CN101595761B - 针对无线网络中的无线设备收集和报告有关通信信道条件的数据 - Google Patents

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Abstract

一种用于与无线网络(100)中的至少一个节点进行无线通信的设备(200)，该设备适于获得(330)有关适于所述设备通信的所选一个或多个通信信道的统计数据，并从该设备(200)向至少一个其它设备报告(350)涉及所选一个或多个通信信道中每个通信信道对于通信的可用性的至少一个度量。

Description

针对无线网络中的无线设备收集和报告有关通信信道条件的数据
技术领域
本发明涉及无线设备和无线网络，尤其涉及针对无线设备收集有关通信信道条件的数据，并将该数据报告给无线网络。
背景技术
无线网络日益普遍地用于为各种设备提供增强的能力。无线网络的一个种类是无线个人区域网络(PAN)。ZigBee规范针对低成本、低功率无线的无线电链路描述了一种用于在无线PAN中通信的适当格式，正如ZigBee联盟所定义的。ZigBee无线PAN尤其适合使用于，例如，用于控制灯、安全系统、火警、供暖通风与空调(HVAC)系统等的家庭自动化网络。
图1示出了包括多个无线设备120的无线网络100的一个示例性实施例。无线网络100可以是ZigBee无线PAN。在无线网络100中，无线设备120被分类成三种不同的类别：PAN协调器120a、路由器120b以及终端设备120c。在ZigBee无线PAN的上下文中，这些无线设备的每一个有时也被称为“节点”。
每个ZigBee无线网络都包括PAN协调器120a。PAN协调器120a是负责启动无线网络100的形成的ZigBee设备。PAN协调器120a能够存储有关无线网络100的信息(例如，安全密钥)。PAN协调器120a选择PAN ID，并且通常具有为0的ZigBee地址。
无线网络100可包括多个路由器120b。路由器120b具有将数据从一个无线设备120传递到另一个无线设备120的能力，并且也可以充当数据通信的源和目的地。
相反，终端设备120c只是包括与其“父节点”通信的足够的功能性，所述父节点可以是路由器120b或者PAN协调器120a。终端设备120c不能直接在两个其它无线设备120之间传递消息。因此，终端设备120c需要最少量的存储器，所以，它通常能够以比PAN协调器120a或路由器120b更低的成本来制造。
在ZigBee无线PAN中，节点120之间的通信在许多“物理信道”之一上发生。ZigBee无线PAN和无线设备使用在IEEE标准802.15.4-2003中所描述的功能性。IEEE 802.15.4-2003具有两个物理(PHY)层，它们分别运行在较高和较低频率范围：868/915MHz和2.4GHz。较低频率PHY层覆盖欧州868MHz波段以及用于比如美国和澳大利亚等国家的915MHz波段。较高频率PHY层几乎在世界范围内使用。
2.4GHz通信波段包含16个单独的IEEE 802.15.4信道，这样许多ZigBee无线PAN能够同时运行，每个在其自己的信道上运行，并因此相互没有干扰。一个以上的ZigBee无线PAN使用单个信道是可能的，尤其是如果它们被隔开较长距离(离开＞10-100米)，或者如果两个都具有相当低的使用率(低占空比)。
其它设备(例如，所谓的“WiFi”设备)也运行在2.4GHz波段，且WiFi业务量能够干扰ZigBee业务量。WiFi消息能够以比ZigBee消息高得多的功率级被发送，且WiFi信道与几个ZigBee信道的带宽一样宽。为了这样的两个系统共存，能够搞清楚哪些信道是空的(clear)，并且使受干扰的网络(例如，ZigBee无线PAN)运行在这些空的信道上是有益的。
为此，ZigBee规范提供了一种机制，由此PAN协调器能够指令另一无线设备针对一个或多个通信信道实行“能量检测扫描”(ED扫描)。IEEE标准802.15.4-2003第6.7.7节详细说明了ED测量是对于在通信信道的带宽内所接收的信号功率的估计。8个IEEE 802.15.4码元周期的时间间隔被使用于ED测量。该规范规定了：通过返回对应于在扫描时段期间的最大ED测量结果的能量值，能量检测扫描依据在规定的扫描持续时间内、在所请求的通信信道上执行的多个ED测量来获得针对所请求的每个通信信道的“峰值能量”的测量。
在这方面，ZigBee规范规定了管理网络更新请求(“Mgmt_NWK_Update_req”)，在ZigBee无线PAN中，PAN协调器能够直接地或经过路由器120b地将该请求发送给另一个无线设备(例如，路由器)。
表1阐明了ZigBee规范中Mgmt_NWK_Update_req命令的格式：
表1
  八位位组：4   1   4   2
  ScanChannels   ScanDuration   ActiveChannel   nwkManagerAddr
在表1中，字段包括：
-ScanChannels规定应被执行能量检测扫描的通信信道；
-ScanDuration规定每个能量检测扫描应被执行的持续时间；
-ActiveChannel是ScanChannels参数的子集，它代表在其上运行PAN的预期信道的列表；以及
-nwkManagerAddr规定在其节点描述符中网络管理器比特被置位的设备的NWK地址。
响应于由PAN协调器发出的管理网络更新请求，无线设备针对每个指定的通信信道、执行单个ED扫描达指定的扫描时段；存储对应于在该扫描时段期间所检测到的最大能量的能量值，并且发送包括该能量值的管理网络更新响应(“Mgmt_NWK_Update_rsp”)消息。
表2阐明了在ZigBee规范中Mgmt_NWK_Update_rsp消息的格式：
表2
 八位位组：1   4   1   可变
 状态   ScannedChannels   ScannedChannelsListCount   EDandTXfailureList
在表2中：
-‘状态’规定Mgmt_NWK_Update_rsp命令的状态(例如，SUCCESS(成功)；INVALID REQUEST(无效的请求)；NOT_SUPPORTED(不支持))；
-ScannedChannels是通过该请求而被扫描的信道列表；
-ScannedChannelsListCount是包含EDandTXfailureList参数中所包含的记录数的列表；以及
-EDandTXfailureList是作为管理网络更新请求的结果而创建的能量值和传输故障报告描述符的列表，其中针对ScannedChannelsListCount中的每个信道有一个。
上述过程有几点不足。
具体地，仅仅基于各对应于在单个能量检测扫描中所检测到的最大能量的能量值来表征通信信道的可用性具有几个缺点。例如，一些干扰设备可能以多半具有低占空比的间歇方式发送数据。在这种情况下，上述的能量检测扫描可导致使人误解的结果。
在开始时，如果在间歇干扰的设备未进行发送的时间段期间执行能量检测扫描，则能量值可能非常低，其仅指示背景噪声的存在，而未认识到间歇干扰者的存在。
为了解决这个问题，扫描时段可被延长，以试图保证在能量检测扫描中捕获到间歇传输。然而，在此情况下，由于在能量检测扫描中产生的能量值仅仅反映在该扫描时段上所检测到的最大能量，因此不可能知道有多少时间(若有的话)所接收的功率级可以实际上远小于最大能量级。也就是说，如果在间歇干扰设备碰巧进行发送的扫描时段期间执行能量检测扫描，则最大能量可能很高，其错误地指示通信信道的完全不可用性。然而，实际上，如果占空比足够低，那么这样的通信信道可能仍然可用于某些类型的不需要100％信道可用性的通信。因此，不管扫描时段如何调整，对于通过使用各对应于在单个能量检测扫描中所检测到的最大能量的能量值来适当表征通信信道，都存在问题。
此外，不同的ZigBee无线设备可发送具有不同数据速率需求、不同占空比、不同等待时间需求等等的不同类型的净荷数据。因此，一个通信信道中的、可能使该通信信道不适合被一个无线设备用来通信的干扰，对于具有不同数据通信需求的另一无线设备的通信来说可能不存在大问题。然而，反映从单个能量检测扫描中测量的最大能量值的能量值将不展现这样的细微之处。
通常，对应于在单个能量检测扫描中所检测的最大能量的、针对每个通信信道的能量值的简单列表，不提供有利于做出选择通信信道的最佳判决的鲁棒的数据集。
此外，虽然上面描述的问题是相对于在ZigBee PAN中运行的无线设备的细节而阐明的，但是当仅使用单个能量值来试图表征通信信道的可用性时，该问题通常也可在其他通信网络中发生，甚至在所述能量值不是检测到的最大能量或所述能量值是从单个测量而不是从扫描来获得的网络中发生。
因此，期望提供一种无线设备，其能够针对无线网络中的无线设备收集和报告有关通信信道条件的数据，所述无线设备能够克服一个或多个以上的缺点。还期望提供一种针对无线网络中的无线设备收集和报告有关通信信道条件的数据的改进方法。
本发明的一个方面，提供一种用于针对适于运行在无线网络中的无线设备报告通信信道条件的方法。所述方法包括：针对从适于无线设备通信的多个通信信道当中选择的一个或多个通信信道中的每个通信信道，执行多个能量检测扫描以获得多个能量值，每个能量值对应于在每个能量检测扫描时段期间、在对应的通信信道中所检测到的最大能量；针对所选择的每个通信信道，依据在多个能量检测扫描中获得的能量值来计算至少一个统计量；针对所选择的每个通信信道，基于所述至少一个统计量，确定涉及所述通信信道对于通信的可用性的至少一个度量；以及向无线网络中的至少一个其他无线设备报告针对所扫描的每个通信信道的所述至少一个度量。
本发明的另一个方面，一种运行无线设备的方法包括：获得有关适于无线设备通信的一个或多个通信信道中的每个通信信道的统计数据，以及从所述无线设备向至少一个其它无线设备报告涉及所述一个或多个通信信道中每个信道对于通信的可用性的至少一个度量。
本发明的又一个方面，一种适于与无线网络中的至少一个节点通信的无线设备包括：发送器；接收器，其适于在多个通信信道上运行；能量检测器，其耦合到接收器且适于在被选择的通信信道中执行能量检测扫描；以及一个或多个处理器。该处理器被配置成执行算法，包括：针对从适于无线设备通信的多个通信信道当中选择的一个或多个通信信道中的每个通信信道，利用能量检测器执行多个能量检测扫描，以便在能量检测扫描时段期间，获得多个能量值，每个能量值对应于在相应通信信道中所检测到的最大能量；针对所选择的每个通信信道，依据在多个能量检测扫描中获得的能量值来计算至少一个统计量；针对所选择的每个通信信道，基于该至少一个统计量，确定涉及所述通信信道对于通信的可用性的至少一个度量；以及把针对所选择的每个通信信道的至少一个度量提供给发送器以用于发送。
本发明的再一个方面，一种设备适于与无线网络中的至少一个节点进行无线通信。所述设备适于获得有关适于无线设备通信的所选一个或多个通信信道中每个通信信道的统计数据，以及从该无线设备向至少一个其它无线设备报告涉及所选一个或多个通信信道中每个通信信道对于通信的可用性的至少一个度量。
附图说明
图1示出了包括多个无线设备的无线网络的一个实施例；
图2示出了无线设备的一个实施例的功能图；
图3示出了针对无线网络中的无线设备收集和报告有关通信信道条件的数据的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的形式来体现，且不应被解释为限制于在此阐明的实施例。相反，这些实施例作为本发明的教导示例而提供。
图2示出了无线设备200的一个实施例的功能图，所述无线设备可被用作为图1的无线网络100中的无线设备120。如本领域技术人员将理解的，图2所示的一个或多个不同的“部件”可通过使用软件控制的微处理器、硬布线逻辑电路或者它们的组合来物理地实现。而且，尽管为了说明的目的，这些部件在图2中是在功能上分离的，但是在任意的物理实现中可以将它们进行各种组合。
无线设备200包括发送器210、接收器220、能量检测器230、处理器240以及存储器250。处理器240被配置成与存储器250一起执行一个或多个软件算法，以向发送器210、接收器220和/或能量检测器230提供数据、从其接收数据和/或控制其运行。有益地，处理器240包括其自己的存储器(例如，非易失性存储器)，用于存储允许其控制发送器210、接收器220和/或能量检测器230运行的可执行软件代码。替换地，可执行代码可被存储在存储器250中的指定的存储位置。而且，虽然为了举例说明的目的，处理器240在图2中被示为分离的单元，但在实际的物理实现中，一个或多个处理器或控制器可被嵌入到发送器210、接收器220和/或能量检测器230中，并且可以彼此协作以执行无线设备200的操作，以下被描述为由处理器240执行所述操作。
无线设备200适于选择性地在多个通信信道(例如，由ZigBee规范规定的在800/900MHz波段和2.4GHz波段中的通信信道)的一个或多个之中进行通信。在本上下文中，通信信道包括所定义的频谱的一部分。在此情况下，接收器220可以按照无线网络(例如，ZigBee无线PAN)的协议、在所选择的一个或多个通信信道上、从其它无线设备接收可包括净荷数据的消息。类似地，发送器210适于按照无线网络(例如，ZigBee无线PAN)的协议、向其它无线设备发送可包括净荷数据的消息。在一些实施例中，无线设备200可作为路由器运行，其可以通过经由接收器220从第一无线设备接收消息或数据，然后经由发送器210将所述消息或数据再发送到第二无线设备，从而将消息或数据从一个无线设备中继给另一个无线设备。
有益地，无线设备200适于收集有关适于其运行的通信信道的可用性的数据。可响应于从另一无线设备接收的一个或多个消息——例如，由无线设备200在其中运行的无线网络中的PAN协调器发起的消息——而发起这样的数据收集。所述消息可请求无线设备200进行本地通信信道条件的评估。而且，所述消息可指示要被评估的所选的一个或多个通信信道。可针对适于无线设备200运行的所有通信信道、或者仅仅在所选择的信道子集上，甚至可能是针对单个通信信道来执行所述的数据收集。
在无线设备200中，可以通过把接收器220调谐到已经被选择为要测量的通信信道，然后操作能量检测器230执行能量测量，以检测在测量时段期间在该通信信道中存在的能量，从而收集有关针对无线设备200的通信信道条件的数据。
在一个实施例中，能量检测器230被配置成执行能量检测扫描。在此情况下，能量检测扫描是在预定扫描时段上执行的一系列能量测量，其返回对应于在该扫描时段期间在通信信道中所检测到的最大能量的能量值。本实施例可对应于按照IEEE标准802.15.4-2003执行的能量检测扫描。然而，在其它安排中，能量检测扫描可返回不同的能量值，比如对应于在扫描时段期间在通信信道中所检测到的平均能量的能量值。而且，在一些安排中，能量检测扫描可返回多个能量值，例如最小能量测量结果、最大能量测量结果、和/或平均能量测量结果、或者可能是反映一个个能量测量结果中每个能量测量结果的能量值。
可以针对所选择的所有待测量的通信信道重复这个过程，从而收集可用来评估所选通信信道对于数据通信的可用性的数据。
有益地，在一个实施例中，无线设备200适于针对每个正被测量的通信信道执行多个能量检测扫描，并获得针对每个扫描时段的、针对每个通信信道的能量值。
在此情况下，有利地，在一个实施例中，无线设备200可首次针对所选择的所有通信信道执行能量检测扫描，然后重复这个过程以便扫描越过所选择的所有通信信道N次，从而获得针对所选择的每个通信信道的N(N≥2)个能量值。在此情况下，处理器240可控制接收器220和能量检测器230调谐到所选第一通信信道达一预定时间段，获得能量值并将它存储在存储器250中，调谐到所选第二通信信道达一预定时间段，获得另一能量值并将它存储在存储器250中，等等。处理器240可按照被存储在存储器250中的一个或多个软件算法来执行这样的操作。
替换地，无线设备200可测量所选第一通信信道中的能量N次，针对N个扫描时段的每个时段获得能量值，然后调谐到第二通信信道，针对第二信道执行N次能量检测扫描等等，针对所选择的所有通信信道重复该过程。在此情况下，处理器240可控制接收器220调谐到第一通信信道，并进一步控制能量检测器230检测信道能量达第一预定时间段，将所检测到的能量值存储在存储器250中。然后，当接收器220保持调谐到同一通信信道时，处理器240可控制能量检测器230检测信道能量达另一预定时间段，将所检测到的能量值存储在存储器250中。这可以被重复直到获得N个能量值，此时处理器230可将接收器220调谐到所选的下一个通信信道，并重复该过程。处理器240可按照被存储在存储器250中的一个或多个软件算法来执行这样的操作。其它的安排是可能的。
总之，能量检测扫描可被接连地、或者其间具有延迟地快速执行。延迟长度可伪随机地选择。有益地，在扫描之间具有随机延迟可以最小化由于使用与干扰者的周期相关的周期(其某一倍数)进行抽样而得到使人误解的结果的可能性。
有利地，可以在能量检测扫描之间具有充分延迟地执行针对通信信道的能量检测扫描，这样使得扫描相对于一个或全部可能的间歇干扰发送器是基本上统计独立的。
虽然N可以是任何整数，但实际上对于3≤N≤10的N值获得良好的结果。
有益地，通过在不同时间段上针对所选择的每个通信信道执行多个能量检测扫描，有可能获得有关运行在其中任一通信信道上的任何干扰发送器的存在及性质的更精确和更鲁棒的信息。例如，如果间歇发送器正运行在特定的通信信道中，则如果在多个扫描时段上检测到该信道中的能量，那么该间歇发送器的存在可被更可靠地检测到。在此情况下，一个或多个能量检测扫描可产生相对低的能量值，仅反映信道中的背景噪声，而一个或多个其它能量检测扫描可产生高得多的能量检测，从而指示间歇发送器的存在。而且，通过观察能量值被提升的能量检测扫描的百分比，可估计出间歇发送的频率和持续时间。
有益地，无线设备200可适于依据在多个能量检测扫描中获得的能量值来计算至少一个统计量。可由处理器240按照被存储在存储器250中的一个或多个软件算法、基于被存储在存储器250中的、来自于由能量检测器230所执行的能量检测扫描的能量值来执行这样的计算。
表3列出了一些示范性统计量，其可由无线设备200针对所选择的每个通信信道、依据在针对该通信信道的多次(N)能量检测扫描中获得的能量值来计算。
表3
 来自N次能量检测扫描的平均能量值
 来自N次能量检测扫描的最小能量值
 来自N次能量检测扫描的最大能量值
 来自N次能量检测扫描的最低的P个能量值的平均值
 通过排除来自N次能量检测扫描的M个最高的能量值和最低的P个能量值而获得的平均能量值
 来自N次能量检测扫描的最大能量值和最小能量值之间的差值
 N次能量检测扫描当中所获得的能量值大于(或者大于或等于)阈值的能量检测扫描的百分比
 N次能量检测扫描当中所获得的能量值小于(或者小于或等于)阈值的能量检测扫描的百分比
有益地，考虑到无线设备200的应用以及期望在其中运行的典型环境来选择被计算的特定统计量。例如，不同的无线设备200可发送具有不同数据速率需求、不同占空比、不同等待时间需求的不同类型的净荷数据。因此，一个通信信道中的、可能使该通信信道不适合被一个无线设备200用来通信的干扰，对于具有不同数据通信需求的另一个无线设备200通信来说可能不存在大问题。因此，无线设备200可适于收集对于确定所述通信信道对于通信的可用性尤其有用的统计量，和/或收集通信信道的对于各种类型应用的适合性的统计量。无线设备200可进一步适于收集有关针对附近其它设备经由该通信信道的通信条件的信息。
例如，如表3所示，可以被计算的一个统计量是N次能量检测扫描当中所获得的能量值小于阈值的能量检测扫描的百分比。在此情况下，所述阈值可被选择为对应于能量级ETH，ETH被预期为低得足以实现与相邻无线设备的可靠通信。因此，例如，如果在通信信道i上的N次能量检测扫描的90％产生表明所检测到的信道能量级小于ETH的能量值，则可以预期有极高百分比的消息能够在通信信道i上被可靠地传送给无线设备200以及传送自无线设备200。在很多应用中，这样的消息成功率可以大于可接受的成功率，因此即使间歇干扰发送器可能在该信道中运行，该信道仍然可以被认为“可用于”通信。
同样有利的，对于每个被扫描的通信信道，无线设备200确定涉及所述通信信道对于(例如由无线设备200进行的)通信的可用性的至少一个度量。有益地，处理器240可至少部分地基于统计量来确定一个或多个度量，所述统计量按照被存储在存储器250中的一个或多个软件算法、依据由能量检测器230在能量检测扫描期间获得的能量值来计算。实际上，在一个实施例中，一个或多个度量可能与由无线设备200计算的一个或多个统计量相同。在另一实施例中，度量可以基于所选择的每个通信信道的单个能量检测扫描的结果来确定。然而，通常，这样的实施例可能不提供与在针对每个通信信道执行多个能量检测扫描的有利情形下获得的一样地有用和鲁棒的信息。在再一实施例中，一个或多个度量可基于以下项的某种组合来确定：依据在能量检测扫描期间获得的能量值而计算的统计量、连同通常表示通信信道的通信可用性的一个或多个其它值或统计量。这样的其它值或统计量可包括：在使用该通信信道与一个或多个其它无线设备的先前通信尝试期间无线设备200所观测到的传输故障(例如，TX故障)的数量或百分比；接收信号强度指示(RSSI)值；链路质量指标(LQI)值，等等。
表4列出了可由无线设备200确定的、涉及一个信道对于通信的通信可用性的一些示例性度量。
表4
  通过该通信信道接收来自另一无线设备的任意消息的概率
  标识该信道是否被确定为适合于通信的二进制值
  标识该信道对于通信的可用性的信道可用性等级中的数值
  指示多个被列举的信道使用场景中的一种或多种场景的标识符，其中对于该一种或多种场景该通信信道被认为是可用的
  指示该通信信道对于通信的估计可用性的成本数
  所计算的统计量，比如表3示出的那些统计量
如表4所指明的，一种可能的度量可以是标识该信道对于由无线设备200进行通信的可用性的数值。例如，可提供0-7等级，“0”对应于看来对于通信而言极好的通信信道，“7”对应于看来完全不可用于通信的信道。在此情况下，无线设备可使用依据能量值计算的统计量、和/或如上所述的通常表示通信信道的通信可用性的其它值或统计量，来确定通信信道对于通信的可用性，并指派从0到7的相应数值。
在较简单的安排中，无线设备200可基于依据能量值计算的统计量、和/或针对该通信值的传输故障值，来作出简单的通信信道“go/no-go(通过/不通过)”评估。在此情况下，无线设备200可给每个通信信道指派一个二进制值来指示它是否被认为可用于通信。
在另一种安排中，可定义多种不同的通信场景，其涉及通信信道对于不同类型的设备或数据传输的可用性。这些场景可根据以下方面定义：传输数据速率需求、传输延迟需求、传输频度(例如，连续地、偶尔地或罕见地)；被发送的数据的类型(例如，控制数据；音频/视频数据(其中由网络标准支持)；环境数据；等等)、数据安全级别、可以执行通信的无线设备的种类等等。每种场景可有与其相关联的、作为度量的标识符，例如表中的数值。在此情况下，无线设备200可以基于依据能量值计算的统计量、和/或针对通信信道的传输故障值，而给所选择的每个通信信道指派这些标识符中的一个或多个。
同时，ZigBee路由算法在路由发现和维护期间例如使用路径成本度量来进行路由比较。为了计算这个度量，把称为链路成本的成本与路径中的每条链路相关联，且对链路成本值求和以产生整体路径的成本。因此，在又一种安排中，无线接收器200可给所选择的每一个通信信道指派成本，以作为该通信信道对于通信的估计可用性的指示。在此情况下，例如，PAN协调器可以在算法中使用由其网络中的一些或全部无线设备200报告的成本来确定要在其上运行的一个或多个通信信道。例如，在简单的情形下，PAN协调器可以简单地对从一些或全部无线设备200报告的成本求和，并选择具有最低总成本的一个或多个通信信道。当然，其它安排是可能的。
在确定有关被扫描的所选每个通信信道的一个或多个度量后，无线设备200可以将所扫描的每个通信信道的度量报告给无线网络中的至少一个其它无线设备，有利地是报告给PAN协调器或能够将该度量转发到PAN协调器的路由器。无线设备200可在具有特定格式的消息(例如，Mgmt_NWK_Update_rsp消息)中传送或报告度量，其示例将在下面描述。在一个实施例中，无线设备200可在消息中包括其它信息，具体地包括TX故障值，其指示在使用通信信道与一个或多个其它无线设备进行的先前通信尝试期间无线设备200观测到的传输故障的数量或百分比。这样，PAN协调器可以从无线网络中的一个或全部无线设备获得度量，从而作出有关该网络应当在其上运行的信道的智能判决。
图3示出了一种针对无线网络中的无线设备(比如无线设备200)，收集和报告关于通信信道条件的数据的方法300的一个实施例的流程图。
在第一步骤310中，无线设备接收一个或多个消息，该消息请求该无线设备基于在通信信道内所检测到的能量、针对所述无线设备进行通信信道条件的评估。该消息可请求针对适于该无线设备运行的所有通信信道执行评估，或者仅仅在信道的子集——包括可能单个通信信道上执行评估。这样的消息可以从用于该无线设备在其中运行的无线网络的PAN协调器发起。在ZigBee无线PAN的情况下，所述请求可以是Mgmt_NWK_Update_req消息的形式。
有益地，无线设备所接收的消息可包括下列的一项或多项：(1)要被扫描的一个或多个通信信道的列表；(2)将由无线接收器计算的一个或多个统计量的指示；以及(3)将由无线设备报告的一个或多个度量的指示。
在一个实施例中，无线设备也可被配置为或替代地可被配置为：在没有接收到任何请求的情况下，针对该无线设备评估通信信道条件。例如，无线设备中的处理器可被配置为以固定的或随机的时间间隔进行通信信道条件的评估。
在步骤320中，无线设备针对待评估的所选一个或多个通信信道中的每个通信信道执行多个(N)能量检测扫描，以获得多个能量值，每个能量检测扫描一个能量值。有益地，每个能量值反映在能量检测扫描期间所检测到的最大能量。
在步骤330中，针对所选择的每个通信信道，无线设备依据在多个能量检测扫描中获得的能量值来计算至少一个统计量。这样的统计量的示例性而非限制性的列表在上面的表3中被示出。
在步骤340中，针对所选择的每个通信信道，无线设备基于该至少一个统计量，确定涉及所述通信信道对于通信的可用性的至少一个度量。这样的度量的示例性而非限制性的列表在上面的表4中被示出。
继而，在步骤350中，无线设备向无线网络中的至少一个其它无线设备报告针对所选择的每个通信信道的至少一个度量。该无线设备可在一个或多个消息(例如，Mgmt_NWK_Update_rsp消息)中传送或报告所述度量。
表5示出了由无线设备——比如图2中所示的无线设备200——发送的网络环境状态消息的净荷格式的一个实施例。表5所示的净荷格式包括三个字段，用于无线设备报告针对每个被扫描的通信信道的三个度量，每个度量(最大、最小和平均值)对应于依据在多个能量检测扫描期间所获得的N个能量值而计算出的统计量。
表5
 八位位组：1   4   1   可变   可变   可变
 状态   被扫描的信道   被扫描的信道列表计数   从N个能量扫描接收的最大值集   从N个能量扫描接收的平均值集   从N个能量扫描接收的最小值集
表6示出了来自无线设备的网络环境状态消息的净荷格式的第二实施例。在表6的实施例中，净荷包括由无线设备200指派的多个成本值，每个成本值指示使用对应通信信道通信的估计可用性，如上面更详细论述的。
表6
 八位位组：1   4   1   可变
 状态   被扫描的信道   被扫描的信道列表计数   成本数集，每个成本数指示使用对应通信信道通信的估计可用性
表7示出了来自无线设备的网络环境状态消息的净荷格式的第三实施例。为了额外的灵活性，无线设备和PAN协调器例如可以具有预定义的度量表，其给每个预定义的度量指派一个标识符。在此情况下，无线设备可利用表6所例示的净荷格式，其包括提供正被报告的度量的标识符的字段。
表7
 八位位组：1   4   1   1   1  可变
 状态   被扫描的信道   被扫描的信道列表计数   信息类型(例如：表示所包括的最小值)   长度  值集(例如：从N个能量扫描接收的最小值)
表8示出了来自无线设备的网络环境状态消息的净荷格式的第四实施例。表8的净荷格式包括用于无线设备指示正被报告的多个度量类型连同其对应的字段长度的字段。
表8
 八位位组：1   4   1   1   1   可变   1   1   可变
 状态   被扫描的信道   被扫描的信道列表计数   信息类型1   长度1   值集1   信息类型2   长度2   值集2
表9示出了来自无线设备的网络环境状态消息的净荷格式的第五实施例。表9的格式包括一个可变长度字段，该字段用于报告基于以下项的度量，即：在能量检测扫描期间针对每个通信信道获得的能量值、连同在使用该通信信道与一个或多个其它无线设备进行的先前通信尝试期间无线设备观测到的传输故障计数或百分比数据。
表9
 八位位组：1   4   1   可变
 状态   被扫描的信道   被扫描的信道列表计数   ED和TX故障列表记录格式，由针对每个信道的1字节ED扫描结果后随以2字节TX故障计数组成
当然，尽管表5-9各自举例说明了针对由无线设备传送来报告有关多个通信信道的条件的消息的有益特征，但是，应当理解这些表是示例性而非限制性的，可以设想出其它净荷数据格式。
尽管在此公开了优选实施例，但有可能进行多种变化，这些变化仍然落在本发明的构思和范围内。在检视这里的说明书、附图和权利要求之后，这样的变化对于本领域的技术人员来说将变得明显。为了解释得清楚和具体，以上在ZigBee无线PAN和IEEE标准802.15.4-2003的上下文中提供了示例。然而，尽管以上公开的特征在ZigBee无线PAN的上下文中有特定的益处和效能，但应当理解该原理是可扩展的，并且可以适当地应用于使用各种下层规范和标准的各种无线网络。在回顾了本申请的说明书和附图后，这样的应用将会被本领域技术人员很好地理解。因此除了所附权利要求的范围外，本发明不被限制。

Claims (38)

1.一种针对适于在无线网络(100)中运行的无线设备(200)报告通信信道条件的方法(300)，所述方法(300)包括：
针对在适于所述无线设备通信的多个通信信道当中所选择的一个或多个通信信道中的每个通信信道，执行(320)多个能量检测扫描，以获得多个能量值，每个能量值对应于在能量检测时段期间在对应的通信信道中所检测到的最大能量；
针对所选择的每个通信信道，依据在多个能量检测扫描中获得的能量值来计算(330)至少一个统计量；
针对所选择的每个通信信道，基于所述至少一个统计量，确定(340)涉及该通信信道对于通信的可用性的至少一个度量；以及
向所述无线网络中的至少一个其它无线设备报告(350)针对所选择的每个通信信道的所述至少一个度量，其中所述至少一个统计量包括从由以下项组成的组中选择的至少一项：
●在所述多个能量检测扫描中获得的最低的P个能量值的平均值；
●通过排除在所述多个能量检测扫描中获得的最高的M个能量值和最低的P个能量值而获得的平均能量值；
●在所述多个能量检测扫描中获得的最大能量值和最小能量值之间的差值；
●所获得的能量值大于阈值的能量检测扫描的百分比；以及
●所获得的能量值小于阈值的能量检测扫描的百分比。
2.如权利要求1的方法(300)，还包括在所述无线设备处接收(310)一个或多个消息，该消息请求所述无线设备进行针对该无线设备的通信信道条件的评估。
3.如权利要求2的方法(300)，其中所述一个或多个消息指示将被选择的一个或多个通信信道。
4.如权利要求2的方法(300)，其中所述一个或多个消息指示将被计算的一个或多个统计量。
5.如权利要求2的方法(300)，其中所述一个或多个消息指示将由无线设备(200)报告的度量。
6.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量与所计算的至少一个统计量是相同的。
7.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的最小能量值。
8.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的平均能量值。
9.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的最大能量值。
10.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量是在所述通信信道上接收来自另一无线设备(200)的任意消息的概率的指示。
11..如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量是标识所述通信信道是否被确定为可用于通信的二进制值。
12.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量是标识所述通信信道对于通信的可用性的信道可用性等级中的数值。
13.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量标识所列举的针对通信信道的使用的多种场景之一。
14.如权利要求13的方法(300)，其中所列举的场景包括指示所述通信信道只对于仅偶尔使用的可用性的至少一个场景。
15.如权利要求13的方法(300)，其中所列举的场景包括对于可在所述通信信道上传送的数据类型的指示。
16.如权利要求1的方法(300)，其中所述至少一个度量是指示对应通信信道对于通信的估计可用性的成本数。
17.如权利要求1的方法(300)，还包括向所述至少一个其它无线设备传送在可被报告的多个可能的度量中的、被报告的所述至少一个度量的指示。
18.如权利要求1的方法(300)，包括依据在所述多个能量检测扫描中所获得的能量值而计算多个统计量。
19.如权利要求1的方法(300)，其中所述无线设备(200)报告涉及所述通信信道对于通信的可用性的多个度量。
20.如权利要求1的方法(300)，其中在针对每个通信信道的能量检测扫描之间提供伪随机选择的延迟。
21.如权利要求1的方法(300)，其中所述统计量和所述至少一个度量各自从针对于对应的通信信道的单个能量检测扫描来获得。
22.一种适于与无线网络(100)中的至少一个节点通信的设备(200)，所述设备(200)包括：
发送器(210)；
接收器(220)，其适于在多个通信信道上运行；
能量检测器(230)，其耦合到所述接收器(220)，且适于在被选择的通信信道中执行能量检测扫描；以及
一个或多个处理器(250)，其被配置成执行算法，包括：
针对在适于所述设备(200)通信的多个通信信道当中所选择的一个或多个通信信道中的每个通信信道，利用所述能量检测器(230)执行多个能量检测扫描，以获得对应于在能量检测时段期间在对应通信信道中所检测到的最大能量的能量值；
针对所选择的每个通信信道，依据在所述多个能量检测扫描中获得的能量值来计算至少一个统计量；
针对所选择的每个通信信道，基于所述至少一个统计量，确定涉及所述通信信道对于通信的可用性的至少一个度量；以及
将针对所选择的每个通信信道的所述至少一个度量提供给所述发送器(210)以用于发送，其中所述至少一个统计量包括从由以下项组成的组中选择的至少一项：
●在所述多个能量检测扫描中获得的最低的P个能量值的平均值；
●通过排除在所述多个能量检测扫描中获得的最高的M个能量值和最低的P个能量值而获得的平均能量值；
●在所述多个能量检测扫描中获得的最大能量值和最小能量值之间的差值；
●所获得的能量值大于阈值的能量检测扫描的百分比；以及
●所获得的能量值小于阈值的能量检测扫描的百分比。
23.如权利要求22的设备(200)，其中至少一个度量与所计算的至少一个统计量相同。
24.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的最小能量值。
25.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的平均能量值。
26.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个统计量是在所述多个能量检测扫描中获得的最大能量值。
27.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个度量是在所述通信信道上接收来自另一设备的任意消息的概率的指示。
28.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个度量是标识所述通信信道是否被确定为可用于通信的二进制值。
29.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个度量是标识所述通信信道对于通信的可用性的信道可用性等级中的数值。
30.如权利要求22的设备(200)，其中所述度量是对应于所列举的针对所述通信信道的使用的多个场景之一的值。
31.如权利要求30的设备(200)，其中所列举的场景包括指示所述通信信道对于仅偶尔使用的可用性的至少一个场景。
32.如权利要求30的设备(200)，其中所列举的场景包括对于将在所述通信信道上传送的数据类型的指示。
33.如权利要求22的设备(200)，其中所述算法还包括：向所述发送器提供在可被报告的多个可能的度量中的、被报告的所述至少一个度量的指示，以用于发送。
34.如权利要求22的设备(200)，其中所述算法包括：依据在所述多个能量检测扫描中所获得的能量值来计算多个统计量。
35.如权利要求22的设备(200)，其中所述设备(200)报告涉及所述通信信道的可用性的多个度量。
36.如权利要求22的设备(200)，其中所述至少一个度量是指示对应通信信道对于通信的估计可用性的成本数。
37.如权利要求22的设备(200)，其中在针对每个通信信道的能量检测扫描之间提供伪随机选择的延迟。
38.如权利要求22的设备(200)，其中所述设备(200)适于在所选一个或多个通信信道中的每个通信信道上执行能量检测扫描，并且其中所述统计量和所述至少一个度量各自从针对于对应通信信道的单个能量检测扫描获得。
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