CN101395868B - 在无线网络中报告无干扰信道以及帮助孤立节点 - Google Patents

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Abstract

在无线网络中，一个装置与至少一个其它结点或装置定时通信：这一般是它的上一级。如果检测出通信问题，该装置最好能够自动地执行一个程序以重新获取该网络。在一个实施例中，如果一个装置不能通信，则它进入临时故障安全模式直到问题能被解决。该装置能够执行本地条件的测量，以便帮助它和该网络寻找一个合适的备用信道，并且如果装置不能立即重新连接，它就广播它的测量结果，网络环境状况(NES)消息，以期网络中的另一个装置可以收到。然后这种状况消息可被网络用于选择备用信道。

Description

在无线网络中报告无干扰信道以及帮助孤立节点
技术领域
本发明涉及在网络中确定运行信息，并且特别地(然而并非唯一地)涉及用于在多跳无线网络中确定这种信息的方法和系统。
背景技术
由于低成本，低功耗无线电链路，在无线网络中通信适宜的格式是由ZigBee联盟定义的ZigBee规范(053474r06)。它使用IEEE标准802.15.4-2003中描述的功能性。节点之间的通信发生在多个“物理信道”之一中。2.4GHz通信频段包含16个独立的802.15.4信道，所以多个个人区域网(PAN)可以同时运行，分别在各自信道上并且不会彼此干扰。
可能有不止一个PAN使用一个信道，尤其是如果它们相隔的距离远(距离>10-100米)，或者如果两者具有相当低的使用率(低占空比)。
ZigBee的问题是WiFi装置也在2.4GHz频段上运行，并且WiFi通道可以干扰ZigBee业务。WiFi消息可以在更高的功率级发送，而一个WiFi逻辑信道与若干ZigBee逻辑信道一样宽。
为了使这样的两个系统共存，有利的是能够得出哪些信道是无干扰的，并将受到干扰的网络(例如ZigBee PAN)运行在这些信道上。
ZigBee装置有能力评估哪些信道是无干扰的-它们运行“能量检测扫描”，该“能量检测扫描”返回一个包含每个可用信道之上的背景功率水平的列表。因此PAN协调器可能执行扫描并仅使用最无干扰的信道，但是这对于一个大型网络并不是很好，因为信道状态随位置而变化，并且所选择的信道在网络中的不同点可能无法使用。
理想地，PAN协调器(或者其它试运行(commissioning)工具)将与网络中的每个装置联系，并请求能量扫描的结果。不幸地是仅仅在所有装置之间可运行可靠通信时这才是可能的，在这种情况下不需要任何变化。现在没有好的解决办法用于从尚未有可靠连接的各装置获得能量水平。
该网络也需要处理由于本地通信问题造成装置孤立(不能与网络通信)的情况。例如，这可能是由于WiFi路由器在附近已经启动。一个孤立的装置需要以某种方式与网络重新建立通信来通知PAN协调器它不能在当前信道上进行可靠通信。
发明内容
本发明的目的是改进现有技术。
根据本发明的第一方面提供一种可用于与无线网络中至少一个节点进行无线通信的装置，该装置被设置用于：
检测通信中的问题；
根据预定标准执行本地条件的测量并产生从测量结果得到的网络环境状况消息；以及
广播该网络环境状况消息。
在ZigBee网络中，一个装置与PAN上的至少一个节点定期通信：一般该节点是它的上一级。如果检测出通信中的问题，该装置最好能够自动执行一个程序以再次获得该网络。在所描述的一个实施例中，如果一个装置不能通信，它就进入临时故障安全模式(failsafe mode)直到问题被解决。该装置适宜能执行本地条件的测量以帮助它和该网络找到一个合适的备用信道，并且如果一个装置不能立即重新连接它就广播它的测量结果，网络环境状况(NES)消息，以期网络中另一个装置将接收到该消息。
该方法的优点包括：
发送最低数量的消息，保证网络不会因试图克服通信问题而被过多消息淹没。
尽可能地节省电池电量。
当一个装置孤立时，它能够自动运行它的程序重新加入该网络以及使用它的故障安全模式。
可选地，为帮助希望重新加入该网络的装置，作为路由器运行的网络节点能够临时运行在多个信道上，以允许它们充当孤立节点和网络其余部分之间的桥梁。由于这样的安排，如果对于网络没有全面控制或协调节点，路由器可以与其它路由器通信以便于网络信道的改变。
本发明的各方面对于ZigBee装置的三种类型-终端设备，路由器和协调器-都是有效的，而随后描述的实施例描述了每个这样与网络其余部分断开的装置类型可适于遵循的方法。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是一个附说明的流程图，其示出了用于在无线网络的终端设备中处理通信问题的程序；
图2是一个附说明的流程图，其示出了用于在无线网络的路由器中处理通信问题的程序；以及
图3是一个附说明的流程图，其示出了用于无线网络的协调节点中处理通信问题的程序。
具体实施方式
图1到3的流程图(这些连接成一个流程图)示出了由组合在一起并且编号为1到16的整个过程的子步骤。以下相应编号的注解详述了该过程在每个子步骤中的特点。
步骤1.这是终端装置的缺省状态，在图1中示出。如果它没有发送或期待接收消息它就处于睡眠状态。这容许它保存电量。该睡眠模式在例如终端装置不得不发送消息或轮询时停止。
步骤2.当发送轮询或消息时，该装置等待表示该消息被成功接收的确认。
步骤3.MsgNotRcvd(没有接收到消息)计数器指示失败的消息传送的数目。这些消息 是已经被发出但是没有收到确认。该计数器用来表明是否存在通信问题。这里，当接收到输入消息或者所发出消息的确认时MsgNotRcvd计数器设置为0。收到消息或者确认表明通信成功。
步骤4。如果MsgNotRvcd计数器是少于给定限制(例如5)该装置尝试重新发送该消息。如果它是在5或以上，这表明很多失败的传送并且该装置很可能已与网络断开。应该启动解决这一问题的程序。
步骤5.当一个节点孤立时，它应该恢复为默认的故障安全模式并随后执行重新加入该网络的方案。装置的确切行为将依赖于装置打算执行的功能。例如，如果一个光模块将变成孤立的并收不到开/关请求，它可以保持在开通状态直到它能够与网络的其余部分通信的时候。
步骤6.孤立(orphan)扫描向网络表明一个装置已经变成孤立的并且它希望重新加入。该孤立扫描例如可以从当前信道的扫描开始，例如通过在该信道上发送一个信标或专用消息。然后，如果没有发现任何可以断定的结果，该扫描在所有信道上进行。如果联系上网络的其余部分，该装置将在成功的信道上继续运行(例如停留在当前信道，或者转到另一个)，并返回步骤1的睡眠模式。
步骤7.ED扫描(“能量检测扫描”)确定所有信道中本地干扰的总量。由此，我们也能够确定用于运行的最理想的本地信道。这样能够获得一个关于每个信道质量的传输条件报告。
步骤8.如果一个装置执行了ED扫描并且没有本地干扰被检测出来，则一定存在影响通信的其它问题例如
a)上一级装置被阻断
b)大的物体减少了运行范围
c)上一级装置移动
d)终端装置移动
该终端装置应该广播它的NES消息(见步骤9)并随后在再一次试图重新连接之前进入睡眠。
步骤9.在某些情形下，干扰会影响接收但是不影响发送。如果是这种情况，受到干扰影响的装置也许能在噪音之上“呼喊”(广播)并仍可能被网络中的另一装置收到，所述另一装置自身没有受到相同干扰影响。这由图1中的消息B示出。当接收到这样的消息，可以由路由器采取动作帮助该装置重新加入网络。
所发送的消息(称为网络环境状况或者NES消息)将由来自本地能量扫描的数据组成并将指明用于在步骤6的“孤立扫描”期间检测到的、用于通信的最合适信道。
步骤10.如图2中所示，如果网络中存在一个协调器，路由器装置将发送信道改变请求到这个协调器，该请求包括来自NES消息的信息。(注释：这是一个可选步骤-如果没有协调器，该路由器自身将进行信道改变，与其它路由器通信以确定最好的新信道)。
步骤11.如果不能改变整个网络的信道，上一级装置也许能临时运行在多个信道上。这意味着任何孤立装置将能使用备用信道再次加入网络，同时上一级装置继续使用初始频率与网络其余部分通信。将需要时间分片方案，以允许上一级装置在两种信道上都提供消息。
在多信道运行的扩展中，装置可以请求它的上一级在两个信道上都运行，因此扩大了使用该新频率的网络部分。为了将尽可能多的装置转换到新信道，这个请求将在网络上被尽可能远地传送。这将有助于协调器实现一个完整的网络信道改变。
步骤12.如在图3中所描述的，请求被广播到所有路由器以执行本地ED扫描，确定最好的信道并将此报告给协调器。路由器自身可以执行ED扫描，或者从它的下一级装置请求信息以反馈到协调器。一旦协调器收到这些扫描结果(它可以不等待来自所有路由器的响应)它可以确定最适合整个网络的信道并广播信道改变通知。
步骤13.此外，协调器在例如当前信道上定期执行ED扫描以检测是否存在任何本地干扰。备用技术可以用于此。
步骤14.如图2中所示，路由器装置也核对所发送的消息是否被确认。MsgNotRcvd计数器显示尚未成功发送的消息数量。该步骤与步骤2相似。
步骤15.如果一个消息没有成功发送，路由器将尝试再次发送它。这可能也要求搜索一个备用路径。特别是在没有成功发送的数量不太大的情况下，例如5次以下，否则它将导致本地网络被这些重复消息给淹没，以及高功耗。
步骤16.如果路由器不能通信，例如如果不成功发送的数量在一个预定阈值之上，它会以与步骤6到9相似的方法广播NES消息。
为实现以上步骤，需要五种新的ZigBee消息：
 
ChannelScanRequest信道扫描请求 由PAN协调器广播到所有路由器以请求他们执行本地能量扫描并返回结果
ChannelChangeRequest信道改变请求 由上一级(路由器)装置发送到PAN协调器以请求它改变网络信道
DenyChannelChange拒绝信道改变 由PAN协调器发送到路由器以通知它PAN协调器不能够改变信道
ChannelChangeNotification信道改变通知 由PAN协调器广播，通知所有的装置它们应改变信道
NES(网络环境状况) 由孤立装置广播。这包括从能量检测扫描中生成的本地环境数据并表明最有利的信道。
收集扫描结果最容易的方法是用随身携带并设置来接听广播消息的移动试运行工具。接收到的任何这种包含扫描结果的消息将被记录并核对。
问题在于它要求某人随身携带该工具。建议了一个可选的机制，收到包含能量检测扫描(NES)结果的广播消息的任一装置被配置为发送该数据的备份到它自己的PAN协调器。显然这对信号已经迅速恶化的区域里的装置是不起作用的，因为他们也不能在正常信道上通信。然而，在受影响区域的极边缘(无论边缘在哪里)的装置能够通信并且也能够收到广播消息。因此在PAN中一个或多个装置无法使用某一信道的指示被正确地传送回PAN协调器，这个协调器可以采取自动或半自动步骤来纠正这一状况。
通过理解本公开，本领域技术人员将会明了其它变形或修改。这种变形和修改可以包括现有技术中已知的并且可以用于替代或叠加到这里已经描述的特征的等同或其它特征。
虽然在本申请中权利要求被表述为特定的特征组合，应该清楚地是，本发明的公开范围也包括此处明确地或者隐含地公开的或者可从中归纳的任何新特征或者任何新组合，不论它是否涉及到在任何权利要求中所记载的相同发明以及它是否解决了本发明所述的任何一个或所有的相同技术问题。
在各实施例内容中所描述的特征也可以在单个实施例中被组合提供，相反地，为简便起见在单个实施例范围中描述的多个特征也可以分别提供或者以任何合适的子组合提供。因而，申请人预告，在本申请以及从中导出的其它申请的审查阶段可以针对所述特征以及特征的组合撰写新的权利要求。

Claims (7)

1.一种在无线Zigbee网络中从装置与至少一个节点进行无线通信的方法，所述方法包括，在该装置中：
检测通信中的问题；
基于能量检测扫描执行本地条件的测量，所述能量检测扫描确定在所有信道上的本地干扰的总量；
产生从测量结果得到的网络环境状况消息，所述网络环境状况消息指示最合适的通信信道；以及
广播该网络环境状况消息，
所述方法还包括步骤，在网络中的另一个装置上，发送信道改变请求以将通信转移到另一信道，并且在两个不同信道上通信。
2.如权利要求1中所述的方法，其中检测问题的步骤包括检测未接收到的消息的数量在预定阈值之上。
3.如权利要求1或权利要求2中所述的方法，进一步包括，在该装置中，在执行测量的步骤之前，通过在以前使用的信道中广播消息来尝试联系非预定的装置的步骤。
4.如权利要求3中所述的方法，进一步包括，在该装置中，在执行测量的步骤之前，通过在不同于以前使用的信道的至少一个信道中广播消息来尝试联系非预定装置的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中执行测量的步骤进一步包括在每个可用信道中检测本地干扰。
6.如权利要求5中所述的方法，其中如果没有检测到干扰，该装置在报告中指明本地不存在相关干扰问题，并广播该报告。
7.如权利要求1中所述的方法，进一步包括在两个不同信道中通信的步骤。
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