用于装置100的其它相似无线网络提供利用黑 名单的TSCH协议通信的优点，其中低能量消耗、和低处理器资源利用以及存储器需求是重 要方面。
[0048] 现参照图7和图8,图7示出第三算法700,该第三算法700能够被用于在图1的装置 100的另一个示例中生成FHS 114,并且图8示出第四算法，该第四算法800能够被用于选择 参数以实现图7的算法700。在上述示例中，在某些示例中，处理器101能够使用图2的算法 200或图4的算法400以使用具有O(L)的初始生成复杂度和O(L)的所需存储器的序列114来 生成最佳/近似最佳FHS，其中L是序列114的长度(L = p)。计算复杂度是由于算法的200和 400中的循环导致，因此这些示例中的存储器103需要足够容量以存储整个序列114。
[0049] 对于在装置100中具有存储器限制的应用，与上述算法200和400相比，算法700提 供提高的存储器效率。在这个示例中，处理器101使用具有0(，p)的复杂度和0(，p)的存储 器需求的示例小步大步算法700来生成序列114。在这些方面，小步大步算法在计算资源利 用和存储器需求方面相对于上述图2和图4中的示例提供了改进。
[0050]就此而言，作为处理器101进行的序列生成的部分，小步大步算法700被用于解决 离散对数问题。如以上公式(4)所示，运算数j和y(j)是离散值，并因此对数的解和公式(4) 的关系涉及离散对数问题:给出β表示序列索引604,处理器101发现x(表示序列元素 y(j))， 使得:ax = 0(mod p)，其中，p是质数并且α字段GF(p)的本原元素。在上述示例中，p = 421且α =2,并且处理器101使用存储器103中的哈希表实现算法700。此外，在一个示例中，变量"m" 是小于或等于P的平方根的正整数。在某些示例中，m约等于p的平方根。在这种情况下，算法 700的存储器复杂度是0(m)，并且计算复杂度是0(n)。算法700还对m的值设置上限 (ceiling)，例如使用算法700的第4行中的变量"η"，设置为，p。在这个实现方式中，存储器 和计算复杂度通常是〇(，Ρ)阶次的，因此相对于上述算法200和400表示重大的改进。
[0051]然而，如图7所示，算法700涉及乘法和模运算二者，乘法和模运算通常在装置100 的处理资源利用方面是昂贵的。具体地，算法700中的第14行的计算(t = t*cTm(mod ρ))包含 乘法和模运算二者。在一些实例中，使用α = 2,处理器101被配置为利用使用移位运算的算 法700来生成序列114以计算t*cTm。此外，在某些示例中，使用与ρ的平方根的值相似的上限 值"η"（例如，其中m小于p的平方根或等于p的平方根），处理器101被配置为经由算法700使 用减法运算生成序列114以计算m mod p。例如，使用p = 421，a = 2，m具有lp = 21的上限，cfm = 329,并且第14行的计算变成t = t*329(mod421)。乘以329创建大数，其使得模421计算在 处理资源利用方面昂贵，并且这个计算重复η次。
[0052] 所公开的示例通过选择a和m的适合值避免这种昂贵计算。例如，选择a = 223 = 261 (mod 421)，使用m=23，cTm=2,其使得算法700的第14行：t = t*cTm(mod p)的计算非常简 单。第14行的新计算变成t = t*2(mod 421)，其能够由处理器101使用移位和减法运算实现， 而不需要进行乘法或模计算。
[0053]当2是字段GF(p)的本原元素时，图8的算法800能够用于生成或计算a和m的适合 值。在某些实现方式中，a是GF(p)的本原元素并且111优选地约等于Ip。由于(p-1，m) = l(p和 m互为质数），所以存在整数对(i，k)使得(p-l)*i-k*m=l以及(k，p-l) = l(k和(p-1)互为质 数）。由于（k，p_l) = 1并且a = 2是GF(p)的本原元素，所以a = 2k(mod p)是GF(p)的本原元 素。因此，算法800能够用于，例如，确定m和a的值以存储在电子存储器103中并且稍后由处 理器101用于求解算法700。在某些示例中，能够通过装置处理器101实现算法800。在其它示 例中，能够在装置100的生产期间实现算法800,其中m和a的最终值能够保存在电子存储器 103 中。
[0054]进一步注意，用于算法700的哈希表的哈希函数可能需要执行模计算或演算。在某 些示例中，哈希函数经设计以避免诸如除法或模运算这样的复杂演算，例如，通过替代地使 用移位和逐位加法来实现"除以2的幂"和"模2的幂"。在一个可能的示例中，能够使用m= 23 大小的哈希表。最小数是25 = 32，该最小数是2的幂并且比m= 23大。在这个示例中，算法700 执行"除以32"，其能够通过5位的移位运算实现。此外，"模32"的计算能够使用具有十六进 制OxOOlf的逐位加法运算实现以创建哈希函数并生成28大小的哈希表。
[0055]所公开的示例小步大步算法700针对信道号ChannelN的全部值、使用序列114以0 (，P)的复杂度和〇(，P)的存储器需求促进最佳/近似最佳FHS的生成，与具有0(p)的存储 器需求的算法200、400相比，算法700具有显著优点。所公开的示例提供一种有效的方法，其 由网络装置100中的处理器101实现以使用序列114生成最佳/近似最佳FHS并对电池供电传 感器或其它网络装置100提供具有吸引力的低功率消耗解决方案，从而使得在存在干扰的 环境中操作的IEEE 802.15.4e网络等经由利用黑名单的TSCH协议进行通信。
[0056]上述示例仅例示本公开的各种方面的若干可能的实施方式，其中本领域技术人员 在阅读和理解本说明书和附图时，将想到等同变化和/或修改。在所要求保护的范围内，所 描述的实施方式的修改以及其它实施方式是可能的。
【主权项】
1. 一种网络装置，所述网络装置包括： 收发器，所述收发器与无线网络操作性耦合，以经由无线网络的多个频道向另一个网 络装置发送数据或从另一个网络装置接收数据； 电子存储器，所述电子存储器存储包括指示所述无线网络的当前可用频道的条目的良 好信道列表;和 处理器，所述处理器用于： 使用字段中的割圆类生成序列Y={y(j)}，所述序列具有序列长度P，其中P是奇质数， 并且其中0< j<P， 在所述电子存储器中存储所述序列， 根据以下值生成索引值： 当前信道号， 当前绝对位置号，其指示时隙信道跳变通信协议即TSCH通信协议的当前时隙，和 信道偏移值，所述信道偏移值被分配给所述网络装置，以及 使用所述索引值和所述良好信道列表确定由所述索引值指示的、所述当前可用频道中 的选择的一个，以及 使所述收发器在给定时隙内使用所述当前可用频道中的所述选择的一个，向所述无线 网络发送数据或从所述无线网络接收数据。2. 根据权利要求1所述的网络装置， 其中所述处理器被配置为根据以下关系生成所述序列Y={y(j)}: y(0)=p-l，以及 y( j) = l〇g<i( j)mod(p-l)； 其中，0<j<p;并且 其中，α是所述序列长度p字段中的本原元素。3. 根据权利要求2所述的网络装置，其中所述处理器被配置为在不对任何对数求解的 情况下，使用算法生成所述序列Y = {y (j)}。4. 根据权利要求3所述的网络装置，其中，α = 2;并且其中所述处理器被配置为在不进 行任何乘法求解的情况下，使用所述算法生成所述序列Y={y(j)}。5. 根据权利要求4所述的网络装置，其中所述处理器被配置为在不进行任何模运算的 情况下，使用所述算法生成所述序列Y = {y (j)}。6. 根据权利要求5所述的网络装置， 其中所述处理器被配置为使用以下算法生成所述序列Y={y(j)}:7. 根据权利要求1所述的网络装置，其中所述处理器被配置为使用所述算法生成所述 序列Y= {y(j)}，而不进行任何取模运算。8. 根据权利要求1所述的网络装置，其中所述处理器被配置为在不对任何对数求解的 情况下，使用算法生成所述序列Y = {y (j)}。9. 根据权利要求8所述的网络装置，其中，α = 2;并且其中所述处理器被配置为在不进 行任何乘法求解的情况下，使用所述算法生成所述序列Y={y(j)}。10. 根据权利要求8所述的网络装置，其中所述处理器被配置为在不进行任何取模运算 的情况下，使用所述算法生成所述序列Y = {y (j)}。11. 根据权利要求1所述的网络装置， 其中所述处理器被配置为使用以下算法生成所述序列Y={y(j)}:12. 根据权利要求1所述的网络装置，其中所述处理器被配置成根据以下公式生成所述 索引值Index: Index= (Sequence[ (ASN+Offset) %p]) %ChannelN;并且 其中，ASN是所述当前绝对位置号，Offset是所述信道偏移值，ChannelN是所述当前信道 号并且％是取模运算。13. -种在无线网络中通信的方法，所述方法包括： 在网络装置中，使用字段中的割圆类生成序列Y={y(j)}，所述序列具有序列长度P，其 中P是奇质数，并且其中j<P; 在所述网络装置中，根据以下值生成索引值： 当前信道号， 当前绝对位置号，其指示时隙信道跳变通信协议即TSCH通信协议的当前时隙，和 信道偏移值，所述信道偏移值被分配给所述网络装置； 在所述网络装置中，使用所述索引值和所述良好信道列表，确定由所述索引值指示的、 多个当前可用频道中的选择的一个;以及 在给定时隙内使用所选择的可用频道，将数据在所述网络装置和无线网络之间传输。14. 一种网络装置，所述网络装置包括： 收发器，所述收发器与无线网络操作性耦合，以经由无线网络的多个频道向另一个网 络装置发送数据或从另一个网络装置接收数据； 电子存储器，其存储包括指示所述无线网络的当前可用频道的条目的良好信道列表； 和 处理器，所述处理器用于： 根据以下关系使用小步大步算法生成具有序列长度P的序列Y={y(j)}: y(0)=p-l，并且 y( j) = l〇ga( j)mod(p-l)， 其中所述序列长度P是质数，其中，〇<j<P，并且其中α是所述序列长度p字段的本原元 素， 在所述电子存储器中存储所述序列， 根据以下值生成索引值： 当前信道号， 当前绝对位置号，其指示时隙信道跳变通信协议即TSCH通信协议的当前时隙，和 信道偏移值，所述信道偏移值被分配给所述网络装置，以及 使用所述索引值和所述良好信道列表确定由所述索引值指示的、所述当前可用频道中 的选择的一个，并且 使所述收发器在给定时隙内使用所述当前可用频道中的所述选择的一个，向所述无线 网络发送数据或从所述无线网络接收数据。15. 根据权利要求14所述的网络装置， 其中所述处理器被配置为使用存储在所述电子存储器中的哈希表并使用以下算法生 成所述序列Y={y( j)}:其中，m是正整数。16. 根据权利要求15所述的网络装置，其中，α = 2;并且其中所述处理器被配置为使用 所述算法生成所述序列Y={y(j)}，其中使用移位运算计算t*cTm。17. 根据权利要求16所述的网络装置，其中η小于或等于p的平方根;其中m小于或等于p 的所述平方根;并且其中所述处理器被配置为使用所述算法生成所述序列Y= {y (j )}，其中 使用减法运算计算m(mod p)。18. 根据权利要求15所述的网络装置，其中η小于或等于p的平方根;其中m小于或等于p 的所述平方根;并且其中所述处理器被配置为使用所述算法生成所述序列Y= {y (j )}，其中 使用减法运算计算m(mod p)。19. 根据权利要求15所述的网络装置，其中m约等于p的所述平方根。20. -种在无线网络中通信的方法，所述方法包括： 在网络装置中，根据以下关系、使用小步大步算法生成具有序列长度P的序列Y={y (j)}： y(0)=p-l，并且 y( j) = l〇ga( j)mod(p-l)， 其中，所述序列长度P是质数，其中，〇<j<P，并且其中，α是所述序列长度p字段的本原 元素； 在所述网络装置中，根据以下值生成索引值： 当前信道号， 当前绝对位置号，其指示时隙信道跳变通信协议即TSCH通信协议的当前时隙，和 信道偏移值，所述信道偏移值被分配给所述网络装置； 在所述网络装置中，使用所述索引值和所述良好信道列表，确定由所述索引值指示的、 多个当前可用频道中的选择的一个;以及 在给定时隙内使用所选择的可用频道，将数据在所述网络装置和无线网络之间传输。
【文档编号】H04L5/00GK105959089SQ201610133414
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】C-F·施, A·E·扎法, J·周
【申请人】德克萨斯仪器股份有限公司