CN101978657B

CN101978657B - 无线个人域网

Info

Publication number: CN101978657B
Application number: CN200980109523.7A
Authority: CN
Inventors: B·德烈森; P·A·贾米森
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: WO2009115941A1; RU2010142280A; EP2104291A1; JP5485976B2; MX2010010056A; EP2255502B1; JP2011521492A; TW200950437A; BRPI0908709B1; US20110007727A1; RU2517432C2; CN101978657A; BRPI0908709A2; TWI475858B; EP2255502A1; US8451815B2; KR101529471B1; KR20100132978A; ES2532014T3; PL2255502T3

Abstract

本发明涉及用于在无线个人域网(WPAN)中运行在第一信道频率上的第一协调器的方法，该WPAN还包括运行第二信道频率的第二协调器，所述方法包括以下步骤：在包括第二信道频率的多个信道频率上发送消息；请求第二协调器从第二信道频率改变到第一信道频率；以及使用第一信道频率与第二协调器通信。正如以上讨论的，本发明的优点包括，由于发起(例如，启动)通信的协调器决定所使用的频率的事实，所以不需要基于优先权的机制。而且，每个协调器能够让它想要与其通信的协调器改变到它所决定的频率。本发明还涉及到用于第二协调器的对应的方法、第一和第二协调器、包括至少第一和第二协调器的系统、以及对应的计算机程序。

Description

无线个人域网

发明领域

本发明涉及无线个人域网(WPAN)。

相关技术描述

近来，已经在寻求增加家庭中设备之间的合作。与这种增加的要求相一致地，开发了许多无线技术，包括例如蓝牙和类似的技术，其典型地允许在大约10米以内——换句话说在非常短的距离内通信。这些短距离的专用网络通常称为个人域网(WPAN)。

WPAN的目的是便利于在家庭或商务设备和系统之间的无缝运行，在WPAN中的每个设备将能够插入(plugin)到相同的WPAN中的任何其它设备，只要它们处在彼此的物理范围内。在家庭中，WPAN为告警、电器和娱乐系统提供无电缆连接。

用于WPAN的适当的网络协议的例子是IEEE标准802.15，其中包括有例如蓝牙(IEEE802.15.1)，它适合于低功率数字无线电，诸如经由短距离无线电与蜂窝电话连接的无线头戴耳机。另一个例子是ZigBee规范(IEEE802.15.4)，其目标是大楼设备自动化。ZigBee技术被设计为比例如蓝牙更简单和更便宜，因此其目标是需要低数据速率、长电池寿命和安全联网的射频(RF)应用。然而，WPAN的问题在于，网络拓扑的当前实现是作为基于从属的(slave)、非合作的网络提供的，其中每个网络可以在不同的信道频率上潜在地存在，所以，将使得通信跨越不同的网络且更加困难。

EP1528717试图通过对WPAN中不同无线设备之间的合作提供改进而解决这个问题。提供广播方法来解决当设备认识到至少两个不同的WPAN在相同信道频率上通信时的问题。冲突被认识到，且协调设备，即协调器，向各设备广播协调器重新调整(realignment)命令，指令将当前使用的信道改变到另一个信道。重新调整命令包括改变在同步信号的净荷字段中的信息，和被插入到同步信号的帧控制字段的预留比特中的预定的识别比特。

然而，即便EP1528717提出了对在相同信道频率上通信的冲突WPANs的问题的部分解决方案，它仍没有考虑其中多个协调器被安排来互相通信的初始化阶段，以及用于允许协调器转移到最佳信道频率的过程。而是，EP1528717仅仅依赖于现有技术的基于从属的、非合作的网络拓扑，由于等待时间(latency)问题，这引入了额外的网络业务量。

US2007/076596公开了当多个无线通信设备中的至少一个在当前的通信信道上发生阻塞时，实施盲无缝信道改变(BSCC)。第一无线通信设备在当前的通信信道上发送BSCC消息给第二无线通信设备，该消息包括如下的信息，其有关从多个可用的通信信道中选择的、第一无线通信设备接下来正在切换到的通信信道和第一无线通信设备将在所选择的通信信道上进行发送的时间段。第一无线通信设备切换到所选择的通信信道。第二无线通信设备接收BSCC消息，并切换到所选择的通信信道。第一和第二无线通信设备继续进行正常的无线通信。

发明概要

需要一种WPAN，它考虑当多个协调器被安排成互相通信时的初始化阶段，以及它还提供减小的等待时间，从而提供改进的带宽和能量效率。本发明由独立权利要求定义。从属权利要求定义有利的实施例。

按照本发明，协调器被理解为是指能够设立WPAN的无线通信设备，例如，通常是可控制的或受控制的设备，其典型地是被连接到市电电源的固定式设备。因此，按照本发明，两个这样的设备被安排成在初始化阶段期间互相“配对”，并转移到发起通信的协调器的信道频率。相反地，按照现有技术，第一协调器将采用第二协调器的信道频率，因此导致增加等待时间和额外的网络业务量的问题，因为协调器将不得不在它们的优选的信道频率之间来回切换。

另外，措辞“消息”应当被理解为是指这样的信号，其至少部分地包括被定义的、打算用于请求第二协调器转移到第一协调器的信道频率的内容。而且，该消息可以是任何类型的消息，例如，特定的初始化消息(或初始化信号)，或者用通常的广播消息来包括。

本发明的优点包括不需要基于优先权的机制。这是由于这样的事实：如上所述，启动通信的协调器决定被使用的信道频率，即，设立通信的每个协调器能够使它想要与其通信的协调器改变到它的频率。本发明的另一个优点在于，将有可能容易地发送广播消息和实施中继器解决方案。

然而，所述方法不仅仅在设立WPAN时的初始化阶段期间是有用的，而且在另外的设备被引入到WPAN时也是有用的。因此，在WPAN优选地包括附加的第三协调器、而该第三协调器运行在第三信道频率上的情形下，第一和第二协调器的每一个优选地适于互相独立地执行以下步骤：在包括第三信道频率的多个信道频率上发送消息；请求第三协调器从第三信道频率改变到第一信道频率；以及使用第一信道频率与第三协调器通信。也就是，第一和第二协调器的每一个可以互相独立地提供，以使得第三协调器转移到第一协调器的信道频率，由此允许在单个信道频率上通信的可能性。正如上面讨论的，这增加了可用的带宽，并使得WPAN的能量效率最佳化。

而且，按照本发明的方法不仅仅限于第一协调器。相应地，对应的方法步骤因此可以在WPAN所包括的第二(或第三)协调器中执行，其中第二协调器运行在第二信道频率上，以及该WPAN还包括运行第一信道频率的第一协调器。从第二(或第三)协调器看来，所述方法因此包括以下步骤：接收来自第一协调器的消息；接收来自第一协调器的、关于从第二信道频率改变到第一信道频率的请求；以及使用第一信道频率与第一协调器通信。如果例如第二协调器发起通信，则这些步骤当然也可以由第一协调器执行。

按照本发明的优选实施例，关于改变到第一信道频率的请求是在第一协调器接收到来自第二协调器的响应时作为单独的消息(或信号)被提供的。

按照本发明的另一个优选实施例，关于改变到第一信道频率的请求被嵌入在消息中。也就是，优选地，所述至少一个消息是分组类型消息，其包括有关第一协调器的信道频率的头标持有信息(headerholdinginformation)，例如这是通过把至少两个信道频率特定的比特包括在头标中。利用两个信道频率比特，可以传送至多四个不同的信道频率。不过，当然可以将一个或两个以上的比特专用于有关信道频率的信息。因此，第一协调器更喜欢的信道频率将在头标中传送(例如，被嵌入)，其中头标优选地是网络头标，但有可能可以是任何类型的头标。其它类型的通常的头标是PHY头标、MAC头标、传输头标等等。

另外，在多个信道频率上发送消息的步骤优选地包括使用频率捷变(frequencyagility)，或通常也称为动态信道/频率选择。频率捷变，或正如下面将进一步讨论的频率捷变机制的使用，包括传输频率的周期改变或在多个预定义的信道频率之间的改变。频率捷变的使用也被使用于避免来自已知的干扰者或其它信号源的干扰，所述干扰者或其它信号源例如是在感兴趣的协调器周围的冲突的WPAN。例如在家庭中，或许多种类型的无线网竞争相同的频带以及有来自电器的非故意的干扰。因此，在频谱内重新定位的能力将是网络成功的重要因素。

优选地，在控制单元与设备之间的通信通过射频(RF)通信来提供，最优选地，是基于IEEE802.15.3和IEEE802.15.4标准的至少之一的RF通信。通常，当实施IEEE802.15.3或IEEE802.15.4WPAN时，基本网络拓扑将采用基本星形的形式，其中WPAN可以包含互连的星。而且，取决于所使用的网络拓扑，有不同数量的信道频率可用。例如，当使用IEEE802.15.4时，在美国有总共16个信道频率可用，但只有这些信道的子集将被使用于频率捷变，因为否则等待时间将变得太大以致无法应付。所以，供IEEE802.15.4技术使用的信道频率的实际数量是三或四。

按照本发明的再一个方面，提供了用在WPAN中的第一协调器，该第一协调器运行在第一信道频率上且包括：用于在包括第二信道频率的多个信道频率上发送消息的装置；用于请求第二协调器从第二信道频率改变到第一信道频率的装置；以及用于使用第一信道频率与第二协调器通信的装置。

本发明的这个方面提供了与按照以上讨论的方法类似的优点，包括例如不需要基于优先权的机制的事实，以及设立通信的每个协调器能够使它想要与其通信的协调器改变到它的频率。本发明的另一个优点在于，将有可能容易地发送广播消息和实施中继器解决方案。

所述协调器优选地是消费者电子设备(CED)，诸如电视机(TV)、数字通用盘播放器(DVD)、家庭影院系统(HTS)和无线遥控器(RC)中的至少一项。

另外，通过适于在按照本发明的协调器(例如，第一、第二或第三协调器)上运行的计算机程序，可以达到本发明的上述的和其它的目的。

附图简述

现在参照附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，附图显示了本发明的当前的优选实施例，其中：

图1是包括有按照现有技术网络拓扑配置运行的多个协调器的WPAN；

图2是按照本发明的网络拓扑配置运行的、与图1类似的WPAN；以及

图3是说明按照本发明的、逐步转移到单个/最佳信道频率的例子的时序图。

当前优选实施例的详细说明

现在参照附图在下文中更全面地描述本发明，附图上显示了本发明的当前的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式被体现，并且不应当被解释为限于这里所阐述的实施例；更确切地说，这些实施例是为了透彻性和完整性而提供的，且它们向本领域技术人员(skilledaddressee)全面地传达本发明的范围。

现在参照附图，具体地是参照图1，图上描绘了现有技术WPAN100，其包括多个协调器或有协调器能力的设备102、104和106，它们每一个具有单独的WPANID(或其它适当的网络识别符)，并设置成分别在单独的信道频率，例如第一f1、第二f2和第三f3信道频率上通信，其中协调器102、104和106被设立为基于从属的、非合作的网络。

正如以上讨论的，协调器优选地是消费者电子设备(CED)，诸如举例而言电视机(TV)、数字通用盘播放器(DVD)和家庭影院系统(HTS)。按照如图1所示的现有技术WPAN100，启动通信的有协调器能力的设备将使用它想要与其谈话的设备的WPANID和信道频率，而不是它自己的WPANID和信道频率，因此如果协调器102、104或106之一想要控制其它设备之一，则它将必须从一个信道频率切换到下一个。

如果现有技术WPAN100的协调器102在运行期间想要与协调器104通信，则它将必须移到协调器104的信道频率，即，从第一信道频率f1转移到第二信道频率f2。在那个时刻，协调器106不可能与协调器102说话，因为长达某个时间量，协调器102将不能接收来自协调器106的通信。也就是，协调器102对于来自协调器106的通信将或多或少是聋子。因为由现有技术WPAN100使用的基于从属的、非合作的网络拓扑，所以将更经常地致力于频率捷变机制，从而增加了等待时间并导致额外的网络业务量。同样地，如果协调器102想要与协调器106通信，则它必须切换到协调器106的信道频率(即第三信道频率f3)，它将不可能同时与协调器104通信，即，协调器102将同样地对于来自协调器104的通信是聋子。因此，所有的设备102、104和106将以不同的信道频率互相通信。

因此，由WPAN100使用的现有技术网络拓扑将不提供迁移到单个信道频率的任何机制，且协调器102可以仅仅驻留来进行能量检测(ED)扫描，也许还有差的校验和(CRC)信息，以用于激活信道频率的改变。另外，在以上讨论的非合作的网络中，广播消息将是不可能的和/或没有用的，且中继器实现(即，具有中继器功能性的设备)将是行不通的。

按照本发明，图2举例说明了一种实现，其中显示了类似于图1中WPAN100的WPAN200。然而，附加于三个协调器202、204和206，图2的WPAN200还包括被提供来控制不同的协调器的功能性的无线多功能遥控器(M_RC)208，该多功能遥控器本身典型地将不具有协调器能力，但仍可能具有带协调器能力的多功能遥控器。没有协调器能力的设备将按照现有技术动作。正如以上讨论的，协调器优选地是消费者电子设备(CED)，诸如举例而言电视机(TV)、数字通用盘播放器(DVD)、和家庭影院系统(HTS)、或在家庭环境中使用的任何其它类似的设备。然而，应当理解，适合于结合WPAN使用的、其它的现在及将来的设备可被看作为与本发明有关。

与WPAN100有关地，协调器202、204和206(例如，分别是第一、第二和第三协调器)都具有单独的WPANID，因此每个分别地驻留在单独的信道频率上，例如第一f1、第二f2和第三f3信道频率。另外，类似于图1的WPAN100，如果一个协调器(例如第一协调器202)想要与另一个协调器(例如第二协调器204)通信，则第一协调器202将使用频率捷变机制来找到协调器204(例如，通过随后扫描不同的信道频率，诸如第一f1、第二f2和第三f3信道频率)。当第一协调器202找到第二协调器204时，它传送它正在其上运行的信道频率，而协调器204一接收到这个消息，便在接收这个消息的信道上发送应答，然后，切换到发起通信的协调器(即，协调器202)的信道频率。然而，当提供附加协调器来互相通信时，本发明的优点进一步地增加。

例如，正如刚讨论的，如果第一协调器202想要与第二协调器204通信，则它将请求第二协调器204转移到协调器202的优选的信道频率，即第一信道频率f1。如果然后第一协调器202想要与第三协调器206通信(或如果第二协调器204想要与第三协调器206通信)，则它将让协调器206也移到协调器202的信道频率，即从第三信道频率f3转移到第一信道频率f1。同样地，如果无线多功能遥控器208正在与不同的协调器202、204和206通信，则多功能遥控器208将转移到发起初始通信的协调器的信道频率，在本例中该协调器将是第一协调器202。因此，所有的设备202、204、206和208将在第一协调器202的信道频率(即第一信道频率f1)上通信。

然而，如果在WPAN200的近的环境(closesurrounding)中引入干扰源，并且当前运行的信道频率变为受损害，则任何一个协调器202、204或206可以单独地决定移到不同的信道频率，而不用通知其它的协调器。由于预期协调器工作在相同的邻近区域，因而将预期所有的其它协调器也检测到干扰源，并将在个体的基础上进行切换。如果某些设备切换，而其它的设备没有切换，那么与以上所提供的相同的机制将再次被使用来便利于跨越有协调器能力和无协调器能力的设备的通信。另一个办法将是在改变的信道上广播信道改变消息。

现在转到图3，图上举例说明协调器202、204和206以及遥控器208为了在设备202、204、206及208之间的通信，从个体的信道频率(即第一f1、第二f2和第三f3信道频率)转移到最佳化的单个信道频率的时序图。

在时序图上，过程从第一协调器202(例如电视机)发起与第二协调器204(例如DVD)的通信开始。电视机202使用频率捷变来找到DVD204。第一、第二和第三位置302、304和306标记出电视机202为求找出DVD204而顺序地在第一f1、第二f2和第三f3信道频率进行发送的位置。

在位置308，电视机202找到DVD204，并传送它的运行(或优选的)信道频率，即第一信道频率f1，以及DVD204切换到电视机202的信道频率，即第一信道频率f1。

随后，在位置310，无线多功能遥控器208发起与DVD204的通信。同样地，多功能遥控器208使用频率捷变来找到DVD204(通过位置310、312和314来表示)。多功能遥控器208然后在位置316处采用电视机202的信道频率，即第一信道频率f1，因为DVD204已继承了电视机202的信道频率(即信道频率f1)。

在位置318，DVD204发起与第三协调器(诸如举例而言HTS206)的通信。再次地，DVD204使用频率捷变来找到HTS206(通过位置318、320和322来表示)。HTS206在位置324处采用DVD204的信道频率，并转移到第一信道频率f1。

在位置326，电视机202发起与HTS206的通信。再次地，电视机202使用频率捷变来找到HTS206(通过位置326、328和330来表示)。当电视机202找到HTS206时，它在位置332向HTS206传送它的信道频率，即第一信道频率f1，HTS206然后切换到电视机202的信道频率，即第一信道频率f1。在这个例子中，HTS通过前面段落的步骤已经处在电视机的f1。所以，不需要这个特定的次序。

另外，在位置334，多功能遥控器208试图与HTS206通信。同样地，多功能遥控器208将使用频率捷变机制来找到(如通过位置334、336和338所表示的)HTS206正在哪个信道频率上通信。多功能遥控器208然后将在位置340采用第一信道频率f1来与HTS206通信。因此，在这一点上，所有的设备202、204、206和208将转移到电视机202的信道频率(即第一信道频率f1)，从而最佳化的单个传输频率将被使用于在设备之间的通信。事实上，遥控器将在HTS原先所处的信道频率上启动通信。遥控器将必须使用频率捷变重新获取机制来找到HTS，并随之采用新的频率。这仅仅应用到没有协调器能力的设备，诸如遥控器。

此外，本领域技术人员将认识到，本发明绝不限于以上描述的优选实施例。相反，本领域技术人员会理解，在所附权利要求的范围内有可能有许多修改和变例。例如，协调器和非协调器的数量是可变的，且它们可以随需要而增加和减少。而且，通过存储预期另一个设备将在其上运行的RF信道，可以使频率捷变机制更有效率。当一个设备希望与另一个设备通信时，它首先查阅这个信息，并尝试在所述预期的信道上与该另一个的设备通信。如果这个尝试失败，则可以应用全信道频率捷变机制。

总之，按照本发明，有可能提供用于在WPAN中运行在第一信道频率上的第一协调器的新颖的方法，该WPAN还包括运行第二信道频率的第二协调器，所述方法包括以下步骤：在包括第二信道频率的多个信道频率上发送消息；请求第二协调器从第二信道频率改变到第一信道频率；以及使用第一信道频率与第二协调器通信。正如以上讨论的，本发明的优点包括，由于发起(例如，启动)通信的协调器决定所使用的频率的事实，所以不需要基于优先权的机制。而且，每个协调器能够让它想要与其通信的协调器改变到它所决定的频率。

Claims

1.用于在无线个人域网(200)中运行在第一信道频率(f1)上的第一协调器(202)的方法，该无线个人域网还包括运行第二信道频率(f2)的第二协调器(204)，所述方法包括以下步骤：

-如果第一协调器想要与第二协调器通信，则从第一协调器发起通信以借助于扫描包括该第二信道频率(f2)的多个信道频率而找到该第二协调器；

-当找到第二协调器时将第一消息从该第一协调器发送到该第二协调器以便传送该第一协调器正在其上运行的第一信道频率；

-从该第二协调器接收用于应答该第一消息的响应消息；

-当该第一协调器(202)接收到来自该第二协调器(204)的响应消息时在第二消息中请求第二协调器(204)从第二信道频率(f2)改变到第一信道频率(f1)；以及

-使用第一信道频率(f1)在第一协调器和第二协调器(204)之间通信。

2.按照权利要求1的方法，其中该无线个人域网(200)还包括运行在第三信道频率(f3)上的第三协调器(206)，以及第一(202)和第二(204)协调器的每一个适于执行以下步骤：

-如果它想要与第三协调器通信，则发起通信以借助于扫描包括该第三信道频率(f3)的多个信道频率而找到该第三协调器；

-当找到第三协调器时将第三消息发送到该第三协调器以便传送它正在其上运行的第一信道频率；

-从该第三协调器接收用于应答该第三消息的响应消息；

-当该第一协调器(202)接收到来自该第三协调器(206)的响应消息时在第四消息中请求第三协调器(206)从第三信道频率(f3)改变到第一信道频率(f1)；以及

-使用第一信道频率(f1)与第三协调器(206)通信。

3.用于在无线个人域网(200)中运行在第二信道频率(f2)上的第二协调器(204)的方法，该无线个人域网(200)还包括运行第一信道频率(f1)的第一协调器(202)，所述方法包括以下步骤：

-接收来自第一协调器(202)的第一消息，该第一消息传送该第一协调器正在其上运行的第一信道频率；

-在接收到该第一消息时发送用于应答的响应消息；

-在第二消息中接收来自第一协调器(202)的、关于从第二信道频率(f2)改变到第一信道频率(f1)的请求；以及

-使用第一信道频率(f1)与第一协调器(202)通信。

4.按照权利要求1到3的任一项的方法，其中关于改变到第一信道频率(f1)的请求被嵌入在第二消息中。

5.按照权利要求1的方法，其中第一消息和第二消息中的至少一个是分组类型消息，其包括关于第一协调器的信道频率的头标持有信息。

6.按照权利要求1或2的任一项的方法，其中扫描多个信道频率的步骤包括使用频率捷变。

7.按照权利要求1-3的任一项的方法，其中在协调器(202,204)之间的通信是通过射频通信提供的。

8.按照权利要求1-3的任一项的方法，其中所述射频通信是基于IEEE802.15.3和IEEE802.15.4标准的至少之一。

9.在无线个人域网(200)中使用的第一协调器(202)，该第一协调器(202)运行在第一信道频率(f1)上，其包括：

-用于如果第一协调器想要与第二协调器通信，则从第一协调器发起通信以借助于扫描包括该第二信道频率(f2)的多个信道频率而找到该第二协调器的装置；

-用于当找到第二协调器时将第一消息从该第一协调器发送到该第二协调器以便传送该第一协调器正在其上运行的第一信道频率的装置；

-用于从该第二协调器接收用于应答该第一消息的响应消息的装置；

-用于当该第一协调器(202)接收到来自该第二协调器(204)的响应消息时在第二消息中请求第二协调器(204)从第二信道频率(f2)改变到第一信道频率(f1)的装置；以及

-用于使用第一信道频率(f1)在第一协调器和第二协调器(204)之间通信的装置。

10.在无线个人域网(200)中使用的第二协调器(204)，该第二协调器(204)运行在第二信道频率上，且包括：

-用于接收来自第一协调器(202)的第一消息的装置，该第一消息传送该第一协调器正在其上运行的第一信道频率；

-用于在接收到该第一消息时发送用于应答的响应消息的装置；

-用于在第二消息中接收来自第一协调器(202)的、关于从第二信道频率(f2)改变到第一信道频率(f1)的请求的装置；以及

-用于使用第一信道频率(f1)与第一协调器(202)通信的装置。

11.按照权利要求9或10的任一项的协调器(202，204)，其中第一(202)和第二(204)协调器的至少之一是消费者电子设备。

12.按照权利要求11的协调器(202，204)，其中消费者电子设备是电视机、数字通用盘播放器、家庭影院系统和无线遥控器中的至少一项。

13.无线个人域网(200)，包括按照权利要求9的第一协调器(202)和至少按照权利要求10的第二协调器(204)。