CN101411235A - 用于使用等时发送的自适应网络技术的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包括多个节点的网络，每个节点被配置成发送器、接收器，或收发器。可将其中至少一个节点配置成用于无线发送由一个或多个其他节点进行接收的转发等时信号。可对转发等时发送的等时相位和/或频率进行可变调节，以减少信号干扰。

Description

用于使用等时发送的自适应网络技术的系统和方法

相关申请

该非临时申请要求于2006年3月3日递交的题名为“METHODAND SYSTEM FOR ADAPTIVE NETWORK TECHNIQUE USINGISOCHRONOUS TRANSMISSION”的美国临时申请No.60/778,695的权益，该临时申请在此全部引作参考。

技术领域

本发明的实施例涉及自适应网络技术。更具体而言，本发明的各个实施例提供可使用等时发送在独立网络节点之间传送信息的方法和装置。

背景技术

可使用无线通信方法使得各种分立设备实现信息交换。例如，无线设备可使用蓝牙或Zigbee(IEEE 802.15.4)规范在短距离范围内发送和接收信息。遗憾的是，采用蓝牙、Zigbee或其他无线规范和协议的无线设备通常有并不令人满意的功耗，并且，由于这样多种规范和协议的复杂性和要求，需要相对较为复杂和昂贵的微控制器。从而，使用这些协议的电池供电式设备通常有非常差的电池寿命，并且成本不够经济。

发明内容

本发明的实施例解决了上述问题，并在自适应网络技术领域方面有显著的进步。更具体而言，本发明的各个实施例提供了可使用等时发送在网络节点之间传送信息的方法和装置。

在各个实施例中，本发明提供了包括多个节点的网络，每个节点被配置成发送器、接收器，或收发器。可将其中至少一个节点配置成用于无线发送由一个或多个其他节点进行接收的转发等时信号(repeating isochronous signal)。可对转发等时发送的等时相位和/或等时频率进行可变调节，以减少信号干扰。接收转发等时信号的节点可识别其发送特性，如，它的相位和频率，并根据识别出的特性接收信号，以实现低功率操作。

应该理解，上述一般性描述和后面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而并非是对所要求的本发明进行限制。附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，示出本发明的实施例，并与一般性描述一起，用于解释本发明的原理。

附图说明

下面，将参照附图详细描述本发明的各个实施例，其中：

图1表示根据本发明各个实施例配置的多个网络节点的框图；

图2表示如图1所示节点的其中一个的某些组件的框图；

图3表示可由如图1所示节点采用的示例性消息格式的框图；

图4是表示由如图1所示节点的其中一个进行的转发等时信号的示例性发送的信号图；

图5是表示由如图1所示节点的其中两个所采用的示例性突发通信的信号图；

图6是表示由如图1所示节点的其中两个所采用的另一示例性突发通信的信号图；

图7是表示与突发通信相关的示例性突发发送数据错误的信号图；

图8是表示与突发通信相关的示例性突发发送请求错误的信号图；以及

图9是表示可由如图1所示节点中的一个或多个所采用的示例性信道搜索技术的信号图。

附图并非将本发明限制到此处所披露和描述的具体实施例。附图没有必要按比例画出，而是重点在于清楚描述出本发明的各个实施例。

具体实施方式

以下关于本发明各个实施例的详细描述参照了用于说明其中可实现本发明的具体实施例的附图。实施例用于足够详细地描述本发明的各方面，以使得本领域技术人员实现本发明。可使用其他实施例，在不偏离本发明范围的条件下，可进行变化。因此，以下详细描述并非具有限制意义。本发明保护的范围，以及这些权利要求有权享有的全部共同保护范围，仅由所附权利要求限定。

本发明的各个实施例提供包括多个网络节点12的无线网络10。一个或多个节点12可用于将转发等时信号无线发送，以便由一个或多个其他节点12所接收。可对转发等时发送的等时相位和/或等时频率进行可变调节以减少信号干扰。

在如图2所示的各个实施例中，每个节点12可包括收发器14、与收发器14相连的处理系统16、与收发器14和/或处理系统16相连的时钟控制(clocking)系统18，和与收发器14和/或处理系统16相连的输入/输出接口20。收发器14、处理系统16、时钟控制系统18和接口20可设置在同一机壳内，或单独处在两个或多个机壳内。

收发器14可包括用于接收发送信号以便由处理系统16使用的任何元件或元件组合。在各个实施例中，收发器14包括天线和用于能够使收发器14接收与预定频率相对应的信号的相关信号处理电路。收发器14可用于被调谐到与特定发送频率相对应。例如，处理电路16可控制收发器14接收具有预定频率的发送信号。

在某些实施例中，收发器14还可包括功率控制电路，该电路能够使收发器14简单地得以激活和去激活。例如，处理系统16可用于向收发器14提供激活信号，以便激活收发器14，以及向收发器14提供去激活信号，以便去激活收发器14。当被激活时，收发器14用于接收发送信号。当被去激活时，收发器14不提供全部功能，并且通常不会接收发送信号。从而，可易于将收发器14激活和去激活，以便在不必要接收信号的时候，为节点节省电力。

在某些实施例中，收发器14还可额外地或可替换地用于发送信号，后面将对此进行更详细描述。从而，可将每一个节点12以及其相应收发器14配置为能够接收信号的接收器，能够发送信号的发送器，或能够发送和接收信号的收发器。收发器14可包括分立的接收和发送元件，从而它不必形成集成部件。在某些实施例中，收发器14可用于在接收和发送功能之间进行动态切换，以便节省电力。例如，处理系统16可向收发器14提供各个控制信号，以便基于一个或多个节点12的需求启动和停用接收和发送功能。

收发器14还可用于例如通过包括多个接收元件，同时接收不止一个信号。另外，收发器14可用于例如通过包括多个发送元件，同时发送不止一个信号。此外，收发器14可基于由处理系统16提供的各个控制信号，同时发送和接收多个信号。

处理系统16与收发器14相连接，并且通常可用于控制收发器14的功能，并对收发器14获取的信号进行处理。处理系统16可包括用于执行此处所述的这些以及各个其他功能的各个模拟和数字组件。在某些实施例中，处理系统16可包括微处理器、微控制器、可编程逻辑设备、数字和模拟逻辑设备、诸如个人计算机、服务器、便携式计算设备以及其组合之类的计算元件等。在将节点12配置成低功耗设备的实施例中，可将处理系统16配置成低功耗可编程逻辑设备、微控制器、微处理器等。

处理系统16还可包括存储器22，或者可与之相连。存储器22可包括可用于存储由处理系统16所使用的数据的任何计算机可读存储器或计算机可读存储器的组合。例如，存储器22可用于存储等时信号信息、等时频率和相位信息、与接收和发送信号相对应的信息，以及其组合等。

处理系统16可与收发器14和此处所述的其他元件分离。然而，在某些实施例中，处理系统16可与收发器14集成在一起。例如，单个集成电路可同时包括收发器14和处理系统16。此外，收发器14和处理系统16的功能还可分布在数个元件之间，例如分布在多个集成电路或分立的数字和模拟组件之间。处理系统16还可额外地或可替换地与时钟控制系统18或接口20集成在一起，以减小与每个节点12有关的物理尺寸。

时钟控制系统18用于与收发器14和/或处理系统16相连，以对其提供时钟信号。在某些实施例中，时钟控制系统18可向收发器14和处理系统16提供相似或相同的时钟信号，以便用于多种信号接收和处理功能中。然而，在其他实施例中，时钟控制系统18可用于向收发器14和处理系统16提供不同的时钟信号。例如，时钟控制系统18可向处理系统16提供具有第一速率的第一时钟信号，而向收发器14提供具有第二速率的第二时钟信号，其中，第二速率大于第一速率。时钟控制系统18还可用于向处理系统16和收发器14的各部分提供多个不同时钟信号，每个时钟信号具有不同的速率。这样的配置能够使每个节点12的各部分以高频率(例如，接收和/或发送高频信号所需的频率)进行操作，同时允许每个节点12(如，处理系统16)的其他部分以较低频率进行操作，从而节省电力。

在某些实施例中，时钟控制系统18可包括用于对等时发送周期进行定时的独立时钟。例如，如后面将进行更详细描述的，在节点12不需要发送或接收信号时，可将收发器14、其他时钟和节点12的其他部分去激活，以便节省电力。独立时钟可为用于基于一个或多个所用等时发送周期将收发器14和/或处理系统16的至少一些部分激活的低功率元件。从而，当节点12不发送或接收信号时，仅独立时钟可为活动的，以便确保节点12保持正确定时。

时钟控制系统18可与处理系统16和收发器14相分离。然而，在某些实施例中，时钟控制系统18可与收发器14和处理系统16集成在一起，例如，其中，第一时钟源与处理系统16相关联或集成在一起，而第二时钟源与收发器14相关联或集成在一起。

时钟控制系统18可包括用于生成一个或多个时钟信号的任何元件或元件组合。时钟控制系统18可包括多个时钟元件和系统。在各个实施例中，时钟控制系统18包括数控振荡器(DCO)，用于向各个节点元件提供一个或多个时钟信号。然而，时钟控制系统18还可额外地或可替换地包括其他时钟发生元件，如传统时钟控制电路、晶体时钟元件、物理时钟元件以及其组合等。

接收20允许每个节点12访问各个外部元件。例如，在存储器22不与处理系统16集成在一起的实施例中，接口20允许处理系统16和/或收发器14访问存储器22，以获取和保存数据。例如，接口20可包括用于与闪存卡或其他公共存储元件相连接的存储器卡接口。在存储器22与分立的计算设备相关联的实施例中，接口20允许处理系统访问计算设备和相关存储器22。

接口20可提供与收发器14的接收和发送能力分离的有线和/或无线连接。从而，在接口20可提供串行接口(例如，RS 232接口)、SPI接口、I2C接口、并行接口、有线网络接口(如，以太网接口)、USB接口、蜂窝接口、RFID接口、短距离无线接口，以及其组合等。从而，接口20能够使处理系统16易于与外部计算、存储器和网络设备和系统进行通信，以便发送和检索用于配置和通信目的的信息。

在操作中，可使用各个节点12对网络10进行配置。例如，可将节点12的其中一个或多个配置成发送信号，可将节点12的其中一个或多个配置成接收信号，和/或可将节点12的其中一个或多个配置成接收和发送信号。每个节点12都可向各个计算设备、存储器，和/或使用其各自接口20的其他系统和设备提供接收和发送信号以及与此相关的任何信息。

在各个实施例中，可将第一节点12a配置成发送转发等时信号。第一节点12a可用于根据一个或多个等时相位和等时频率发送转发等时信号。“等时信号”，如此处所使用的，指具有与全局或主同步设备无关的等时发送周期的信号。“等时相位”，如此处所使用的，指等时发送和接收相对于其他等时发送和接收的定位，并且在同一节点上具有相似的等时频率。“等时频率”，如此处所使用的，指发送转发等时信号的速率，并非是发送信号本身的频率。

例如，第一节点12a可发送具有8Hz等时频率的第一转发等时信号，其中，发送信号的载波频率本身可在2.4GHz范围中。此外，第一节点12a还可发送具有8Hz等时频率的第二等时信号，其中，在第一等时发送之后50ms，第二等时发送重复性地开始，从而提供50ms的等时相位差。

第一节点12a发送的转发等时信号可具有任何等时发送周期、等时相位、等时频率，和/或其他定时或同步特性，与网络10相关的其他设备或节点12的配置无关。示例性转发等时信号以及相应的等时发送周期如图4所示，其中，每个“主1Tx”表示转发等时信号的发送。

在某些实施例中，与第一节点12a相对应的处理系统16用于可变地调节转发等时信号的发送特性，如转发等时信号的等时相位和/或等时频率。从而，所用的等时相位和等时频率不必是静态值，而是可以由第一节点12a变化以任何量，以便实现任何预定效果，包括限制干扰和提高节点互操作性。

与第一节点12a相关的处理系统16或存储器22可包括等时相位和等时频率的列表或数据库，处理系统16可选择哪个等时相位和/或频率用于发送转发等时信号。在使用接口20时，例如通过提供输入或通过将信息存储在存储器22中，用户还可选择使用哪个等时相位或等时频率。在某些实施例中，第一节点12a最初可使用缺省等时频率和/或等时相位，并按照需要对频率和/或相位进行修改，如后面将进行更详细描述的那样。处理系统16还可随机性选择转发等时信号的等时相位和/或频率以用于发送信号。

在各个实施例中，与第一节点12a相对应的处理系统16可以基于各种数据发送要求，可变地调节等时频率和/或等时相位。例如，可将等时发送周期调节成与最大消息延迟相对应。此外或可替换地，可将等时发送周期调节成与每个消息的数据与平均数据带宽的比率相对应。从而，处理系统16可动态变化转发等时信号的等时相位和/或频率，以便与网络10的特定配置和/或通过网络10发送的数据相对应。在某些实施例中，将等时发送周期最大化到可能的最大程度，以便进一步缩小功耗。

在某些实施例中，处理系统16可改变等时频率以实现发送信号的快速获取和功率节省。从而，快速等时频率可用于允许其他节点12快速识别出发送信号，一旦由其他节点12的其中至少一个获取了信号，则可使用较低的等时频率。

发送的转发等时信号可表示任何数据或信息。从而，在某些实施例中，发送的转发等时信号可采用传统消息协议和格式，例如，TCP/IP和/或USB，以便将信息转发到其他节点12。然而，网络10和节点12还可额外地或可替换地使用如图3所示的示例性消息格式24。消息格式24可包括网络地址字段26、设备地址字段28、数据控制字段30、数据有效负荷字段32和校验和字段34。

网络地址字段26允许进行与诸如网络10之类的特定网络相关联的发送。例如，在多个节点12形成多个网络的实施例中，网络地址字段26允许第一节点12a表示出哪个网络应使用特定发送信号。此外，在某些实施例中，第一节点12a可要求其他节点在发送任何信息之前验证或认证与网络地址字段26相关联的网络地址。

此外或可替换地，可将节点12调节成接收和/或利用具有与通过接口20提供的一个或多个关键字相对应的网络地址的信号。例如，接收节点可将在等时信号的网络地址字段26内保持的数据与在存储器22内保持的关键字进行比较，并且仅在关键字与网络地址字段26内保持的数据相匹配时，利用或提供对等时信号的访问。可将通过接口20提供的关键字和/或在网络地址字段26内保持的数据进行加密，以便进一步确保网络10安全。

设备地址字段28同样可允许第一节点12a表示出哪个或哪些设备应使用特定发送信号。在某些实施例中，可将设备地址字段28分成表示不同类型设备寻址(如，制造商标识、设备类型、设备编号、设备版本、及其组合等)的子字段。可使用数据控制字段30用于诸如消息控制和握手之类的空中瞬时控制功能。

可使用数据有效负荷字段32存储接收节点和与其相关联设备使用的数据和信息。与数据有效负荷字段32相对应的以及由第一节点12a发送的数据可对应于任何设备和系统可使用的任何数据或信息。在某些实施例中，数据有效负荷字段32可由存储器22内存储或通过接口20获取的信息自动填充(seed)。例如，可将第一节点12a配置成窗口报警传感器，其在被激活时，自动发送保持在存储器22内的报警数据。

校验和字段34允许实现包括由任何接收节点要进行校验的发送信号的数据的完整性。例如，校验和字段34可采用循环冗余校验(CRC)确保与发送信号相对应的数据不受损。

在某些实施例中，还可使第一节点12a合适于接收信号，包括转发等时信号。例如，可使得第一节点12a适合于在任何时间接收来自其他节点12的发送信号。然而，在某些实施例中，通过处理系统16对第一节点12a所使用的收发器14进行配置，以便仅在保护窗口36期间接收信号。

从而，如图4所示，可使得第一节点12a适合于仅在发送窗口38期间发送信号，以及仅在保护窗口36期间接收信号。这样的配置使得第一节点12a能够仅通过周期性进行发送或接收来节省电力。此外，如后面将更详细描述的，保护窗口36使得其他节点12能够向第一节点12a发送在形成正确和无干扰转发等时信号时使用的信息。例如，第一节点12a可在保护窗口36期间侦听其他发送节点，如果检测到干扰信号，就会可变地调节转发等时信号的等时频率和/或等时相位。

为实现对干扰信号的检测，可在时间上将保护窗口36定位到发送窗口38附近。例如，如图4所示，保护窗口36可跟在发送窗口38之后，以允许第一节点12a检测到可能与在发送窗口38期间发送的信号相干扰的发送。另外或可替换地，保护窗口36可在发送窗口38之前，或出现在任何其他时间。如后面更详细描述的，第一节点12a可基于在保护窗口36期间接收的信号，可变地调节所发送的转发等时信号的等时相位和/或等时频率。

第一节点12a还可在保护窗口36期间接收来自其他节点12的确认信号，以便验证发送信息被正确接收。在某些实施例中，与第一节点12a相关联的处理系统16可用于对在保护窗口36期间接收的信号进行处理，以便确定它们是有可能是干扰信号还是其他节点12的合适响应发送。如果在保护窗口36期间接收的信号可导致干扰，则处理系统16可独立修改转发等时信号的等时频率和/或等时相位。

其他节点12还可在保护窗口36期间向第一节点12a发送请求，以请求第一节点12a改变转发等时信号的等时频率和/或等时相位，以防止与其他信号干扰。例如，如果其他节点12的其中一个(如后面讨论的第二节点)正尝试同时接收来自第一节点12a和另一节点12的信号，则节点12的其中一个或多个可在保护窗口36期间向第一节点12a发送请求，以便通过请求改变第一节点12a所使用的等时频率和/或等时相位，而防止信号干扰。从而，即便第一节点12a不知道其他干扰信号，或不适于直接检测干扰信号，它也可接收来自其他节点12的请求来改变转发等时信号的等时频率和/或等时相位，以便限制信号干扰。

通过发送多个转发等时信号，第一节点12a可用于建立多个等时信道。例如，可根据第一节点集12所用的第一类型数据，建立第一等时信道，可根据第二节点集12所用的第二类型数据，建立第二等时信道。通过为与每个等时信道相对应的信号，适当地定义等时发送周期、频率，和/或相位，使得用于每个信道的发送窗口38不会重叠，第一节点12a可发送对应于任何数量等时信道的信号。还可由节点12a对各个信道的等时发送周期、频率，和/或相位进行定义，以便不会与与第一节点12a相关联的任何其他设备窗口(如，保护窗口36)相冲突。

此外，第一节点12a可调节与每个等时信道相关联的转发等时信号的功率电平，以便管理和控制功率消耗和减少空间干扰。此外，接收来自第一节点12a的发送的节点12可通过监视在变化功率电平上的接收，确定到第一节点12a的距离。第一节点12a还可改变发送的转发等时信号的其他特性，如振幅、调制、持续期及其组合等，替代地或此外，对发送信号的等时相位和等时频率进行修改。

还可使第一节点12a适合于在多个载波频率上发送信号，以减少信号干扰，增加在网络10中可用的通用带宽。在某些实施例中，第一节点12a可使用具有一个或多个等时信道的载波频率跳跃方法，以便在存在无线干扰时提供更好的系统可靠性。尽管节点12(包括第一节点12a)可用于使用任何载波频率，但是本发明的各个实施例可使用2.4GHz ISM频带。

在网络10包括多个等时信道且每个等时信道具有与之相关联的等时发送周期的实施例中，与各个发送节点12(如第一节点12a)相对应的处理系统16可生成每个等时发送，以便具有与之相关联的不同等时频率，从而，将会把任何两个同相发送之间的最大干扰周期限定到从可接受消息丢失的观点来看是合理的最大周期。

用于避免干扰的等时发送周期、频率和相位的可变选择可进一步防止如上所述的信道间干扰，并可导致与网络10相关联的所有等时信号因其相对时钟误差而同相偏移到一起，并且独立同步化到网络信道之中最快的时钟源。这样的功能导致没有无线行为的周期在网络10中最大拉长，这对于在网络10中建立新信道来说是有益的。

相比而言，在随机选择等时发送周期、频率和/或相位的实施例中，与网络10相关联的各个时钟源可同相偏移分开，导致产生稀疏信道拓扑，而且避免同步干扰情形出现。例如，如果两个节点发送具有同样等时特性的信号，则对等时周期、频率，和/或相位的随机调节将防止两个节点保持同步锁定在一起。从而，与转发等时信号相关联的特性的可变调节可用于创建稀疏或密集信道间距拓扑，并防止因独立信道相对于彼此的偏移而导致的干扰。

在各个实施例中，网络10可包括用于接收一个或多个发送的转发等时信号(如，由第一节点12a发送的信号)的第二节点12b。与第二节点12b相对应的收发器14可通过接口20，连续接收用于存储在存储器22内或由与第二节点12b相关联的设备和计算元件使用的所有广播传号。

然而，为节省电力，在各个实施例中，可根据识别出的等时发送周期，将第二节点12b配置成接收转发等时信号，从而没有必要连续和持续进行信号接收。例如，第二节点12b可接收由第一节点12a发送的第一转发等时信号，识别出由第一转发等时信号使用的等时发送周期、等时相位，和/或等时频率，并基于识别出的发送特性，继续接收第一转发等时信号。从而，通过识别出与转发等时信号相关联的一个或多个发送特性，对于第二节点12b而言，不必不断尝试接收发送信号。

在某些实施例中，第二节点12b可以首先搜索其他节点(如第一节点12a)的发送，以实现对等时发送的接收。第二节点12b可自动搜索所有可访问的发送或使得第二节点12b适合于仅在接收输入(如，与接收的等时发送相对应的信息和/或通过接口20获得的信息)时搜索发送。在某些实施例中，第二节点12b可仅在第二节点12b首次接收表示特定节点或等时信道处在发现状态中的信号时，获得其他节点的发送。

除上述发现状态外，第二节点12a还可基于各种搜索标准选择获得所检测的等时信号，如通过利用与消息格式24相对应的信息。例如，在检测到信号后，基于消息格式24所表示的信息，仅在第二节点12a识别出信号由预期设备发送、设备类型，或其他识别特性，第二节点12a可获取信号。例如，第二节点12a可选择仅获取与特定类型心速(heart rate)传感器、任何心速传感器或特定心速传感器相对应的信号。

第二节点12b可用于连续搜索信号，直至识别出第一等时发送。然而，在各个实施例中，如图9所示，第二节点12b可有选择性地搜索发送信号，以便节省电力。例如，与第二节点12b相关联的处理系统16可定期或不定期去激活和激活与第二节点12b相关联的收发器14以尝试获取发送信号。

在第二节点12b可用于接收和/或发送不止一个信号或参与不止一个等时信道的实施例中，可使得第二节点12b适合于搜索在不接收或发送其他信号的时期期间的发送，以便不会与建立的通信信道相干扰。例如，与第二节点12b相对应的处理系统16可有选择性地激活和去激活收发器14，以便在不与第二节点12b对于其他信号的接收和/或发送相干扰的条件下搜索信号。

在某些实施例中，与第二节点12b相对应的处理系统16可等时地和有选择性地激活和去激活收发器14，以减少第二节点12b的平均电流消耗，并允许在无干扰的条件下由第二节点12b接收和/或发送其他等时信号。工作周期可包括间隔开的多个搜索窗口40，以便与所需信号或信道相对应的预期等时发送周期最佳地合拍(beat)。如以上所述，搜索窗口40可沿时间间隔开，以便不会与第二节点12b对于其他信号的接收和/或发送相干扰。

在对至少一部分发送转发等时信号的识别和接收之后，与第二节点12b相对应的处理系统16可识别出与接收转发等时信号相对应的发送特性，如，等时发送周期、频率，或相位。在某些实施例中，处理系统16可通过利用由接收等时信号所表示的信息，识别出发送特性。例如，消息格式24的各个部分可与等时发送周期相对应，以便处理系统16仅需对接收等时信号的至少一部分进行处理，以便识别出与信号相对应的等时发送周期。然而，在其他实施例中，处理系统16可识别出与具体信号所表示的数据或信息无关的发送特性。

在某些实施例中，等时发送周期或其他发送特性可对应于缺省值，以便第二节点12b可预先了解发送特性，如来自存储器22内存储或可通过接口20访问的信息。在这样的实施例中，处理系统16可通过接口20访问存储器22或其他设备和系统，识别出等时发送周期、相位、频率，或其他发送特性。

与第二节点12b相关联的处理系统16还可用于通过确定在预期时间和接收信号时间之差，识别出等时频率、等时相位，或接收等时信号的其他发送特性的查错。如图4所示，处理系统16可测量在预期接收时间与实际接收时间之间的时间差，使用该时间差，识别出等时发送周期、相位、频率，或其他发送特性。从而，通过将预期或缺省发送周期与测量时间差或其他差异进行比较，处理系统16可用于识别出与转发等时信号相对应的一个或多个发送特性。

与第二节点12b相关联的处理系统16还可用于通过确定在接收发送转发等时信号的时间之差，识别出等时发送周期或其他发送特性。例如，处理系统16可识别出接收转发等时信号第一部分的时间，识别出接收转发等时信号的第二部分的时间，然后，基于识别出的时间计算出等时发送周期、相位，和/或频率。从而，即便当关于发送周期的先验信息不可用时，处理系统16也仍可识别出一个或多个发送特性。

处理系统16可采用上述方法的任意组合来识别出接收信号的等时发送周期或其他发送特性。处理系统16还可额外地或可替换地采用任何其他特性识别方法来获得等时发送周期和其他发送特性。例如，处理系统16可基于识别出的发送特性执行计算，以便识别出与转发等时信号相对应的等时发送周期、相位，和/或频率。

当识别与接收的转发等时信号相对应的等时发送周期或其他发送特性时，第二节点12b可用于根据识别的发送特性，继续接收至少部分转发等时信号。在各个实施例中，与第二节点12b相关联的处理系统16可用于定义与一个或多个识别出的发送特性相对应的激活窗口42，以便节省节点电力，并能够使第二节点12b接收和/或发送多个信号。

如图4所示，激活窗口42具有至少等于发送窗口38的持续时间的持续时间，以便使第二节点12b正确接收发送信号。在多个实施例中，激活窗口42具有大于发送窗口38的持续时间的持续时间，以便即使识别出的等时发送周期因误算、时钟误差，及其组合等而结束，也能够接收信号。如以上所述，处理系统16可利用这些识别出的误差修改发送信号的等时相位和/或等时频率，以便可接近激活窗口42的中部接收信号。当由第一节点12a对等时频率和/或相位进行修改时，第二节点12b可用于修改激活窗口42，以便对应于修改后的等时频率和/或相位。

在某些实施例中，激活窗口42包括误差容限，如时钟误差容限，以便补偿可能出现的等时发送周期误差，包括发送与接收节点之间随时间出现的时钟偏移而导致的误差。然而，激活窗口42可具有适于接收发送信号的任何持续时间。如图9所示，可结合搜索窗口40使用激活窗口42，以便使得第二节点12b可选性地搜索和接收信号。

在某些实施例中，处理系统16可改变激活窗口42的持续时间，以便允许在无干扰条件下实现其他信号的发送和/或接收。例如，如果第二节点12b正在接收许多信号，则可动态减小激活窗口42。如果第二节点12b正在接收很少的信号，则可动态增大激活窗口。在某些实施例中，处理系统16可通过使用误差容限和预期与实际接收时间之间之差来确定激活窗口42的持续时间。处理系统16还在定义或修改激活窗口42的持续时间时，可考虑到可接受的消息丢失率。例如，处理系统16可将每消息预期最坏偏移乘以可接受丢失消息数，以定义激活窗口42的持续时间。

在各个实施例中，与第二节点12b相对应的处理系统16可去激活和激活收发器14，以便节省节点电力。例如，处理系统16可在激活窗口42的开始处激活收发器14，并在激活窗口42的结束处使收发器去激活。从而，对于等时发送周期、频率、相位和/或其他发送特性的识别使得通过在不必要接收信号时使收发器14去激活，第二节点12b能够节省电力。

第二节点12b可根据识别出的等时发送周期、相位、频率，或其他发送特性，接收任意数量的信号。此外，如果通过第一节点12a或其他发送节点12来改变发送特性，则第二节点12b可自动识别变化的发送特性，并基于变化的发送特性继续接收信号。

为进一步节省电力，可将第二节点12b配置成再采样对应于等时信道的发送。从而，并不是接收全部转发等时信号，而是第二节点12b可选择接收仅一部分转发等时信号。例如，可激活与第二节点12b相对应的收发器14仅在转发等时信号的每个第三周期进行接收。这样的功能使得第二节点12b在不必接收全部信号时，诸如在可对接收转发等时信号的各部分求平均的情形下，消耗很少的能量。此外，这样的功能使得信号能够以很快的等时周期被发送以使得第二节点12b能够快速捕获，同时允许第二节点12b以较慢速率接收数据，以便节省电力。

在某些实施例中，除接收转发等时信号外，第二节点12b可用于发送转发等时信号。在各个实施例中，第二节点12b可用于以基本相同的方式向上述第一节点12a发送信号。从而，在某些实施例中，第二节点12b可在与等时发送周期相对应的发送窗口期间发送信号。发送窗口可在上述激活窗口42和搜索窗口40之间变化，以防止信号干扰，并使节点功率最小。第二节点12b还可用于向第一节点12a发送表示信号已被接收的确认信号。如果第一节点12a不能接收到确认信号，则它可自动地重发丢失的信号。如以上所述，第二节点12b还可向第一节点12a发送请求，以便请求修改发送特性，如等时频率或等时相位，以便防止在信号和信道之间发生冲突和干扰。

在各个实施例中，第一节点12a和第二节点12b可被配置成用于中继发送。例如，第一节点12a可发送转发等时信号，第二节点12b可接收至少一部分转发等时信号，第二节点12b可发送至少一部分转发等时信号。第一节点12a还可用于重发从第二节点12b接收的信号。从而，可将各个节点12配置作为用于转发任何接收信号以扩展网络10的范围的转发器。

在各个实施例中，如图5至8所示，可将第一节点12a和第二节点12b配置成用于突发发送。例如，如图5所示，除了或取代第一转发等时信号外，第一节点12a可发送第二转发等时信号。优选是，第二等时信号具有比第一等时信号更短的等时周期。从而，第二等时信号能够以比第一等时信号更高的速率传输数据。当第二节点12b检测到第一节点12a正在进行突发发送时，第二节点12b可主动调节其激活窗口42的尺寸，以确保对于突发发送的正确接收。例如，第二节点12a可主动缩小其激活窗口42的尺寸，以及解决更快突发发送速率的相关误差容限。

节点12a，12b还可利用其各自保护和/或激活窗口42对信息的正确突发发送进行验证。例如，如图5所示，如果第一节点12a发送“突发数据1”，第二节点12b可发送确认“突发数据1A”。如果检测到误差，如图7所示，则第二节点12b则不会发送确认，从而导致第一节点12a重发等时信号以便第二节点12b接收，或重置突发发送和/或信道。与突发发送相关联的数据速率可在突发发送之前或期间由第一节点12a和第二节点12b通过双向通信进行协商。

此外，在某些实施例中，第一节点12a和第二节点12b还可额外地可替换地配置成用于访问其各自存储器22和接口20用于突发发送。在这样的实施例中，第一节点12a可以广播一半数据，第二节点可广播另一半数据进行组合，以便有效将数据传输速率加倍，而不必修改节点12a，12b的各自等时发送周期。

除上述非突发通信方法外，还可采用上述突发发送，这是由于变化的等时发送周期以及可用于突发信道和非突发信道的其他发送特性。从而，在某些实施例中，在第二节点12b或其他接收部件可在每个等时周期上接收或发送任何类型通信的同时，第一节点12a，或其他发送部件，可用于在每个等时周期发送任何类型的通信，以及可选性地进行接收。

当接收信息时，第二节点12b可重发如上所述的接收信息。第二节点12b还可额外地或可替换地将接收信息保存在存储器22内，或者通过接口20将接收信息提供给其他设备和系统。此外，与第二节点12b相关联的处理系统16可在存储器22内进行存储或通过接口20与其他设备和系统相连之前，对信息进行处理。

如图1所示，网络10可包括任意数量的节点12，每个节点都被配制成发送器、接收器，或发送器和接收器。从而，网络10可包括按照与第一节点12a同样方式，与第二节点12b同样方式，以及此处所述任何其他方式进行配置的节点12。由于节点12具有能够改变发送信号的等时发送周期或其他发送特性的能力，从而在不产生干扰的条件下，可在网络10内建立数个等时发送信道。由于所用发送特性的动态特性，在不与任何现有节点12干扰的条件下，可对网络10添加附加发送和接收节点12。包括网络10的每个节点12可独立跟踪发送节点的发送，以便使用最少量的功率识别出所用等时发送特性以及正确接收信号。

由于具有能够改变等时发送周期、相位、频率和其他发送特性的能力，在网络10内的不同节点12可基于特定发送节点12的要求，利用差异很大的发送特性。例如，心速传感器可每秒发送一次数据，以保持必要的最小数据延迟，而与心速传感器相关的温度传感器可以每5秒仅发送一次，以符合更慢数据延迟要求。

在不止一个节点12在同一等时周期期间尝试向另一节点12发送的实施例中，发送节点12可进行协同，以避免发送干扰信号。在某些实施例中，每个发送节点12可在尝试与另一节点12进行通信之前，等待随机数量的等时周期，以便减少信号冲突的可能性。另外或可替换地，接收节点12可为每个发送节点12提供固定且惟一的子采样周期，用于防止信号干扰。子采样周期可为在存储器22中或通过接口20定义的静态值，或由一个或多个发射节点12规定。

还可通过利用消息格式24对每个接收节点12分配惟一地址，来减少信号干扰。节点地址可用于生成不同于等时发送或等时发送周期的时间偏移。节点地址可为静态和预先定义的值，或由发送节点12分配的动态值。接收节点12可作为预定接收方对消息进行处理，以及在消息格式24定义的时间或偏移向发送节点12发送回确认。从而在某些实施例中，根据接收部件的数量，动态增大或减小与发送节点相关联的保护窗口36。在某些实施例中，保护窗口36可具有用于从固定数量的接收部件接收确认的静态持续时间。

此外或可替换地，可利用寻址来控制接收节点如何响应发送节点。例如，第一节点12a可发送具有由消息格式24所表示的第一设备地址的转发等时信号。第二节点12b可接收转发等时信号，并对第一设备地址进行处理，以便查看其是否与其自身地址相对应。如果在消息格式24中识别出的设备地址与第二节点12b的地址相对应，则第二节点12b可通过第一节点12a实现所有类型的通信方法。从而，与第一设备地址、或其他地址或标识符不相关的节点12在保护窗口36期间不会应答，从而使其没有必要利用很长持续时间的保护窗口36。

如以上所述，诸如第一节点12a的发送节点可用于接收其他节点12广播的信号。在某些实施例中，发送节点可用于发送第一转发等时信号，如以上所述，以及接收第二转发等时信号。与发送节点相关联的处理系统16可估计第二转发等时信号的等时频率，并基于第二转发等时信号的估计等时频率调节第一转发等时信号的等时频率。这样的配置使得能够避免或限制在第一与第二转发等时信号之间的干扰。可将处理系统16配置成对多个接收转发等时信号的等时频率进行估计，以便本发明不局限于减小仅在两个信号之间的干扰。

处理系统16可通过利用上述关于第一节点12a和/或第二节点12b的任何方法，对第二转发等时信号的等时频率进行估计。从而，例如，处理系统16可随着时间的变化跟踪第二转发等时信号，并基于各个测量对等时频率进行估计。

从而，如以上所述，处理系统16可确定出在预期与实际时间之差，以便识别出时钟误差，然后，基于识别的时钟误差，对第二转发等时信号的等时频率进行估计。处理系统16还可利用第二转发等时信号的仅一个周期，对第二转发等时信号的等时频率进行估计，以便不必在延长时间周期上跟踪第二转发等时信号，或者访问由第二转发等时信号所表示的信息和数据。

处理系统16可调节多个收发器发送上第一转发等时信号的等时频率，以便接收节点12能够继续跟踪和接收第一转发等时信号。从而，对于任何给定时期，可通过接收节点12所利用的激活窗口42误差容限，对第一转发等时信号的等时频率的瞬时变化进行限制，以确保可继续接收第一转发等时信号。

对于由处理系统16执行的对于第一转发等时信号的等时频率的调节是可以变化的，以便其并不局限于静态或预定义的值。从而，处理系统16可以以任何量对发送信号的等时频率进行调节，以便在保持在由激活窗口42误差容限所定义的边界内的同时，对干扰进行限制。

处理系统16还可适用于基于接收信号(如，第二转发等时信号，或其他等时和非等时信号)的一个或多个发送特性，可变地调节发送转发等时信号(如第一转发等时信号)的等时相位。除上述频率调节外，还可执行由处理系统16执行的等时相位调节，或由此替代上述频率调节。

处理系统16调节发送转发等时信号的等时相位所用的发送特性可为对应于信号但不必是信号所表示的数据或信息的任何特性。从而，例如，处理系统16可识别和利用诸如频率、相位、功率、振幅、持续时间、调制，及其组合等之类的发送特性。处理系统16可调节发送转发等时信号的等时相位，以避免与其他信号相干扰，以便形成所需稀疏或密集网络信道拓扑，和/或使得接收节点能够请求更合适或有用的等时相位。

按照与上述等时频率调节相似的方式，处理系统16可调节多个收发器发送上发送转发等时信号的等时相位，以便允许接收节点12继续跟踪和接收发送转发等时信号。对于任何给定时期，可通过接收节点12所利用的激活窗口42误差容限，对发送的转发等时信号的等时相位的变化进行限制，以确保可继续接收发送的转发等时信号。

对于由处理系统16执行的对于发送等时信号的等时相位的调节是可以变化的，以便其并不局限于静态或预定义的值。从而，处理系统16可以以任何量对发送信号的等时相位进行调节，以便在保持在由激活窗口42所定义的边界内的同时，对干扰进行限制。然而，处理系统16所采用的干扰避免方法可包括对等时发送的等时频率、相位，或等时频率和相位进行的静态、测量，或随机校正。

在任何环境中都可采用各个节点12和网络10，以便能够实现低功率网络通信。在某些实施例中，多个节点12可与心速监测器、自行车、速度传感器、运动传感器、步数器、加速计等相连接，以便将实时数据发送到诸如手表、蜂窝电话、个人数字助理、计算设备及其组合等设备。节点12还可用于可对报警传感器、温度传感器、光开关、电源插座等从诸如遥控或计算设备的中央位置进行控制和监视的家庭自动网络。还可使用节点12向中央位置重发数据，如在射频识别(RFID)设备的仓库中，其中，由于距离或环境的原因，不能实现从中央位置到仓库中所有物品的射频通信。节点12还可用于允许将RFID信息或任何其他数据从一个无线节点跳到另一节点和回到中央位置。

可将节点12与任何设备和系统相连接，以形成任何类型的网络或网络组合。例如，可将节点12与以下设备组合使用：计算机；诸如鼠标和键盘之类的计算机外围设备；诸如视频监视器、麦克风、音频扬声器和摄像机之类的视频会议设备；用于包括用户电器产品的任何设备和系统的遥控器；诸如遥控杆和交互式遥控器之类的视频游戏设备；包括安全报警器、入侵检测器、个人安全报警器、电子运动检测器的安全系统；包括控制器、温度调节器、加热导线的电子加热系统；诸如扩充键盘之类的无线设备；儿童监视系统；烟火检测器和报警器；个人转发器；库门开启器；及其组合等。

可以认为，通过上述描述，本发明的实施例及其多个优点是显而易见的，显然在不偏离本发明范围和精神，或者在不牺牲所有其实质优点的情况下，可对其部件的形式、结构和优点作出多种改变。此处之前所描述的形式仅为其说明性实施例，下面的权利要求意在涵盖和包括这些改变。

Claims (24)

1.一种无线网络节点，包括：

收发器，用于无线发送转发等时信号和接收信号；以及

处理系统，与收发器相连接，该处理系统用于基于接收信号的发送特性，可变地调节转发等时信号的等时相位。

2.根据权利要求1的节点，其中，发送特性是从包括等时频率、等时相位、功率、振幅、持续时间、调制以及其组合的组中选出的。

3.根据权利要求1的节点，其中，处理系统所执行的调节还包括调节转发等时信号的等时频率。

4.根据权利要求1的节点，其中，处理系统用于随机地调节转发等时信号的等时相位。

5.根据权利要求1的节点，其中，处理系统用于调节多个收发器发送的转发等时信号的等时相位。

6.根据权利要求1的节点，其中，收发器用于在发送窗口期间发送转发等时信号，且仅在保护窗口期间接收接收信号，保护窗口与发送窗口在时间上接近。

7.一种发送网络通信的方法，所述方法包括：

无线发送转发等时信号；

接收信号；以及

基于接收信号的发送特性，可变地调节转发等时信号的等时相位。

8.根据权利要求7的方法，其中，发送特性是从包括等时频率、等时相位、功率、振幅、持续时间、调制以及其组合的组中选出的。

9.根据权利要求7的方法，还包括调节转发等时信号的等时频率。

10.根据权利要求7的方法，其中，随机地调节转发等时信号的等时相位。

11.根据权利要求7的方法，其中，调节多个发送上转发等时信号的等时相位。

12.根据权利要求7的方法，其中，在发送窗口期间发送转发等时信号，且仅在保护窗口期间接收接收信号，保护窗口与发送窗口在时间上接近。

13.一种无线网络节点，包括：

收发器，用于无线发送第一转发等时信号和接收第二转发等时信号；以及

处理系统，与收发器相连接，该处理系统用于对第二转发等时信号的等时频率进行估计，并基于第二转发等时信号的估计出的等时频率，调节第一转发等时信号的等时频率。

14.根据权利要求13的节点，其中，处理系统用于通过调节第一转发等时信号的等时频率，限制与第二转发等时信号的干扰。

15.根据权利要求13的节点，其中，处理系统用于调节多个收发器发送上第一转发等时信号的等时频率。

16.根据权利要求13的节点，其中，收发器用于在发送窗口期间发送第一转发等时信号，且仅在保护窗口期间接收第二转发等时信号，保护窗口与发送窗口在时间上接近。

17.一种无线网络，包括：

第一无线网络节点，包括：

收发器，用于无线发送转发等时信号和接收信号；以及

第一处理系统，与收发器相连接，该第一处理系统用于基于接收信号的发送特性，可变地调节转发等时信号的等时相位；以及

第二无线网络节点，包括：

接收器，用于无线接收转发等时信号；以及

第二处理系统，与接收器相连接，第二处理系统用于定义激活窗口，并控制接收器在激活窗口期间接收转发等时信号。

18.根据权利要求17的网络，其中，第二处理系统用于在激活窗口的开始处激活接收器，并在激活窗口的结束处使接收器去激活。

19.根据权利要求17的网络，其中，第二处理系统还用于识别转发等时信号的发送特性，并根据识别出的发送特性定义激活窗口。

20.根据权利要求19的网络，其中，转发等时信号的发送特性是从包括等时频率、等时相位、功率、振幅、持续时间、调制以及其组合的组中选出。

21.根据权利要求19的网络，其中，第二处理系统还用于通过检测转发等时信号的识别出的发送特性变化，调节激活窗口。

22.根据权利要求17的网络，其中，收发器用于在发送窗口期间发送转发等时信号，且仅在保护窗口期间接收接收信号，保护窗口与发送窗口在时间上接近。

23.根据权利要求17的网络，其中，接收器还用于发送由第一无线网络节点的收发器进行接收的信号。

24.根据权利要求23的网络，其中，第一网络节点用于利用第二网络节点所发送的至少一个信号来可变地调节转发等时信号的等时相位。

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