CN101141394A - 用于节点网络的占空比控制 - Google Patents
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Abstract
可以在与网络相关联的中继站(104)监控来自网络节点(106)的数据分组(122),该中继站(104)被配置为将该数据分组(122)转送到基站(102)。该网络节点(106)可以按照第一占空比传输所述数据分组(122)。可以确定与该数据分组(122)从网络节点(106)到中继站(104)的传输相关联的至少一个传输参数,然后可以将所述至少一个传输参数与至少一个参考值(141)相联系以获得归一化传输参数。可以将所述归一化传输参数与设定点值(132)进行比较,并且可以基于所述比较产生占空比改变命令(130),以便使所述网络节点(106)按照第二占空比转送随后的数据分组。
Description
技术领域
本发明涉及在节点网络中的传输控制。
背景技术
软件系统可以通过使用智能物件(smart item)(也称为智能设备)、技术而得以扩展,其中物理物件(例如,货物、工具、房间、交通工具、人员或货架)通过增加或包含本地提供的或嵌入的技术而扩大或加强。例如,射频识别(RFID)系统、嵌入式系统、传感器微片(mote)、和/或无线传感器网络可以以上述方式来使用,以提供具有对真实世界数据的快速访问的业务软件应用。在许多实例中,例如,智能物件可以包括具有本地处理能力、存储器、和/或通信能力的设备,或与这些设备相关联,并且所述设备能够提供关于该设备及其属性的数据、或关于智能物件设备的当前状态或环境的信息。因此,例如,一些这样的设备可以用于执行后端或底层业务应用的服务组件,并且,具体来讲,可以以协作的方式来执行,例如,通过形成移动自组织(ad-hoc)网络来收集、处理、或传输业务数据。
智能物件的例子可以包括RFID标签,其可以是无源或有源的,并且如上所述可以被附加到物理对象,以用于提供与该对象相关的产品或处理信息。智能物件的其它例子可以包括各种传感器,诸如环境传感器(例如,温度、湿度、或振动传感器),如上所述,其能够进行通信以形成一个或多个传感器网络。这些以及其它类型的智能物件还可以包括嵌入式系统,所述嵌入式系统通常可以指其中包括了特殊用途处理器和/或程序的任意系统,和/或指被封装在受控设备中的任意系统。
部署这样的设备可能受到几方面的约束,包括,例如,可用处理功率、能源、或带宽的数量。例如,当跨越物理地点部署节点网络时,节点可能没有足够的传输功率或范围来以单跳(single hop)直接进行相互通信或与基站的通信。因此,在这个例子中,节点可以经由网络上的中间节点来中继到基站的通信,即,可以使用多跳(multi-hop)路径。
但是,由于刚刚提到的能源约束,节点典型地不能连续传输数据,或者在新的数据变得可用时(例如,在传感器检测到新的事件或条件时)随时传输数据。相反,节点通常被编程为保存它们的数据以用于间歇的传输,否则就保持在期间不发生传输的睡眠或低功率模式。节点处于活动(active)状态(并且发生传输)的时间与节点处于被动(passive)状态(并且不发生传输)的时间的关系(relation)通常被称为节点的占空比(duty cycle)。因此,占空比的选择就反映了在例如节约能源与传输延迟之间的折衷。而且,当经由上面提到的多跳路径发生传输时,要求在例如产生数据的节点与将该数据转发(re-transmit)到例如基站的中继或中间节点之间进行协调。
发明内容
根据一个一般方面,可以在与网络相关联的中继站监控来自网络节点的数据分组,该中继站被配置为将该数据分组转送到基站。网络节点可以按照第一占空比传输所述数据分组。可以确定与该数据分组从网络节点到中继站的传输相关联的至少一个传输参数,然后可以将所述至少一个传输参数与至少一个参考值相联系(relate to)以获得归一化传输参数。可以将所述归一化传输参数与设定点值进行比较,并且可以基于所述比较产生占空比改变命令,以便使所述网络节点按照第二占空比转送随后的数据分组。
根据另一个一般方面,在与基站和节点网络两者通信的中继站中可以包括系统。该系统可以包括:分组监控器,被配置为按照第一占空比从所述节点网络的节点接收数据分组;参数提取器,被配置为基于所述数据分组提取至少一个传输参数;至少一个缓存器,被配置为存储所述至少一个传输参数的值。所述系统还可以包括归一化逻辑,被配置为将所述至少一个传输参数与参考值相联系以获得归一化传输参数;以及控制器,被配置为将所述归一化传输参数与设定点值进行比较,并基于所述比较产生占空比改变命令。
根据另一个一般方面,一种占空比管理器可以包括:评估系统,被配置为按照第一占空比从节点网络的节点接收数据分组,提取至少一个传输参数,并将所述至少一个传输参数与参考值相联系,以获得归一化传输参数。所述占空比管理器还可以包括占空比控制器,被配置为将所述归一化传输参数与设定点值进行比较,并基于所述比较产生占空比改变命令,以便将所述第一占空比改变为第二占空比。
在附图和以下描述中阐述一个或多个实施方式的细节。其它特征将从说明书、附图以及权利要求书中明显得出。
附图说明
图1是用于节点网络的占空比控制的系统的框图。
图2A-2C是示出在图1的节点网络中使用占空比的操作和效果的图表。
图3是示出图1的系统的操作的例子的流程图。
图4是使用相对延迟控制器的图1的系统的例子的框图。
图5是示出图4的系统的操作的例子的第一流程图。
图6是示出图4的系统的操作的例子的第二流程图。
图7是示出图4的系统的操作的例子的第三流程图。
图8是使用负载控制器的图1的系统的例子的框图。
图9是示出图8的系统的操作的例子的流程图。
图10是使用相对信号强度(RSSI)控制器的图1的系统的例子的框图。
图11是示出图10的系统的操作的例子的流程图。
图12是示出分别使用图4、图8和图10的相对延迟控制器、负载控制器、以及RSSI控制器中的一个或多个的组合的图1的系统的操作的例子的流程图。
具体实施方式
图1是用于节点网络的占空比控制的系统100的框图。在图1中,在节点网络中的节点的占空比可以相对于,例如,能源使用率、传输干扰、与使用者行为相关的传输特性、或其它传输参数来最优化。也就是,可以动态地调整节点处于活动状态并进行传输的时间与节点处于被动状态并且不进行传输的时间的比例。而且,这样的调整不要求关于在发端节点(originating node)最初产生新数据的频率的独立知识。因此,例如,可以改善节点网络的寿命和效力。
在图1的例子中,基站102代表可以从中继站104接收信息的计算设备,而中继站本身被配置为中继来自节点106的信息。也就是,基站102、中继站104、以及(发端)节点106,以及在图1中表示为节点108、110、112的各种其它节点一起形成了节点网络,该节点网络被设计为,例如,以及时和准确的方式将真实世界数据提供给一个或多个业务数据处理系统、应用或处理(在图1中未明确示出)。
这样的业务系统/应用/处理的例子可以包括,例如,库存管理系统、供应链管理系统、零售店管理系统、仓库管理系统、产品生命周期管理系统、以及可以用于对真实世界对象进行业务处理的任何其它系统。这样的真实世界对象可以包括,例如,待售产品、货盘或其它货运单位、病人、或制造材料/设备。因此,业务处理,包括在真实世界对象的本地级别布署和执行的那部分业务处理,可以被用来,例如,确定库存等级、设定价格等级、评估市场策略、评估制造或生产技术、减少盗窃、或维护安全。如这里所述,在业务上下文之内或之外存在许多其它的例子,包括,例如,被设计来控制环境中(例如,在建筑物中)的物理值的系统。这样的物理值的例子可以包括温度、湿度、以及亮度。
因此,例如与中继站104和/或节点106-112相比较,基站102可以代表具有相对广泛的计算能力的计算设备。例如,基站102可以代表个人计算机、便携式计算机、服务器、手持计算机(例如,个人数字助理(PDA)),或者其它具有足够资源以从多个中继站接收数据、进而从更大量的单独节点接收数据的计算设备。例如,基站102可以被用来合计(aggregate)和处理由除图1的中继站104和节点106-112之外的许多不同中继站和相关节点收集的信息。
如上所述,中继站104可以被用来将来自节点106(以及节点108-112)的信息中继到基站102。这样的中继功能可以很有用,例如,在节点106太远和/或受到能源约束而不能与基站102直接通信的情况下。因此,代替这样的单跳路径,节点106可以使用涉及一个或多个中继站104的多跳路径来与基站102进行通信。
在操作中,中继站104可以用作协调节点,而节点106可以用作从属节点(subordinated node)。换句话说,中继站104可以被分配来负责规定节点106的各种参数或操作,包括,例如,节点106进行传输的频率(例如,控制节点106的传输的占空比)。这样,中继站104可以包括或代表(在其它方面)与节点106-112相同或类似、但是由于特定原因或环境已经被指定为协调节点的节点。例如,可以由于处于有利于协调较大网络的传输的位置(例如,中心)而被选择为中继站104。在这些或其它例子中,可以由于具有比节点106-112更好的计算资源(例如,处理能力、存储器、或电源)而被选择为中继站104。在另一些例子中,中继站104可以代表诸如以上针对基站102描述的那些计算设备(例如,个人计算机或PDA)。
节点106-112可以代表或被称为,例如,“智能物件”、“智能设备”、“智能物件设备”、“微片”或其它类似术语,这些术语可以被类似地和可互换地用在各种上下文中。例如,术语“智能物件”或“智能设备”如这里所述可以指具有本地处理能力、存储能力和通信能力的设备,或者可以指这样的设备与该设备所附的对象的组合(例如,含有待售商品的货盘)。为了简洁和一致,这样的设备和/或设备/对象组合在这里称为“节点”或“网络节点”。
在图1中,节点106被示为包括中央处理单元(CPU)和存储器114。因此,节点106应当被理解为具有各种级别的计算能力,包括,例如,处理或传输感测到的(sensed)数据。例如,节点106可以包括传感器116或与传感器116相关联,并且传感器116可以被配置为检测各种本地事件、环境、或条件,包括这里提到的以及其它的,诸如,例如,贴有标签的对象的出现,或者本地温度、压力、湿度、或振动。在本说明书中,在执行感测操作以及输出相应信号、指示符、结果、或其它数据时的传感器116的活动被称为事件或感测事件(sensing event)。
节点106还包括收发器118,其允许节点106与中继站104通信、或与节点108-112进行通信。如以下所述,这样的通信可以根据已知通信标准并使用没有在图1中具体示出的其它硬件组件(例如,天线)来进行。
虽然为了清楚和简洁的缘故而没有在图1中具体示出,但是应当理解,节点108-112也可以包括与刚刚相对于节点106描述的相同或不同的计算能力,包括,例如,检测/感测事件并据此产生数据的能力、执行业务逻辑或其它软件的能力、以及形成或参与诸如无线网络和/或对等网络的本地网络的能力。也就是,应当理解,节点106-112可以包括为了简洁的缘故而没有在图1中具体示出的其它标准元素和特征,诸如,例如,本地电源(例如,电池)。因此,可以使用节点106-112来例如检测、收集、处理、过滤、合计、或传输可能对相关业务处理有用的信息。因此,虽然以下讨论主要是相对于节点106给出的,但是应当理解,这样的描述仅仅是为了清楚和简洁,而类似的评论也适用于节点108-112或其它节点。
在基站102、中继站104和节点106-112之间进行通信的技术可以根据设备的类型而变化。例如,如上所述,所述设备和/或嵌入式系统可以代表从小型、单片微型计算机一直到完善(full-blown)的PC硬件的任何设备。因此,例如,在基站102、中继站104和节点106-112之间的通信可以使用已知通信标准,诸如,例如,IEEE 802.15.1或IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4标准使用例如可以在例如协调节点(图1中的中继站104)和从属节点(图1中的106)的节点之间使能同步的信标使能(beacon-enabled)模式。
节点106还被示出为包括本地占空比(DC)控制器120。如上所述,并且如相对于图2A-2C更加具体地示出的,节点106的占空比是指节点106处于活动状态(进行传输)的时间与节点106处于被动状态(不进行传输)的时间的关系(how often the node 106 is active(transmitting)in relation to howoften the node 106 is passive(not transmitting))。占空比可以表示为百分比,例如,如下所述在图2A中,占空比为0.2(或20%)。较高的占空比典型地会导致更高的能源消耗,因为更多的时间被花费在活动模式(从这个意义上来说,“活动状态”主要是指与数据传输相关的层的活动,而不是,例如,指传感器116本身获得感测值的活动)。因此,尽管较低的占空比典型地导致节约能源,但它一般以在系统中引入更大的延迟为代价来达到能源的节约,所述延迟例如指从在传感器116感测到事件的时间到在基站102或中继站104接收到关于该事件的相应数据的时间之间的延迟。
在图1中,本地DC控制器120可以负责将节点106的状态维持在活动状态或被动状态,例如,唤醒收发器118或用于将数据分组122传输到中继站104的其它适当组件,其中数据分组122对应于并描述由传感器116响应于感测条件而产生的事件。在所描述的例子中,本地DC控制器120并不决定占空比应当是多少,而是用作响应于来自中继站104(用作协调节点)的相应命令实施给定的占空比的从属节点。例如,在被动阶段期间,本地DC控制器120可以保存数据分组122(例如,在本地缓存器或队列中,如图4所示),直到当前占空比指示应当进入活动阶段,并且应当实际传输数据分组122。如下所述,本地DC控制器120还可以将中继站104可用来确定如何设定中继站104和节点106的占空比的信息提供给中继站104。
中继站104得益于相对于节点106的适当调度(例如,同步),因为中继站104也必须周期性地在活动和被动状态之间交替。例如,如果中继站104在节点106处于被动状态的时间期间变为活动状态,那将不是最理想的(suboptimal),并且,类似地,如果中继站104处于被动状态而节点106处于活动状态并进行传输,则信息可能会丢失。
因此,中继站104可以被配置为例如以同步的或与之协调的方式设定其本身的占空比以及节点106的占空比。在这点上,应当理解,中继站可以包括与针对节点106所示的相同或相应的元素,例如,CPU、存储器、收发器、以及用于控制其自身的占空比、以便接收来自节点106的数据分组122并将该数据分组或相关信息传输到基站102的软件和/或硬件。
中继站140可以包括占空比管理器124,其负责为其自身和节点106(以及节点108-112和其它可能的节点)确定、设定和实现占空比。更具体地讲,占空比管理器124包括:评估系统126,其接收用于评估的数据分组122;以及占空比控制器128,其接收该评估的结果并确定适当的响应,诸如,例如,向上或向下调整节点106(以及中继站104)的占空比。
在这点上,例如,占空比控制器128可以发出占空比(DC)改变命令130,以指示节点106(或者,更具体地讲,指示本地DC控制器120)其占空比应当为多少。DC改变命令130可以包括,例如,确切值(例如,上述值0.2),或者可以指示本地DC控制器120应当将当前值提升或降低指定的量,或预先指定的量。
在操作中,评估系统126确定与数据分组从网络节点106到中继站104的传输相关联的至少一个传输参数。如下所述,这样的传输参数可以包括,例如,在给定时间段内到达的数据分组122的数量(计数)、或者数据分组122从节点106到中继站104所经历的传输延迟的量、或者信号强度指示。评估系统126将所述至少一个传输参数与至少一个参考值相联系,以获得归一化传输参数。
然后,占空比控制器128使用这个归一化传输参数来与对应于所述归一化传输参数的所选择的适当设定点值132进行比较。例如,如以下将具体描述的,归一化传输参数可以包括数据分组122所经历的相对延迟,而设定点值132可以包括系统100的设计者对相对延迟的期望的设定点值。因此,占空比控制器128可以基于这个比较来发出DC改变命令130。
更具体来讲,评估系统126包括被配置为接收和监控数据分组122的分组监控器134。参数提取器136被配置为提取上面提到的一个或多个传输参数,或者其它传输参数。在这样做时,分组监控器134或参数提取器136可以暂时在一个或多个缓存器138中存储值。归一化逻辑140可以访问参考值141,并且可以被配置为将(缓存的)传输参数与相应的参考值141相联系,以便获得归一化传输参数。如果占空比控制器128要求,则归一化逻辑140也可以使用缓存器138来缓存多个归一化传输参数。
如图所示,占空比控制器128可以使用一个或多个不同类型或种类的占空比控制,并且如以下所更加具体地描述的,可以按照期望选择或组合各种类型的占空比控制。在图1中,占空比控制器128包括相对延迟控制器142,其将在以下相对于图4-7的例子被更加具体地描述。占空比控制器128还包括负载控制器144,其将在以下相对于图8和9的例子被更加具体地描述。占空比控制器128还包括RSSI控制器146,其将在以下相对于图10和11的例子被更加具体地描述。最后,占空比控制器128包括组合控制器148,如以下相对于图12所具体描述的,其被配置为实现,例如,相对延迟控制器142、负载控制器144、和/或RSSI控制器146的一些组合。
因此,根据选择的控制器142-148的类型,占空比控制器128可以访问或者以其它方式确定归一化传输参数。例如,可以确定数据分组122所经历的相对延迟(具体来讲,例如,相对于数据分组122的到达间时间(inter-arrivaltime)归一化的数据分组122经历的平均延迟),或者相对于最大负载值归一化的节点106和/或更大网络的传输负载,或者与RSSI为高(当与阈值进行比较时)的时间百分比相联系或相对于RSSI为高的时间百分比进行归一化的RSSI。
然后可以使用适当的控制技术来将这些归一化传输参数与相应的设定点值132进行比较,以便确定和产生DC改变命令130。例如,可以以以下描述的示例方式使用比例控制器(P控制器)或者比例积分微分(proportional-integral-derivative)控制器(PID控制器)。
因此,图1示出了系统100,该系统100能够基于从节点106接收的数据分组122调整中继站104和/或节点106的占空比,而不要求关于由传感器116产生感测事件的频率或其它方面的独立知识。系统100被配置为基于高值(high-value)信息来操作,高值信息例如随着时间计算或导出的、然后被直接包括到所描述的节点106的占空比的控制环中的信息。因此,系统100可以特别适合于期望对能源、干扰、或其它参数进行高度优化的上下文。
图2A-2C是示出在图1的节点网络中使用占空比的操作和效果的图表。如上所述,图2A示出了包括活动阶段202和被动阶段204的示例。如图所示,相对于包括多个时隙单元208的时隙间隔206,图2A的例子的占空比对应时隙间隔206的0.2或20%(即,单个时隙单元208在重复模式的五个时隙单元208中所占的比例)。在示例实施方式中,除了传输数据分组122之外,活动阶段202还提供DC改变命令130或其它占空比控制相关的信息的传输。
图2B示出了活动阶段202在中继站104和节点106之间被同步,以得到同步的活动阶段210。如上所述,例如,这个同步允许中继站104和节点106两者在相同时间处于活动状态,以便在它们两者都处于活动状态以进行接收/发送时,传输/接收数据分组122和DC改变命令130。
图2C示出了在(从属)节点106中,响应于所感测的事件而产生数据分组122。例如,如果传感器116是监控当前温度的温度传感器,则在这个上下文中的事件可以意味着超过了特定的温度范围(Δx),导致发出信号温度改变212。在图2C的例子中,温度改变212可以相对于上一次测量的温度来测量。而且在图2C中,数据点214指示产生数据分组122的时间点。
从图2C的例子中应当理解,这样的感测事件可以基本上是不可预知的和/或随机的。例如,对于刚刚提到的温度感测情景来说,所监控的温度可以在热的对象移动到传感器116的附近时快速改变,或者可以在一段时间内基本保持稳定(因此产生很少的事件)。因此,图1的系统100在下述方面也是很有用的,即,即使没有关于在传感器116附近发生的温度改变事件的独立知识,也可以将中继站104和节点106的占空比在第一种情况下动态调整为更长/更频繁,并在第二中情况下动态调整为更短/更不频繁。
图3是示出图1的系统100的操作的例子的流程图300。在图3的例子中,确定设定点值(302)。例如,设定点值132可以被确定并存储在可被占空比控制器128使用的存储器中。这样的设定点值可以包括,例如,可接受的相对延迟、或者可接受的一段时间的负载或RSSI(1oad or RSSI over time)、或者这些或其它参数的一些组合。
设定点值132可以由包括节点106-112的节点网络的使用者/设计者来选择,并且如果发现在给定环境中不是最理想的,还可以动态地改变。在其它例子中,可以监控来自节点106-112或其它节点的数据,并相对一些标准进行比较,并且设定点值132可以以自动的方式选择和存储。例如,如果发现传输条件非常好,则可以容许系统100的更大的负载(以及相应的更高的设定点),或者,如果传输条件恶化,则可以降低系统100的负载。
在系统100的操作期间,数据分组被监控(304)。例如,分组监控器134可以监控从节点106接收的数据分组122。在实践中,分组监控器134可以从所有的节点106-112接收数据,并可以例如基于每个数据分组的报头识别每个数据分组与节点106-112中相应的一个相关联。
然后可以提取期望的传输参数(306)。例如,参数提取器136可以提取相对延迟控制器142所要求的传输参数,如相对于图4-7所具体描述的,该传输参数可以包括事务时间(定义为在传感器116产生事件与在分组监控器134接收数据分组122之间的时间差)或到达间时间(即,连续数据分组122的到达之间的时间)。
在其它例子中,参数提取器136可以类似地提取与负载控制器144或RSSI控制器146相关联的传输参数。在设置阶段,参数提取器136可以被提供关于在给定时间提取哪种传输参数的指令。传输参数可以存储在缓存器138中。例如,可以存储传输参数的最后“n”个值,或者可以存储在单个(或多个)活动阶段中的所有值。
可以使用参考值来获得归一化传输参数(308)。例如,归一化逻辑140可以将所提取的传输参数与从参考值141中选择的值进行比较。例如,参考值141可以是已知或提前分配的绝对值,诸如在给定时间帧内系统100可容许的分组的最大数量(计数),或者可以代表用作参考值的选择的传输参数(比如当相对延迟控制器142要求上述事务时间与连续分组的到达间时间相联系时)。因此,参考值141可以存储在缓存器138之一中,或者可以存储在可被评估系统126访问的单独的存储器中。归一化传输参数可以存储在缓存器138之一中。
然后,归一化传输参数可以与相关联的设定点值进行比较(310)。例如,相对延迟控制器142、负载控制器144、或RSSI控制器146中的一个或多个可以从缓存器138检索相关联的归一化传输参数,用于与从设定点值132选择的值进行比较。在一些实例中,在与相关联的设定点值进行比较之前,归一化传输参数可以被合计(aggregate)(例如,平均)。
基于所述比较,可以产生和发送占空比改变命令(312)。例如,相对延迟控制器142、负载控制器144、或RSSI控制器146、或组合控制器148中的每一个可以能够产生DC改变命令130,该命令为中继站104和节点106指定新的占空比。
图4是使用相对延迟控制器142的图1的系统100的例子的框图400。在图4中,节点106的传感器116、本地DC控制器120和收发器118被示出为与中继站104的相应的收发器118a交换传输。如图所示,在这个例子中,本地DC控制器120包括时戳器(time stamper)401,其被配置为添加时戳402到数据分组122,以便获得盖有时戳的(time-stamped)数据分组122a。这样的盖时戳(time stamping)可以被配置为基于响应于传感器116检测的事件的数据分组122的产生而自动地发生。然后盖有时戳的数据分组122a可以在队列403中等待收发器118的传输的下一个活动阶段。
分组监控器134可以被配置为从收发器118a接收具有时戳402的数据分组122a,并且时戳分离器404可以被用来去除(remove)时戳402以便转送,同时如图所示还转送原始数据分组122以用于进一步的数据评估(例如,独立于这里所讨论的占空比调整而发生的对数据分组122的任何传统处理)。
时戳402被示为时戳“i”,以指示当前时戳,并且如图所示被转送到事务时间计算器406和到达间时间计算器408。如以下相对于图6更具体描述的,事务时间一般代表在接收具有时戳402的数据分组122a的时间与产生数据分组122的时间之间的时间差,即,接收时间与产生时间之间的差(应当清楚,这受到数据分组122a在队列403中等待的影响)。同时,到达间时间计算器408被配置为在当前数据分组122a与之前的数据分组122a的到达之间的时间差,即,连续的数据分组122a之间的时间差。
从图1可以看出,时戳分离器404、事务时间计算器406和到达间时间计算器408都可以被认为是参数提取器136的一部分。因此,时戳402、事务时间、或到达间时间中的任意一个都可以被认为是上面参照图1描述的传输参数的例子。
如图4所示,事务时间可以存储在环形缓存器138a中,而到达间时间可以存储在环形缓存器138b中,环形缓存器138a和138b是图1的缓存器138的例子。在指定的时间段之后,相对延迟计算器410可以被用来计算数据分组122的相对延迟,作为事务时间和到达间时间之间的关系。换句话说,相对延迟表达了关于相对于业务(数据)强度可接受的延迟量(例如,在队列403中)的信息,从而,例如,在产生大量数据分组122时只接受很小的延迟,并且导致更大/更频繁的活动阶段。相反,较低的业务强度指示较高的延迟(即,更小/更不频繁的占空比)是可以接受的。
换另一种方式来讲,相对延迟可以被看作是代表被相对于到达间时间归一化的平均延迟,从而相对延迟计算器410可以被认为是归一化逻辑140的一部分。在这个例子中,然后,参考值141可以被认为是到达间时间,其本身是保存在环形缓存器138b中的传输参数。
相对延迟控制器142因此接收相对延迟,用于与相应的设定点值132进行比较,并且被配置为基于所述比较产生DC改变命令130,然后该DC改变命令130被中继站104的收发器118a传输到节点106的收发器118。
图5是示出图4的系统400的操作的例子的第一流程图500。更具体地讲,流程图500示出了节点106的本地DC控制器120的操作的例子。
在图5的例子中,事件发生(502)。例如,传感器116可以检测其被配置来检测的温度或其它条件或条件的改变。从而,可以产生数据分组(504)。例如,传感器116可以产生数据分组122。
然后,该数据分组被盖上时戳(506),比如时戳器401被用来给该数据分组122盖上时戳。盖有时戳的数据分组122a然后可以被缓存(508),例如,缓存在队列403中。如果没有出现节点106的占空比的活动阶段(510),诸如在图2A的被动阶段204期间,则盖有时戳的数据分组122a在队列403中被延迟。如果出现活动阶段,或者一旦活动阶段开始,诸如当图2A的活动阶段202开始时(510),则盖有时戳的数据分组122a可以被发送(512)。例如,本地DC控制器120可以将盖有时戳的数据分组122a发送到收发器118,以便传输到中继站104。
图6是示出图4的系统400的操作的例子的第二流程图600。更具体地讲,流程图600示出了在从图5的操作接收盖有时戳的数据分组122a时中继站104的操作的例子。
在图6的例子中,中继站104的占空比开始(602),即,收发器118a进入活动阶段。之后,中继站104接收盖有时戳的数据分组122a,并以接收时间给它们盖戳(604)。例如,收发器118a和分组监控器134可以接收盖有时戳的数据分组122a。作为这个操作的一部分,指示数据分组122a的接收时间的接收时戳也可以与(剥离(stripped)的)数据分组122相关联。例如,分组监控器134可以添加或确定每个数据分组122a的接收时间。
因此可以剥离时戳,并转送数据分组(606)。例如,时戳分离器404可以执行这些动作,如图4所示,作为图1的参数提取器136的操作的一部分。
然后,可以计算当前事务时间(608)。例如,事务时间计算器406可以确定当前事务时间为剥离的时戳402与由分组监控器134添加的接收时戳之间的差。因此,事务时间代表数据分组122从产生到接收的时间,包括花费在在节点106的队列403中等待的时间。然后,当前事务时间可以被存储在环形缓存器中(601),诸如环形缓存器138a。
同时,可以确定在当前(剥离的)时戳“i”402与先前剥离的时戳402“i-1”(来自前一个数据分组122a)之间的差(612)。例如,到达间时间计算器408可以执行这个计算。然后,当前(剥离的)时戳402“i”可以被存储(在分离的存储器中,未示出)作为新的、先前的时戳“i-1”(614),以便允许重复对下一个数据分组122a的处理。而且,计算的到达间时间可以被存储在环形缓存器中(616),诸如环形缓存器138b。
如果当前占空比活动阶段没有结束(618),则继续对下一个到来的数据分组122a的处理(604)。否则,在占空比结束时(618),则可以由相对延迟控制器142计算相对延迟,或计算相对延迟以供相对延迟控制器142使用,如图7所示。
图7是示出图4的系统400的操作的例子的第三流程图700。更具体地讲,图7示出了与图1的相对延迟控制器142相关联、或由该相对延迟控制器142执行的操作。
在图7的例子中,环形缓存器的评估开始,环形缓存器例如环形缓存器138a、138b(702)。例如,如上所述可以被认为是归一化逻辑140的一部分的相对延迟计算器410可以从环形缓存器138a读出事务时间值的最后“n”个值,并且可以利用它们计算平均事务时间(704)。同时,相对延迟计算器410还可以从环形缓存器138b读出到达间时间值的最后“n”个值,并且可以利用它们计算平均到达间时间(706)。
在实践中,值“n”可以被确定为充分地大于在每个活动阶段中数据分组的数量,以便提供事务时间和到达间时间的每一个的有意义的平均值。因此,可以理解,这个数量可能需要图6的流程图600在多于一个完整占空比内的操作。
相对延迟可以被计算为这些两个数量的关系(708),即,平均事务时间对平均到达间时间的关系。因此,所计算的相对延迟可以与来自设定点值132的相对延迟设定点进行比较(710)。例如,相对延迟控制器142可以从相对延迟计算器410接收相对延迟,并可以计算由所计算的相对延迟和相对延迟设定点之间的差定义的系统偏差。
然后,可以基于这个比较产生DC改变命令(712)。例如,相对延迟控制器142可以将中继站104和节点106的占空比的新的设定值计算为等于常数(Ksys)乘以刚确定的系统偏差的值。这些项(terms)的乘积(product)可以定义DC改变命令130。这里,常数Ksys可以基于与系统100/400相关联的因素、以及基于传输技术(例如,使用哪种通信标准)来确定。而且,由于这里描述的传输参数的归一化,系统偏差也可以被归一化。例如,相对较低的Ksys的值(例如,0.1)可以导致占空比的较慢的改变,而相反相对高的Ksys(例如,2)则会导致占空比的较快的改变。因此,可以看出,参数Ksys的选择值可以取决于相应的在应用本身中期望的表现(behavior)。
最后在图7中,DC改变命令130被发送到节点106(714)。例如,相对延迟控制器142可以将DC改变命令130发送到收发器118a,以便转送到节点106的收发器118。其它控制技术也可以由相对延迟控制器142来实施,显然包括这里描述的那些。而且,如图2B所示,相同的(同步的)占空比也可以由中继站104来实施。
图8是使用图1的负载控制器144的图1的系统的例子的框图800。在图8中,占空比可以基于节点106-112(或其它节点)的较大网络的当前负载来确定,以使得当网络的负载被确定为高时,活动阶段可以在长度上增加或变得更频繁,而当网络负载被确定为低时,活动阶段可以在长度上减少或变得较不频繁。
在图8的例子中,分组计数器802对来自许多节点的到来的数据分组122进行计数,并输出一段时间的分组计数。容量计算器804依据每时间单位内的数据分组来确定相关传输技术(例如,IEEE 802.15.4)的传输容量。例如,在IEEE 802.15.4中,存在一个以2.4GHz持续至少15.36ms的活动阶段,并且在这个活动阶段中,可以传输特定数量的分组,假设没有其它的限制(例如,与其它分组的冲突)。这个容量可以在系统的运行时或运行前被计算(至少是近似计算)。
最大计数计算器806使用所计算的容量来确定可以通过整个信道传输的数据分组的最大计数,对于每个有效阶段来说,这取决于活动阶段的长度以及所计算的容量。然后,当前负载计算器808通过将分组计数与最大计数相联系来归一化分组计数,以确定所使用的容量与最大容量的比。然后,活动阶段的当前负载值可以被保存在环形缓存器138c中,并且平均当前负载计算器810可以被配置为确定在感兴趣的时间段中的平均当前负载。
同时,负载设定点值可以被确定为最大负载的百分比(例如,30%)。当这个百分比较低时,传输发生得较不频繁(less frequently),但是更有希望到达它们的目的地,而较高的百分比则相反(传输发生得更频繁,但是更容易遭受冲突以及不能到达它们的目的地)。结果,负载控制器144可以比较平均当前负载与来自设定点值132的负载设定点值,并发出DC改变命令130。
例如,可以使用上述P控制器或PID控制器。例如,P控制器可以确定平均当前负载值与负载设定点值之间的系统偏差。然后,用于设定新的占空比的值可以被确定为等于常数(Ksys)乘以这个系统偏差,其中,如上所述,常数Ksys代表基于正在讨论的系统以及所使用的传输技术的相关因素选择的常数。
在图8中,可以理解,分组计数器802可以被认为是图1的参数提取器136的例子,其被配置为提取在任意给定时间在信道上正在传输多少数据分组122的传输参数。同时,容量计算器804、最大计数计算器806、当前负载计算器808、以及平均当前负载计算器810可以被认为代表归一化逻辑140的例子。具体来讲,最大计数可以被认为是图1的参考值141的例子。
图9是示出图8的系统的操作的例子的流程图900。在图9中,例如由容量计算器804来确定(902)最大容量。最大容量可以与最大分组计数相关(904)。
然后,可以监控在传输信道上的活动,例如如图8所示的从多个节点接收数据分组(906)。从这个监控中可以例如由分组计数器802确定分组计数(908)。
例如可以由当前负载计算器808将分组计数相对于最大计数归一化或与最大计数相联系,以确定当前负载值(910)。在将足够数量的当前负载值存储在例如环形缓存器138c的环形缓存器中之后(912),然后,例如,平均当前负载计算器810可以确定平均当前负载(914)。然后,例如,负载控制器144可以将这个平均值与相应的负载设定点值进行比较(916),并基于该比较产生/发送DC改变命令130(918)。
图10是使用相对信号强度(RSSI)控制器的图1的系统的例子的框图1000。如上所述,RSSI是指可以被接收器检测到的接收信号强度或能量的度量或指示。当信道中的RSSI为低时,则发送的附加的数据分组122到达它们目的地的期望度较高(其它因素相当)。RSSI可以用从0到某个最大值的数值量度来表达,例如在值0到255、0到100或0到60之间。
在实践中,一段时间的RSSI可以等于或大于由实际接收数据所蕴涵的RSSI,并且仅仅描述介质上(on the medium)的能量。例如,如果许多节点尝试在一个信道上进行传输,就会出现分组冲突。结果,在一段相对较长的时间段内的RSSI-over-time(一段时间的RSSI)可能会较高,即使相对较小数量的数据分组122被传输(例如,由于冲突)也是如此。
在图10中,RSSI检测器1002确定相关信道上的RSSI。同时,高RSSI计算器1004确定RSSI被认为是不受欢迎地高的点,例如,在上述量度之一上的点。然后,时间分割计算器1006可以确定在期间测量RSSI的时间分割。因此,RSSI-over-time计算器1008可以使用给定时间分割来确定在其间RSSI为高的时间的百分比,并且这些百分比可以存储在环形缓存器138d中(类似于存储在图8的环形缓存器138c中的当前负载)。
结果,可以利用相应的计算器1010来确定RSSI为高的时间百分比的平均。然后,RSSI控制器146可以将这个平均百分比与相应的RSSI设定点值进行比较,以从其确定系统偏差,该系统偏差然后可以用来产生DC改变命令130。
如从图1和图10的描述所理解的,RSSI检测器1002可以被认为是参数提取器136的例子(或可以是分组监控器134的例子)。同时,元素1004-1010可以被认为是归一化逻辑140的例子。
图11是示出图10的系统的操作的例子的流程图1100。在图11中,可以例如使用上述量度之一或其它标准来定义(1102)高RSSI。例如,可以使用RSSI检测器1002来测量(1104)当前RSSI。然后,可以在相关时间段内,将当前RSSI与高RSSI进行比较(1106),以便确定具有高RSSI的时间段的百分比,然后将其存储在环形缓存器138d中。例如,RSSI-over-time计算器可以使用来自高RSSI计算器1004和时间分割计算器1006的值来执行这些计算。
因此,平均RSSI-over-time值可以被计算(1110)。例如,计算器1010可以确定在其间RSSI为高的时间的平均百分比。这个值可以与相应的设定点值进行比较(1112)以确定相应的系统偏差,然后其可以被用来产生/发送DC改变命令130(1114)。
图12是示出分别使用图4、图8和图10的相对延迟控制器142、负载控制器144、以及RSSI控制器146中的一个或多个的组合的图1的系统的操作的例子的流程图。因此,图12提供了图1的组合控制器148的操作的例子。
一般,如上所述,组合控制器148可以被配置为实质上(virtually)实施控制器142-146的两个或更多个的任意组合。例如,组合控制器148可以实施控制器142-146中的两个以确定每一个的DC改变命令130,然后可以确定组合的DC改变命令。在其它实施方式中,组合控制器148可以实施控制器142-146中的两个或多个,然后基于一些优选标准使用从作为结果的DC改变命令130中选择的一个。在另一个示例的实施方式中,组合控制器可以执行控制器142-146的参数和/或归一化参数之间的一些相关性(correlation),然后可以至少部分地基于这个相关性来决定DC改变命令130。
图12提供了上个例子的示例操作,其中,组合控制器148基于负载控制器144与RSSI控制器146之间的相关性来产生DC改变命令130。具体来讲,可以确定在当前负载值(例如,来自图8的环形缓存器138c)与高RSSI值的时间的百分比(例如,来自图10的环形缓存器138d)之间相关性(1202)。例如,可以确定在活动阶段期间传输的一个分组对应于高RSSI的时间的百分比“x”。
然后,组合控制器148可以根据以上描述(例如,相对于图8和9)将负载控制器144实施为主要或基础控制环(loop)(1204),并包括确定当前负载(1206)。同时,可以在组合控制器148的控制之下,例如由如上相对于图10和11所述的RSSI控制器146确定具有高RSSI的时间的百分比(1208)。
如果RSSI-over-time百分比值不高于相应的当前负载值(1210),则负载控制环可以如这里所描述的那样继续(1212)。但是,如果RSSI-over-time百分比值高于相应的当前负载值(1210),则这意味着大量的分组冲突,所以组合控制器148可以增加活动阶段(1214)以减少这些分组冲突(例如,可以因此发出DC改变命令)。
虽然以负载控制器144和组合控制器148的组合给出了图12的例子,但是可以理解,各种其它的组合也是可能的。而且,这样的不同组合可以根据例如设计者的优先考虑(例如,优化节点106的能源使用与减少传输信道上的分组冲突相比)在不同的时间和不同的环境实施。
这里描述的各种技术的实现方式可以被实施在数字电子电路中,或者实施在计算机硬件、固件、软件或它们的组合中。实现方式可以实施为计算机程序产品,即实实在在地具体实施在信息载体中,例如在机器可读存储设备中或者在传播的信号中,的计算机程序,以供数据处理装置执行,或者控制数据处理装置的操作,所述数据处理装置例如可编程处理器、计算机、多个计算机。计算机程序,例如上面描述的计算机程序,可以用任何形式的编程语言编写,包括汇编语言或解释语言,并且,它可以被以任何形式部署,包括作为独立的程序或者作为模块、组件、子程序或其他适于在计算环境中使用的单元。计算机程序可以被部署成在一个计算机上或在位于一个地点或跨过多个地点分布并被通信网络互连起来的多个计算机上执行。
方法步骤可以被一个或更多个可编程处理器执行,所述可编程处理器执行计算机程序,通过对输入数据操作和产生输出来执行功能。方法步骤还可以被专用逻辑电路执行,或者装置可以被实施为专用逻辑电路,所述专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
作为例子,适于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器,以及任何类型的数字计算机的任意一个或更多个处理器。一般来说,处理器将从只读存储器或随机访问存储器接收指令和数据,或者从两者都接收指令和数据。计算机的要素可以包括至少一个用于执行指令的处理器,和用于储存指令和数据的一个或更多个存储器设备。一般来说,计算机还可以包括,或者被可操作地连接,以从一个或更多个用于存储数据的海量储存设备接收数据,或把数据传送到海量储存设备,或者二者皆有,所述海量储存设备例如:磁盘、磁光盘或光盘。适于具体实施计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器,作为例子,包括半导体存储器器件,例如:EPROM、EEPROM和快闪存储器设备、磁盘,例如内置硬盘或可移动磁盘、磁光盘和CD-ROM以及DVD-ROM盘。处理器和存储器可以被专用逻辑电路补充,或被包含在专用逻辑电路中。
为了提供和用户的交互,实现方式可以在具有显示设备和键盘以及指示设备的计算机上实施,显示设备例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)监视器,用于向用户显示信息,键盘和指示设备例如鼠标或跟踪球,用户利用它们可以提供到计算机的输入。其他种类的设备也可以被用来提供和用户的交互;例如,提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈,例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈,并且,来自用户的输入可以被以任何形式接收,包括声音、语音或触觉输入。
实现方式可以被在包括后端组件或包括中间件组件或包括前端组件的计算系统中实施,或者在这些后端、中间件、前端组件的任意组合中实施,后端组件例如数据服务器,中间件组件例如应用服务器,前端组件例如具有图形用户接口,或Web浏览器的客户端计算机,通过图形用户界面或Web浏览器,用户可以和实现方式进行交互。可以利用数字数据通信的任何形式或介质互连组件,数字数据通信介质例如通信网络。通信网络的例子包括:局域网(LAN)和广域网(WAN),例如因特网。
虽然如这里所描述的那样已经示出了所描述的实现方式的某些特征,但是本领域普通技术人员现在将想到很多修改、替换,变化或等同物。因此要理解,所附权利要求旨在覆盖落在实施方式的真实精神内的所有这些修改和变化。
Claims (20)
1.一种方法,包括:
在与网络相关联的中继站(104)监控(304)来自网络节点(106)的数据分组(122),该中继站(104)被配置为将该数据分组(122)转送到基站(102),该网络节点(106)按照第一占空比传输所述数据分组(122);
确定(306)与该数据分组(122)从网络节点(106)到中继站(104)的传输相关联的至少一个传输参数;
将所述至少一个传输参数与至少一个参考值(141)相联系(308)以获得归一化传输参数;
将所述归一化传输参数与设定点值(132)进行比较(310);以及
基于所述比较产生(312)占空比改变命令(130),以便使所述网络节点(106)按照第二占空比转送随后的数据分组。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述确定(306)至少一个传输参数包括:
在缓存器(138)中存储所述至少一个传输参数的多个值;以及
将所述多个值合计成所述至少一个传输参数的合计值。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述将所述至少一个传输参数与至少一个参考值(141)相联系(308)以获得归一化传输参数包括:
将所述至少一个传输参数与所述至少一个参考值(132)相联系,所述至少一个参考值包括第二传输参数。
4.如权利要求1所述的方法,其中,所述将所述归一化传输参数与相关联的设定点值(132)进行比较(310)包括:
在缓存器(138)中存储所述归一化传输参数的多个值;
将所述多个值合计成所述归一化传输参数的合计值;以及
将所述归一化传输参数的所述合计值与所述设定点值进行比较(310)。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述产生(312)占空比改变命令包括:
同步所述中继站(104)和所述网络节点(106)的活动传输阶段以匹配所述第二占空比。
6.如权利要求1所述的方法,其中,所述确定至少一个传输参数(306)包括:
确定在响应于在所述网络节点(106)的传感器(116)的事件而产生数据分组(122)与在所述中继站(104)接收该数据分组(122)之间的事务时间。
7.如权利要求6所述的方法,其中,所述确定所述事务时间包括:
确定(608)在所述中继站(104)接收所述数据分组(122)时与该数据分组(122)相关联的接收时戳与在产生该数据分组(122)时分配给该数据分组(122)的产生时戳之间的差。
8.如权利要求6所述的方法,其中,将所述至少一个传输参数与至少一个参考值(132)相联系(308)以获得归一化传输参数包括:
确定来自网络节点(106)的连续数据分组的到达之间的多个到达间时间值的平均值;以及
将多个事务时间值的平均值与所述多个到达间时间值的平均值相联系,以获得(708)包括所述数据分组的相对延迟的归一化传输参数。
9.如权利要求8所述的方法,其中,所述将所述归一化传输参数与相关联的设定点值进行比较包括:
将所述相对延迟与相对延迟设定点值进行比较(710)。
10.如权利要求1所述的方法,其中,所述确定(306)至少一个传输参数包括:
确定在一时间段内接收的数据分组(122)的分组计数。
11.如权利要求10所述的方法,其中,所述将所述至少一个传输参数与至少一个参考值(141)相联系以获得归一化传输参数包括:
将所述分组计数与从至少一个相关联的传输信道的最大容量(910)确定的最大分组计数相联系;以及
确定当前负载(910)作为所述归一化传输参数。
12.如权利要求1所述的方法,其中,所述确定(306)至少一个传输参数包括:
确定(1104)所接收数据的接收信号强度指示符(RSSI)。
13.如权利要求12所述的方法,其中,所述将所述值与至少一个参考值相联系(308)以获得归一化传输参数包括:
在一个或多个定义的时间段中,将所述RSSI与高RSSI的阈值相联系(1106);
相对于所述定义的时间段,确定(1108)高RSSI的时间的百分比值,以获得归一化传输参数;以及
合计(1110)RSSI-over-time的百分比值以获得合计的归一化传输参数。
14.一种在与基站(102)和节点(106、108、110、112)网络两者通信的中继站(104)中的系统(124),该系统包括:
分组监控器(134),被配置为按照第一占空比从所述节点(106、108、110、112)网络的节点(106)接收数据分组(122);
参数提取器(136),被配置为基于所述数据分组(122)提取至少一个传输参数;
至少一个缓存器(138),被配置为存储所述至少一个传输参数的值;
归一化逻辑(140),被配置为将所述至少一个传输参数与参考值(141)相联系以获得归一化传输参数;以及
控制器(128),被配置为将所述归一化传输参数与设定点值(132)进行比较,并基于所述比较产生占空比改变命令(130)。
15.如权利要求14所述的系统,其中,所述参数提取器(136)被配置为提取在节点(106)产生数据分组与在中继站(104)接收数据分组之间的事务时间,并且还被配置为提取在该数据分组与先前的数据分组之间的到达间时间。
16.如权利要求15所述的系统,其中,所述归一化逻辑(140)被配置为从所述至少一个缓存器(138)检索所述事务时间的值作为所述至少一个传输参数,并从所述至少一个缓存器(138)检索所述到达间时间的值作为所述至少一个参考值;并且还被配置为将平均事务时间与平均到达间时间相联系,以获得相对延迟,作为所述归一化传输参数。
17.如权利要求14所述的系统,其中,所述参数提取器(136)被配置为确定在一时间段内数据分组(122)的分组计数,并且其中,所述归一化逻辑(140)被配置为将所述分组计数与作为所述参考值的最大分组计数相联系,以获得当前负载,作为所述归一化传输参数。
18.如权利要求14所述的系统,其中,所述参数提取器(136)被配置为确定在一时间段内数据分组(122)的接收信号强度指示符(RSSI),并且其中,所述归一化逻辑(140)被配置为相对于作为参考值的一个或多个定义的时间段将所述RSSI与阈值RSSI值相联系,以获得RSSI-over-time的百分比值,作为归一化传输参数。
19.一种占空比管理器(124),包括:
评估系统(126),被配置为按照第一占空比从节点(106、108、110、112)网络的节点(106)接收数据分组(122),提取至少一个传输参数,并将所述至少一个传输参数与参考值相联系,以获得归一化传输参数;以及
占空比控制器(128),被配置为将所述归一化传输参数与设定点值进行比较,并基于所述比较产生占空比改变命令(130),以便将所述第一占空比改变为第二占空比。
20.如权利要求19所述的占空比管理器,其中,所述占空比控制器(128)包括以下一个或多个:
相对延迟控制器(142),被配置为基于作为所述归一化传输参数的所述数据分组的相对延迟来产生所述占空比改变命令(130);
负载控制器(144),被配置为基于作为所述归一化传输参数的所述数据分组(122)的一个或多个传输信道的当前负载来产生所述占空比改变命令(130);
相对信号强度指示符(RSSI)控制器(146),被配置为基于作为所述归一化传输参数的RSSI-over-time的百分比值来产生所述占空比改变命令(130);以及
组合控制器(148),被配置为基于所述相对延迟控制器(142)、负载控制器(144)和RSSI控制器(146)中的两个或更多个的操作的组合来产生所述占空比改变命令。
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