專利名稱：基于無干擾組的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
電子制造技術(shù)的發(fā)展使得能夠大量制造便宜的無線設(shè)備。目前非常關(guān)注將無線設(shè)備和無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大力擴(kuò)展到傳統(tǒng)通信應(yīng)用之外。
非常期望的是包括許多低成本設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的多種新應(yīng)用。通常希望這些網(wǎng)絡(luò)是稱為自組網(wǎng)(ad hoc)的網(wǎng)絡(luò)。在無線網(wǎng)絡(luò)的上下文中，自組網(wǎng)是指當(dāng)大量設(shè)備通電，并且這些設(shè)備中的至少一些在彼此的范圍內(nèi)時(shí)，這些設(shè)備將協(xié)同工作形成網(wǎng)絡(luò)。不需要由網(wǎng)絡(luò)工程師進(jìn)行詳細(xì)計(jì)劃，就能形成自組網(wǎng)。從無線鏈接的觀點(diǎn)考慮，自組網(wǎng)中設(shè)備的布置是相對(duì)隨機(jī)的。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用，按需要來布置設(shè)備。可能碰巧許多設(shè)備放置得很近，而產(chǎn)生干擾的可能。
包括許多低成本設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的一種應(yīng)用是“傳感器網(wǎng)絡(luò)”。通常，認(rèn)為傳感器網(wǎng)絡(luò)包括許多耦合到傳感器的無線設(shè)備，以及一個(gè)或幾個(gè)耦合到數(shù)據(jù)接收器的無線設(shè)備。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要是從傳感器到數(shù)據(jù)接收器的。可能會(huì)有少量從數(shù)據(jù)接收器到傳感器的控制信號(hào)。因此，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，最主要的問題涉及從傳感器向數(shù)據(jù)接收器發(fā)送消息。
可由任何無線網(wǎng)絡(luò)使用的帶寬受到規(guī)制的約束。隨著特定地點(diǎn)中的無線設(shè)備的數(shù)量增加，帶寬限制成為一個(gè)問題，以至于必須由該網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備共享有限的帶寬。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，通過將部署蜂窩網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域分成大量小區(qū)，小區(qū)的大小大致是移動(dòng)無線設(shè)備的范圍，并且以相鄰小區(qū)使用不同子帶的方式將特定子帶分配給特定小區(qū)，實(shí)現(xiàn)了帶寬重用。然而，這種系統(tǒng)需要戰(zhàn)略性地設(shè)置大量小區(qū)站點(diǎn)，以便實(shí)現(xiàn)頻率再用，因此用在自組網(wǎng)中是不理想的。在無線通信系統(tǒng)中使用了大量的方法來共享可用帶寬。這包括頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)和時(shí)分多址(TDMA)?；赥DMA的一種用于共享帶寬的協(xié)議稱為輪詢媒體訪問控制(MAC)。在輪詢MAC協(xié)議中，在網(wǎng)絡(luò)控制器無線設(shè)備的指導(dǎo)下，為網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)不同的無線設(shè)備分配一個(gè)特定的供發(fā)射消息用的時(shí)隙。在這種系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)控制器在規(guī)定的時(shí)間向每個(gè)無線設(shè)備發(fā)送輪詢信號(hào)，以觸發(fā)特定設(shè)備發(fā)射任何需被發(fā)射的消息。遺憾的是，在使用傳統(tǒng)輪詢MAC的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備可有效利用的帶寬是與網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)量反相關(guān)的。
通常希望增加無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備可用的有效帶寬。尤其是，希望增加自組傳感器網(wǎng)絡(luò)中可用的帶寬。


借助于在附圖中示出的示范實(shí)施例(但不是限制)來描述本發(fā)明。在附圖中，相同的參考標(biāo)記表示相同的元件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的無線設(shè)備的層次樹拓?fù)渎酚删W(wǎng)絡(luò)的圖形實(shí)例；圖2是在圖1示出的網(wǎng)絡(luò)中操作根部無線設(shè)備以便向其他無線設(shè)備分配信道的方法的流程圖；圖3是操作圖1中的根部無線設(shè)備以便協(xié)調(diào)該網(wǎng)絡(luò)中的通信的方法流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包括在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中的根部無線設(shè)備的硬件框圖；具體實(shí)施方式
根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，應(yīng)該理解，所公開的實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以各種形式實(shí)現(xiàn)。因此，這里公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不能解釋成限制性的，而僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)，并作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以任何適當(dāng)?shù)木唧w結(jié)構(gòu)等不同方式應(yīng)用本發(fā)明的基礎(chǔ)。此外，這里使用的術(shù)語和措詞不是限制性的，而是提供對(duì)本發(fā)明可理解的描述。
這里使用的術(shù)語“一”或“一個(gè)”定義為一個(gè)或一個(gè)以上。這里使用的術(shù)語“多個(gè)”定義為兩個(gè)或兩個(gè)以上。這里使用的術(shù)語“另一個(gè)”定義為至少第二個(gè)或更多。這里使用的術(shù)語“包括”和/或“具有”定義為包括(即開放式語言)。這里使用的術(shù)語“耦合”定義為連接，但不必直接也不必機(jī)械連接。
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的無線設(shè)備的層次樹拓?fù)渎酚删W(wǎng)絡(luò)100的圖形實(shí)例。網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)無線設(shè)備102-122，其中包括根部無線設(shè)備102。根部無線設(shè)備102具有將參考圖2-3描述的功能，包括向網(wǎng)絡(luò)100的其他無線設(shè)備104-122分配信道，優(yōu)選地是由其他無線設(shè)備104-122和諧使用不同的信道。在論述層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)100時(shí)，從圖論中借用的術(shù)語，包括“兒子”、“父親”和“邊”，是有用的。在圖1中示出的將無線設(shè)備102-122中的各對(duì)互連的粗線，或在圖論的命名方法中的邊，表示無線通信鏈接。無線通信鏈接可以是單向或雙向的。也可能存在其他無線通信鏈接，因?yàn)榻o定的無線設(shè)備可能在由圖1中示出的邊連接的那些設(shè)備之外的無線設(shè)備的范圍內(nèi)。然而，對(duì)于依賴圖1示出的示例性層次樹拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議，在根據(jù)該路由協(xié)議的路由消息中使用圖1中示出的邊。圖1示出的層次樹拓?fù)鋬?yōu)選地用于向上游路由消息，也就是說從無線設(shè)備104-122朝向根部無線設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，除了通過圖1中示出的邊表示的無線通信鏈接之外，根部無線設(shè)備102還能夠向網(wǎng)絡(luò)中的其他無線設(shè)備104-122中的任何設(shè)備直接發(fā)射。為了使根部無線設(shè)備能夠向其他無線設(shè)備直接發(fā)射，根部無線設(shè)備優(yōu)選地能夠進(jìn)行更高功率的傳輸。
層次樹拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)特別適用的一種應(yīng)用是傳感器網(wǎng)絡(luò)。在使用層次樹拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，如圖1所示，根部無線設(shè)備102理想的是用作數(shù)據(jù)接收器，其他無線設(shè)備104-122耦合到傳感器(例如溫度傳感器、煙氣傳感器)。通過使用由圖1中的邊表示的無線通信鏈接，由傳感器收集的信息被從其他無線設(shè)備104-122路由到根部無線設(shè)備102。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)主要是朝向根部無線設(shè)備102(與從根部無線設(shè)備發(fā)源相反)。
可以將無線設(shè)備102-124分成幾個(gè)等級(jí)。零等級(jí)的僅包括根部無線設(shè)備102。對(duì)其他無線設(shè)備104-122中的每個(gè)，分配與沿著從該特定無線設(shè)備到根部無線設(shè)備102的最短路徑的邊的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的等級(jí)。這樣，根部無線設(shè)備102具有三個(gè)“兒子”，包括第二無線設(shè)備104、第三無線設(shè)備106和第四無線設(shè)備108，它們被認(rèn)為是處于網(wǎng)絡(luò)100的第一等級(jí)，因?yàn)樵谶@三個(gè)無線設(shè)備104、106、108中的每一個(gè)和根部無線設(shè)備102之間有一個(gè)邊。根部無線設(shè)備102被認(rèn)為是處于第一等級(jí)的三個(gè)無線設(shè)備104、106、108的“父親”。根部無線設(shè)備102的三個(gè)兒子104、106、108中的每一個(gè)有自己的三個(gè)兒子。第二無線設(shè)備104有三個(gè)兒子，包括第五無線設(shè)備110、第六無線設(shè)備112和第七無線設(shè)備114。第三無線設(shè)備106有三個(gè)兒子，包括第八無線設(shè)備116、第九無線設(shè)備118和第十無線設(shè)備120。類似地，第四無線設(shè)備108有三個(gè)兒子，包括第十一無線設(shè)備122、第十二無線設(shè)備124和第十三無線設(shè)備126。第五到第十三無線設(shè)備被認(rèn)為是處于網(wǎng)絡(luò)的第二等級(jí)，因?yàn)樵诘谖宓降谑o線設(shè)備中的每一個(gè)和根部無線設(shè)備102之間的最短路徑包括兩個(gè)邊的序列。在圖1示出的網(wǎng)絡(luò)100中，存在三個(gè)等級(jí)(零、第一和第二)，每個(gè)有兒子的無線設(shè)備有三個(gè)兒子。然而，每個(gè)設(shè)備的兒子的數(shù)量以及等級(jí)的數(shù)量?jī)H是示例性的?？梢杂懈嗟牡燃?jí)，并且設(shè)備具有的兒子的數(shù)量可以變化。
在層次樹拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)100的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，在將傳感器數(shù)據(jù)向上游路由到根部無線設(shè)備102時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他無線設(shè)備104-122中的每一個(gè)僅需要向它的父親發(fā)送消息，不需向它的兒子發(fā)送。這樣，在層次樹拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)100的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，從兒子到父親的無線通信鏈接比從父親到兒子的無線通信鏈接更重要。
圖2是在圖1示出的網(wǎng)絡(luò)中操作根部無線設(shè)備(例如102)以便向其他無線設(shè)備分配信道的方法200的流程圖。作為替換，方法200也可由另一個(gè)無線設(shè)備執(zhí)行。盡管在圖2的描述中參考圖1，但圖2中呈現(xiàn)的方法可用于其他網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)施圖1所示的方法之前，已經(jīng)建立了層次樹拓?fù)?，并且關(guān)于該拓?fù)涞男畔⒁呀?jīng)存儲(chǔ)在根部無線設(shè)備(例如102)中。建立層次拓?fù)涞囊环N方式是對(duì)除了要成為根部無線設(shè)備的設(shè)備以外的每個(gè)設(shè)備編程，以便在加電時(shí)找出單一的父親，并且只有在找到父親后，接受一個(gè)或多個(gè)兒子。要成為根部無線設(shè)備的設(shè)備則被編程為在加電時(shí)接受一個(gè)或多個(gè)兒子。在建立父親兒子關(guān)系時(shí)，無線設(shè)備，例如102-126，可以使用基本MAC，例如具有雙指數(shù)退避(double exponential back off)的ALOHA。
參考圖2，在步驟202，對(duì)數(shù)量與作為根部無線設(shè)備102的兒子的無線設(shè)備的數(shù)量相等的信道組的第一集合進(jìn)行初始化。為每個(gè)信道組分配特定信道。分配給信道組的信道彼此不干擾。信道優(yōu)選地是使用時(shí)分多址的路由協(xié)議中的時(shí)隙。作為替換，信道是頻帶、用于直接序列擴(kuò)頻(DSSS)碼分多址(CDMA)信令中的擴(kuò)展碼、或用于跳頻擴(kuò)頻(FHSS)信令中的跳頻序列，或者在混合系統(tǒng)中具有前述信道類型中的兩種或多種的屬性。在步驟204，將作為根部無線設(shè)備102的兒子的無線設(shè)備中的每一個(gè)分配到信道組的第一集合中的一個(gè)。這樣，根部無線設(shè)備102的兒子中的每一個(gè)是信道組的第一成員。
框206是第一(外層)程序循環(huán)的頂部，所述第一程序循環(huán)考慮到網(wǎng)絡(luò)100的連續(xù)等級(jí)。網(wǎng)絡(luò)100的等級(jí)被認(rèn)為是順序地從根部無線設(shè)備102的兒子開始。用第一循環(huán)的循環(huán)索引1指向這些等級(jí)。不將零等級(jí)算在內(nèi)，用大寫的L表示網(wǎng)絡(luò)中的等級(jí)總數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)100的情況中，L等于2。
框208是第二程序循環(huán)的頂部，第二程序循環(huán)在第一程序循環(huán)之內(nèi)，該第二程序循環(huán)考慮到在還沒有分配到信道組的每個(gè)第1等級(jí)內(nèi)的連續(xù)第n個(gè)無線設(shè)備。通過方法200將每個(gè)無線設(shè)備分配到信道組。
框210是第三程序循環(huán)的頂部，第三程序循環(huán)在第二程序循環(huán)之內(nèi)，其考慮到對(duì)于還沒有分配到信道組的每個(gè)第n無線設(shè)備而言的連續(xù)的已建立信道組(具有至少一個(gè)成員的信道組)。第三程序循環(huán)的循環(huán)索引k指向每個(gè)已建立的信道組。通常，在執(zhí)行方法200之后，小于網(wǎng)絡(luò)中無線設(shè)備總數(shù)(大寫N表示)的信道組的總數(shù)(大寫K表示)被分配用于網(wǎng)絡(luò)(例如100)中。
框212是第四程序循環(huán)的頂部，第四程序循環(huán)在第三程序循環(huán)之內(nèi)，其考慮到已在第k信道組中的每個(gè)第i無線設(shè)備，所述第k信道組對(duì)應(yīng)于第三程序循環(huán)的當(dāng)前迭代。第四程序循環(huán)的循環(huán)索引i指向第k信道組中的連續(xù)無線設(shè)備。
在步驟214中，由根部無線設(shè)備102向第n無線設(shè)備(對(duì)應(yīng)第二程序循環(huán)的當(dāng)前迭代)并向第i無線設(shè)備(對(duì)應(yīng)第四程序循環(huán)的當(dāng)前迭代)發(fā)送消息，指示第i無線設(shè)備和第n無線設(shè)備通過它們各自的路徑同時(shí)向根部無線設(shè)備102發(fā)送響應(yīng)消息。在網(wǎng)絡(luò)100使用除時(shí)隙以外的信道類型的情況下，第n和第i無線設(shè)備被指示使用相同的信道(例如頻帶、擴(kuò)展碼或跳頻序列)。在步驟214中發(fā)送的包括指令的消息優(yōu)選地是使用根部無線設(shè)備102的高功率發(fā)射性能在分離的控制信道(例如頻率)上直接發(fā)送的。作為替換，包括指令的消息通過網(wǎng)絡(luò)102路由。通過使第i和第n無線設(shè)備在相同的信道上同時(shí)發(fā)射，可以確定是否第i和第n設(shè)備的位置使彼此干擾。如果第n和第i設(shè)備充分間隔開，或者在第i和第n設(shè)備之間存在無線信號(hào)障礙(例如金屬物體、辦公設(shè)備)，第i和第n設(shè)備同時(shí)使用相同的信道而不相互干擾是可能的。然而，為使第n無線設(shè)備使用由第i無線設(shè)備使用的信道，第n設(shè)備必須不干擾來自包括第i無線設(shè)備的信道組中的無線設(shè)備中的任何設(shè)備的信號(hào)，或不被其干擾。換言之，被認(rèn)為分配到第k信道組的第n無線設(shè)備不干擾第k信道組的成員中的一個(gè)或其子集或不被其干擾是不夠的，該無線設(shè)備還應(yīng)該不與第k信道組中無線設(shè)備中的任何一個(gè)干擾。方法200用于以和前述標(biāo)準(zhǔn)一致的方式將無線設(shè)備分成信道組。
可選地，響應(yīng)在框214發(fā)送的消息，第n和第i無線設(shè)備使用比通常用于發(fā)射數(shù)據(jù)更少的信道編碼或根本不使用信道編碼來發(fā)射消息。降低或消除在干擾測(cè)試中的信道編碼使用使干擾測(cè)試更謹(jǐn)慎。
框216是判定框，其輸出取決于在步驟214中請(qǐng)求的兩個(gè)響應(yīng)是否被正確接收。注意，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例如100)的拓?fù)?，?dāng)?shù)谝辉O(shè)備和第二設(shè)備同時(shí)通信時(shí)，可能會(huì)發(fā)生這種情況，來自第一設(shè)備的信號(hào)干擾第二設(shè)備的通信，而來自第二設(shè)備的信號(hào)不干擾第一設(shè)備的通信。例如，在圖1示出的網(wǎng)絡(luò)100中，考慮第二104、第三106、第七114和第八116無線設(shè)備。第七無線設(shè)備114發(fā)送通過第二無線設(shè)備104到目的地根部無線設(shè)備102的消息，并且類似地，第八無線設(shè)備116發(fā)送消息，經(jīng)由第三無線設(shè)備106到目的地根部無線設(shè)備102。注意，第七節(jié)點(diǎn)114和第三節(jié)點(diǎn)106之間的距離比第八節(jié)點(diǎn)116和第二節(jié)點(diǎn)104之間的距離更大。依據(jù)第七114和第八116無線設(shè)備的發(fā)射功率、任何信號(hào)障礙的位置以及第二104和第三106設(shè)備的無線設(shè)備干擾抑制比，這種不相稱的距離引起以下可能性第八設(shè)備116的傳輸與在第二設(shè)備104處對(duì)由第七設(shè)備114發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行的接收相干擾，但第七設(shè)備114的傳輸不會(huì)與在第三設(shè)備106處對(duì)由第八設(shè)備發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行的接收相干擾。
在步驟214中請(qǐng)求的兩個(gè)響應(yīng)的正確接收表示出第i設(shè)備不干擾第n設(shè)備，反之亦然。在執(zhí)行框214和216中確定的信息是關(guān)于兩個(gè)設(shè)備在使用相同信道時(shí)是否干擾的信息，該信息優(yōu)選地存儲(chǔ)在稱為干擾矩陣的矩陣中。這種干擾矩陣優(yōu)選地包括用于網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)無線設(shè)備的信息。每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的無線設(shè)備。每一列也對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的無線設(shè)備。干擾矩陣的元素是二進(jìn)制數(shù)值。干擾矩陣的每個(gè)元素指示由元素的列(或行)索引指定的設(shè)備是否被由元素的行(或列)索引指定的設(shè)備干擾。如由前面句子中的括號(hào)所表明的，對(duì)應(yīng)與設(shè)備干擾或被設(shè)備干擾的列和行的角色可以替代地反轉(zhuǎn)。這種通過將網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)發(fā)射的無線設(shè)備組合并確定所發(fā)射的消息是否被接收來進(jìn)行評(píng)估的干擾矩陣，在除圖1中所示之外的多種網(wǎng)絡(luò)中是有用的。以不同的編程語言，并由各程序員以不同的方式來實(shí)現(xiàn)這種矩陣。例如，矩陣可以實(shí)現(xiàn)為二維陣列或一列列表。
再次參考圖2，如果在框216確定在步驟214請(qǐng)求的兩個(gè)響應(yīng)已被接收，那么將第n無線設(shè)備分配到第k信道組的可能性保持不變，但是第k信道組中的其他成員(如果有的話)仍然要檢查與第n設(shè)備的干擾。如果在步驟214請(qǐng)求的兩個(gè)響應(yīng)被接收，那么方法200繼續(xù)到判定框218，在框218，確定在對(duì)應(yīng)第三程序循環(huán)的當(dāng)前迭代的信道組中是否存在更多無線設(shè)備。如果是，那么在步驟220，指向第k信道組的連續(xù)成員的第四程序循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)器i遞增，之后，方法200返回框212。如果在框218確定在第k信道組中沒有更多的設(shè)備，那么斷定第n無線設(shè)備沒有受到分配給第k信道組的無線設(shè)備干擾，并且也沒有干擾到它們，方法200繼續(xù)到步驟222，在步驟222將第n無線設(shè)備分配到第k信道組。
之后，方法200繼續(xù)到判定框224，在框224，確定是否存在更多仍需分配到第1等級(jí)(對(duì)應(yīng)外層程序循環(huán)的當(dāng)前迭代)的信道組的設(shè)備。如果確定存在更多的仍需被分配的設(shè)備，那么在步驟226，指向在第1等級(jí)中連續(xù)未分配的無線設(shè)備的第二程序循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)器n遞增，之后，方法200返回第二程序循環(huán)208的頂部。另一方面，如果在步驟224確定在第1等級(jí)不再有未分配的無線設(shè)備，那么方法200繼續(xù)到判定框228，在框228，確定在網(wǎng)絡(luò)(例如100)中是否存在更多等級(jí)。如果在判定框228確定在網(wǎng)絡(luò)(例如100)中不再有更多等級(jí)，則方法200終止。另一方面，如果在判定框228確定在網(wǎng)絡(luò)(例如100)中存在更多等級(jí)，那么在布驟230，(指向例如100的網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)等級(jí)的)外層循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)器1遞增，之后，方法200返回外層程序循環(huán)206的頂部。
在到達(dá)的判定框216，如果確定在步驟214請(qǐng)求的兩個(gè)響應(yīng)中的至少一個(gè)沒有被正確接收，那么斷定在第i和第n無線設(shè)備之間存在干擾，方法繼續(xù)到判定框232，在框232，確定是否還剩下更多已建立的信道組，仍需對(duì)它們檢查與第n無線設(shè)備的干擾情況。如果在判定框232確定存在剩余的更多信道組，那么在步驟234，第三程序循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)器k遞增，之后，方法200返回第三程序循環(huán)210的頂部，以考慮另一個(gè)已建立的信道組。在考慮用于分配第n設(shè)備的連續(xù)信道組中，優(yōu)選的是跳過第n設(shè)備的父親的信道組。另一方面，如果在判定框232確定不再有已建立的信道組，則方法繼續(xù)步驟236，在步驟236，初始化新信道組。之后，在步驟238，將第n無線設(shè)備分配到該新信道組。
盡管新信道組的創(chuàng)建當(dāng)然受到可用帶寬的限制，但通過為具有與設(shè)備參與的網(wǎng)絡(luò)(例如100)的整體空間范圍相比具有較小發(fā)射范圍的設(shè)備采用該方法200，使用相同信道的設(shè)備被彼此分離(被距離分離，或有時(shí)被無線信號(hào)障礙分離)，使得網(wǎng)絡(luò)中的大量設(shè)備能夠使用較小數(shù)量的信道，而不互相干擾。方法200自動(dòng)將彼此分離并能使用相同信道而不互相干擾的設(shè)備分到信道組中。
盡管在圖2中沒有示出，在步驟236中新信道組的初始化是隨還沒有達(dá)到的最大極限信道而定的。作為替換，通過減小分配用于已有信道組的有效帶寬(例如時(shí)隙周期長(zhǎng)度)并使用為新信道組保留的帶寬來獲得新信道組。
在步驟238之后，方法200返回判定框224。
具有根據(jù)圖2所示的方法分配到無線設(shè)備的信道的無線設(shè)備的層次樹拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)特別適于與一種路由協(xié)議結(jié)合使用，在該路由協(xié)議中，從根部無線設(shè)備(例如102)之外的設(shè)備始發(fā)的消息被路由向根部無線設(shè)備。根據(jù)這種協(xié)議，如果消息尋址到一無線設(shè)備，該無線設(shè)備沿著層次樹拓?fù)渲惺及l(fā)設(shè)備和根部無線設(shè)備之間的路徑，那么該消息不需要到達(dá)根部無線設(shè)備，僅需到達(dá)它所尋址的無線設(shè)備。另一方面，如果目的地沒有沿前述的路徑，則消息被發(fā)送到根部無線設(shè)備，具有直接到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的足夠的發(fā)射功率的根部無線設(shè)備將該消息直接發(fā)射到目的地。對(duì)于后一種應(yīng)用，根部無線設(shè)備優(yōu)選地使用與網(wǎng)絡(luò)中其他無線設(shè)備(例如104-126)使用的信道不同的信道。作為替換，所有消息都被路由經(jīng)過根部無線設(shè)備104。這種路由協(xié)議是特別適合的，因?yàn)橥ㄟ^圖2所示的方法分配信道，使得無線設(shè)備在通過它們各自的父親向根部無線設(shè)備102發(fā)射消息時(shí)不會(huì)干擾。
圖3是操作圖1中的根部無線設(shè)備以便協(xié)調(diào)該網(wǎng)絡(luò)中的通信的方法流程圖?？?02是循環(huán)的頂部，該循環(huán)考慮到連續(xù)的幀周期中連續(xù)的時(shí)隙。在步驟304，對(duì)于每個(gè)時(shí)隙，消息被發(fā)送到第k信道組的無線設(shè)備，授權(quán)第k信道組中的無線設(shè)備發(fā)射在第k信道組中的每個(gè)無線設(shè)備可能必須發(fā)射的任何消息。圖3所示的方法代表組輪詢MAC方法。圖3所示的組輪詢MAC方法的成功取決于網(wǎng)絡(luò)(例如100)中已通過圖2所示的方法被分配到信道組的無線設(shè)備，其中它們不干擾其他成員。在每個(gè)信道是TDMA多路訪問協(xié)議的時(shí)隙的情況中，每個(gè)信道組可稱為輪詢組。
根據(jù)替代實(shí)施例，無線設(shè)備104-126具有同步的內(nèi)部時(shí)鐘，并且能夠在不需接收輪詢信號(hào)的情況下確定何時(shí)是它們發(fā)射的時(shí)機(jī)。在該替代實(shí)施例中，無線設(shè)備可選地通過由根部無線設(shè)備102不時(shí)發(fā)送的同步信號(hào)保持同步。
圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包括在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中的根部無線設(shè)備102的硬件框圖?？蛇x地，在運(yùn)行特定路由協(xié)議中執(zhí)行更多功能(例如控制功能)的無線設(shè)備(例如根部無線設(shè)備102)連接到外部電源，并且/或者具有更高的處理能力。根部無線設(shè)備102包括收發(fā)信機(jī)402、處理器404、程序存儲(chǔ)器406、工作空間存儲(chǔ)器408和通過信號(hào)總線410耦合到一起的外部網(wǎng)絡(luò)接口?？刂铺幚砥?04控制無線設(shè)備102的總體運(yùn)行，并用于執(zhí)行具體表達(dá)圖2-3所示的方法的程序?？刂铺幚砥?04還用來產(chǎn)生用于傳輸?shù)姆纸M，并處理接收的分組。程序存儲(chǔ)器406用于存儲(chǔ)由控制處理器404執(zhí)行的程序。程序存儲(chǔ)器406是一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。作為替換，具體表達(dá)圖1-2所示的方法的程序存儲(chǔ)在其他類型的程序存儲(chǔ)器中。工作空間存儲(chǔ)器408用作由控制處理器404執(zhí)行存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器406中的程序的工作空間。收發(fā)信機(jī)402耦合到天線412。外部網(wǎng)絡(luò)接口用于將根部無線設(shè)備102耦合到外部網(wǎng)絡(luò)，例如局域網(wǎng)(LAN)或其他外部網(wǎng)絡(luò)。其他無線設(shè)備104-126優(yōu)選地具有相同的基礎(chǔ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但不需要外部網(wǎng)絡(luò)接口414。
盡管圖2、3呈現(xiàn)的是特定流程圖，但應(yīng)該理解，具體表達(dá)本發(fā)明教導(dǎo)的程序的結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)使用的編程語言和程序風(fēng)格而變化。
作為用于存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器與本發(fā)明結(jié)合使用的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括易失性存儲(chǔ)器，例如RAM，或者包含瞬態(tài)數(shù)據(jù)的介質(zhì)，例如通信信道、網(wǎng)絡(luò)電路或無線通信鏈接，或者優(yōu)選地是非易失性存儲(chǔ)器，包括(但不限于)閃存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、EPROM、EEPROM、硬盤。用作用于信號(hào)處理操作的工作空間的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，本發(fā)明可以以硬件或軟件或以硬件和軟件組合來得到。根據(jù)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例所公開的發(fā)明原理的系統(tǒng)、方法可以在單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有用于執(zhí)行所述或所要求的各個(gè)功能或步驟的分離的元件或裝置，或者具有結(jié)合所述或所要求的任何功能或步驟的性能的一個(gè)或多個(gè)元件或裝置。
盡管示出并描述了本發(fā)明優(yōu)選的和其他實(shí)施例，但顯然，本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)作出各種修改、變化、變型、替換和等效物，而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的要旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)，其包括數(shù)量為N個(gè)的無線設(shè)備；由該數(shù)量為N個(gè)的無線設(shè)備使用的數(shù)量為K個(gè)的信道，其中，信道的數(shù)量K小于無線設(shè)備的數(shù)量N，其中在所述數(shù)量為K個(gè)的信道中的每個(gè)第k信道被分配到由所述數(shù)量為N個(gè)的無線設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)所組成的第k子組，并且每個(gè)第k子組的成員在同時(shí)發(fā)射時(shí)不相互干擾。
2.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中由于每個(gè)第k子組的成員間隔足夠遠(yuǎn)，或被無線信號(hào)障礙而相互屏蔽，所述每個(gè)第k子組的成員不干擾。
3.一種無線網(wǎng)絡(luò)，其包括用于向上游進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、采用層次樹路由拓?fù)涞臄?shù)量為N個(gè)的無線設(shè)備，該多個(gè)無線設(shè)備包括位于層次樹拓?fù)涞母康母繜o線設(shè)備，其中除根部無線設(shè)備外的所述多個(gè)無線設(shè)備中的至少每一個(gè)都具有父親節(jié)點(diǎn)；所述多個(gè)無線設(shè)備中的每個(gè)第n無線設(shè)備，除根部無線設(shè)備和在根部的兒子位置的無線設(shè)備外，都通過第n無線設(shè)備的父親無線設(shè)備向根部無線設(shè)備路由消息；所述多個(gè)無線設(shè)備一起在數(shù)量為K個(gè)的信道上進(jìn)行通信，信道的數(shù)量K小于無線設(shè)備的數(shù)量N，其中在所述數(shù)量為K個(gè)的信道中的每個(gè)第k信道被分配到包括所述N多個(gè)無線設(shè)備的子集的第k信道組，其中每個(gè)第k信道組的無線設(shè)備被放置，以使得每個(gè)第k信道組的任何兩個(gè)無線設(shè)備當(dāng)在第k信道上同時(shí)向這兩個(gè)無線設(shè)備的各自父親發(fā)射時(shí)不互相干擾。
4.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述根部無線設(shè)備具有足夠的發(fā)射功率，以直接向所述數(shù)量為N個(gè)的無線設(shè)備中的幾乎全部設(shè)備發(fā)射。
5.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述數(shù)量為K個(gè)的信道包括時(shí)分多址方案的數(shù)量為K個(gè)的時(shí)隙。
6.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述數(shù)量為K個(gè)的信道包括碼分多址方案的數(shù)量為K個(gè)的擴(kuò)展碼。
7.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述數(shù)量為K個(gè)的信道包括跳頻擴(kuò)頻多址方案的數(shù)量為K個(gè)的跳頻序列。
8.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述數(shù)量為K個(gè)的信道包括頻分多址方案的數(shù)量為K個(gè)的頻帶。
9.如權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)，其中所述數(shù)量為K個(gè)的信道包括從以下項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇出的兩個(gè)或多個(gè)屬性頻率、跳頻序列、直接擴(kuò)頻擴(kuò)展碼、時(shí)隙。
全文摘要
一種無線網(wǎng)絡(luò)(100)和用于將信道集分配到網(wǎng)絡(luò)中的無線設(shè)備集(102－126)的方法(200)，其中，信道少于設(shè)備，以致將無線設(shè)備分到信道組中，使得分配到每個(gè)信道組的無線設(shè)備這樣布置，以使彼此不干擾。在將第n無線設(shè)備分配到第k信道組時(shí)，第n以及優(yōu)選的第k信道組的一個(gè)成員在一個(gè)時(shí)間被指示同時(shí)發(fā)射，以便確定第n無線設(shè)備是否干擾第k信道組中的任何成員，以及是否被其干擾。
文檔編號(hào)H04L12/66GK1842783SQ200480012614
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者朗塞·E·赫斯特, 李宗杰 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司