CN101375565A - 无线通信网络的初始化 - Google Patents

Abstract

一种无线通信网络包括关联单元和多个站。这些站的至少一部分存储表明用于从站至关联单元传送消息的关联路由的关联信息。该关联信息是通过以非关联状态安置站来产生的；传输来自处于非关联状态的站的关联请求消息；以及传送响应于关联请求消息的关联准予消息。仅从关联单元、或至少当已经传送了关联请求消息的站在关联单元的接收范围之外时从处于关联状态的多个站之一传送每个关联准予消息。将已经接收到响应于其关联请求消息的关联准予消息的每个站切换至关联状态。存储关联信息，其表明已经发送关联准予消息的站作为至关联单元的关联路由的一部分。

Description

无线通信网络的初始化

本发明涉及一种操作无线通信网络的方法、一种使用这种方法的无线通信系统、以及用在这种网络中的站。

美国专利申请第2003/0151513号描述了一种无线传感器站(sensor station)网络。在操作中，将来自传感器站的数据以多跳(hop)的方式传送到中央控制台，反之亦然。这是因为传感器站不能直接地传送到中央控制台。每个传感器站被给予其自己的、固定的用于向中央控制台传送数据和从中央控制台接收数据的路由。典型地，首先将数据发送到另一个传感器站，并从那个传感器站到另一个传感器站等，直到到达簇首。然后，该数据通过簇首网络被发送到中央控制台。

在感测区域的多个位置处安置传感器站后，动态地形成网络拓扑。即，自动地选择用于每个传感器站的路由，并将其编程到传感器站中。在美国专利申请第2003/0151513号中描述了大量的动态形成从传感器站到引导(channel)来自多组传感器站的传递的簇首单元的路由的方法。由簇首单元采取主动，其传送链路发现消息(linkdiscovery message)，该消息警告附近的传感器站关于簇首的可用性。这些传感器站转发该链路发现消息。更远的传感器站可以接收并转发被转发的链路发现消息等。链路发现包起同步簇首和传感器站的通信时钟的作用。

接下来，定义用于从传感器站到关联单元(association unit)传送消息的路由。在一个实施例中，这是通过传送并转发来自关联单元的路由发现包来实现的。被转发的路由发现包指示跳数，通过这些跳已经转发了被转发的路由发现包。在该实施例中，每个传感器站通过选择每个传感器站从其经由最少跳接收路由发现包的关联单元或传感器站来挑选路由。传感器站记录稍后用在正常工作中的这些路由的标记(indication)。随后，传感器站将路由注册包(routeregistration packet)发送到关联单元以指示其已经选择的路由。

在另一个实施例中，传感器站发送链路注册消息(linkregistration message)而不等待路由发现消息。这些链路注册消息可以通过每个可用的路由到达关联单元。在该实施例中，关联单元从其已经接收到的链路注册消息中选择用于传感器站的路由。在做出选择后，关联单元向传感器站发送路由定义消息(route definitionmessage)用于记录稍后用在正常工作中的这些路由的标记。

关于这些技术的问题在于，它们需要在已经定义路由拓扑之前(即，当多个路由仍然可能时)通过传感器站传送信息。由于它们必须支持不同的通信模式同时以低功率模式操作，所以这使(传感器)站复杂化。如果仅使用一定的路由拓扑来实现信息的转发，则中心通路慢(每个站必须等待直到已经中心地为其上游的站分配了路由)并且远离中心的通路效率低(已经创建了具有不必要的分支数量的路由拓扑)。

另一个可能出现的问题在于，节点之间的无线链路被障碍物所隔断，以及将相同频率用于上游链路路由和下游链路路由需要同步。由于其必须支持同步和强的RF信号，所以这使(传感器)站复杂化。

从在IEEE Aerospace Conference proceedings 2002(PiscatawayNJ，March 9-16，2002)page 2727-2740中所发表的Izhak Rubin et al.的题目为“TBONE：A Moble-Backbone Protocol for Ad Hoc WirelessNetworks”的文章中可知移动通信协议。这篇文章的移动协议使用两类网络：被称作BNET的高功率网络，或主干网(backbone)、以及被称作ANET的多个低功率网络。在每个低功率网络(ANET)中，低功率节点在那个ANET的中心节点的控制下进行通信。每个中心节点还起主干网节点(backbone node)的作用，即，作为高功率主干网网络(backbone network)中的节点。

提供了多种装置，其能够作为主干网节点。最初，这些装置各自根据其与能够作为主干网节点的相邻装置相比是否具有更高的资格来作为主干网节点来决定其是否将切换作为主干网节点。随后，已经切换作为主干网节点的这些装置接收来自剩余节点的加入请求(join request)，这些剩余节点想成为集中于特定主干网节点的低功率网络(ANET)的一部分。通过准予这些加入请求来形成低功率网络(ANET)。加入请求可以来自未决定作为主干网装置的剩余的有主干网能力的装置，以及来自根本不能作为主干网装置的低功率节点。

文章还描述了可以由现有的主干网节点将剩余的有主干网能力的装置(其最初未决定作为主干网装置)命令为主干网节点的可能性。这在为低功率网络(ANET)的一部分的剩余的有主干网能力的装置接收和中继来自不被任何现有主干网节点所接受的请求节点的加入请求时发生。当这种情况发生时，低功率网络(ANET)的中心主干网节点命令剩余的有主干网能力的装置切换作为主干网节点并准予请求节点的加入请求。在这种情况下，剩余的有主干网能力的装置加入高功率网络(BNET)、建立其自己的低功率网络(ANET)、并停止使用命令主干网节点的低功率网络(ANET)中的路径。剩余的有主干网能力的装置使用高功率网络来向请求节点中继更远的消息或中继来自请求节点的更远的消息。并不通过连续的先前已建立的低功率网络(ANET)节点为路由以及用于这种路由形式的关联进行准备。

这个系统提出了两类网络链路的用法：低功率网络中的链路和高功率网络中的链路。将直接通信链路(不经过其他关联节点)用在低功率网络中。未对高功率网络中通信路径的选择进行描述，但是由于将高功率通信用于较长射程的路径，所以可以将其用在这种网络中而不用在低功率网络中。由于该系统想要提供动态环境中的通信而不是提供对系统中装置的控制，所以不存在单个中心主干网节点。没有中心单元的两类网络的使用使这个系统复杂化并使带宽利用方面效率低下。

除此以外，需要提供一种无线网络，其中，可以确定用于通信的路由而不需要通过还没有为其定义路由的站来转发信息。

除此以外，需要提供一种操作无线网络的方法，其中，可以确定用于通信的路由而不需要通过还没有为其定义路由的站来转发信息。

除此以外，需要提供用于灵活地用作无线网络中的站。

本发明提供了一种根据权利要求1的无线通信网络。该网络使用响应于较早的关联已经被定义的路由来允许建立站和关联单元之间的路由用于进一步的使用。当来自站的关联请求被准予时，建立每个路由。路由的建立是由关联单元(例如)通过将定义至关联站的路由的信息存储到存储器中来实现的，每当消息已经被发送到关联站时关联单元用于使用该存储器来选择路由。依据来自关联单元的或来自直接地或间接地基于来自关联单元的关联准予(association grant)已经切换为关联状态的站，以从关联单元开始的节点到节点辐射的关联波的形式建立路由。仅允许关联单元和具有到关联单元的已建立路由的站来准予关联请求，该关联单元以通过沿该路由的节点响应于关联请求以及相应的关联准予的这种方式来建立。因此，它们的路由可以马上被用于关联的站。

在实施例中，首先将站配置为通过有效频道(active frequencychannel)传送用于关联的关联请求，以及接下来，如果首先被传送的关联请求不被准予，则通过还未被使用的频道传送用于关联的关联请求。可以将后者的请求(例如)直接地传送到关联单元。因为依据关联建立将被用于站的路由，所以其防止当这种不同的关联请求被传送时分配不一致的多个路由。

更一般地，在实施例中，将关联准予发布给特定站的站被配置为根据特定站指示该特定站中的功能是否有效(active)来进行关联准予的发布。这意味着特定站可以根据特定站中的功能是否有效来与不同的其他站相关联。因此，特定站在不激活功能以及功能被激活之后，具有发布多个关联请求(例如，关于直接到关联单元的请求)的机会。因此，例如，如果该功能消耗了稀有资源(诸如使用频道用于在多个站之间进行通信，从而排除由其他站使用该频道的功能)，则其可以防止在激活该功能之前通过准予该关联请求来不必要地消耗资源。由于仅根据关联来建立至站的路由，因此其可以防止分配不一致的站地址。

在实施例中，发现阶段优先于关联，其中，路由还没有被建立但是站发现了可以起中继消息作用的其他站。因此，可以首先使能多个站以发现关联请求可以被发送至的可用的其他站的、或在路由被建立之前可以发送关联请求的站的地址。在又一实施例中，发现公告消息(discovery advertisement message)被使用，其识别被使能以准予发现请求的站。因此，能够避免关于不能被准予的关联请求浪费能量或带宽。

在另一个实施例中，多个站的一部分是双功能站，其仅在从关联单元接收同意这样做之后才开始发送关联准予消息(associationgrant message)。因此，即使在双功能站已经获得用于其“自己的”消息(例如，来自传感器站中的组成部分(built)的传感器消息)的路由之后，关联单元还能控制作为中继站的站的选择。在实施例中，双功能站包括分别起信标帧发射器作用以及起具有类似传感器站的通信能力的站的作用的单元。关联单元可遵循以下策略：选择性地使能这些双功能站以避免使能仅作为用于少数站各自中继的许多站，或避免在这些双功能站将成为用于太多站的消息的中继时选择这些站。

在另一实施例中，双功能站被使用，其包括各自都具有用于发射和接收的一个天线或多个天线的分离单元之间的机械地柔性连接。从而，这些站可以被用于连接“角落周围”的不同空间。

在另一实施例中，双功能站被使用，其在以不同异步周期重复的时隙中周期性有效的不同频道中同时操作。这简化了不同网络部分之间的协调。

将使用以下附图为示例性实例描述这些和其他目的以及有利的方面。

图1示出了无线网络；

图2示出了站；

图3示出了传感器站的状态图；

图4示出了信标帧发射器的状态图；

图5a示出了发现阶段期间的消息；

图5b示出了关联阶段期间的消息；

图6示出了信标帧发射器的实施例；以及

图7示出了信标帧发射器的状态图。

图1示出了无线网络。该网络包括：关联单元10、多个信标帧发射器12、以及多个传感器站14(仅有一些被明确编号)。使用关联单元10、信标帧发射器12、以及传感器站14之间的无线网络链路(由虚线示出)在关联单元10和传感器站14之间定义固定的通信路由。这些通信路由形成在其根部处具有关联单元10和在其节点处具有信标帧发射器12的树形结构。每个信标帧发射器12以星形拓扑连接到大量传感器站14。

图2示出了站。在所示出的细节等级上，该图适用于信标帧发射器12以及传感器站14。站包括接收器电路20、发射器电路22、处理器电路24、存储器26、以及至少在传感器站的情况下的读出电路28。将处理器电路24连接到接收器电路20、发射器电路22、存储器26、以及可选地连接到读出电路28。接收器电路20和发射器电路22各自包括天线(未示出)。优选地，通过接收器电路20和发射器电路22的共享天线来形成接收器电路20和发射器电路22的天线。

优选地，这些站具有机载电池(未示出)或提供有诸如太阳能电池的其他机载电源，是电池供电的。这意味着希望尽可能多地减少功耗。

在操作中，数据通过图1中示出的链路在传感器站14和关联单元10之间被交换。由于链路形成树形结构，所以为每个传感器站12定义了至关联单元10和来自关联单元的单个路由。

应该理解的是，通信路由是从大量可能的路由中进行选择的结果。在原则上，每个传感器站14可以直接与关联单元10以及每个信标帧发射器12进行通信。实际上，由于信号强度不够，所以许多这些直接通信路由是不可能的。但是从传感器站14到比一个更多的信标帧发射器12和/或到关联单元10的直接的无线通信是可能的。类似地，每个信标帧发射器12能够与关联单元10和/或大量信标帧发射器12直接地进行通信。

图1中示出的无线连接是从这些可能的路由中进行选择的结果。传感器站14、信标帧发射器12、以及关联单元10之间的大量切实可行的无线通信链路未被使用。这些链路未在图1中示出。传感器站14通过固定路由向关联单元10发送消息，以及相反地，关联单元10通过该固定路由向传感器站发送消息。该路由被存储器26中的信息所定义。

每个传感器站14至少存储为至关联单元10的其路由的开始的信标帧发射器12所选择的信息；这个地址信息被用于形成传感器站14发向关联单元10的消息。典型地，每个信标帧发射器12至少存储为路由中的下一个信标帧发射器12或为关联单元10所选择的信息。这个信息被用于转发从传感器站14发送到关联单元10的消息。可选地，每个传感器站14可以存储为至关联单元10的整个路由所选择的信息，并且传感器站14可以使用该信息来形成消息，从这些消息中，信标帧发射器12可以确定如何转发该消息。

相反地，关联单元10优选地存储用于每个传感器站14的为至那个传感器站14的路由的开始的信标帧发射器12所选择的信息。关联单元10使用该信息来形成关联单元10传送给传感器站14的消息。典型地，关联单元10存储识别至每个传感器站14的整个路由的信息。关联单元10可以使用该信息来形成消息，从这些消息中，信标帧发射器12可以确定如何将该消息转发给传感器站14。可选地，每个信标帧发射器12为能接收消息的每个传感器站14至少存储为至那个传感器站14的路由中的下一个信标帧发射器12所选择的信息。该信息被用于为传感器站14从关联单元10到传感器站14转发消息。

现在将对其中路由已被建立的部分操作的实施例进行描述。基本上，该实施例包括两个阶段：

-发现阶段，其中，信标帧发射器12和传感器站14“注意到(aware)”接收范围内的站(在传感器站和关联单元10的情况下的关联单元10或信标帧发射器12，在信标帧发射器14的情况下的其他信标帧发射器12和传感器站14)以及

-关联阶段，其中，传感器站14和信标帧发射器14(被固定地连接至这些信标帧发射器的传感器站)发送请求以关联到关联单元10或信标帧发射器12，即，建立至关联单元10或信标帧发射器12的路由用于后面的使用。

当关联单元10或信标帧发射器12准予关联请求时，完成传感器站14(或信标帧发射器12)的关联阶段。因此，建立经由准予站(granting station)的路由用于后面的使用。在一个实施例中，每个信标帧发射器12在已经接收到关联请求自身的准予后立即被使能以准予关联请求，但优选地，信标帧发射器12仅在这次从允许信标帧发射器12准予关联请求的关联单元14接收到次要准予消息后被使能以准予关联请求。例如，关联单元10可根据关于信标帧发射器12已经发现的至今未被关联的站的数量的信息进行次要准予消息的发布。因此，关联单元10可以控制网络拓扑。

优选地，使用在发现阶段已经被发现的地址(或更一般地这些站的任何标识)将关联请求具体地寻址到信标帧发射器12或关联单元10。因此，可以排除响应于关联请求被接收的冲突的关联准予。但是，例如在站将所有随后的消息都寻址到已经发送准予的一个站时，或如果使用了一些冲突解决方案时，不必进行寻址。

在实施例中，发现阶段包括使用来自传感器站14和信标帧发射器12(或固定地连接到这些信标帧发射器12的传感器站)的消息，以及对这些发现消息的反应的响应。可选地或此外，可从自发的消息中发现传感器站。发现阶段和关联阶段可以重叠，站继续在关联阶段期间在关联请求的传输之间收集被发现的站的标识。可选地，可使用非重叠的连续阶段。在另一实施例中，例如，在使用未被具体寻址的关联请求的情况下，或在关联请求被用于发现站的情况下，甚至可以去掉发现阶段。

当发现阶段和关联阶段可以重叠时，优选地，信标帧发射器12包括其消息中指示这些信标帧发射器是否已经被使能准予关联请求(通常优选地，即，不限于来自具体传感器站14的请求，但是在又一实施例中，可以指示接收来自具体传感器站14或信标帧发射器12的关联请求)的信息。因此，传感器站14和/或信标帧发射器12可以避免向不能被使能准予关联请求的被发现的信标帧发射器12传送关联请求。

图3示出了在建立路由之前的传感器站14的操作状态图。图5a、图5b分别示出在发现和关联期间与传感器站14进行交互的消息。最初，传感器站14处于第一状态31。在第一状态31中，处理器电路24使发射器22传送发现消息50a，例如，每分钟一次、每两分钟一次、或每小时一次。当处理器电路24检测接收器20已经接收到来自信标帧发射器12或关联单元10的信标帧52a时，处理器电路24将传感器站14切换至第二状态32。以这种方式，信标帧52a充当发现确认消息。

优选地，传感器站14不加区别地响应于两个信标帧52a以切换至第二状态32，这两个信标帧52a响应于发现消息或自发地接收的任何其他的信标帧而传输。在实施例中，传感器站14仅响应于指示传送站被准备以准予关联请求的信标帧52a而非不包括这种指示的可选的其他信息帧52a以切换至第二状态32。

在第二状态32中，处理器电路24使发射器22传送关联请求消息54a，例如，每分钟一次、每两分钟一次或每小时一次。优选地，每个关联请求消息54a包括该传感器站14的标识，其使具体地对准该传感器站14的消息能在响应中被发送。同样优选地，处理器24从先前接收的发现确认消息中读取信标帧发射器12或关联单元10的标识，并且将该标识包括到关联请求消息中。这可以在例如当响应于关联请求消息需要避免关联准予消息之间的冲突时来完成。

当处理器电路24检测到接收器20已经接收到响应于关联请求消息54a的来自信标帧发射器12或关联单元10的对准处理器电路24的传感器站14的关联准予消息56a时，处理器电路24将传感器站14切换至第三状态33并将用于到达该信标帧发射器12或关联单元10的信息记录到存储器26中以定义用于在正常工作期间使用的至关联单元10的路由。可选地，传感器站将关联准予消息的回执(acknowledgment)58发送回信标帧发射器12或关联单元10。

在第三状态33中，传感器站14停止传送关联请求消息54a。在一个实施例中，传感器站14在其已切换至第二状态32时停止传送发现消息50a。可选地，如果这发生在切换至第三状态33之前，可以设置传感器站14在第二状态32中连接传送发现消息50a，仅在切换至第三状态33之后或在切换至第二状态32后过去预定时间间隔之后停止。

在实施例中，配置站以首先通过有效频道传送用于关联的关联请求，以及接下来如果不准予首先被传送的关联请求，则通过至今未被使用的频道传送用于关联的关联请求。例如可以将后面的请求直接地传送到关联单元。由于仅根据关联来建立将被用于站的路由，所以当传送这种不同的关联请求时，可以防止分配不一致的多个路由。

更一般地，在实施例中，将向具体站发布关联准予的站配置为根据具体站指示在该具体站中的功能是否有效而进行关联准予的发布。这意味着具体站可以根据具体站中的功能是否有效与其他不同的站相关联。因此，具体的站具有在不激活功能的情况下和在激活该功能之后发布多个关联请求(例如，具有直接到关联单元的请求)的机会。因此，例如，如果该功能消耗了稀有资源(诸如使用用于在站之间进行通信的频道，从而排除其他站使用该频道的功能)，则防止在激活该功能之前通过准予关联请求来不必要地消耗资源。由于仅根据关联来建立至站的路由，所以可以防止分配不一致的站地址。

图4示出在建立路由之前的信标帧发射器12的工作状态图。最初，信标帧发射器12处于第一状态41。在该第一状态41中，处理器电路24使发射器22传送发现消息50b，例如，每分钟一次、每两分钟一次、或每小时一次。当处理器电路24检测接收器20已经接收到来自另一信标帧发射器12或关联单元10的信标帧52b时，处理器电路24将信标帧发射器12切换至第二状态42。以这种方式，信标帧发射器12充当发现确认消息。在实施例中，还可以自发地传送发现确认消息，即，不响应发现消息，在这种意义上，发现消息还可以被称为“你好”消息。术语“发现公告消息”被用在本文中用于响应于发现请求的消息和自发(你好)消息的消息。根据发现确认消息，将给出使用发现公告消息的实例，但是除非指示了别的方式，这些实例通常申请发现公告消息。在又一实施例中，站根本不需要传送发现消息50a、50b。在这种情况下，站仅监听自发消息。发现确认消息不需要被寻址到任何站，尤其是，任何站都可以对任何发现确认消息作出反应。

优选地，信标帧发射器12不加区别地响应于响应于发现消息所传送的信标帧52b或自发地接收的任何其他信标帧来切换至第二状态42。在实施例中，传感器站14仅响应于指示传送站被准备以准予关联请求的信标帧52b而非不包括这种指示的可选的其他信标帧52b来切换至第二状态42。

在第二状态42中，处理器电路24使发射器22传送关联请求消息54b，例如，每分钟一次、每两分钟一次、或每小时一次。优选地，每个关联请求消息54b包括信标帧发射器12的标识，其使具体地对准该信标帧发射器的消息能在响应中被发送。还优选地，处理器24读取来自先前所接收到的发现确认消息中的信标帧发射器12或关联单元10的标识，并且将该标识包括到关联请求消息中。这可在例如当需要避免响应于关联请求消息的关联准予消息之间的冲突时来完成。

当处理器电路24检测到接收器20已经接收到响应于关联请求消息54b的来自另一信标帧发射器12或关联单元10的关联准予消息56b时，处理器电路24将信标帧发射器12切换至第三状态43，并将用于到达该其他信标帧发射器12或关联单元10的信息记录到存储器26中以定义用于在正常工作期间使用的至关联单元10的路由。可选地，帧发射器12将关联准予消息的回执59发送回信标帧发射器12或关联单元10。

在第三状态43中，帧发射器12停止传送关联请求消息54b。在一个实施例中，帧发射器12在其切换至第二状态42时停止传送发现消息50b。可选地，如果这发生在切换到第三状态43之前，则帧发射器12还可以在切换至第三状态43之后或在切换至第二状态42后过去预定时间间隔之后停止。

优选地，信标帧发射器12至少在处于第二状态42和第三状态43时传送发现确认消息。更优选地，信标帧发射器12将指示信标帧发射器12是否已经响应于关于关联请求的关联准予消息的指示包括到发现确认消息中。这使得站可以避免使用带宽来发送无用的关联请求。在原则上，还可以设置信标帧发射器12在第一状态41中传送发现确认消息。优选地，当信标帧发射器12接收来自传感器站14或其他信标帧发射器12的发现请求消息时，信标帧发射器12记录从其接收发现请求的传感器站14和其他信标帧发射器12的标识。可选地，信标帧发射器12还记录已经传送(如果存在的话)信标帧发射器12未响应的关联请求的站的标识。

在第一状态41和第二状态42中，信标帧发射器12不响应关联请求消息54a。但是，在第三状态43中，信标帧发射器12响应关联请求消息54a。在该状态中，处理器电路24响应于每个所接收到的关联请求消息54a，使用关联请求消息54a中的站标识使发射器22对准已经发送关联请求消息54a的站传送关联准予消息56a。处理器电路24将用于到达信标帧发射器12的信息包括到关联准予消息56a中，以及可选地，还包括用于到达关联单元10的信息。

另外，信标帧发射器12在发送关联准予消息56a之后(以及在接收该消息的可选回执之后)传送具有传感器站14已经被关联到关联单元10的信息的更新消息59。

信标帧发射器12对关联请求消息54a的这个响应不限于来自传感器站14的这种消息，而且还应用于来自其他信标帧发射器12的关联请求消息54b。

应当注意，仅当信标帧发射器12和传感器站14到达其各自的第三状态33、43时，成为具有明确路由的网络站。另外，应当注意，仅当信标帧发射器12已经进入到其第三状态43时(即，仅当信标帧发射器12具有明确的到关联单元10的路由时)，响应关联请求消息54a、54b。因此，可沿将在正常工作期间被使用的路由传送关于关联的信息。可以将该路由用作至新近所关联的传感器站14的路由的一部分。关联单元10可以使用来自其存储器的、关于至信标帧发射器12的路由的信息来定义至传感器站14的路由。在另一个实施例中，信标帧发射器12沿该路由可以添加其标识以将该路由通知给关联单元10，或在又一个实施例中，关联至传感器站14的信标帧发射器12可插入此信息。

应当注意，不是所有的信标帧发射器12都需要变为作为网络一部分的信标帧发射器。如果信标帧发射器12未接收关联准予信号56b或未准予来自其他信标帧发射器12或传感器站14的关联准予请求，则信标帧发射器12就不会成为网络中的功能信标帧发射器。

在实施例中，关联单元10决定信标帧发射器12是否成为功能信标帧发射器。在此实施例中，处于第三状态43的功能信标帧发射器12在发送关联准予消息56b之前转发来自其他信标帧发射器12(以及可选地还来自传感器站14)的关联请求54a。(可选地转发由此关联请求所获得的又一消息)。

在此实施例中，设置关联单元10响应于转发(或响应于又一消息)来准予或拒绝被转发的关联请求。当准予关联请求时，关联单元回发准予消息，其用于生成对初始关联请求54b的关联准予信号56b。因此，使能关联单元10(和/或信标帧发射器12)来(例如)通过首先准予至所优选的信标帧发射器的关联以及仅在这还需要完成至所有传感器站14的连接的情况下准予至其他稍后的关联请求来控制网络拓扑的产生。

在又一实施例中，设置信标帧发射器12来提供关于其已经从其中接收到信标帧请求消息和/或关联请求消息的传感器站14和/或信标帧发射器12的编号和/或身份(identity)的信息。可以通过将身份信息包括到信标帧请求消息和/或关联请求消息中来提供身份。信标帧发射器12可以在诸如其自己的信标帧请求消息和/或关联请求消息中提供此信息。在此又一实施例中，将可用于选择信标帧发射器12的信息提供给关联单元10(和/或信标帧发射器)用于准予关联。这可用于(例如)经由几个信标帧发射器12分配链路，或相反地避免通过将链路都集中到一个信标帧发射器12的分配。

在又一实施例中，信标帧发射器12仅在接收到次要关联请求的准予之后返回响应于关联请求的准予，其中，次要关联请求如果未在形式上至少在功能上区别于先前所描述的关联请求。为此目的，可选地，可向图4的状态添加附加的第四状态44。当处于第三状态43时(在接收到至先前所描述的将被称作主要关联请求的多个关联请求之一的先前所描述的准予之后)，信标帧发射器12将该次要关联请求传送至关联单元10。一旦接收到该次要关联请求的准予，信标帧发射器12就切换至第四状态44。在这个实施例中，使能信标帧发射器12以仅在第四状态44中才开始将关联准予消息返回至请求站。可选地，信标帧发射器在发现确认消息中表明这点。

优选地，信标帧发射器12被配置为包括一列站，信标帧发射器12已经从这些站中接收了次要关联请求中的发现请求信息(和/或未被准予的关联请求)。可选地，将作为可选的信标帧发射器12配置为传送一个或多个附属消息以将此列表提供给关联单元10。这使关联单元10能选择其将准予第二类关联请求的那个信标帧发射器12。以这种方式，在关联单元10通过准予主要关联请求来在允许信标帧发射器12进入网络之后，关联单元能控制网络拓扑。

在优选的实施例中，每个功能信标帧发射器12(以及在此方面充当信标帧发射器的关联单元10)在正常工作期间以时隙方案工作，该信标帧发射器周期地将信标信号发送至与信标帧发射器可以同步的信标信号相关联的那个传感器站14。在信标信号之后，信标帧发射器12和其关联的站在有限的周期交换消息。

这使信标帧发射器12和传感器站14在低功率睡眠模式和正常工作模式之间切换。在交换消息之后，信标帧发射器12和传感器站14切换到睡眠模式，在该睡眠模式中，切断到至少一部分信标帧发射器12和传感器站14的电源和/或时钟信号。在计数了预定时间间隔之后，信标帧发射器12和传感器站14切回到正常工作模式。通过切换到正常工作模式之后的预定延迟，信标帧发射器12传送信标帧并且传感器站14接收这个信标帧。

在这个实施例中，关联单元10和/或信标帧发射器优选地选择前几个周期信标帧的定时，使得在范围内接收彼此消息的不同信标帧发射器12的时隙不重叠。在这个实施例中，传感器站14中的信息在关联之后定义在其中传感器站14应该切换至正常工作模式的那个时隙。

在一个实施例中，每个信标帧发射器12还在由又一信标帧发射器12所定义的时隙中切换至转发模式，原始信标帧发射器12通过其将消息传送至关联单元10(或在关联单元10的时隙中)。在转发模式中时，原始信标帧发射器12与又一信标帧发射器12交换消息。

这个实施例具有必须避免相邻信标帧发射器12的时隙重叠的优点。这意味着信标帧发射器12必须监控其他信标帧发射器12的时隙。这还意味着信标帧发射器12不能如尽可能期望的在睡眠模式下工作。

在可选的实施例中，信标帧发射器12被设计为在多个频道中的一个可选频道中传送和接收。在这个实施例中，例如，在检测到于预定时间周期期间在该频道中没有接收到消息之后，由信标帧发射器自己或由关联单元10在初始化期间选择用于不同功能信标帧发射器12的频道，使得已经被检测到接收彼此的信标帧发射器12获得不同的频道以避免冲突。在实施例中，当信标帧发射器12和其关联的传感器站14开始正常工作时就切换至所选的频道。在这个实施例中，传感器站14中的信息在关联之后定义了用于与信标帧发射器12进行通信的频道。使用不同的频道具有不需要在信标帧发射器12的多个时隙之间进行大范围同步的优点。因此，信标帧发射器12能更频繁地切换至睡眠模式。

在这又一实施例中，在初始化期间可以使用一个频道。可选地，可以并行地使用多个频道。作为可选的，信标帧发射器12自己在检测到在预定时间周期期间在频道中没有接收到消息之后，其可以在初始化期间选择频道。随后，每个信标帧发射器12使用所选的频道对传感器站14执行其所有的操作，并使用另一个频道来对关联单元10进行上游连接。

图6示出了信标帧发射器的又一实施例。信标帧发射器包括如图2中示出的两个单元60、62，加上连接在这两个单元的处理器电路24之间的消息交换存储器(message exchange memory)64。在一个实施例中，使用相互不同的单元60、62(被设置以执行信标帧发射器(具有(例如)比其他单元更高功率的发射器22和/或更不同的编程处理器电路)功能的第一单元60，以及在传感器站14中所使用类型的第二单元62)。在单元60、62(例如，在可以是第一单元60和第二单元62一部分的消息交换存储器64之间)之间设置机械地柔性连接66。柔性连接66为(例如)至少5厘米长。

在这个实施例中，第一单元60除传送发现请求50b、关联请求54b、以及对关联单元的任何通信(例如，更新消息59)之外，还充当信标帧发射器。第二单元62执行信标帧发射器的剩余功能。应当注意，此第二单元除不产生或接收其自己的消息之外，执行更象传感器站14。而其转发来自其他单元的消息或将消息转发至其他单元。将到关联单元10和来自关联单元或其他信标帧发射器12的消息(或来自这些消息的数据)放置到消息交换存储器64中。

在正常工作中，单元60、62在由各个信标帧所定义的时隙中在睡眠模式和正常有效模式之间切换。充当信标帧发射器的单元优选地在用于该信标帧发射器的所选择的频道中传送其自己的信标信号。充当传感器站的单元在由将该信标帧发射器60、62、64关联到的又一信标帧发射器的信标帧所定义的时隙中切换至正常工作模式。因此，不需要花费功率来同步。

图7示出在发现和关联期间图6的成对单元的工作状态图。成对单元60、62以第一状态71开始，在其中作用就象传感器站的对60、62的第二单元62传送发现消息。当第二单元62检测来自信标帧发射器12或关联单元10的信标帧已经被接收时，成对单元切换至第二状态72。在第二状态72中，充当信标帧发射器的对的第一单元60响应于所接收的发现消息来通过传送发现确认消息开始传送信标帧。在这些信标帧中，第一单元60包括表明该第一单元60还没有被关联的信息。

同样在第二状态72中，第二单元62开始监控其是否接收了具有表明发送该信标帧的站已经被关联(或是关联单元)的信息的信标帧。

当第二单元62检测信标帧具有表明发送该信标帧的单元已经被关联的信息时，则成对单元60、62从第二状态72切换至第三状态73。于此，第二单元62开始传送关联请求。当第二单元62接收了响应中的关联确认时，成对单元60、62切换至第四状态74。在第二状态72、第三状态73和第四状态74中，第一单元60开始并重新开始对超时间隔进行计数。每当第一单元60接收到来自新的源(传感器站或其他信标帧发射器)的发现消息时，超时间隔就重新开始。在第一单元60没有从任何新的源接收到发现消息的预定持续时间(例如，一分钟或更多)之后，超时间隔期满。在超时间隔期满之后，单元60响应于所接收的发现消息而停止传送信标帧。

在超时间隔期满之后，成对单元60、62从第四状态74切换至第五状态75，在第五状态中第二单元60为第一单元62传送信标帧发射器的关联请求，列出第一单元已经从其接收到发现消息的源。将此信标帧发射器的关联请求转发到关联单元10，其根据列表(例如，如果列出了还没有被关联的、超过阀值数目的源，则准予请求)来准予或拒绝此请求。当拒绝信标帧发射器的关联请求时，可以发送新的信标帧发射器的关联请求。配置关联单元10以随时间降低阀值，使得如果在请求中被提到的源即使在扩展的时间周期之后仍不能以任何其他方式到达，则稍后准予相同的请求。

关联单元10通过第二单元62将具有准予信号的准予消息发送至第一单元60。当接收到准予消息时，成对单元60、62切换至第六状态76。其中，第一单元62开始传送表明其已经被关联的信标帧，在这之后，其可以使其他单元从第一状态72切换至第三状态73。

虽然彻底地示出了单独的单元60、62，但应当理解，这些单元的一部分或全部都可以使用共享电路。使用单独的电路具有可以使用标准传感器站单元的优点。使用柔性连接具有以下优点：不同的单元可位于离开彼此的“角落周围”，使得一个单元与空间(space)接触而另一个单元不接触至这个空间。因此，可以用这类信标帧发射器非常容易地实现大楼中的系统。

虽然已经描述了具有信标帧发射器12的网络，但应当理解，可以使用其他形式的消息交换来代替同步传输的信标信号。在这种情况下，信标帧发射器12简单地充当站。在那种情况下，信标帧请求仅是发现请求，并且信标帧传送响应于发现请求。

此外，虽然已经讨论了信标帧发射器12仅起中继传感器数据作用的实例，但应当理解，信标帧发射器12自己还可以装备有传感器，使得信标帧发射器12还可以传送其自己的传感器数据。

虽然已经描述了传感器站的网络(每个都具有温度传感器、和/或烟雾传感器、和/或光强度传感器、和/或湿度传感器、和/或气体传感器等)，但应当理解，还可以将所描述的技术应用于非传感器网络或部分传感器网络，其中，传感器站14是简单的信息处理站。

虽然已经描述了具有发现阶段(图5a)和关联阶段的关联处理，但应当理解，可以部分地或全部地合并这两个阶段。在一个实施例中，信标帧请求50a兼作关联请求54a。在另一个实施例中，关联准予消息56a兼作信标传送52a。可以合并这两个实施例。然而，使用单个阶段具有整个过程运行更快的优点。

Claims (22)

1.一种包括关联单元和多个站的无线通信网络，每个站被配置为以非关联状态启动并以所述非关联状态传送多个关联请求消息，每个站被配置为一旦接收到响应于其多个关联请求消息之一的关联准予就切换至关联状态，响应于所述关联请求消息和/或所述关联准予建立与所述站相关联的用于在随后的操作期间与所述关联单元交换操作消息的工作路由，与所述站相关联的贯穿响应于所述多个关联请求消息之一的所述关联准予的源的所述工作路由，以及在所述关联准予的源不是所述关联单元的情况下所述关联准予的源和响应于多个关联请求消息和/或用于多个中间站的多个关联准予先前为所述关联准予的源建立的所述关联单元之间的所述工作路由，其中，网络：

-所述关联单元被配置为传送多个关联准予作为对所接收的所述多个关联请求消息之一的响应；

-所述多个站的至少一部分被配置为有效的，以传送关联准予作为对所接收的所述多个关联请求消息之一的响应，但是仅在根据来自所述关联单元的关联准予切换至所述关联状态或所述多个站的所述至少一部分之一基于来自所述关联单元的关联准予直接地或间接地切换至所述关联状态之后。

2.根据权利要求1所述的无线通信网络，其中，所述多个站的至少一部分包括至少一个双功能站，所述双功能站被配置为仅在接收到次要关联准予之后传送多个关联准予，所述双功能站被配置为当处于所述关联状态时沿其工作路由将一个或多个次要关联请求消息传送至所述关联单元，只有所述关联单元被配置为响应于所述次要关联请求消息来发起所述次要关联准予。

3.根据权利要求2所述的无线通信网络，其中，所述双功能站被配置为将信息传送至所述关联单元，所述信息表明所述双功能站已经从所述多个站中的哪个站接收了传送，所述关联单元被配置为根据所述信息选择是否准予所述次要关联请求。

4.根据权利要求3所述的无线通信网络，其中，所述多个站被配置为在切换至所述关联状态之前传送多个发现消息，所述传送至少包括所述多个发现消息。

5.根据权利要求1所述的无线通信网络，其中，来自所述多个站的所述至少一部分的每个站都被配置为传送包括来自所述多个站的所述至少一部分的所述站的标识的多个发现公告消息，传送多个关联请求消息的所述多个站被配置为使用来自所述多个发现公告消息的标识来对所述关联请求消息进行寻址。

6.根据权利要求5所述的无线通信网络，其中，所述多个站的所述至少一部分中的每个站都被配置为在所述多个发现公告消息中表明所述站是否能够传送多个关联准予，传送多个关联请求的所述多个站被配置为仅在被寻址的站已经在所述多个发现公告消息的至少一个中表明了其能够传送多个关联准予的情况下，传送被寻址至来自所述多个站的所述至少一部分中的多个站的多个关联请求。

7.根据权利要求2所述的无线通信网络，其中，所述双功能站包括第一单元和第二单元，每个单元都至少具有通过机械地柔性连接所连接的各自的天线，所述第一单元被配置为传送所述多个关联请求消息中的前几个以及接收所述多个关联准予中的前几个，所述第二单元被配置为接收所述多个关联请求消息的另外几个以及传送响应于所述多个关联请求消息的所述前几个的所述多个关联准予的另外几个。

8.根据权利要求2所述的无线通信网络，其中，所述双功能站被配置为使用各自的、相互区别的第一频道和第二频道、使用用于传送多个关联请求消息以及接收多个关联准予的所述第一频道、以及使用用于接收多个关联请求消息以及传送多个关联准予的所述第二频道来操作。

9.根据前述权利要求中任一项所述的无线通信网络，其中，所述多个站的所述至少一部分被配置为在传送关联准予之后向所述关联单元传送路由信息，所述路由信息定义已经向其发送所述关联准予的所述站的所述关联路由。

10.根据权利要求9所述的无线通信网络，其中，所述多个站的所述至少一部分被配置为向所述关联单元转发所述路由信息的至少一部分、存储所述路由信息的至少又一部分、以及根据所述存储的至少又一部分将随后的多个消息从所述关联单元路由至发送所述路由信息的所述站。

11.一种用在无线通信网络中的站，所述站包括：发射器装置、接收器装置、以及连接至所述发射器装置和所述接收器装置的处理器电路，所述处理器电路被配置为以非关联状态启动并使所述发射器装置在所述非关联状态下传送多个关联请求消息，所述处理器电路被配置为一旦在所述接收器装置处接收响应于所述多个关联请求消息之一的关联准予就切换至关联状态，所述处理器电路被配置为在随后的操作消息至关联单元的传递期间为与关联单元进行通信而建立关联路由，所述关联路由包括所述关联准予的源、以及在所述关联准予的源不是所述关联单元的情况下所述关联准予的源和响应于多个关联请求消息和/或用于多个中间站的所述多个关联准予先前为所述关联准予的源建立的所述关联单元之间的所述工作路由，所述处理器电路被配置为使所述发射器装置初始化以及传送响应于多个关联请求消息的多个关联准予，但是仅在切换至所述关联状态之后。

12.根据权利要求11所述的站，其中，所述处理器电路被配置为当被切换至所述关联状态时使所述发射器装置将次要关联请求消息传送至所述关联单元，以及使所述发射器装置仅在接收到响应于所述次要关联请求消息的次要关联准予之后传送所述多个关联准予。

13.根据权利要求11或12所述的站，其中，所述处理器电路被配置为将信息发送至所述关联单元，所述信息表明所述双功能站在接收到所述次要关联准予之前已经从所述多个站中的哪个站接收到了消息。

14.一种用在无线通信网络中的双功能站，所述站包括：

-第一单元和第二单元，所述第一单元和所述第二单元各自包括发射器和接收器，所述第一单元和所述第二单元各自包括分别连接至所述发射器和所述接收器的一个或多个天线，所述第一单元和所述第二单元被配置为在相互不同的频道中同时操作；

-处理器电路，被连接至所述第一单元和所述第二单元的所述发射器和所述接收器，所述处理器电路被配置为在前几个周期时隙中唤醒所述第一单元的所述接收器，以及唤醒另外几个周期时隙的所述接收器，所述前几个时隙和所述另外几个时隙相互异步，以及中继在所述第一单元中接收的多个消息用于由所述第二单元传送，反之亦然。

15.根据权利要求14所述的双功能站，包括所述第一单元和所述第二单元的天线之间的机械柔性连接。

16.一种操作包括关联单元和多个站的无线通信网络的方法，所述方法包括：

-以非关联状态安置所述多个站；

-传送来自处于所述非关联状态的多个站的多个关联请求消息；

-传送响应于所述多个关联请求消息的多个关联准予；

-当所述站已经接收到响应于其的多个关联请求消息之一的关联准予时，将每个站切换至关联状态；

-存储路由信息，所述路由信息定义了已经切换至所述关联状态的所述站和所述关联单元之间的路由，所述路由包括已经发送了所述关联准予的所述站、以及在所述关联准予的源不是所述关联单元的情况下所述关联准予的源和响应于多个关联请求消息和/或用于多个中间站的所述多个关联准予先前为所述关联准予的源建立的所述关联单元之间的工作路由；其中，

-仅从所述关联单元或从中间站传送每个关联准予，后者仅在所述中间站已经根据来自所述关联单元的关联准予而切换至所述关联状态或所述多个站的所述至少一部分之一基于来自所述关联单元的关联准予被直接地或间接地切换至所述关联状态之后。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间站是双功能站，所述方法包括：

-当所述双功能站处于所述关联状态时，从所述双功能站传送次要关联请求消息；

-响应于所述次要关联请求消息传送源自所述关联单元的次要关联准予；

-仅当接收到所述次要关联准予时，才使所述双功能站传送所述多个关联准予。

18.根据权利要求17所述的方法，包括：

-将来自所述中间站的关于所述中间站已经从所述多个站中的哪个站接收了传送的信息传送至所述关联单元；

-根据所述信息选择在所述关联单元中是否准予所述次要关联请求。

19.根据权利要求18所述的方法，包括在切换至所述关联状态之前传送来自所述多个站的多个发现消息，所述传送包括所述多个发现消息。

20.根据权利要求17所述的方法，包括：

-传送来自所述多个站的至少一部分的多个发现公告消息，所述多个发现公告消息包括已经传送发现公告消息的所述站的标识；

-使用来自所述多个发现公告消息的多个标识来对所述多个关联请求消息进行寻址。

21.根据权利要求20所述的方法，

-将传送所述发现公告消息的所述站是否能够传送多个关联准予的指示包括到所述多个发现公告消息中；

-仅在被寻址的站已经表明其能够传送多个关联准予的情况下传送被寻址到多个站的多个关联请求。

22.根据权利要求17所述的方法，包括在切换至所述关联状态之后切换所述中间站以按相互不同的第一发射频率和第二发射频率操作，分别用于直接地或间接地与所述关联单元进行通信以及用于与其关联的多个站进行通信。

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