用于无线通信系统中的跳频的系统和方法

文档序号:10699218
用于无线通信系统中的跳频的系统和方法
【专利摘要】一种方法可包括确定与多个无线装置的至少一个关联的事件是否为活动的。该方法然后可包括当事件不是活动时向多个无线装置发送第一命令,使得第一命令将第一频率改变成第二频率。该方法还可包括当事件不是活动时向多个无线装置的部分的各无线装置发送第二命令,使得第二命令将第一频率改变成第二频率。在这里,多个无线装置的部分的各无线装置没有与事件关联。该方法然后可包括当事件不是活动时将与事件关联的第一无线装置的第三操作从第一频率改变成第二频率。
【专利说明】
用于无线通信系统中的跳频的系统和方法
技术领域
[0001] 本文所公开的主题一般涉及执行无线通信的装置。具体来说,本文所公开的实施 例涉及用于提供大量无线装置之间的可靠信道接入协议的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 许多装置可相互无线通信。可包括发射器和/或接收器的装置可接入特定频谱中 的频率信道,以便使用该频率信道向其他装置发送和/或从其他装置接收数据。例如,诸如 石油、天然气和能量作业之类的许多工业可使用收集与某些任务(例如能量生产、电动机速 度等)相关的数据的监测装置,并且可向监测石油、天然气和能量作业的控制系统无线发送 所收集数据。
[0003] -般来说,无线装置可遵循特定信道接入协议以获得装置之间的信道接入,以便 使装置之间的干扰、竞争数据传送之间的冲突、数据传送的过度延迟和其他通信中断的风 险为最小。但是,由于使用某些频谱的通信的某些规章制度,当前可用的信道接入协议可能 无法使装置相互有效通信。相应地,用于采用无线通信系统中的信道接入协议的改进系统 和方法是合乎需要的。

【发明内容】

[0004] 下面概述其范围与最初要求保护的本发明相称的某些实施例。这些实施例不是意 在限制要求保护的本发明的范围,这些实施例而是仅预计提供本发明的可能形式的概述。 实际上,本发明可包含可与下面提出的实施例相似或不同的多种形式。
[0005] 在第一实施例中,一种方法可包括经由多个无线装置的第一无线装置来确定与多 个无线装置的至少一个关联的一个或多个数据通信事件是否为活动的。该方法然后可在一 个或多个数据通信事件不是活动时向多个无线装置的每个发送第一命令,使得第一命令可 将多个无线装置的每个的第一操作从操作在第一频率改变成操作在第二频率。该方法然后 可包括在一个或多个数据通信事件为活动时向多个无线装置的部分的各无线装置发送第 二命令。在这里,第二命令可将多个无线装置的部分的各无线装置的第二操作从第一频率 改变成第二频率,使得多个无线装置的部分的各无线装置没有与一个或多个数据通信事件 关联。该方法然后可包括在一个或多个数据通信事件不是活动的之后将第一无线装置的第 三操作从第一频率改变成第二频率,使得第一无线装置可与一个或多个数据通信事件关 联。
[0006] 在第二实施例中,一种方法可包括经由多个无线装置的第一无线装置来确定下个 所调度跳频时间之前剩余的第一时间量;经由第一无线装置来确定用于第一无线装置与多 个无线装置的第二无线装置之间的下行数据(downstream data)传送完成的第二时间量; 以及在第二时间量大于第一时间量时经由第一无线装置将下行数据传送的第一数据分组 分片为第一数据分组片断和第二数据分组片断。该方法然后可包括经由第一无线装置使用 第一频率向第二无线装置发送第一数据分组片断;在下个所调度跳频时间将第一无线装置 的第一频率改变成第二频率;以及经由第一无线装置以第二频率向第二无线装置发送第二 数据分组片断。
[0007] 在第三实施例中,一种系统可包括第一无线装置,其可确定随后的所调度跳频时 间之前剩余的第一时间量,并且可确定用于第一无线装置与第二无线装置之间的下行数据 传送完成的第二时间量。第一无线装置然后可在第二时间量大于第一时间量时将下行数据 传送的第一数据分组分片为第一数据分组片断和第二数据分组片断。第一无线装置然后可 使用第一频率向第二无线装置发送第一数据分组片断。该系统还可包括第二无线装置,其 可确定用于第一无线装置与第二无线装置之间的上行数据(upstream data)传送完成的第 三时间量。第二无线装置还可在第三时间量大于第一时间量时使用第一频率来发送第三数 据分组片断,使得第三数据分组片断可包括上行数据传送的第二数据分组的部分。
【附图说明】
[0008] 通过参照附图阅读以下详细描述,将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方 面和优点,附图中,相似标号在附图中通篇表示相似部件,附图包括: 图1是按照本公开的一实施例的无线通信系统的图示; 图2是按照本公开的一实施例、图1的无线通信系统的无线装置的框图; 图3是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的星形网络配置的框图; 图4是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的树形网络配置的框图; 图5是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的上行数据传送的时序 图; 图6是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的下行数据传送的时序 图; 图7是按照本公开的另一个实施例、可用于图1的无线通信系统中的上行数据传送的时 序图; 图8是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的跳频协议的流程图; 图9是按照本公开的另一个实施例、可用于图1的无线通信系统中的跳频协议的流程 图;以及 图10是按照本公开的一实施例、可用于图1的无线通信系统中的时序图。
【具体实施方式】
[0009] 下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。在提供这些实施例的简要描述的过 程中,本说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当理解,在任何这种实际实现的开 发中,如同任何工程或设计项目中那样,必须进行许多实现特定的判定以便实现开发人员 的特定目标,例如符合系统相关和业务相关限制,这些限制可对每个实现而改变。此外,应 当理解,这种开发工作可能是复杂且费时的,但仍然是获益于本公开的技术人员进行的设 计、制作和制造的日常事务。
[0010] 在介绍本发明的各个实施例的元件时,限定词"一"、"一个"、"该"和"所述"预计表 示存在元件的一个或多个。术语"包含"、"包括"和"具有"预计包含在内,并且表示可存在除 了列示元件之外的附加元件。术语"信道接入"表示由无线装置用来协商对频谱中的信道的 接入以发送和/或接收数据的各种系统和协议。术语"跳变边界"表示无线通信系统可跳变 到新频率或频率信道的下个时间。
[0011]如上所述,无线装置可遵循特定信道接入协议以获得装置之间的信道接入,使得 信道接入协议满足通信的某些规章制度。也就是说,用于无线通信的各种频谱可由某些管 理机构来监督。例如,一些频谱可以是许可的,并且包括使用那些频谱中的信道的无线装置 的某些规章制度。另外,频谱可具有基于预计使用频谱的无线装置的数量和性质的不同量 的信道和位速率。例如,频谱可具有基于两个无线装置之间的平均预计距离的位速率。在另 一个示例中,频谱的位速率可基于可在数据到达其预计接收方之前对其发送消息的无线装 置的数量。
[0012] 记住以上所述,信道接入协议可提供无线装置可执行的规程,以便相互协商以获 得对其可用的各种频率信道的接入,以便基于所指定频谱来发送和/或接收数据。一种类型 的信道接入协议包括跳频。在这里,装置可周期地切换或"跳变"到新频率信道,以尝试数据 传送。虽然跳频协议实际上可用来传送数据,但是这个协议可能不提供为信道接入准备的 有效方式。例如,跳频协议在传送数据之前首先涉及某些调谐过程,以便确保装置在特定频 率信道上停留对于数据传送的预计时长足够长的时间。此外,如果预计数据传送将不会在 到另一个频率信道的下一跳之前完成,则跳频协议可请求装置推迟数据传送。
[0013] 另一种类型的信道接入协议包括载波侦测多址,其可在尝试数据传送之前检验其 他业务的不存在。与上述跳频协议相似,载波侦测多址协议可能不会在无线装置之间有效 地传递数据。也就是说,载波侦测多址协议可遭受"隐藏节点"问题,其中装置可能是特定频 率信道上的部分装置而不是全部装置可见的。另外,可能难以使装置确定在有噪声频谱中 "纯信道"是什么。
[0014] 作为介绍,图1示出无线通信系统10。无线通信系统10可包括多个无线装置12A、 128、12(:、120。图1所示的无线通信系统10提供使用的说明性上下文,其中无线装置124可具 有与主站14的通信链路,主站14又可具有与数据控制中心16的通信链路。其他无线装置 12B、12C、12D可连接到石油或天然气井以及关联处理、运输和存储基础设施。例如,无线装 置12B可具有与流体运输管道18的通信链路,无线装置12C可具有与流体箱20的通信链路, 以及无线装置12D可具有与处理工厂22的通信链路。此外,无线通信系统10可使用信道接入 系统,其可包括控制信号和跳频协议,以增加装置之间的数据传送的速度,并且降低数据传 送之间的干扰和冲突的风险。下面将更详细描述关于本文所采用的信道接入系统的附加细 To
[0015] 如将会理解,图1所示的石油和天然气操作只是可采用无线通信系统10的状况的 一个示例。因此,应当理解,本文所述的系统和方法可用于各种类型的操作和环境中。
[0016] 无线通信系统10中的各无线装置12六、128、12(:、120可包括处理器24、存储器26和 收发器28,如图2所示。为了便于论述,图2的以下描述参照无线装置12A进行,但是应当理 解,以下所述的特征可在各无线装置12A、12B、12C、12D中提供。
[0017] 处理器24可包括例如通用单芯片或者多芯片微处理器。另外,处理器24可以是任 何常规专用处理器,例如专用处理器或电路。处理器24和/或其他数据处理电路可在操作上 耦合到存储器26,以便运行与特定无线装置12A有关的指令。例如,这些指令可在存储于存 储器26的程序中编码,存储器26可以是有形非暂时计算机可读介质的示例,并且可由处理 器24来访问和运行,以允许执行当前所公开技术。存储器26可以是大容量存储装置、闪速存 储器装置、可拆卸存储器或者任何其他非暂时计算机可读介质。作为补充和/或替代,指令 可存储在附加的适当制造产品中,其可包括至少一个有形非暂时计算机可读介质(其按照 与上述存储器26相似的方式至少存储这些指令或例程)。
[0018] 收发器28可以是任何适当电路或组件,其在操作上耦合到处理器24,以用于发送 和/或接收数据。在某些实施例中,无线装置12A可包括独立发射器和接收器而不是整体收 发器28。虽然当前所公开的无线装置12六、128、12(:、120的每个可描述为具有收发器28,但是 应当注意,在其他实施例中,单个收发器28可耦合到若干无线装置(例如无线装置12A、12B、 12C、12D)的处理器24。无线装置12A还可包括一般组件和电路30,其涉及由特定无线装置 12A所执行的特定任务。
[0019] 图3和图4示出两个常见配置,其可用于无线通信系统10中的无线装置12A、12B、 12C、12D。如图3所示,星形网络38可包括单个接入点32和任何数量的远程单元(remote)34, 其可与接入点32但是不与其他远程单元34进行通信。又参照图1,所示的无线通信系统10表 示星形网络38。星形网络38可称作"单跳"通信网络,因为数据传送直接在发送方与接收方 之间进行。
[0020] 图4示出树形网络40,其可包括单个接入点32、任何数量的远程单元34和任何数量 的路由器36。接入点32可如所示与第一层(tier)42中的远程单元34和路由器36直接通信; 但是,第一层42中没有无线装置12可相互通信。第一层42中的路由器36可与第二层44中的 任何数量的远程单元34和路由器36进行通信。与第一层42的无线装置12相似,第二层44中 的远程单元34和路由器36不可相互直接通信。第二层44中的任何路由器36可与第三层46中 的任何数量的远程单元34和路由器36进行通信;第三层46中的远程单元34和路由器36不可 相互直接通信。虽然图4示出三层,但是应当理解,任何数量的层可存在于树形网络40中,只 要层的数量大于或等于二。树形网络40可称作"多跳"通信网络,因为数据传送在发送方与 接收方之间间接进行;也就是说,数据传送在到达数据传送的目标之前必须经过至少一个 附加无线装置12。
[0021] 记住以上所述,无线通信系统10中的无线装置12六、128、12(:、120可划分为三个类 另IJ:接入点32、远程单元34和路由器36。接入点32可以是无线装置,其充当无线通信系统10 中的通信的协调器。又参照图1,无线装置12A可以是接入点32,因为它可在通信上耦合到主 站14并且通过扩展耦合到数据控制中心16。在一个实施例中,无线通信系统10具有一个接 入点32,但是它可具有多个接入点32,这取决于采用无线通信系统10的操作。在某些实施例 中,接入点32可与远程单元34和路由器36的部分或全部进行通信,这取决于无线通信系统 10的配置。
[0022]远程单元34可以是无线装置,其充当无线通信系统10中的端装置。远程单元34不 可路由无线业务,与接入点32或路由器36不同,但是可与接入点32以及路由器36的部分进 行通信,这取决于无线通信系统10的配置。远程单元34的常见示例可包括传感器(例如全球 定位系统(GPS)传感器、速度传感器等)和控制器(例如可编程逻辑控制器、远程终端单元 等)。例如,图1中的无线装置12B、12C、12D全部可以是远程单元34。无线通信系统10可具有 任何数量的远程单元34。
[0023]路由器36可以是无线装置,其可将无线业务从接入点32路由到一个或多个远程单 元34,以及在一些实施例中路由到一个或多个路由器36。因此,路由器36可与接入点32、远 程单元34的部分和路由器36的部分进行通信,这取决于无线通信系统10的配置。无线通信 系统10可具有任何数量的远程单元36。
[0024] 如上所述,无线装置12六、128、12(:、120可经由特定频谱中的一组频率信道相互通 信。例如,900 MHz工业、科学和医疗(ISM)频带是为业余无线电以及其他工业、科学和医疗 设备所分配的频谱。由无线装置12六、128、12(:、120所使用的特定频谱可以是许可或无需许 可的。一些频谱(例如200 MHz、400 MHz等)可具有低带宽信道,而其他频谱可具有高带宽信 道。又一些频谱可以是固定频率窄带网络,而其他频谱可以是高速多信道网络。频率信道的 数量以及特定频谱中的各频率信道的位速率可部分通过使用该频谱的无线装置的数量和 类型以及数据传送的平均预计时间和大小等等来确定。
[0025]如上所述,信道接入协议可包括无线装置12六、128、12(:、120可通过其来相互协商 以获得对频率信道的接入并且相互传送数据的方法。具体来说,信道接入协议可设计成使 装置之间的干扰和数据传送之间的冲突(其可引起无线装置12六、128、12(:、120的重复数据 传送)的风险为最小,以确保数据传送完成并且由适当目标来接收。
[0026]为了降低数据传送之间的干扰和冲突的风险,无线通信系统10中的无线装置12A、 12B、12C、12D可使用信道接入系统,其可包括用于使用控制信号帧的跳频的方法。例如,图 5-7示出控制信号帧48可如何用来采用无线通信系统10中的跳频协议的三个实施例。在一 个实施例中,控制信号帧48可限制远程单元34和路由器36参与数据事务,除非由接入点34 给定准许。此外,如以下所述,控制信号帧48可用来通过提供跳数和跳变序列的定时信息来 扩大跳频协议。与常规跳频或载波侦测多址协议相比,针对图8-10详细描述的用于跳频的 方法可允许不同类型的网络(例如星形或树形网络)以较低量的等待时间和失败数据传送 来执行跳频。
[0027]现在来看图5,示出无线通信系统10中的上行数据传送的示例。控制信号帧48可包 括小数据集合,其一般指示对应无线装置12六、128、12(:、120的特定状态。在某些实施例中, 控制信号帧48可包括争用帧50、争用请求52、争用准予54和确认帧56。这些帧可与数据帧62 结合用来执行数据传送。
[0028] 如上所述,无线通信系统10可包括接入点32和两个远程单元34。因此,图5所示的 上行数据传送可对应于作为星形网络配置38的无线通信系统10。
[0029]记住这一点并且参照图3和图5,接入点32可通过向所有远程单元34广播争用帧50 来发起数据传送。在广播争用帧50时,接入点32可开始争用周期64,其中远程单元34可相互 竞争以执行数据事务。一旦远程单元34其中之一接收争用帧50,以及如果它有数据要传送, 则相应远程单元34可在争用周期64期间的任何点向接入点32发送争用请求52,以便请求对 接入点32可使用的特定频率信道的接入。争用周期64的长度可基于用于相应远程单元34接 收争用帧50和发送争用请求52的平均预计时间、操作在无线通信系统10中的无线装置的数 量、无线信号必须传播的物理距离等而改变。如果接入点32在争用周期64期间没有接收到 争用请求52,则它可向所有远程单元34重新广播争用帧50。
[0030]由于可存在无线通信系统10中进行操作的多个远程单元34,所以争用请求52可包 括与特定远程单元34关联的装置地址66。如将会理解,各无线装置12六、128、12(:、120可在发 送控制信号帧48时包括其自己的装置地址66,以标识作为帧的发送方的身份。争用请求52 还可包括远程单元34可请求发送的数据量。因此,争用请求52可影响当存在由相应无线装 置12六、128、12(:、120的即将到来跳数时是否准予远程单元34对接入点32的接入。
[0031] 一旦接入点32开始接收来自远程单元34的争用请求52,接入点32可发送争用准 予,以通知对应远程单元34关于它具有在有空闲信道时执行相应数据传送的准许。如果特 定远程单元34在争用周期64中没有接收到争用准予54,则相应远程单元34可假定存在拥 塞,并且保持为静寂,直到它接收另一个争用帧50。在其他实施例中,接入点32可向所有远 程单元34广播争用准予54,并且可包括将参与数据传送的相应远程单元34的相应装置地址 66;远程单元34则可通过相应装置地址66来确定是否将允许它们上行发送数据。争用准予 54还可包括可允许远程单元34在那个时间传送的数据量。在一个实施例中,可允许远程单 元34传送的数据量可能不等于争用请求52中列示的数据量。
[0032]虽然图5示出参与远程单元34基于接收争用请求52的时间来选择,但是应当理解, 其他方法可用来选择接收争用准予54的相应远程单元34。例如,接入点32可使用伪随机发 生器来选择相应远程单元34,或者它可基于与相应远程单元34的上一次通信之间的时间周 期(例如,哪一个远程单元等待了最长时间)来选择相应远程单元34。在另一个实施例中,接 入点32可按照特定顺序或者按照通信的设定调度向各远程单元34发送争用准予54。此外, 在一些实施例中,远程单元34可在争用请求52中包含优先等级,以指示特定数据传送的重 要性和/或紧急性。接入点32然后可在选择远程单元34时考虑优先等级。
[0033] 一旦相应远程单元34接收争用准予54,则相应远程单元34则可向接入点32发送数 据帧62。数据帧62可包括源和目标装置的装置地址66。在这个时间周期期间,所有其他远程 单元34可以是静寂的。这个静寂可降低因多个远程单元34同时尝试发送数据引起的数据通 信冲突的风险。数据通信冲突可导致重复传送,以确保传送是成功的。在一些实施例中,接 入点32可向远程单元34发送确认帧56,以识别成功数据传送。
[0034] 通过使用控制信号帧48,无线通信系统10可不太容易受到数据传送之间的干扰和 冲突,因为所有远程单元34都是接入点32可见的以及是相互可见的。此外,因为所有其他远 程单元34在实际数据传送期间是静寂的,所以干扰或冲突的任何风险可主要在控制信号帧 48之间发生。这在遭遇大量噪声和偶尔频率特定干扰的频谱中可能是特别有益的。另外,如 上所述,控制信号帧48可包括小数据集(例如小于20字节)。因此,在可能存在冲突或重复传 送的情况下,无线通信系统10可遭遇效率的最小损失或损耗。
[0035] 图6示出在接入点32与远程单元34的两个之间的下行数据传送。在挂起下行数据 事务的情况下,接入点32可发送数据帧62,与在对相应远程单元34的通信的下个时机的另 一个争用帧50相反。再次由于所有远程单元34可能是静寂的,直到它们接收争用准予54为 止,所以下行业务与上行业务冲突的概率可以是最小的。
[0036] 控制信号帧48还可适合于树形网络40,如图7所示。在树形网络40中,路由器36可 充当接入点和远程单元,这取决于传送的当前状态。例如,图7示出也在图7中示出的示例树 形网络68的上行数据传送的时序图。如图7所示,接入点32可与具有REl的装置地址66的远 程单元34和具有ROl的装置地址66的路由器36直接通信。路由器36又可与具有RE2的装置地 址66的远程单元34以及具有RE3的装置地址66的远程单元34直接通信。如上所述,任何数据 传送可开始于接入点32发送争用帧50,之后接着等待争用周期64。但是,如图7所示,路由器 36(R01)可通过向可与其通信的无线装置转发争用帧50并且设定争用周期64(在此期间,与 其通信的无线装置可采用争用请求52进行响应)来充当其自己的小网络的接入点32。在一 个实施例中,接入点32可基于用于控制信号帧48和数据帧62的多跳的平均传送时间来确定 争用周期64的长度。
[0037] 一旦路由器36 (ROl)接收来自远程单元34 (RE2)或远程单元34 (RE3)的争用请 求52,路由器36 (ROl)可将请求转发到接入点32,其中来自远程单元34 (RE2)或远程单元 34 (RE3)的争用请求52可与来自具有装置地址REl的远程单元34的争用请求52竞争。接入 点32则可选择远程单元34之一来参与数据传送,并且可向所选远程单元34或者向路由器36 发送争用准予54。如果路由器36接收争用准予54,则路由器36可将争用准予54转发到适当 远程单元34,其可采用数据帧62(其然后可由路由器36转发到接入点32)进行响应。如同上 行和下行数据传送的先前示例一样,没有接收争用准予54的所有其他远程单元34可以是静 寂的,直到广播下个争用帧50。如果无线通信系统包括确认帧56,则接入点32可向接入点32 从其中接收数据的远程单元34发送确认帧56。在一些实施例中,争用请求52可由路由器36 直接准予,并且可以不转发到接入点32,如图7所示。在路由器36像接入点32那样起作用的 时间周期期间,远程单元34完全好像它们与接入点32进行通信一样进行通信,但是与其特 定路由器36进行通信。然后,在路由器36像远程单元34那样起作用的时间周期期间,路由器 36可传送数据帧62,好像它是从其中始发数据帧的远程单元34-样。
[0038]为了进一步降低无法与无线通信系统10中的各无线装置进行通信的机会,控制信 号帧48还可包括同步帧和关联帧,以便使新连接的无线装置能够在无线通信系统10中进行 通信。在一个实施例中,同步帧可由接入点32和路由器36周期地生成,并且在下个可用时机 向所有远程单元34和路由器36广播。同步帧可包括接入点32的当前频率信道、任何即将到 来跳数的定时信息以及跳变序列或者计算跳变序列的方法。在接收同步帧时,远程单元34 可在时间和频率上同步其通信调度,以匹配接入点32。在各无线装置与接入点32同步之后, 各无线装置可生成关联帧,以发送给接入点32。在这里,无线通信系统10中在加入无线通信 系统10之后没有发送关联帧的任何无线装置可在与接入点32同步之后发送关联帧。在一个 实施例中,关联帧60可包括相应无线装置的所提出装置地址66以及相应无线装置的层和接 入点32与相应无线装置之间的对应路由选择信息。接入点32然后可向具有最终装置地址66 的相应无线装置发送响应帧,以识别相应无线装置。因此,无线通信系统10可以能够动态适 应添加或减少远程单元34。无线通信系统10还可以能够基于路由器36的添加和减少在星形 网络38与树形网络40配置之间动态切换。表1包括无线装置可发起的所有控制信号帧48的 LUU07」 衣丄
如上所述,无线通信系统10还可采用用于跳频的方法。在跳频协议中,无线通信系统10 在某个时间周期(以下称作"停留时间")之后移动或"跳变"到新频率。也就是说,无线通信 系统10中的所有无线装置12六、128、12(:、120可在停留时间已经到期之后移动到新频率信 道。
[0040] 为了降低无线装置12六、128、12(:、120移动到不正确频率、过早或过迟移动到新频 率或者根本不移动到新频率的风险,无线装置12六、128、12(:、120可相互同步。例如,无线装 置12六、128、12(:、120可使用上述同步帧来相互同步。同步帧可包括无线通信系统10的定时 信息和/或计算跳变序列中的特定频率(或信道)的方法。在一个实施例中,无线装置12A、 12B、12C、12D可使用伪随机数发生器、使用表示无线通信系统10的网络ID作为公共籽晶等 计算跳变序列中的频率。
[0041] 如上所述,接入点32可发起与远程单元34的所有通信。因此,无线通信系统10可考 虑相对于事件的停留时间而不是时间。图8示出星形网络配置38中的接入点32可用来执行 跳频协议的方法70的流程图。虽然方法70描述为由接入点32来执行,但是应当注意,方法70 可由无线通信系统10中的无线装置12六、128、12(:、120的任一个来执行。
[0042]在一个实施例中,在框72,接入点32可检测事件(例如成功数据传送)是已经完成 还是活动的。如果不存在活动的事件,则接入点32可进入框74,并且向无线通信系统10中的 所有装置发送执行跳频的命令。作为替代或补充,当没有事件为活动时,网络中的所有无线 装置12可使用时间来执行跳频。
[0043]但是,如果事件仍然是活动的,则接入点32可进入框76,并且向无线通信系统10中 没有参与该事件的所有装置发送对跳变边界执行跳频的命令。跳变边界可通过停留时间的 到期来指定。因此,参与事件(例如数据传送)的无线装置12可保持在发起数据传送的当前 频率信道上,并且然后一旦数据传送完成,则跳变到正确信道(框78)。同时,无线通信系统 10中没有参与事件的其他装置仍然可在框76按照网络停留时间进行跳变。
[0044]如果无线通信系统10使用控制信号帧48,则没有接收争用准予54的远程单元34可 以是静寂的,直到它们接收争用帧50。但是,因为接入点32在另一个信道上正忙,所以其他 远程单元34可能没有接收争用帧50,并且因而可能是静寂的(即,保持挂起数据),直到接入 点32完成前一数据传送并且跳变到新频率信道。因此,无线通信系统10可丢失较少因跳变 期间的失败传送而丢失的数据。另外,通过使接入点32和对应远程单元34能够在跳变之前 完成数据传送,接入点32与所有远程单元34之间的通信可紧接接入点32跳变之后恢复。
[0045] 因为参与无线装置可保持在相同频率信道上,直到数据传送完成为止,所以参与 无线装置与接入点32之间的数据传送可在停留时间到期之后继续进行,而没有遭遇因跳变 引起的重传的损失。此外,接入点在无线装置可确定数据传送可能过于接近跳变边界发生 时的阶段中可以不发送数据以完成数据传送,并且可将数据传送推迟到下一跳之后。实际 上,因跳变引起的任何等待阶段和重传可限制到控制信号帧48,如上所述,其设计成较小大 小,并且可在等待时间方面具有极低影响。
[0046] 在某些实施例中,具有树形配置40的无线通信系统10可使用不同类型的跳频协 议。也就是说,接入点32最初可假定无线通信10具有星形网络配置38,并且最初可使用上述 跳频方法70。但是,一旦经由关联帧警告接入点32关于路由器36已经加入无线通信系统10, 接入点32可生成对关联帧的响应,其可包括新连接路由器36的装置地址66以及与加入无线 通信系统I 〇的相应路由器36对应的偏移。因此,当相应路由器36充当接入点时,相应路由器 36可将偏移应用于跳频序列,以接入新信道。这可允许同一层上的多个路由器共存,因为它 们具有不同的偏移,并且因此可同时在不同信道上。此外,无线装置的同步信息可由顶至下 仓1J建,使得相应路由器36可从相应路由器36上方的层中的接入点32或路由器36来接收同步 信息。相应路由器36则可生成同步帧以发送给位于相应路由器36之下的层的装置,由此允 许跨所有层的所有装置共同保持同步。
[0047] 现在参照图9的方法80,所有数据传送可如它们在方法70中那样进行,只不过各数 据传送可在跳变边界之前完成。因为涉及装置的多个层,所以允许数据传送跨越跳频边界 可使多个装置以及甚至装置的整个层相互不同步,特别是在数据传送跨越多个层时。
[0048]记住这一点,为了允许数据传送进行,方法80可如以下所述对所传送数据动态分 片。在一个实施例中,在框82,执行跳变边界的无线装置12六、128、12(:、120(即,接入点32或 路由器34)可确定停留时间中剩余的时间量。在框84,无线装置12A、12B、12C、12D可确定所 请求数据传送是预计用于上行传送还是下行传送。如果数据传送是下行的,则无线装置 12A、12B、12C、12D可进入框86。在框86,无线装置12A、12B、12C和12D可基于用于数据传送的 位速率来确定传送时间是否比剩余停留时间长。如果传送时间比剩余停留时间长,则无线 装置12A、12B、12C、12D可进入框88。在框88,无线装置12A、12B、12C、12D可将数据分片成适 合剩余停留时间的大小,使得所占用带宽为最大。数据分组的其余部分则可推迟到下个传 送时机或者下一跳之后。在一个实施例中,可对数据分组多次分片。例如,当分片数据仍然 过大而无法在停留时间期间发送时,则可对数据分组多次分片。
[0049] 又参照框86,如果传送时间小于剩余停留时间,则无线装置12A、12B、12C、12D可进 入框90。在框90,无线装置12六、128、12(:、120可正常传送数据(8卩,发送数据帧62)。
[0050] 又参照框84,如果所请求数据传送是上行数据传送,则无线装置12A、12B、12C、12D 可进入框92。在框92,无线装置12A、12B、12C和12D可基于位速率来确定预计传送时间是否 比剩余停留时间长。如果预计传送时间比剩余停留时间长,则无线装置12六、128、12(:、120可 进入框94。在框94,无线装置12六、128、12(:、120可接收分片数据。因此,接收无线装置12八、 128、12(:、120可发送争用准予54,其包括无线装置124、128、12(:、120可下行发送的数据量。 下行无线装置12A、12B、12C、12D然后可将分组分片成所准予的大小,完成数据传送,并且将 分片数据分组的其余部分推迟到下个时机。在一个实施例中,发射无线装置12A、12B、12C、 12D可确定如何将数据分片成适合剩余停留时间的大小,由此使所占用带宽为最大。
[0051 ] 如果在框92,预计传送时间比剩余停留时间短,则无线装置12A、12B、12C、12D可进 入框96。在框96,发射无线装置12六、128、12(:、120可继续传送数据(8卩,发送争用准予54)。 [0052]为了进一步使树形网络40中的等待时间为最小,无线通信系统10中的无线装置 12A、12B、12C、12D可同时操作无线通信系统10的非干扰层。如上所述,所有无线装置12A、 128、12(:、120都可使用关联帧来跟踪接入点32与无线装置124、128、12(:、120之间的路由选 择信息。路由选择信息还可包括它们可用来确定跳频的频率信道的任何偏移。为此,无线通 信系统10的每隔一个层中的路由器36可充当接入点,而相应路由器36上方和之下的路由器 36可充当远程单元34,如图10所示。因此,所有无线装置12六、128、12(:、120可同时是活动的, 进一步减少等待时间。作为补充或替代,当同一层中的接入点32或路由器36为静寂或者分 别充当远程单元34时,远程单元34可在停留时间周期期间变为不活动或者进入低功率循 环。这可降低远程单元34之间的功率消耗,由此总体上降低无线通信系统10中的功率消耗。 [0053]在某些实施例中,接入点32可自动将停留时间一分为二。因此,停留时间的第一一 半可用于接入点32与其直接网络进行通信,而第二一半可为间接网络中的通信(例如经由 路由器)所保留。接入点32可在停留时间的第二一半期间保持为静寂,以及任何第一层路由 器36可在停留时间的第一一半期间充当星形网络38中的远程单元。在停留时间的第二一半 期间,第一层路由器36可跳变到使用关联帧60中提供的偏移所计算的新频率信道,并且然 后可充当其本地网络的接入点32。
[0054]所公开实施例的一个或多个单独或组合地可提供对于无线通信系统有用的一个 或多个技术效果。某些实施例可降低数据传送之间的冲突的风险。例如,本文所公开的实施 例可包括使用控制信号帧来识别可在给定时间传送数据的装置。因此,同时尝试在相同频 率信道上传送数据的装置的数量可减少。其他实施例可减少通过跳频所中断的数据传送的 数量。例如,本文所述的实施例可包括一种用于跳频的方法,使得参与数据传送的任何装置 可保持在相同频率信道上,直到传送完成。又一些实施例可允许数据传送在跳频协议的任 何时间进行。例如,本文所述实施例可包括一种用于跳频的方法,其中装置根据下一跳之前 剩余的时间量和需要传送的数据量将所传送数据分片为多个分组。本说明书中的技术效果 和技术问题是示范性而不是限制性的。应当注意,说明书中所述的实施例可具有其他技术 效果,并且能够解决其他技术问题。
[0055]本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明,并且还使本领域的技术人员 能够实施本发明,包括制作和使用任何装置或系统,以及执行任何结合方法。本发明的专利 范围由权利要求书来定义,并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他 示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元,或者如果它们包括具有与权利要求 的文字语言的非实质差异的等效结构单元,则预计它们落入权利要求的范围之内。
【主权项】
1. 一种方法,包括: 经由多个无线装置的第一无线装置来确定与所述多个无线装置的至少一个关联的一 个或多个数据通信事件是否为活动的; 当所述一个或多个数据通信事件不是活动时向所述多个无线装置的每个发送第一命 令,其中所述第一命令配置成将所述多个无线装置的每个的第一操作从操作在第一频率改 变成操作在第二频率; 当所述一个或多个数据通信事件为活动时向所述多个无线装置的部分的各无线装置 发送第二命令,其中所述第二命令配置成将所述多个无线装置的所述部分的各无线装置的 第二操作从所述第一频率改变成所述第二频率,其中所述多个无线装置的所述部分的各无 线装置没有与所述一个或多个数据通信事件关联;以及 在所述一个或多个数据通信事件不是活动的之后将所述第一无线装置的第三操作从 所述第一频率改变成所述第二频率,其中所述第一无线装置与所述一个或多个数据通信事 件关联。2. 如权利要求1所述的方法,其中,在所述第一无线装置执行发送或接收确认帧的至少 一个之后,所述一个或多个数据通信事件不是活动的。3. 如权利要求1所述的方法,包括经由所述第一无线装置向所述多个无线装置发送包 括所述第二频率的同步控制帧。4. 如权利要求1所述的方法,其中,改变所述第一无线装置的所述第三操作包括在所述 多个无线装置的所述部分的各无线装置的所述第二操作从所述第一频率改变成所述第二 频率之后改变所述第三操作。5. 如权利要求1所述的方法,其中,所述第一命令配置成在停留时间到期之后改变所述 多个无线装置的每个的所述第一操作。6. -种方法,包括: 经由多个无线装置的第一无线装置来确定下个所调度跳频时间之前剩余的第一时间 量; 经由所述第一无线装置来确定用于所述第一无线装置与所述多个无线装置的第二无 线装置之间的下行数据传送完成的第二时间量; 当所述第二时间量大于所述第一时间量时,经由所述第一无线装置将所述下行数据传 送的第一数据分组分片为第一数据分组片断和第二数据分组片断; 经由所述第一无线装置使用第一频率向所述第二无线装置发送所述第一数据分组片 断; 在所述下个所调度跳频时间将所述第一无线装置的所述第一频率改变成第二频率;以 及 经由所述第一无线装置以所述第二频率向所述第二无线装置发送所述第二数据分组 片断。7. 如权利要求6所述的方法,包括当所述第二时间量不大于所述第一时间量时,经由所 述第一无线装置向所述第二无线装置发送所述数据分组。8. 如权利要求6所述的方法,其中,用于所述第一无线装置与所述第二无线装置之间的 所述下行数据传送的所述第二时间量基于与所述下行数据传送关联的位速率来确定。9. 如权利要求6所述的方法,包括当用于在所述第一无线装置与所述第二无线装置之 间传送所述第二数据分组片段的第三时间量大于所述下个所调度跳频时间之前剩余的第 四时间量时,将所述第二数据分组片断分片为第三数据分组片断和第四数据分组片断。10. 如权利要求6所述的方法,包括经由所述第一无线装置向所述第二无线装置发送同 步帧,其中所述同步帧包括所述第二频率和所述下个所调度跳频时间。11. 如权利要求10所述的方法,包括经由所述第一无线装置在所述下个所调度跳频时 间向所述多个无线装置发送所述同步帧。12. 如权利要求6所述的方法,包括经由所述第一无线装置来生成包括路由选择信息 的关联帧,所述路由选择信息对应于相对所述第二无线装置的所述第一无线装置。13. 如权利要求6所述的方法,包括 经由所述第一无线装置来确定用于所述第一无线装置与所述多个无线装置的第三无 线装置之间的上行数据传送完成的第三时间量;以及 当所述第三时间量大于所述第一时间量时,经由所述第一无线装置使用所述第一频率 从所述第二无线装置来接收第三数据分组片断,其中所述第三数据分组片断包括所述上行 数据传送的第二数据分组的部分。14. 一种系统,包括: 第一无线装置,配置成: 确定随后的所调度跳频时间之前剩余的第一时间量; 确定用于所述第一无线装置与第二无线装置之间的下行数据传送完成的第二时间量; 当所述第二时间量大于所述第一时间量时将所述下行数据传送的第一数据分组分片 为第一数据分组片断和第二数据分组片断;以及 使用第一频率向所述第二无线装置发送所述第一数据分组片断;以及 第二无线装置,配置成: 确定用于所述第一无线装置与第二无线装置之间的上行数据传送完成的第三时间量; 以及 当所述第三时间量大于所述第一时间量时使用所述第一频率来发送第三数据分组片 断,其中所述第三数据分组片断包括所述上行数据传送的第二数据分组的部分。15. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第一无线装置配置成: 在所述下个所调度跳频时间将所述第一频率改变成第二频率;以及 以所述第二频率向所述第二无线装置发送所述第二数据分组片断。16. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第一无线装置配置成向所述第二无线装置发 送同步帧,其中所述同步帧包括所述第二频率和所述下个所调度跳频时间。17. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第一数据分组片断配置成在所述第一时间量 期间被发送。18. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第一无线装置包括接入点、远程单元或路由 器。19. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第二无线装置包括接入点、远程单元或路由 器。20. 如权利要求14所述的系统,其中,所述第二无线装置配置成当所述第三时间量不大 于所述第一时间量时发送所述第二数据分组。
【文档编号】H04W72/04GK106068614SQ201580013092
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年1月9日 公开号201580013092.X, CN 106068614 A, CN 106068614A, CN 201580013092, CN-A-106068614, CN106068614 A, CN106068614A, CN201580013092, CN201580013092.X, PCT/2015/10765, PCT/US/15/010765, PCT/US/15/10765, PCT/US/2015/010765, PCT/US/2015/10765, PCT/US15/010765, PCT/US15/10765, PCT/US15010765, PCT/US1510765, PCT/US2015/010765, PCT/US2015/10765, PCT/US2015010765, PCT/US201510765
【发明人】J.M.维尔塞夫斯基
【申请人】通用电气公司
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