CN101815286B - 基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装置的技术方案。其中，基于信标的网络包括：在设备节点与协调器节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中，并发送；待关联节点监听网络中传输的数据包；在监听到信标时，所述待关联节点根据所述信标申请加入网络；在监听到所述数据帧或命令帧时，所述待关联节点从所述监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，并根据所述信标信息通过所述监听的网络工作信道申请加入网络。上述技术方案减小了待关联节点监听到信标的时间，分散了待关联节点申请加入网络的时间。

Description

基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及基于信标的网络、加入网络的方法、基于信标的网络中帧传输方法和网络设备。

背景技术

基于信标的网络即采用了信标技术的网络，基于信标的网络是一种通过信标同步形成的单跳或多跳的自组织网络。目前的无线传感器网络等多种网络均采用了信标技术。

基于信标的网络中的节点可以分为协调器节点和设备节点。协调器节点负责协调通信并发送必要的网络信息。设备节点则通过监听协调器节点发送的网络信息加入网络，并通过协调器节点的协调与其它节点进行通信。对于一个已加入网络的节点来说，该节点既可以作为协调器节点也可以作为设备节点，当该节点协调其它节点通信并发送必要的网络信息时，该节点作为协调器节点，当该节点接受其它协调器节点的协调与其它节点进行通信时，该节点作为设备节点。

设备节点加入网络的过程也称为关联过程。该关联可以是设备节点初始加入网络的关联，也可以是因设备节点移动而导致的重新关联。

关联的过程通常为：待关联节点监听信标(也称信标帧)，信标规定了节点通信时序(如给节点分配的专用通信时隙)，并给出了网络的信息(如信标的周期和超帧的持续时间等等)；待关联节点根据监听到的信标向目标协调器节点发出关联请求，协调器节点接收关联请求，并在同意待关联节点加入网络后向待关联节点返回关联响应，待关联节点接收到关联响应后，完成关联。

通常，信标是周期性发送的，发送周期为D×2^BO；其中，BO(Beacon Order，信标阶数)是决定节点通信时序的参数，D为基本超帧持续时间。如果在无线传感器网络只有一个协调器节点、且没有发生接收错误的情况下，待关联节点监听到一个信标的平均时间为1/2×D×2^BO。该平均时间影响关联时延。在2.4GHz频段下，D＝15.36ms，如果BO＝10，则上述平均时间为7.86s；即关联时延的平均时间至少为7.86s。另外，实际网络中的信道环境并不理想，网络本身会存在一些冲突，这些都会导致待关联节点不能够接收到每一个信标，因此，关联时延往往会更大。

减小监听到信标的时间是减小关联时延、提高网络移动性的关键。目前减小监听到信标的时间的方法主要有如下三种：

方法一、在网络当中增大协调器节点的密度，各协调器节点发送信标的时段和超帧的时段互相错开。

方法二、采用BO较小的网络。

方法三、增加信标发送的频度，即除了发送信标以外，还可以每隔一段时间发送包含信标信息的命令。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在信标周期性发送的网络中，增大协调器节点密度会增加网络实现成本；如果采用较小的BO，则一个周期内不能容纳较多的信标和超帧，从而使网络密度受限，而且，BO和Superframe Order(超帧阶数，SO，SO是决定节点通信时序的参数)的差值决定了网络能耗性能，较小的BO会降低网络能耗性能；额外发送的信标不但会占用网络带宽，还可能会打乱网络中原有的时序安排。另外，在待关联节点为多个时，可能会存在多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内集中申请加入网络的现象，该现象可能会导致关联请求传输冲突。

在一些网络中，信标也可以是非周期性发送的，即待关联节点先发送信标请求，协调器节点在接收到信标请求后才发送信标。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在信标非周期性发送的网络中存在关联时延大的问题。举例来说，协调器节点在周期性休眠过程中不会接收到任何信息，即不会接收到待关联节点发送的信标请求，因此协调器节点无法及时发送信标，从而增加了关联时延；再例如，在协调器节点周期性休眠过程中，待关联节点发送了一个或多个信标请求，之后，网络中的其它节点开始发送一系列的数据包使待关联节点无法继续发送信标请求，这样，待关联节点在能够继续发送信标请求时，可能已经错过了协调器节点的活跃周期，从而增加了关联时延。另外，在信标非周期性发送的网络中同样会存在多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内集中申请加入网络的现象，从而导致关联请求传输冲突。

发明内容

本发明实施方式提供基于信标的网络、加入网络的方法、帧传输方法和装置，可以减小待关联节点监听到信标的时间，分散待关联节点申请加入网络的时间。

本发明实施方式提供的基于信标的网络，包括：

设备节点，用于在与协调器节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中，并发送；和/或

协调器节点，用于在与设备节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中；和

待关联节点，用于监听网络中传输的数据包，在监听到信标时，所述待关联节点根据所述信标申请加入网络；在监听到所述数据帧或命令帧时，所述待关联节点从所述监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，并根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络。

本发明实施方式提供的加入网络的方法，包括：

监听网络中传输的数据包；

如果监听到信标时，根据所述信标申请加入网络；

如果监听到携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道申请加入网络。

本发明实施方式提供的另一种基于信标的网络中帧传输方法，包括：

在设备节点与协调器节点的通信过程中，所述设备节点和/或协调器节点将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中；

发送所述的包含超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧。

本发明实施方式提供的另一种基于信标的网络中帧传输方法，包括：

协调器节点接收待关联节点发送的申请加入网络请求，在确定出所述申请加入网络请求中携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息后，将所述关联节点未获知的信标信息携带在申请加入网络响应中，向所述待关联节点发送所述申请加入网络响应。

本发明实施方式提供的网络设备，包括：

监听模块，用于监听网络中传输的数据包；

获取模块，用于在监听模块监听到信标时，从所述信标中获取信标信息，在监听模块监听到携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，从所述监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息；

申请模块，用于根据所述获取模块从信标中获取的信标信息申请加入网络或者，根据所述获取模块从数据帧或命令帧中获取的信标信息通过所述监听模块监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络。

本发明实施方式提供的另一种网络设备，包括：

第一帧构造模块，用于在设备节点与协调器节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中；

第一发送模块，用于发送所述第一帧构造模块构造出的数据帧和/或命令帧。

本发明实施方式提供的另一种网络设备，包括：

接收模块，用于接收待关联节点发送的申请加入网络请求；

判断模块，用于在判断出所述申请加入网络请求中是否携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息；

第二帧构造模块，用于在判断模块的判断结果为携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，则将所述关联节点未获知的信标信息携带在申请加入网络响应中；

第二发送模块，用于向所述待关联节点发送所述申请加入网络响应。

通过上述技术方案的描述可知，通过在设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧中增加超帧时序指示信息，使待关联节点可以通过监听到的数据帧和/或命令帧获得申请加入网络所需的必要信息，这样，待关联节点无论是监听到信标，还是监听到设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧，待关联节点都可以申请加入网络，从而在不需要增加网络实现成本、不影响网络密度和网络能耗性能的情况下，减小了关联时延，提高了网络移动性；另外，在待关联节点为多个时，由于各待关联节点均可以在监听到信标、上述数据帧和/或命令帧中的任一个即可申请加入网络，避免了多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内同时申请加入网络的现象，从而降低了申请加入网络发生冲突的几率。

附图说明

图1是本发明实施例一的基于信标的网络结构示意图；

图2是本发明实施例二的基于信标的网络中帧传输方法流程图；

图3是本发明实施例二的数据帧或命令帧结构示意图；

图4是本发明实施例二的关联请求结构示意图；

图5是本发明实施例二的关联响应结构示意图；

图6是本发明实施例三的待关联节点加入网络的方法流程图；

图7是本发明实施例四的网络设备结构示意图；

图8是本发明实施例五的网络设备结构示意图；

图9是本发明实施例六的网络设备结构示意图。

具体实施方式

在待关联节点申请加入网络过程中，待关联节点从监听到的信标(即信标帧)中获取的信标信息包括：协调器地址、网络标识、网络工作信道(信标的传输信道即为网络工作信道)、超帧时序、链路质量和安全属性等。而上述信标信息中的协调器地址、网络标识、网络工作信道和超帧时序是待关联节点申请加入网络所必须获知的。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在协调器节点和设备节点之间传输的数据帧和命令帧中均携带有协调器地址、网络标识和安全属性等信息，而且，数据帧和命令帧的传输信道可以作为网络工作信道。这样，如果待关联节点对数据帧和/或命令帧进行监听，则可以从监听到的数据帧或命令帧中获得部分信标信息，该部分信标信息包含有待关联节点申请加入网络所必须获知的信标信息。将待关联节点申请加入网络所必须获知的信标信息与待关联节点从数据帧/命令帧中获取的信标信息进行比较可知，待关联节点从数据帧/命令帧中获取的信标信息中缺少超帧时序。这样，如果待关联节点能够获取到超帧时序，则待关联节点可以通过对数据帧和/或命令帧的监听而申请加入网络。

发明人还发现：在协调器节点和设备节点之间传输的数据帧和命令帧，无论发送方是协调器节点还是设备节点，均是遵循预先约定的超帧时序进行发送的，因此，发送方是获知超帧时序的。如果发送方在发送数据帧和/或命令帧时，将超帧时序指示信息添加在数据帧和/或命令帧中，则待关联节点可以通过对协调器节点和设备节点之间传输的数据帧和/或命令帧进行监听而获知申请加入网络所必须的所有信标信息，从而待关联节点可以通过对数据帧和/或命令帧的监听来申请加入网络。

下面结合附图对本发明实施例进行说明。

实施例一、基于信标的网络。该网络可以是同步网络，也可以是非同步网络，该网络可以是周期性发送信标的网络，也可以是非周期性发送信标的网络。非周期性发送信标的网络如协调器节点接收到信标请求后才发送信标的网络。该基于信标的网络结构如附图1所示。

图1所示的网络包括多个节点，多个节点中包括：一个协调器节点100、多个已加入网络的设备节点110和一个待关联节点120。需要说明的是，上述已加入网络的设备节点110和待关联节点120均为设备节点；而且，图1中节点的数量仅仅是示意而已，不同类型的节点的数量均可以发生变化，例如，协调器节点100可以为至少两个，已加入网络的设备节点110可以为一个，待关联节点120可以为至少两个等等。

在设备节点110与协调器节点100的通信过程中，设备节点110和/或协调器节点100将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中，并发送数据帧和/或命令帧。虽然图1中示出了设备节点110向协调器节点100发送的数据帧和/或命令帧、以及协调器节点100向设备节点110发送的数据帧和/或命令帧中均携带有超帧时序指示信息，但是，在实际应用中，也可以仅是在设备节点110向协调器节点100发送的数据帧和/或命令帧中携带超帧时序指示信息，而在协调器节点100向设备节点110发送的数据帧和/或命令帧中不携带超帧时序指示信息；另外，也可以仅是在协调器节点100向设备节点110发送的数据帧和/或命令帧中携带超帧时序指示信息，而在设备节点110向协调器节点100发送的数据帧和/或命令帧中不携带超帧时序指示信息。

待关联节点120对网络中传输的数据包进行监听(也称为扫描网络)。待关联节点120可以采取非地址过滤方式(如混杂模式)对网络中传输的数据包进行监听。采用非地址过滤方式监听网络中传输的数据包即待关联节点120可以接收任何目的地址的数据包。

待关联节点120对网络中传输的数据包进行监听的实现方式可以是：先发送信标请求再对网络中传输的数据包进行监听，也可以是：在不发送信标请求的情况下直接对网络中传输的数据包进行监听。在周期性发送信标的网络中，可以采用上述两种实现方式中的任一种。在非周期性发送信标的网络中，可以采用先发送信标请求再对网络中传输的数据包进行监听的实现方式。上述先发送信标请求可以为：先发送一个信标请求，或者为：先发送多个信标请求。待关联节点发送信标请求的数量可以根据预先设置的信息来确定。

待关联节点120在监听到信标时，待关联节点120从信标中获取信标信息，并利用该信标信息申请加入网络，如待关联节点120利用该信标信息向协调器节点100发送申请加入网络请求。申请加入网络请求的一个具体的例子为关联请求，关联请求是一种低层协议的请求。上述申请加入网络请求也可以为其它形式的请求，如更高层协议的请求。

待关联节点120在监听到上述携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，从数据帧或命令帧中获取的信标信息与监听到的数据帧或命令帧的传输信道一起组成了待关联节点120申请加入网络的所有必要信息，因此，待关联节点120利用从数据帧或命令帧中获取的信标信息、通过监听的网络工作信道能够申请加入网络。

协调器节点100接收待关联节点120发送的申请加入网络请求，并向待关联节点120返回申请加入网络响应，待关联节点120在接收到申请加入网络响应后，成功加入网络。申请加入网络响应的一个具体的例子为关联响应。在申请加入网络请求为其它层协议的请求时，申请加入网络响应也应该为其它层协议的响应。

协调器节点100、设备节点110和待关联节点120具体执行的操作、超帧时序指示信息的具体表现形式、数据帧和/或命令帧中还可以携带的其它指示信息以及各节点的具体结构等等如下述实施例的描述，在此不再详细说明。

上述实施例一需要说明的是，由于申请加入网络请求和申请加入网络响应也是一种命令帧，因此，待关联节点120监听的命令帧包括其它待关联节点发送的申请加入网络请求、以及协调器节点100发送的申请加入网络响应。

另外，下述实施例均是以待关联节点发送关联请求、待关联节点接收关联响应从而使待关联节点加入网络为例进行描述的，下述各实施例描述的技术方案也可以采用其它形式的申请加入网络请求和申请加入网络响应，但是，不论是采用何种加入网络的方式，待关联节点监听数据帧和/或命令帧的实现过程与各实施例的描述基本相同。

从上述实施例一的描述可知，通过在设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧中增加超帧时序指示信息，使待关联节点可以通过监听数据帧和/或命令帧获得申请加入网络所需的必要信息，这样，待关联节点无论是监听到信标，还是监听到设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧，待关联节点都可以申请加入网络，从而在不需要增加网络实现成本、不影响网络密度和网络能耗性能的情况下，减小了关联时延，提高了网络移动性；例如，针对2.4GHz情况，如果BO＝10、SO＝6、且网络中存在单个协调器节点，则采用本实施例后，平均关联时延可以减少12％；如果BO＝10、SO＝6、且网络中存在多个协调器节点，则减少平均关联时延的效果更明显，如存在4个协调器节点时，平均关联时延可以减少44％。从另一个角度来说，由于设备节点可以通过监听数据帧和/或命令帧获取到加入网络所必须的信标信息，避免了因信道环境或干扰等因素使待关联节点没有成功监听到某一个信标时只能等待另一个信标的现象，从而提高了信标信息的传输可靠性，而高可靠性的信标信息传输同样会减小平均关联时延，例如，针对2.4GHz情况，如果BO＝10、SO＝6且网络中存在单个协调器节点，则采用本实施例后，待关联节点有90％的机会能够正确收到信标信息，平均关联时延可以减少28％。另外，在待关联节点为多个时，由于各待关联节点均可以在监听到信标、上述数据帧和/或命令帧中的任一个即可申请加入网络，避免了多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内同时申请加入网络的现象，从而降低了申请加入网络发生冲突的几率，即减小了申请加入网络请求的传输冲突。另外需要说明的是，在信标非周期性发送的网络中，虽然协调器节点在周期性休眠过程中不会接收到待关联节点发送的信标请求，但是，在协调器节点周期性休眠过程中或者在协调器节点刚从周期性休眠状态转变为活跃期的情况下，只要网络中传输有其它设备节点发送的携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧，则待关联节点就可以从数据帧或命令帧中获取到信标信息，并可以通过监听的网络工作信道申请加入网络，从而减小了关联时延。还有，如果待关联节点在协调器节点周期性休眠过程中发送了一个或多个信标请求，之后，网络中的其它节点开始发送一系列的数据包，该一系列的数据包虽然使待关联节点不能够继续发送信标请求，但是，待关联节点可以通过监听网络中传输的数据帧和/或命令帧来获得包括超帧时序指示信息在内的信标信息，以申请加入网络，从而避免了错过协调器节点活跃期的问题，最终减小了关联时延。

实施例二、基于信标的网络中帧传输方法，该方法的流程如附图2所示。

图2中，步骤200、在设备节点与协调器节点之间的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中。这里的设备节点可以为已加入网络的设备节点，也可以为未成功加入网络的设备节点。也就是说，这里的命令帧包括未成功加入网络的设备节点发送的关联请求。

步骤200中将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中主体可以仅为设备节点，也可以仅为协调器节点，还可以为设备节点和协调器节点。也就是说，携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧可以仅是指从设备节点向协调器节点发送的数据帧和/或命令帧，也可以仅是指从协调器节点向设备节点发送的数据帧和/或命令帧，或者可以是指协调器节点与设备节点之间任一方向传输的数据帧和/或命令帧。

发送方可以仅将超帧时序指示信息携带在数据帧中，也可以仅将超帧时序指示信息携带在命令帧中，或者可以在发送的数据帧和命令帧中均携带上超帧时序指示信息。

上述超帧时序指示信息可以是现有的超帧时序信息，即包括有信标的起始时间、超帧结构、专用时隙位置等等的超帧时序信息，此时，超帧时序指示信息包括的内容较多，且该超帧时序指示信息可以携带在帧头的后面。

上述超帧时序指示信息也可以进行简化，如简化为一个比特的标志位。该一个比特的标志位的含义可以为允许/禁止待关联节点加入网络，如超帧时序指示信息为1时，表示允许待关联节点加入网络，此时待关联节点可以立即发送关联请求，或者待关联节点可以在第一预定时间间隔内发送关联请求，以加入网络；超帧时序指示信息为0时，表示禁止待关联节点加入网络，此时待关联节点不能够发送关联请求，待关联节点可以继续进行监听操作。上述第一预定时间间隔可以是各节点预先获知的时长(如默认的缺省时长)，该时长可以是一个时间常数Ta。当然，上述第一预定时间间隔也可以携带在超帧时序指示信息中。另外，如果携带有超帧时序指示信息的命令帧为关联请求时，上述超帧时序指示信息可以为(Ta-Tb)，其中，Ta为上述第一预定时间间隔，而Tb为待关联节点发送关联请求所延迟的时间。

需要说明的是，上述超帧时序指示信息可以仅表示允许待关联节点加入网络，在禁止待关联节点加入网络时，协调器节点或设备节点可以不在数据帧和/或命令帧中携带超帧时序指示信息。

在协调器节点和设备节点之间双向传输的数据帧和/或命令帧中均携带有超帧时序指示信息的情况下，数据帧和命令帧中还需要携带协调器指示信息。该协调器指示信息用于表示协调器节点的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址。也就是说，待关联节点可以根据协调器指示信息从数据帧或命令帧中获取源地址信息或者目的地址信息，并将获取的地址信息作为协调器地址信息。

在协调器节点和设备节点之间单向传输的数据帧和/或命令帧中携带有超帧时序指示信息的情况下，数据帧和命令帧中可以携带协调器指示信息，也可以不携带协调器指示信息。在不携带协调器指示信息的情况下，待关联节点应事先获知是从协调器节点向设备节点发送的数据帧和/或命令帧中携带有超帧时序指示信息，还是从设备节点向协调器发送的数据帧和/或命令帧中携带有超帧时序指示信息，即待关联节点应事先获知在携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧中，是源地址为协调器地址，还是目的地址为协调器地址。

下面结合附图3对携带有协调器指示信息的数据帧或命令帧进行例举说明。图3示出了一种数据帧或命令帧的格式，数据帧和命令帧的不同在于：命令帧会在净荷部分携带上独特的命令标识和内容。本实施例可以在图3所示的帧头的控制字段的预留域中携带一比特位的超帧时序指示信息，还可以在该预留域中携带一比特的协调器指示信息。例如，预留域中携带的信息为“10”时，表示允许待关联节点在Ta时间之内向数据帧或命令帧中的源地址发送关联请求；再例如，预留域携带的信息为“11”表示允许待关联节点在Ta时间之内向数据帧或命令帧中的目的地址发送关联请求。

步骤210、发送方如协调器节点发送携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧。本实施例的基于信标的网络中帧传输方法结束。

协调器节点会接收到待关联节点发送的关联请求。在待关联节点根据监听到的信标而申请加入网络的情况下，待关联节点获知了全部的信标信息，此时，协调器节点可以按照现有的协议规定执行相应的操作，如在接收到待关联节点发送的关联请求之后，向待关联节点发送现有协议中规定的关联响应。

在待关联节点根据监听到的上述携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧而申请加入网络的情况下，待关联节点并没有获知全部的信标信息，此时，协调器节点应将待关联节点未获知的信标信息发送给待关联节点，未获知的信标信息可以携带在关联响应中一起发送给待关联节点。此时的关联响应需要进行扩展，以使关联响应携带待关联节点未获知的信标信息。未获知的信标信息如BO、SO、专用时隙的位置和信标的位置等等；未获知的信标信息也可以为BO、SO和协调器休眠时序信息等；未获知的信标信息还可以为BO、SO和协调器活跃时序信息等。BO、SO、专用时隙的位置和信标的位置等未获知的信标信息可以应用在周期性发送信标的网络中，BO、SO和协调器休眠/活跃时序信息等未获知的信标信息可以应用在非周期性发送信标的网络中。

协调器节点可以根据待关联节点发送来的关联请求中携带的信息来判断待关联节点是根据数据帧或命令帧中携带的信息申请加入网络的，还是根据信标中携带的信息申请加入网络的。例如，如果关联请求中携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，则协调器节点可以判断出待关联节点是根据数据帧或命令帧中携带的信息申请加入网络的；如果关联请求中没有携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息(如接收到的关联请求和现有协议中规定的格式一样)，则协调器节点可以判断出待关联节点是根据信标中携带的信息申请加入网络的。上述通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息可以为一比特的标志位，如通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息为1时，表示待关联节点是根据监听到的数据帧或命令帧而发送关联请求，如果关联请求中没有携带有通过数据帧或命令帧而申请加入网络的信息、或者通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息为0时，表示待关联节点是根据信标而发送关联请求。

下面结合附图4对携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息的关联请求进行例举说明。图4示出了一种关联请求的格式，本实施例可以在图4所示的节点能力的预留域中携带一比特位的表示通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息。例如，节点能力的预留域中携带的信息为“0”时，表示该关联请求为待关联节点根据监听到的信标而发送的关联请求；节点能力的预留域中携带的信息为“1”时，表示该关联请求为待关联节点根据监听到的数据帧或命令帧而发送的关联请求。

下面结合附图5对携带有待关联节点未获知的信标信息的关联响应进行例举说明。图5示出了一种关联响应的格式，本实施例可以在图5所示的超帧规格和时戳中携带上述未获知的信标信息。例如，在时戳中携带上一个信标的起始时刻，在超帧规格中携带BO、SO参数以及专用时隙的起始时刻等信息。再例如，在时戳中携带上协调器节点休眠/活跃时序信息，在超帧规格中携带BO、SO参数等信息。

上述协调器节点休眠时序信息可以为：上一次休眠的起始时刻和上一次休眠的终止时刻；或者可以为：上一次休眠的起始时刻和休眠周期；或者可以为：上一次休眠的终止时刻和休眠周期；或者可以为休眠周期。

上述协调器节点活跃时序信息可以为：上一次活跃期的起始时刻和上一次活跃期的终止时刻；或者可以为：上一次活跃期的起始时刻和活跃周期；或者可以为：上一次活跃期的终止时刻和活跃周期；或者可以为活跃周期。

上述的上一次也可以变换为下一次。

另外，如果协调器节点在第三预定时间间隔内一直没有发送过信标、数据帧和命令帧中的任意一个，则协调器应发送额外的信标，以方便待关联节点加入网络。例如，预先规定协调器节点在每100ms内至少需要收发一个帧(该帧可以为信标、数据帧或命令帧)，如果定时器到达100ms，协调器节点仍没有接收到一个帧、也没有发送一个帧，则协调器节点发送一个额外的信标。

上述额外的信标，即在正常发送信标的基础上，增加发送信标。该额外的信标应尽可能的避免与现有的超帧时序相冲突，尽量避免在已占用的时段发送额外的信标，如不要在其它协调器节点的信标时段或者其它设备节点的专用时隙内发送额外的信标。上述额外的信标可以以随机接入的方式发送，即额外的信标没有固定的发送时间，但是，额外的信标中应在时戳中表示出周期性发送的信标的起始时间。协调器节点在休眠时段内、以及业务量低的时段内均可以发送上述额外的信标。

从上述实施例二的描述可知，通过在设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧中增加超帧时序指示信息，使待关联节点可以通过监听数据帧和/或命令帧而获得申请加入网络所需的必要信息，这样，不论是在协调器节点的周期性休眠期间，还是在网络中传送一系列数据包期间，待关联节点都可以获得申请加入网络所需的必要信息，而且，待关联节点无论是监听到信标，还是监听到设备节点与协调器节点之间传输的数据帧和/或命令帧，待关联节点都可以申请加入网络，从而在不需要增加网络实现成本、不影响网络密度和网络能耗性能的情况下，减小了关联时延，提高了网络移动性；另外，在待关联节点为多个时，由于各待关联节点均可以在监听到信标、上述数据帧和/或命令帧中的任一个即可申请加入网络，避免了多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内同时申请加入网络的现象，从而降低了申请加入网络发生冲突的几率，即减小了申请加入网络请求的传输冲突。由于待关联节点通过对数据帧和/或命令帧的监听也可以获得申请加入网络所必须的信标信息，因此待关联节点可以通过多种途径获得信标信息，从而提高了信标信息的传输可靠性。协调器节点通过在第三预定时间间隔内没有发送信标、数据帧和/或命令帧的情况下，发送额外的信标，避免了在业务量少等情况下，关联时延长的现象，进一步减小了平均关联时延。

实施例三、待关联节点加入网络的方法。该方法的流程如附图6所示。

图6中，步骤600、待关联节点监听网络中传输的数据包，待关联节点在监听到数据包时，到步骤610。待关联节点可以在不发送信标请求的情况下，直接监听网络中传输的数据包。待关联节点也可以先发送一个或多个信标请求，然后再监听网络中传输的数据包。

网络中传输的数据包包括：数据帧、命令帧和信标等多种形式。需要说明的是，在本实施例中，设定协调器节点向设备节点发送的数据帧和命令帧、和/或设备节点向协调器节点发送的数据帧和命令帧中均携带有超帧时序指示信息。在实际应用中，超帧时序指示信息可以仅携带在数据帧中，或者仅携带在命令帧中。在超帧时序指示信息仅携带在数据帧或者命令帧中的情况下，待关联节点加入网络的方法与本实施例的描述过程基本类似，在此不再例举说明。

到步骤610、待关联节点判断监听到的数据包是否为信标或携带有超帧时序指示信息的数据帧或携带有超帧时序指示信息的命令帧。待关联节点在判断出监听到的数据包为信标时，到步骤620。待关联节点在判断出监听到的数据包为携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，到步骤630。待关联节点在判断出监听到的数据包即不是信标、也不是携带有超帧时序指示信息的数据帧和命令帧、或者数据帧或命令帧中携带的超帧时序指示信息为禁止待关联节点加入网络时，待关联节点可以丢弃该监听到的数据包，并返回步骤600，继续对网络中传输的数据包进行监听。这里的超帧时序指示信息如上述实施例二中的描述。这里的命令帧包括：其它待关联节点根据监听到的数据帧或命令帧向协调器节点发送的关联请求、以及协调器节点向其它待关联节点发送的携带有其它待关联节点未获知信标信息的关联响应。

步骤620、待关联节点从监听到的信标中获取信标信息，并根据该获取的信标信息申请加入网络，如待关联节点根据从信标中获取的信标信息向协调器节点发送关联请求。

步骤630、待关联节点从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，该数据帧或命令帧中携带的信标信息包括：协调器地址(数据帧或命令帧的源地址或目的地址)、网络标识超帧时序指示信息和安全属性等信息。待关联节点根据上述包括超帧时序指示信息在内的信标信息申请加入网络，如待关联节点根据从数据帧或命令帧中获取的信标信息、通过监听的网络工作信道、在第一预定时间间隔内向协调器节点发送关联请求。

需要说明的是，如果仅仅是从协调器节点向设备节点发送的数据帧和命令帧中携带有超帧时序指示信息，则待关联节点可以从监听到的数据帧和命令帧中获取源地址信息，并将该源地址信息作为协调器地址；如果仅仅是从设备节点向协调器节点发送的数据帧和命令帧中携带有超帧时序指示信息，则待关联节点可以从监听到的数据帧和命令帧中获取目的地址信息，并将该目的地址信息作为协调器地址；如果从协调器节点向设备节点发送的数据帧和命令帧、以及从设备节点向协调器节点发送的数据帧和命令帧都携带有超帧时序指示信息，则待关联节点应根据监听到的数据帧或命令帧中携带的协调器指示信息来确定是将数据帧或命令帧的源地址信息作为协调器地址，还是将数据帧或命令帧的目的地址作为协调器地址。也就是说，协调器指示信息能够表示出该数据帧或命令帧是协调器节点向设备节点发送的，还是设备节点向协调器节点发送的。上述协调器指示信息可以为1比特的标志位，如协调器指示信息为1时，表示协调器地址为数据帧或命令帧的源地址，协调器指示信息为0时，表示协调器地址为数据帧或命令帧的目的地址。

在待关联节点根据监听到的数据帧或命令帧加入网络的情况下，待关联节点向协调器节点发送的关联请求中可以携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，该信息可以为一比特的标志位，该信息用于向协调器节点请求待关联节点未获知的信标信息。该信息如上述实施例二的描述，在此不再重复说明。

另外需要说明的是，由于链路质量并不是待关联节点加入网络所必须的信标信息，因此，待关联节点在根据监听到的数据帧或命令帧加入网络时，可以不获取链路质量信息。而事实上，待关联节点可以根据接收数据帧或命令帧的能量和/或信号质量确定出链路质量，这样，待关联节点在根据监听的数据帧或命令帧加入网络时，可以利用上述确定出的链路质量进行关联请求的发送。

为了保证待关联节点能够及时加入网络，待关联节点可以在第二时间间隔内没有接收到信标、数据帧和命令帧中的任意一个时，发送信标请求，以请求协调器发送信标。协调器可以在接收到该信标请求后，直接发送额外的信标。另一种情况为：协调器在接收到信标请求后，对当前时间和下一次正常发送的信标的时间间隔进行判断，如果该时间间隔小于预定值，则协调器节点不发送额外的信标，而是等候该时间间隔后，按照正常的发送信标的方式来发送信标；如果该时间间隔不小于预定值，则协调器节点发送额外的信标。该额外发送的信标也需要尽可能的避免与现有的超帧时序相冲突。

从上述实施例三的描述可知，待关联节点通过对设备节点与协调器节点之间传输的携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧进行监听，在监听到信标、设备节点与协调器节点之间传输的携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧中的任一个时，待关联节点都可以申请加入网络，从而在不需要增加网络实现成本、不影响网络密度和网络能耗性能的情况下，减小了关联时延，提高了网络移动性；另外，在待关联节点为多个时，由于各待关联节点均可以在监听到信标、上述数据帧和/或命令帧中的任一个即可申请加入网络，避免了多个待关联节点在监听到同一个信标后的某个时间段内同时申请加入网络的现象，从而降低了申请加入网络发生冲突的几率，即减小了申请加入网络请求的传输冲突。由于待关联节点通过对数据帧和/或命令帧的监听也可以获得申请加入网络所必须的信标信息，因此待关联节点可以通过多种途径获得信标信息，从而提高了信标信息的传输可靠性。待关联节点通过在第二预定时间间隔内没有接收到信标、数据帧和/或命令帧的情况下，发送请求信标的请求，避免了在协调器节点业务量少或休眠等情况下，关联时延长的现象，进一步减小了平均关联时延。

实施例四、网络设备。该网络设备包括的结构如附图7所示。

图7中的网络设备7A包括：第一帧构造模块700和第一发送模块710。该网络设备7A可以为设备节点或者协调器节点。

在设备节点与协调器节点的通信过程中，第一帧构造模块700将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中。这里的设备节点可以为已加入网络的设备节点，也可以为未加入网络的设备节点。

第一帧构造模块700可以仅将超帧时序指示信息携带在数据帧中，也可以仅将超帧时序指示信息携带在命令帧中，或者可以在数据帧和命令帧中均携带上超帧时序指示信息。上述超帧时序指示信息可以是现有的超帧时序信息，也可以是简化为一比特位的信息，具体如上述实施例中的描述，在此不再重复说明。

第一帧构造模块700还可以将协调器指示信息携带在数据帧和/或命令帧中。协调器指示信息、携带有超帧时隙指示信息和协调器指示信息的数据帧或命令帧的具体例子如上述实施例中的描述，在此不再重复说明。

第一发送模块710发送第一帧构造模块700构造出的携带有超帧时序指示信息的数据帧和/或命令帧。

实施例五、网络设备。该网络设备包括的结构如附图8所示。

图8中的网络设备8A包括：监听模块800、获取模块810和申请模块820。该网络设备8A还可以可选的包括链路质量模块830。

监听模块800监听网络中传输的数据包。监听模块800可以先发送一个或多个信标请求后再监听网络中传输的数据包，监听模块800也可以在不发送信标请求的情况下，直接对网络中传输的数据包进行监听。网络中传输的数据包包括：数据帧、命令帧和信标等多种形式。需要说明的是，在本实施例中，设定协调器节点向设备节点发送的数据帧和命令帧、和/或设备节点向协调器节点发送的数据帧和命令帧中均携带有超帧时序指示信息。在实际应用中，超帧时序指示信息可以仅携带在数据帧中，或者仅携带在命令帧中。在超帧时序指示信息仅携带在数据帧或者命令帧中的情况下，监听模块800、获取模块810和申请模块820执行的操作与本实施例的描述过程基本类似，在此不再例举说明。

获取模块810判断监听模块800监听到的数据包是否为信标或携带有超帧时序指示信息的数据帧或携带有超帧时序指示信息的命令帧。获取模块810在判断出监听模块800监听到的数据包为信标时，从监听到的信标中获取信标信息。获取模块810在判断出监听模块800监听到的数据包为携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，获取模块810从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，该数据帧或命令帧中携带的信标信息包括：协调器地址(数据帧或命令帧的源地址或目的地址)、网络标识超帧时序指示信息和安全属性等信息。获取模块810在判断出监听模块800监听到的数据包既不是信标、也不是携带有超帧时序指示信息的数据帧和命令帧、或者数据帧或命令帧中携带的超帧时序指示信息为禁止待关联节点加入网络时，获取模块810可以丢弃该监听到的数据包，由监听模块800继续对网络中传输的数据包进行监听。这里的超帧时序指示信息如上述实施例二中的描述。这里的命令帧包括：其它待关联节点根据监听到的数据帧或命令帧向协调器节点发送的关联请求、以及协调器节点向其它待关联节点发送的携带有其它待关联节点未获知信标信息的关联响应。

获取模块810获取的信息提供给申请模块820。获取模块810获取数据帧或命令帧中的源地址或目的地址的具体实现过程如上述实施例中的描述，在此不再重复说明。

申请模块820根据获取模块810从信标中获取的信标信息申请加入网络或者，申请模块820根据获取模块810从数据帧或命令帧中获取的信标信息通过监听模块监听的网络工作信道申请加入网络。申请模块820申请加入网络的一个具体的例子为：申请模块820根据获取模块810从数据帧或命令帧中获取的信标信息、通过监听模块800监听的网络工作信道、在第一预定时间间隔内向协调器节点发送关联请求。

在根据监听到的数据帧或命令帧加入网络的情况下，申请模块820发送的关联请求中可以携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，该信息可以为一比特的标志位，该信息用于向协调器节点请求待关联节点未获知的信标信息。该信息如上述实施例二的描述，在此不再重复说明。

虽然链路质量并不是待关联节点加入网络所必须的信标信息，但是，链路质量模块830可以根据其所在网络设备接收数据帧或命令帧的能量和/或信号质量确定链路质量，并将确定出的链路质量提供给申请模块820，使申请模块820可以在申请加入网络时使用链路质量信息。

为了保证待关联节点能够及时加入网络，申请模块820可以在第二时间间隔内监听模块800没有接收到信标、数据帧和命令帧中的任意一个时，发送信标请求，以请求协调器节点发送信标。

实施例六、网络设备。该网络设备可以为信标网络中的协调器节点，该网络设备的结构如附图9所示。

图9中的网络设备9A包括：接收模块900、判断模块910、第二帧构造模块920和第二发送模块930。

接收模块900接收的待关联节点发送的关联请求。

判断模块910判断接收模块900接收的关联请求中是否携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，如果判断出关联请求中携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，则判断模块720通知第二帧构造模块920。第二帧构造模块920根据判断模块910的通知将关联节点未获知的信标信息携带在关联响应中。

第二发送模块930向待关联节点发送上述关联响应。此时的关联响应为扩展的关联响应，以便于携带待关联节点未获知的信标信息。待关联节点未获知的信标信息可以为：BO、SO、专用时隙的位置、信标的位置等。待关联节点未获知的信标信息也可以为：BO、SO和协调器休眠时序信息等。待关联节点未获知的信标信息还可以为：BO、SO和协调器活跃时序信息等。

如果判断模块910判断出关联请求中没有携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，则判断模块910可以通知第二帧构造模块920，也可以不通知第二帧构造模块920。第二帧构造模块920可以在没有接收到通知或者接收到没有携带的通知时，按照现有的协议规定构造关联响应，并由第二发送模块930向待关联节点发送关联响应。

另外，判断模块910还可以判断其所在的协调器节点是否在第三预定时间间隔内一直没有发送过信标、数据帧和命令帧中的任意一个，如果判断出在第三预定时间间隔内一直没有发送过信标、数据帧和命令帧中的任意一个，则判断模块910通知第二帧构造模块920构造额外的信标，由第二发送模块920发送该额外的信标。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (15)

1.一种基于信标的网络，包括：多个节点，其特征在于：

设备节点，用于在与协调器节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中，并发送；和/或

协调器节点，用于在与设备节点的通信过程中，将超帧时序指示信息携带在数据帧和/或命令帧中；和

待关联节点，用于监听网络中传输的数据包，在监听到信标时，所述待关联节点根据所述信标申请加入网络；在监听到所述数据帧或命令帧时，所述待关联节点从所述监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，并根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络；

其中，所述数据帧或命令帧进一步携带有协调器指示信息，所述根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络具体包括：

根据协调器指示信息确定所述协调器节点的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道向所述协调器节点申请加入网络。

2.一种加入网络的方法，其特征在于，包括：

监听网络中传输的数据包；

如果监听到信标时，根据所述信标申请加入网络；

如果监听到携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道申请加入网络；

其中，所述数据帧或命令帧进一步携带有协调器指示信息；

所述根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道申请加入网络具体包括：

根据协调器指示信息确定协调器的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道向所述协调器申请加入网络。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述监听网络中传输的数据包具体为：

直接监听网络中传输的数据包；或者

先发送信标请求，再监听网络中传输的数据包。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道申请加入网络具体为：

当所述超帧时序指示信息为允许加入网络的信息时，从所述数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，并在第一预定时间间隔内通过所述监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道发送申请加入网络请求。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述申请加入网络请求中携带有：表示通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息；

接收协调器根据所述表示通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息而发送来的未获知的信标信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述未获知的信标信息包括：决定节点通信时序的参数信标阶数BO和超帧阶数SO、以及专用时隙的位置和信标的位置；

或者所述未获知的信标信息包括：BO、SO和协调器休眠或活跃时序信息。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据接收数据帧或命令帧的能量和/或信号质量确定链路质量。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述包括超帧时序指示信息在内的信标信息包括：超帧时序指示信息、协调器地址和网络标识。

9.如权利要求2至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在第二时间间隔内没有接收到信标、数据帧和命令帧中的任意一个，向协调器发送信标请求。

10.一种基于信标的网络中帧传输方法，其特征在于，包括：

协调器节点接收待关联节点发送的申请加入网络请求，在确定出所述申请加入网络请求中携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息后，将所述待关联节点未获知的信标信息携带在申请加入网络响应中，向所述待关联节点发送所述申请加入网络响应；

其中，所述数据帧或命令帧进一步携带有协调器指示信息，所述待关联节点根据协调器指示信息确定所述协调器节点的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址，从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道向所述协调器节点申请加入网络。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述协调器节点在第三预定时间间隔内没有发送信标、数据帧和命令帧中的任意一个，则所述协调器节点发送额外的信标。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于：

所述未获知的信标信息包括：决定节点通信时序的参数BO和SO、以及专用时隙的位置和信标的位置；

或者所述未获知的信标信息包括：BO、SO和所述协调器节点休眠或活跃时序信息。

13.一种网络设备，其特征在于，包括：

监听模块，用于监听网络中传输的数据包；

获取模块，用于在监听模块监听到信标时，从所述信标中获取信标信息，在监听模块监听到携带有超帧时序指示信息的数据帧或命令帧时，从所述监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息；

申请模块，用于根据所述获取模块从信标中获取的信标信息申请加入网络，或者根据所述获取模块从数据帧或命令帧中获取的信标信息通过所述监听模块监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络；

其中，所述数据帧或命令帧进一步携带有协调器指示信息；所述申请模块通过所述监听模块监听到的数据帧或命令帧的网络工作信道申请加入网络具体包括：

所述申请模块根据协调器指示信息确定协调器的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道向所述协调器申请加入网络。

14.如权利要求13所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备还包括：

链路质量模块，用于根据其所在网络设备接收数据帧或命令帧的能量和/或信号质量确定链路质量，并将所述链路质量提供给所述申请模块，所述链路质量用于申请加入网络。

15.一种网络设备，其特征在于，所述网络设备包括：

接收模块，用于接收待关联节点发送的申请加入网络请求；

判断模块，用于判断所述申请加入网络请求中是否携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息；其中，所述数据帧或命令帧进一步携带有协调器指示信息；所述待关联节点根据协调器指示信息确定所述协调器节点的地址为数据帧或命令帧中的源地址还是目的地址，从监听到的数据帧或命令帧中获取包括超帧时序指示信息在内的信标信息，根据所述信标信息通过所述监听到的数据帧或命令帧的信道申请加入网络；

第二帧构造模块，用于在判断模块的判断结果为携带有通过监听数据帧或命令帧而申请加入网络的信息，则将所述待关联节点未获知的信标信息携带在申请加入网络响应中；

第二发送模块，用于向所述待关联节点发送所述申请加入网络响应。

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