CN101682476B - 无线网络通信系统 - Google Patents

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    • H04L1/1607—Details of the supervisory signal

Abstract

公开了一种处理无线网络之内的传送信号的方法、系统和协议，所述网络包括传送所述传送信号的至少一个设备和接收所述传送信号的至少一个设备。所述方法提供：在接收所述传送信号的所述设备处接收所述传送信号；确定接收所述传送信号的所述设备以前是否已接收过所述传送信号；以及只有当接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号时，才对接收到的传送信号采取行动。

Description

无线网络通信系统
技术领域
本发明涉及经由射频彼此通信的设备的网络。
引用结合：
在本申请中参考了以下专利公开文件：
——名称为“Radio Network Communication System and ProtocolUsing An Automatic Repeater”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001052(WO2005／015774)；
——名称为“Radio Network Communication System and Protocol”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001053(WO2005／015811)；
——名称为“Collision Detection in a Non-Dominant Bit RadioNetwork Communication System”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001054(WO2005／015751)；
——名称为“Selective Communications Network Functionality”的澳大利亚临时专利申请No.2007900639；以及
——名称为“Wireless Network Communications System”的澳大利亚临时专利申请No.2007900637，
这些专利申请中的每一个专利申请的整体内容都通过引用结合于此。
背景技术
短距离无线通信网络正在变得更加广泛地使用，并且存在于包括商业应用和家庭应用的越来越多的应用中。这样的网络可以包括从两个到许多个的节点，在这些节点之间进行无线通信。在一个特殊的应用中，这样的节点或设备为了控制的目的可以用作建筑物基础设施的一部分。这通常被称为家庭自动化或楼宇自动化。
与这样的网络有关的两个因素为：
1.可靠性——在节点之间获得可靠的无线电通信提出了可观的挑战，因为当在建筑物中使用无线电时会遇到干扰和衰减。存在许多干扰和衰减源，包括使用的建筑材料的类型、其它无线设备以及放置在建筑物内的物体。
2.可量测性——大多数网络在可以存在于网络中的节点数目方面具有上限。这种限制在某些情况下可能难以确定，并且可能具有许多原因，包括超出无线电范围(节点之间的距离变得太大)，或者更加常见地，消耗了全部的可用无线电带宽。这后一种情况也被称为拥塞。
为了解决这些问题，目前部署了许多无线通信系统。最可用的系统仅解决了一个问题，代价是使另一个问题更糟。
一些系统在节点之间使用消息的显式路由。在这样的系统中，每个节点需要知道通过一系列中间节点到达每个可能目的地的路径。这提高了可靠性，但是具有一些随之发生的缺点：
a.消息可能由许多中间节点转发，导致对于给定的信息而言，当它在从源向目的地传送时有很长的“空中”时间。
b.每个节点需要知道到达每个可能目的地的路径，这意味着每个节点需要具有存储器以存储该路径。
c.这样的系统不是很好量测，因为当一个传送设备希望与几个接收设备通信时，它必须具有针对哪些目的地中的每一个目的地的路由。由于存储器方面的物理限制，这些表的尺寸受到限制。
d.由于取决于网络的尺寸，需要在大量的设备和节点之上转发多个消息，所以可量测性也受到无线拥塞的限制。
针对上述状况的代替方法是动态发现从每个源节点到每个目的节点的路由。在这种情况下，需要分开的软件执行阶段来运行路由发现过程。这是因为当消息要被传送时不应当进行路由发现——它会添加消息传递等待时间。分开的路由发现阶段需要进行协调以允许每个节点询问网络中的其它节点，并且找到到达每个目的地的路径。然而，这种方法遇到了与上述相同的问题，并且包括非常复杂的处理以执行动态发现。
其它系统使用了被称为“网格”组网的技术。在这种技术中，接收到消息的每个设备重新传送它，以便该消息传播到网络的所有边缘。网格组网提供了较好的可靠性，因为消息可以被转发许多次。然而，这个技术仍然具有若干缺陷，包括：
a.因为消息被许多节点转发，所以向网络添加更多节点可能迅速造成拥塞；
b.通过使消息转发许多次，这种方法还使得带宽利用率差。后果要么是等待时间增加，要么是需要更高的带宽；以及
c.一些网格组网系统需要将特定的节点指定为中心控制器以协调网络的操作。
本发明的目的是提供一种方法和系统，其解决了现有技术的缺点中的至少一个缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种处理无线网络之内的传送信号(Transmission)的方法，所述网络包括传送所述传送信号的至少一个设备和至少接收所述传送信号的至少一个设备，所述方法包括以下步骤：
a)在至少接收所述传送信号的所述设备处接收所述传送信号；
b)确定用于所述传送信号的传送信号签名，所述传送信号签名基于标识始发传送器的始发传送器标识符与包括在接收到的所述传送信号中的传送信号标识符的乘积；
c)将所确定的所述传送信号签名与存储在至少接收所述传送信号的所述设备的存储器中的以前传送信号的一个或多个所存储的传送信号签名相比较，以确定至少接收所述传送信号的所述设备以前是否已接收过所述传送信号；以及
d)只有当至少接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号时，才对接收到的传送信号采取行动并且将所述传送信号签名存储在至少接收所述传送信号的所述设备的所述存储器中。
在一种形式中，至少接收所述传送信号的所述设备是接收器，并且对传送信号采取行动的步骤为接受所述传送信号。
在另一种形式中，至少接收所述传送信号的所述设备是转发器，并且对传送信号采取行动的步骤为转发所述传送信号。
在一种形式中，所述方法包括如上所述的确定步骤和比较步骤。
在一种形式中，所述方法包括如上所述的确定乘积的步骤。
在一种形式中，所述传送信号标识符由生成和传送所述传送信号的传送器提供给所述传送信号。
在一种形式中，所述传送信号标识符长度为m位。
在一种形式中，用于存储所述传送信号签名的所述存储器具有高达N-1个用于存储所述传送信号签名的条目，其中N=2m。
在一种形式中，在所述步骤a)之后，所述方法进一步包括：确定所述传送信号的跳跃计数是否等于零；如果所述传送信号的所述跳跃计数等于零，则确定至少接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号，并执行所述步骤b)和d)而不执行所述步骤c)；而如果所述传送信号的所述跳跃计数不等于零，则将所述传送信号的所述跳跃计数与跳跃计数阈值相比较；如果所述传送信号的所述跳跃计数等于或小于所述跳跃计数阈值，则执行所述步骤b)、c)和d)中的每一个；而如果所述传送信号的所述跳跃计数大于所述跳跃计数阈值，则不执行所述步骤b)、c)和d)中的任一个。
在一种形式中，所述无线网络是组播无线网络。
根据本发明的第二方面，提供了一种供无线网络使用的设备，所述设备包括：
接收器，用于接收传送信号；
用于确定基于标识始发传送器的始发传送器标识符与包括在所述传送信号中的传送信号标识符的乘积的、用于所述传送信号的传送信号签名的装置；
用于将所述传送信号的所述传送信号签名与一个或多个所存储的传送信号签名相比较以确定所述传送信号以前是否已被接收过的装置；以及
用于如果所述传送信号以前未被接收过则对所述传送信号采取行动的装置；以及
用于存储一个或多个传送信号签名的存储器。
在一种形式中，所述设备是转发器。
在另一种形式中，所述设备是接收器。
在一种形式中，所述设备包括如上所述的用于确定的装置和用于比较的装置。
在一种形式中，所述设备进一步包括如上所述的存储器。
在一种形式中，所述无线网络是组播无线网络。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在无线通信中生成用于传送信号的数据帧的方法，所述方法包括：
生成用于标识传送信号的传送信号标识符；
生成用于传送信号的数据帧，所述数据帧包括始发传送器标识符字段中的用于所述传送器的传送器标识符、传送信号标识符字段中的传送信号标识符以及至少一个数据字段中的数据；并且
传送所述数据帧，
其中，在使用中，接收器：确定传送信号签名，所述传送信号签名基于所述始发传送器标识符与包括在接收到的所述传送信号中的所述传送信号标识符的乘积；并且将所确定的所述传送信号签名与存储在至少接收所述传送信号的设备的存储器中的以前传送信号的一个或多个所存储的传送信号签名相比较，以确定至少接收所述传送信号的所述设备以前是否已接收过所述传送信号；并且只有当接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号时，才对接收到的所述传送信号采取行动并且将所述传送信号签名存储在接收所述传送信号的所述设备的所述存储器中。
在一种形式中，在所述方法中，生成所述数据帧进一步包括：将零插入在一个跳跃计数字段中。
在一种形式中，所述跳跃计数由始发传送器清零。
在一种形式中，所述传送信号标识符是由所述始发传送器设置的标识符。
在一种形式中，对于该传送器，所述传送信号标识符对于所述传送信号是唯一的。
在一种形式中，所生成的所述传送信号标识符的长度限于m位。
在一种形式中，所述传送信号标识符是通过如下方式生成的：随着每次传送递增所述传送信号标识符，一直到最大值2m-1，在这之后进一步的递增将所述传送信号标识符设置为0。
附图说明
现在参考附图来描述本发明，其中：
图1示出了本发明的一个方面在室内的一种可能应用；
图2示出了具有使用无线通信的五个设备亦即一个传送器、两个接收器和两个转发器的网络的表示；
图3示出了图2的网络的子集，示出了传送器和转发同一传送信号的两个转发器；
图4示出了图3的具有原始传送信号和两个转发器之间的两个转发的传送信号的布置；
图5示出了根据本发明的一个方面的传送信号帧结构；
图6示出了图4的原始传送信号和两个转发的传送信号的帧结构；
图7示出了包括跳跃计数字段的传送信号帧结构；
图8示出了图5的具有图7的跳跃计数字段的帧结构；
图9示出了图7的具有实际数据的帧结构的示例性帧结构；
图10示出了根据本发明的一个方面的对传送信号采取行动的方法；
图11A示出了根据本发明的一个方面的在转发器处对传送信号采取行动的方法；
图11b示出了根据本发明的一个方面的在接收器处对传送信号采取行动的方法；
图12示出了根据本发明的另一个方面的在转发器处处理传送信号的方法；
图13示出了根据本发明的另一个方面的在接收器处处理传送信号的方法；
图14示出了根据本发明的另一个方面的在接收器处使用跳跃计数处理传送信号的方法；
图15示出了ISO模型通信协议堆栈和可以插入新的通信子层的点；以及
图16示出了供本发明使用的设备的结构。
具体实施方式
现在来更加详细地讨论在楼宇控制或家庭自动系统环境下的本发明的各个方面。然而将会理解的是，本发明的各个方面同样适用于其它网络应用，包括但不限于扩展无线耳机和无线计算机外设(如键盘、鼠标、打印机和扫描仪)的范围。
图1是应用于家庭自动化系统的本发明方面的示例性应用。当然，该例子同样可以说明商业办公设施或其它应用。
在图1中，示出了布置在具有窗户2的房间1中的设备的网络10，所述设备执行各种功能。特别地，在这个例子中示出了电视3、具有相关扬声器4a和4b的音响系统4、空调系统5、具有相关窗帘6a的窗帘控制系统6、灯7a、7b、7c和7d、墙壁控制器8以及遥控器9。
设备3至7中的每一个设备是可以由控制器设备8和9控制的设备。一方面，遥控器9也可以控制墙壁控制器8，以便然后控制设备3至7中的每一个设备，并且可选地直接控制设备3至7中的每一个设备。例如，窗帘6可以经由用户直接操作墙壁控制器8来拉上和敞开，或者通过个人直接使用遥控器9来拉上和敞开，或者经由遥控器9通过控制墙壁控制器8来拉上和敞开。
类似地，灯7a至7d可以用墙壁控制器8接通、断开或变暗，或者用户可以经由遥控器9直接控制房间照明，或者经由遥控器9通过控制墙壁控制器8进行。
将会理解的是，这些设备和这种布置只是示例性的，并且可以使用任何其它设施，包括多个房间、多个建筑物和任何其它可控设备，诸如咖啡机、安全报警或监视系统、热水供应设备以及包括打印机、传真机和电话会议设备的办公设备。
还将会理解的是，本发明的各个方面可以和诸如以下专利文件中描述的大范围的通信协议一起使用：名称为“Radio Network CommunicationSystem and Protocol Using An Automatic Repeater”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001052(WO2005／015774)；名称为“Radio NetworkCommunication System and Protocol”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001053(WO2005／015811)；以及名称为“Collision Detectionin a Non-Dominant Bit Radio Network Communication System”的PCT专利申请No.PCT／AU2004／001054(WO2005／015751)，这些专利申请中的每一个专利申请的整体内容都通过引用结合于此。
本发明的各个方面还可以结合如名称为“Selective CommunicationsNetwork Functionality”的共同未决的澳大利亚临时专利申请中描述的发明的任何一个或多个不同方面来应用，该专利申请的整体内容通过引用结合于此。
虽然本发明的各个方面将会在其中传送信号被一次性地传送到多个接收器的组播或“点对多点”无线通信系统的环境中描述，但是本发明的各个方面也可以应用于其中传送信号被直接从一个设备传送到另一个设备的“点对点”通信系统。
还将会理解的是，转发功能考虑到了以下事实：设备可以通过它的通信协议堆栈(从它的应用层)多次下发同一消息。需要通过协议堆栈的顶层进行传送的每个副本必须在(一个或多个)目的节点中出现，而不管在底层网络中发生了什么。这意味着尽管几个消息可能对于协议堆栈的应用层而言看似相同，但是它们被通信协议堆栈的下层中的转发功能认为是分开的并且是有区别的。
图2示出了示例性的设备网络，包括传送器T1、第一转发器RP1、第二转发器RP2以及第一接收器R1和第二接收器R2。将会理解的是，任何的设备也可以执行任何的功能(亦即所有设备都能够传送或接收或者充当转发器)，但是在这个例子中，他们至少执行所指示的功能。
如可以在图2中看到的那样，传送器T1传送第一传送信号M1，该传送信号M1由接收器R2和转发器RP1接收。接收器R1和转发器RP2在这个例子中处在范围之外，并且只可以经由转发器RP1接收传送信号M1。
当接收到传送信号M1时，RP1转发该传送信号并将其重新传送为M1’，其将会由接收器R1和转发器RP2接收，并且附带地由R2和T1接收。
图3示出了图2的网络的变体和子集，示出了传送器T1、第一转发器RP1和第二转发器RP2。传送器T1生成并传送传送信号M1，该传送信号M1然后由第一转发器RP1接收，该第一转发器RP1然后将传送信号M1重新传送为M1’，该传送信号M1’由第二转发器RP2接收。RP2然后会将传送信号M1’重新传送为M1”，该传送信号M1”然后由第一转发器RP1接收。在没有使用本发明的一个或多个方面的设备中，第一转发器RP1然后会将M1”重新传送为M1”’，M1”’然后会由第二转发器RP2再次接收并被再次重新传送为M1””，亦即原始传送信号M1的第四副本。将会意识到的是，这会持续下去，直到跳跃或重新传送方面的某种限制被施加为止。
图4示出了使用本发明的一个或多个方面的图3的布置。在这个例子中，传送器T1会传送传送信号M1，该传送信号M1会由第一转发器RP1接收，该第一转发器RP1然后将传送信号M1重新传送为M1’，该传送信号M1’由第二转发器RP2接收。RP2然后会将传送信号M1’重新传送为M1”，该传送信号M1”附带地由第一转发器RP1接收，如图3的例子中那样。然而，根据本发明的一个方面，在这个例子中作为第一转发器RP1的设备将会仅转发或重新传送给定传送信号的一个副本。因为第一转发器RP1已经将M1重新传送为M1’，所以它现在不会重新传送接收到的传送信号M1”。因此，第二转发器RP2不会如图3的例子中那样接收到进一步的副本M1”’，这样一来循环就会被打破。这导致了网络中拥塞实例的减少。在本发明的这个方面的一种形式中，因为提供唯一传送信号签名的特殊标记，第一转发器RP1知道它已经接收到并重新传送了M1。如下面将会更加详细地描述的那样，传送信号签名可以直接结合在传送信号中，也可以从用于M1的数据帧中的该传送信号的传送信号标识符中导出。在一个例子中，根据本发明的另一个方面的传送协议提供了数据帧20，该数据帧20具有：用于始发传送器标识信息的字段21，用于标识对传送信号进行原始传送的传送器；用于传送信号标识符的字段22，用于标识具体的传送信号；以及用于要被传送的实际数据的字段23。在图5中示出了这个帧结构。当然，可以根据具体的应用添加任何其它字段如头部和误差检验字段，并且这些字段的顺序可以随意地改变，如本领域技术人员将会理解的那样。
将会意识到的是，图3和4中示出的布置也可以表示点对点无线通信系统和组播无线通信系统。
图6示出了具有图4中的原始传送信号M1、由第一转发器RP1传送的转发传送信号M1’和由第二转发器RP2传送的进一步的转发传送信号M1”的示例性数据的帧结构。
可以看到M1具有帧20，该帧20具有：用于始发传送器标识的字段21，其在这个例子中是用于图4中的传送器T1的标识信息；用于传送信号标识符的字段22，用于标识具体的传送信号，其在这个例子中为‘123’；以及用于要被传送的实际数据的字段23。
一旦传送信号M1已被第一转发器RP1接收到，RP1就会如上所述地检查传送信号签名，以确定该具体的传送信号以前是否被第一转发器RP1接收过。传送信号签名可以采取任何形式，以允许传送信号被唯一标识。在其中每个设备具有唯一标识符如网络地址的网络中，可以从字段21中的传送器标识和字段22中的传送信号标识符的组合中导出传送信号签名。这会为每个传送信号提供唯一签名。在这种情况下，来自不同始发设备(例如传送器)的一个或多个不同传送信号可以具有相同的传送信号标识符，只要每个始发设备(例如传送器)没有为它的传送信号中的任何一个使用相同的传送信号标识符。为了提供唯一性，每次传送新的消息时，每个传送设备都使它自己的传送信号标识符递增。在不同的传送设备中，不需要在传送信号标识符之间有什么关系。
在其中设备不能被唯一标识的网络中，字段22中的实际传送信号标识符可以贯穿全部传送信号是唯一的，并且在这种应用中不需要使用字段21中的实际始发传送器标识。实际上，在这个例子中根本不需要在传送信号帧中存在字段21。当然可以使用唯一标识传送信号的任何其它手段。
一旦第一转发器RP1已确定了用于传送信号M1的传送信号签名，它就将这个签名与存储在它的存储器中的来自以前接收到的传送信号的传送信号签名相比较。如果比较相匹配，则第一转发器RP1会确定传送信号M1以前被它接收过，并且不会对传送信号M1’进行重新传送。如果没有发现匹配，则第一转发器RP1会将用于M1的传送信号签名存储在它的存储器中，并且将M1重新传送为M1’，如在图4中看到的那样。图6示出了用于重新传送的传送信号M1’的帧。
当接收到传送信号M1’时，第二转发器RP2会将这个传送信号的传送信号签名与存储在它的存储器中的来自以前接收到的传送信号的传送信号签名相比较。如果比较相匹配，则第二转发器RP2会确定传送信号M1’以前被它接收过，并且不会对传送信号M1”进行重新传送。如果没有发现匹配，则第二转发器RP2会将用于M1’的传送信号签名存储在它的存储器中，并且将M1’重新传送为M1”，如在图4中看到的那样。图6示出了用于重新传送的传送信号M1”的帧。
当现在接收到传送信号M1”时，第一转发器RP1会再次检查传送信号签名。字段21”中的始发传送器标识(如果使用的话)与传送信号M1中的相同，并且字段22”中的传送信号标识符也与传送信号M1中的相同，结果得到与存储在第一转发器RP1的存储器中等同的传送信号签名。最终结果的匹配会向第一转发器RP1指明该传送信号已经被它接收并重新传送过，所以它不会再次进行重新传送。这会打破上面关于图3描述的连续重新传送循环。
虽然图6所示的帧结构包括了用于始发传送器标识的字段21，然而将会意识到的是，如果使用唯一标识每个传送信号的其它方式，则这个字段不需要存在。
在本发明的进一步的可选形式中，如果接收到传送信号的设备是接收器，则可以采取如上所述相同的行动，然而，代替不再重新传送该传送信号，接收器不会接受该传送信号。
在用于向无线网络的操作提供进一步细化的本发明的进一步可选形式中，可以对给定消息可以穿过转发器的次数设置限制。
对消息可以被复制的次数(跳跃次数)设置限制有助于防止网络扩张到会被过度的等待时间导致性能下降这一点，并且有助于对可以由重新传送使用的网络带宽量设置上限。在一种形式中，这通过向传送信号帧添加跳跃计数字段来实现。图7示出了具有字段21、22、23和24的传送信号帧20。前三个字段与前面关于图5描述的那些字段相同，并且相应地进行标记。具体地，用于始发传送器标识信息的字段21用于标识原始传送该传送信号的传送器，用于传送信号标识符的字段22用于标识具体的传送信号，并且字段23用于要被传送的实际数据。在这个方面，添加了额外字段24用于容纳跳跃计数。
这个跳跃计数字段由第一次发出新消息或传送信号的任何设备(传送器或转发器)清零，并且由传送信号所穿过的每个转发器递增。在一种形式中，转发器拒绝复制具有给定阈值之上的跳跃计数的消息。
图8示出了与图6相同的传送信号帧结构，除了在图8中，在每个传送信号帧中包括额外的跳跃计数字段24之外。M1具有帧20，该帧20具有：用于始发传送器标识的字段21，其在这个例子中是用于图4中的传送器T1的标识信息；用于传送信号标识符的字段22，用于标识具体的传送信号，其在这个例子中为‘123’；以及用于要被传送的实际数据的字段23。字段24具有跳跃计数0，因为M1是原始传送信号。
将会意识到的是，在这些例子中，被清零的跳跃计数具有数值0。然而取决于实际环境，任何适当的值都可以用于指示被清零或“无跳跃”的情况。
一旦传送信号M1已被第一转发器RP1接收到，RP1就会如上所述地检查传送信号签名，以确定该具体的传送信号以前是否被第一转发器RP1接收过。在代替的形式中，转发器RP1可以首先检查字段24中的跳跃计数。如果这个计数被清零，那么通过定义得知，传送信号M1不可能以前被转发器RP1(或任何其它转发器)接收过，并且转发器RP1可以相应地采取行动，比如将传送信号M1重新传送为传送信号M1’。如图8所示的用于M1’的帧结构示出了所有字段都与用于M1的字段相同，除了字段24中的跳跃计数已从0递增到1之外。当使用这种优选法时，转发器RP1仍然会将传送信号签名存储在它的存储器中。
将会意识到的是，第一转发器RP1还可以或者代替地通过如前所述参考传送信号签名来确定它是否以前接收过传送信号M1。跳跃计数字段的存在并不需要它在确定这个方面使用，并且不排除使用传送信号签名。
当接收到传送信号M1’时，第二转发器RP2会看到跳跃计数未被清零，因此不能假定它以前没有接收过这个传送信号。在这种情况下，存在将跳跃计数与预置跳跃计数阈值相比较的选项。如果跳跃计数低于预置阈值，那么第二转发器RP2就可以继续如上面参考图6先前讨论的那样确定它以前是否接收过传送信号M1’。如果跳跃计数等于或高于阈值，则第二转发器RP2可以选择不对传送信号M1’进行重新传送，而不管它以前是否接收过传送信号M1’。
例如如果跳跃计数阈值已被设置为5，则当前的跳跃计数1低于该阈值，并且第二转发器RP2会继续通过将该传送信号签名与存储在它的存储器中的来自以前接收到的传送信号的传送信号签名相比较来对以前的接收情况进行检查。如果比较相匹配，则第一转发器RP2会确定传送信号M1’以前被它接收过，并且不会对传送信号M1’进行重新传送。如果没有发现匹配，则第一转发器RP1会将用于M1’的传送信号签名存储在它的存储器中，并且将M1’重新传送为M1”，如在图4中看到的那样。图8示出了用于重新传送的传送信号M1”的帧，其中可以看到，帧24”中的跳跃计数已被再次递增到2。
当现在接收到传送信号M1”时，第一转发器RP1会再次检查跳跃计数并将该计数与跳跃计数阈值相比较。在这个例子中，用于M1”的跳跃计数为2，低于跳跃计数阈值5，所以就继续检查传送信号签名。字段21”中的始发传送器标识(如果使用的话)与传送信号M1中的相同，并且字段22”中的传送信号标识符也与传送信号M1中的相同，结果得到与存储在第一转发器RP1的存储器中等同的传送信号签名。最终结果的匹配会向第一转发器RP1指明该传送信号已经被它接收并重新传送过，所以它不会再次进行重新传送。这会打破上面关于图3描述的连续重新传送循环。
如果在上面的例子中跳跃计数为5，那么第一转发器RP1就可以不对传送信号M1”进行重新传送，而不管它以前是否被第一转发器RP1接收过。
再次，虽然图8所示的帧结构包括了用于始发传送器标识的字段21，然而将会意识到的是，如果使用唯一标识每个传送信号的其它方式，则这个字段不需要存在。
在本发明的进一步的可选形式中，如果接收到传送信号的设备是接收器，则可以采取如上所述相同的行动，然而，代替不再重新传送该传送信号，接收器不会接受该传送信号。
图9示出了用于传送信号的传送信号帧的实际例子，该传送信号可以在应用了本发明的各个方面的网络中使用。在这个例子中，帧20具有如前所述的用于传送信号标识符的字段22、用于消息类型的字段25、用于跳跃计数的字段24、用于传送器标识符的字段21、用于目的地址的字段26、用于控制／数据长度的字段27、用于有效载荷数据的字段23以及用于CRC误差检验代码的字段28。
现在参考图10至14概括地描述上述方法。
图10示出了根据本发明的一个方面的一般方法，供设备网络中的诸如转发器或接收器之类的设备使用。在步骤50，传送信号(例如由传送器生成)由设备接收。然后在步骤51，设备确定该传送信号是否以前被它接收过。如果是，那么设备不会对传送信号采取行动(步骤52)。如果在步骤51，设备确定该传送信号以前没有被它接收过，那么它会前进到步骤53并且对传送信号采取行动。
采取行动的形式将会由设备的类型确定。例如，如果设备是转发器，那么行动会是转发或重新传送该传送信号。如果设备是接收器，则行动会是接受该传送信号。将会理解的是，只是因为设备被标记为转发器或接收器或者实际上被标记为传送器，这并不表明该设备只能够执行该功能，而只是针对给定的行动执行该功能。有可能的是，所有设备都能够进行传送、转发和接收，但是需要时在给定网络内已被临时或持久地分配了这些功能中的一个或多个功能。
图11A示出了根据上面图10所述的一般方法，供设备网络中的转发器使用。在步骤100，传送信号(例如由传送器生成)由转发器接收。然后在步骤101，转发器确定该传送信号是否以前被它接收过。如果是，那么转发器不会对传送信号进行重新传送(步骤102)。如果在步骤101，转发器确定该传送信号以前没有被它接收过，那么它会前进到步骤103并且重新传送该传送信号。
图11B示出了由充当接收器而不是转发器的设备采取的过程。在这个例子中，在步骤200，传送信号(例如由传送器生成)由接收器接收。然后在步骤201，接收器确定该传送信号是否以前被它接收过。如果是，那么接收器不会接受该传送信号(步骤202)。如果在步骤201，接收器确定该传送信号以前没有被它接收过，那么它会前进到步骤203并且接受该传送信号。
将会理解的是，在给定的网络中，这些方法中的每一种方法可以分开或联合使用。亦即，在给定的网络中，网络中的一个或多个转发器可以使用如图10和11A所阐述的方法，并且一个或多个或全部接收器可以使用如图11B所阐述的方法。
还将会理解的是，当接收器被描述为接受传送信号时，这只是表明该传送信号会被考虑接收器正常执行的无论什么其它处理。这种其它处理可以包括响应于该传送信号采取某种行动，但是还可以包括因为适合于由接收器设备执行的最终功能的任何其它原因而丢弃该传送信号。
现在转向图12，示出了执行图10的一般方法的一种特定形式。在这种形式中，转发器在步骤300接收传送信号，然后确定它以前是否接收过这个传送信号。在这种形式中，这通过以下进行：在步骤301检查传送信号签名(上面已详细描述过)，并且将这个签名与存储在它的存储器中的来自以前接收到的传送信号的任何传送信号签名相比较(步骤302)。如果在步骤303确定当前接收到的传送信号的传送信号签名匹配以前接收到的传送信号的传送信号签名，则该方法前进到步骤304，其中转发器不对传送信号进行重新传送。如果在步骤303确定不存在与传送信号签名的匹配，则该方法前进到步骤305，其中转发器将传送信号签名存储在存储器中，然后在步骤306中对传送信号进行重新传送。
图13示出了如图11B所示的一般方法的一种形式，用于由接收器采取的行动。在这种形式中，接收器在步骤400接收传送信号，然后确定它以前是否接收过这个传送信号。在这种形式中，这通过以下进行：在步骤401检查传送信号签名(上面已详细描述过)，并且将这个签名与存储在它的存储器中的来自以前接收到的传送信号的任何传送信号签名相比较(步骤402)。如果在步骤403确定当前接收到的传送信号的传送信号签名匹配以前接收到的传送信号的传送信号签名，则该方法前进到步骤404，其中接收器不接受该传送信号。如果在步骤403确定不存在与传送信号签名的匹配，则该方法前进到步骤405，其中接收器将传送信号签名存储在存储器中，然后在步骤406中接受该传送信号。
将会理解的是，可以按照其它顺序执行图12和13中的这些步骤中的一些步骤。例如，参考图13，步骤405和406可以颠倒，亦即可以先接受传送信号，然后再将传送信号签名存储在存储器中。
图14示出了根据图10的一般方法的另一种形式的方法。在这种形式中，如上面先前详细地描述的那样，对跳跃计数加以利用。在步骤500，转发器接收传送信号，并且在步骤501检查传送信号的跳跃计数的值。如果在步骤502确定跳跃计数被清零，则接收器知道它以前没有接收过该传送信号，并且在步骤503继续对传送信号进行重新传送。如果在步骤502确定跳跃计数未被清零，则该方法前进到步骤504以确定跳跃计数是否小于预置阈值。如果确定跳跃计数超过了该阈值，则该方法前进到步骤505并且不对传送信号进行重新传送。如果跳跃计数等于或小于该阈值，则该方法前进到步骤506，其中对传送信号签名进行检查，然后在步骤507将该签名与存储的传送信号签名相比较。当然将会理解的是，可以选择决策点，使得如果跳跃计数等于或超过阈值则不对传送信号进行重新传送，并且如果跳跃计数小于阈值则该方法继续检查传送信号签名。如果在步骤508确定当前接收到的传送信号的传送信号签名匹配以前接收到的传送信号的传送信号签名，则该方法前进到步骤509，其中转发器不对传送信号进行重新传送。如果在步骤508确定不存在与传送信号签名的匹配，则该方法前进到步骤510，其中转发器将传送信号签名存储在存储器中，在步骤511中将该传送信号的跳跃计数递增1，然后在步骤512中对传送信号进行重新传送。再次，可以改变步骤中的一些步骤的具体顺序，诸如步骤510、511和512的顺序。
根据上面参考图14描述的方法的特定形式的接收器的操作将会是等同的，除了代替不选择对传送信号进行重新传送，接收器会选择不接受该传送信号，如参考图11B的用于接收器的一般方法中列举的那样。
通过使用由以下伪代码描述的软件对它们各自的微处理器进行编程，网络之内的各种设备可以使用如上所述各种方法中的一种或多种方法：
由不是作为转发器进行操作的设备传送：
制作新的传送信号标识符
将消息的传送信号标识符字段设置为传送信号标识符
清零消息的跳跃计数字段
如通常那样传送。
(组播传送系统会表明包括转发器的范围内所有设备都会接收到该消息)
由不是作为转发器进行操作的设备接收：
IF消息跳跃计数被清零THEN
如通常那样接受消息并处理消息
ELSE IF如果消息签名在我的历史记录中THEN
丢弃消息
ELSE
如通常那样接受消息并处理消息
将消息签名添加到我的历史记录
END IF
由作为转发器进行操作的设备传送——其中消息在转发器设备中始发
制作新的传送信号标识符
将消息的传送信号标识符字段设置为传送信号标识符
清零消息的跳跃计数字段
如通常那样传送。
(组播传送系统会表明包括其它转发器的范围内所有设备都会接收到该消息)
由作为转发器进行操作的设备接收：
IF消息跳跃计数被清零THEN
如通常那样接受消息并处理消息
递增消息的跳跃计数字段
将消息签名添加到我的历史记录
排队该消息用于正常传送
ELSE IF如果消息签名在我的历史记录中THEN
丢弃消息
ELSE
如通常那样接受消息并处理消息
IF消息跳跃计数在限制之内THEN
递增消息的跳跃计数字段
将消息签名添加到我的历史记录
排队该消息用于正常传送
END IF
END IF
(组播传送系统会表明包括其它转发器的范围内所有设备都会接收到该消息)
在一个实施例中，存在对非网格通信协议堆栈中的现有处理和层的最小修改。这在一种形式中通过分配两个新字段——跳跃计数和传送信号标识符——来实现。这些字段由新的通信协议子层填充和管理，所述通信协议子层插入在协议堆栈的以前现有的层之间。
参考用于通信协议堆栈的ISO开放系统互连(OSI)参考模型，数据链路层通常包括一个或多个媒体访问控制(MAC)子层。在一种形式中，如图15所示，新的通信子层出现在任何现有MAC层的顶部。新的子层被称为MAC-MESH子层。MAC-MESH子层应用在上面伪代码中描述的算法，并且利用历史记录缓存，该历史记录缓存略小于可能的传送信号标识符的跨度。
这些例子无论如何都不限制其中可以应用本发明的设备的范围或者通信协议堆栈中的实施的可能放置或者历史记录缓存的尺寸定位与访问方法。
图16示出了根据本发明的一个方面的设备600(例如图4中的设备T1、RP1和／或RP2)的示例性构造。具体地，示出了天线606经由可选阻抗匹配电路601连接到收发器602。收发器602依次连接到微处理器603，用于将接收到的和传送的数据信息以及控制数据传递到在微处理器603中运行的软件。
在典型的实施中，天线606会被定制设计成配合该设备。阻抗匹配电路601(如果存在的话)会被设计成配合天线606和收发器602，如本领域技术人员将会理解的那样。收发器602可以是分立电路，也可以是成品收发器IC。这样的集成电路可从许多制造商处得到，包括但不限于TexasInstruments、Motorola、Chipcon、Nordic、RF Monolithics以及许多其它制造商。有些收发器包括自动阻抗匹配，并且这样的收发器会去除对包括阻抗匹配电路601的需要。
微处理器603会被选择以提供适当的能力，以便操作设备600所希望的通信协议、转发与接收功能以及任何其它功能。典型的微处理器可从许多制造商处得到，包括Atmel、Texas Instruments、Zilog、Freescale、ST以及许多其它制造商。
当结合在PCT／AU2004／001052、PCT／AU2004／001053和PCT／AU2004／001054中的任何一个或多个专利申请中描述的通信协议来使用选择的网格转发器功能时，具有大约20K至60K的程序存储器和1K至2K的操作变量(RAM)存储器的小的微处理器是适当的。
设备600的操作频率由本机调整和收发器602的选择确定。对于低功率操作，世界上大多数地方的频率包括433.92MHz、868MHz、916MHz和定位在大约2400MHz的频带。
还提供了存储器604以存储信息如软件指令和数据，包括上面提到的传送信号标识符。将会意识到的是，存储器604被示出为与微处理器603分开的模块，但同样可以是微处理器603的一部分。
具有可以用来实施本发明的各个方面的硬件构造的可能设备包括由本申请人Clipsal Australia Pty Ltd出售的墙式开关的x585xA系列和x588xA系列。
根据本发明的另一个方面，通过考虑微处理器的实际存储器尺寸，可以赢得进一步的功效。实际的微处理器具有有限的存储器，防止使用无限尺寸的传送信号标识符，并且类似地防止了过去曾经观察到的传送信号标识符的无限历史记录。
本发明的这个方面因此提供了改进，以允许使用可从许多低成本的微处理器中得到的少量存储器来进行操作。
在一个例子中，传送设备使用了m位传送信号标识符。因此可能的传送信号标识符会在0...2m-1的范围内，并且传送信号标识符范围为N=2m。使用二进制运算，一旦传送信号标识符达到其最大值(2m-1)，进一步的递增就会使数溢出并“翻转”回到0。
在这个例子中，历史记录会保持不多于N-1个以前的传送信号标识符(或者是传送信号签名，如果适当的话)，因为当传送信号标识符翻转时，更大的任何东西都可能遗弃历史记录中的条目。翻转是对传送信号标识符的有效重复使用，所以通过对历史记录存储的适当制定尺寸，重复使用的标识符会在重复使用发生之前从历史记录中删除。如果重复使用的传送信号标识符遗留在历史记录中，则有可能发生的是，接收器或转发器丢弃了实际上应当接受或转发的消息。
转发器设备的性能会受到历史记录的搜索效率低、旧项目的期满或删除效率低以及将新项目插入到历史记录中效率低的损害。
根据本发明的另一个方面，通过将历史记录的尺寸限制到N-1个条目以下，可以进行进一步的简化。在这个例子中，历史记录不能保持来自单个传送设备的传送信号标识符的完全跨度。这允许对历史记录存储操作的显著简化：旧的项目从不需要删除，它们简单地用新的项目进行重写，并且历史记录存储可以作为仅具有单个更新指示器的循环缓冲器来操作。
在一个例子中，如果传送信号标识符具有3位，那么N=8(23)。在这个例子中，历史记录存储会理想地具有多于2个的条目但不会多于7个条目。这个例子中的历史记录存储因此可以保持2、3、4、5、6或7个条目。在其中传送信号标识符具有4位的另一个例子中，N=16，并且历史记录缓存可以保持2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个条目。
在这个方面，信息被加载到输入消息的历史记录中。存储在历史记录中的信息为传送信号签名。在最小限度的实施中，传送信号签名具体地由两条信息组成：在MAC_MESH子层中实施的跳跃计数和传送器标识符。进而，如前面描述的那样，历史记录缓存的尺寸被选择为略小于可能的传送信号标识符的跨度。该方法然后假定每个输入消息与以前的传送信号签名的历史记录相比较，并且签名匹配的那些输入消息会被丢弃。签名没有在历史记录中出现的那些输入消息会使它们的签名被添加到历史记录中。
因为签名包括有限尺寸的标识符(特别是传送信号标识符)，所以一些字段可以具有二进制溢出，在那里多余位被丢弃，有效地使得该标识符的值翻转回到零(0)。在这种情况下，只要历史记录的尺寸小于传送信号标识符的跨度，历史记录就通过在最旧的条目顶部之上简单地添加新的条目来自动地“老化”旧的条目。例如，如果传送信号标识符使用3位，则有效的传送信号标识符为0、1、2、3、4、5、6、7。在每次传送之后的递增经历这个序列，然后又从0开始。如果历史记录具有7个条目的尺寸，那么自动地是这样的情况：从单个传送器输入的条目会占用历史记录，(例如)以便包含(当从空开始时)：
0，1，2，3，4，5，6
第8个消息(具有传送信号标识符7)会使历史记录包含传送信号标识符：
7，1，2，3，4，5，6
第9个消息(具有传送信号标识符0)会使历史记录包含传送信号标识符：
7，0，2，3，4，5，6
等等。
可以看到的是，在将输入的传送信号标识符插入到历史记录中之前，该标识符并不存在，所以标识符被正确地添加。
这种方法对于完美的传送信号工作良好。然而在丢失消息的情况下，则输入的消息可能具有在不应当存在的时候却存在于历史记录中的传送信号标识符(其在翻转之后被重复使用)。这使新近到达的消息被错误地丢弃。
对于这种情形存在多种解决方案，如下所述。
一种解决方案是使用较大跨度的传送信号标识符和显著较小的历史记录(例如使用大约5位的传送信号标识符的跨度，结果得到范围在0...31的传送信号标识符)，并且使用尺寸近似为该跨度尺寸一半的历史记录——在这种情况下具有大约16个条目。
另一种解决方案是当输入的消息到达时削减历史记录。这种削减仅去除了针对输入消息的传送器的过多(并且不需要的)条目。这具有允许大历史记录(其对于记录大数目的传送设备的签名有用)的效果，并且还处置了来自单个设备的序列丢失消息的情况。可以处置的丢失消息的数目会对应于削减的历史记录中的条目数目。
在一种形式中，针对单个条目的历史记录的削减略小于传送信号标识符跨度的一半，并且针对新近到达的消息可以执行如下：
从将签名直截了当地添加到历史记录改变“将消息签名添加到我的历史记录”操作：
将消息签名添加到我的历史记录：
找到历史记录中最旧的条目
在这一点处添加输入消息的签名
代替地，这个操作变成：
将消息签名添加到我的历史记录：
找到历史记录中最旧的条目
在这一点处添加输入消息的签名
FOR每个历史记录条目LOOP
IF输入的传送器ID匹配历史记录中的条目THEN
IF输入的传送信号数目多于“x”离开历史记录中的条目THEN
丢弃这个历史记录条目
END IF
END IF
END LOOP
上面的“x”是选择的针对给定传送器保留在历史记录中的条目数目，并且“x”可以典型地为传送信号标识符跨度的大约1／2。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包含软件指令的机器可读介质，所述软件指令使机器执行在此描述的各种方法中的一种或多种方法，并且使机器根据在此描述的各种协议中的一种或多种协议操作和／或传送信号。
尽管已在详细的描述中说明了本发明的具体实施例，但是将会理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是能够进行众多的重新布置、修改和置换，而不会脱离本发明的范围。如对于本领域技术人员而言明显的那些修改和改变被认为是落在本发明的范围之内。
贯穿本说明书以及所附的权利要求书，除非上下文需要，否则措辞“包括”可以理解为暗含包括陈述的整数或整数组，但是不排除任何其它的整数或整数组。
本说明书中对任何现有技术的引用没有并且不应当被认为是对这样的现有技术形成公知常识一部分的承认或任何形式的暗示。

Claims (16)

1.一种处理无线网络之内的传送信号的方法，所述网络包括传送所述传送信号的至少一个设备和至少接收所述传送信号的至少一个设备，所述方法包括以下步骤：
a)在至少接收所述传送信号的所述设备处接收所述传送信号；
b)确定用于所述传送信号的传送信号签名，所述传送信号签名基于标识始发传送器的始发传送器标识符与包括在接收到的所述传送信号中的传送信号标识符的乘积；
c)将所确定的所述传送信号签名与存储在至少接收所述传送信号的所述设备的存储器中的以前传送信号的一个或多个所存储的传送信号签名相比较，以确定至少接收所述传送信号的所述设备以前是否已接收过所述传送信号；以及
d)只有当至少接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号时，才对接收到的传送信号采取行动并且将所述传送信号签名存储在至少接收所述传送信号的所述设备的所述存储器中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，至少接收所述传送信号的所述设备是接收器，并且对传送信号采取行动的步骤为接受所述传送信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中，至少接收所述传送信号的所述设备是转发器，并且对传送信号采取行动的步骤为转发所述传送信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述传送信号标识符由生成和传送所述传送信号的所述始发传送器提供给所述传送信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述传送信号标识符长度为m位。
6.如权利要求5所述的方法，其中，用于存储所述传送信号签名的所述存储器具有高达N-1个用于存储所述传送信号签名的条目，其中N=2m。
7.如权利要求1所述的方法，在所述步骤a)之后，进一步包括：确定所述传送信号的跳跃计数是否等于零；如果所述传送信号的所述跳跃计数等于零，则确定至少接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号，并执行所述步骤b)和d)而不执行所述步骤c)；而如果所述传送信号的所述跳跃计数不等于零，则将所述传送信号的所述跳跃计数与跳跃计数阈值相比较；如果所述传送信号的所述跳跃计数等于或小于所述跳跃计数阈值，则执行所述步骤b)、c)和d)中的每一个；而如果所述传送信号的所述跳跃计数大于所述跳跃计数阈值，则不执行所述步骤b)、c)和d)中的任一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线网络是组播无线网络。
9.一种供无线网络使用的设备，所述设备包括：
接收器，用于接收传送信号；
用于确定基于标识始发传送器的始发传送器标识符与包括在所述传送信号中的传送信号标识符的乘积的、用于所述传送信号的传送信号签名的装置；
用于将所述传送信号的所述传送信号签名与一个或多个所存储的传送信号签名相比较以确定所述传送信号以前是否已被接收过的装置；以及
用于如果所述传送信号以前未被接收过则对所述传送信号采取行动的装置；以及
用于存储一个或多个传送信号签名的存储器。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述设备是转发器。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述设备是接收器。
12.如权利要求9所述的设备，其中，所述无线网络是组播无线网络。
13.一种用于在无线通信中生成用于传送信号的数据帧的方法，所述方法包括：
生成用于标识传送信号的传送信号标识符；
生成用于传送信号的数据帧，所述数据帧包括始发传送器标识符字段中的用于所述传送器的传送器标识符、传送信号标识符字段中的传送信号标识符以及至少一个数据字段中的数据；并且
传送所述数据帧，
其中，在使用中，接收器：确定传送信号签名，所述传送信号签名基于所述始发传送器标识符与包括在接收到的所述传送信号中的所述传送信号标识符的乘积；并且将所确定的所述传送信号签名与存储在至少接收所述传送信号的设备的存储器中的以前传送信号的一个或多个所存储的传送信号签名相比较，以确定至少接收所述传送信号的所述设备以前是否已接收过所述传送信号；并且只有当接收所述传送信号的所述设备以前没有接收过所述传送信号时，才对接收到的所述传送信号采取行动并且将所述传送信号签名存储在接收所述传送信号的所述设备的所述存储器中。
14.如权利要求13所述的方法，其中，生成所述数据帧进一步包括：
将零插入在一个跳跃计数字段中。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所生成的所述传送信号标识符的长度限于m位。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述传送信号标识符是通过如下方式生成的：随着每次传送递增所述传送信号标识符，一直到最大值2m-1，在这之后进一步的递增将所述传送信号标识符设置为0。
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