CN102273102A - 用于在无线网中通信的方法和通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在还包括路由器节点(2)的无线网中的节点之间通信的方法，包括：第一(1)和第二(3)传送节点发送要分别被传送到第一(4)和第二(5)接收节点的第一(a(t))和第二(b(t))数据信号，路由器节点(2)接收由第一(a(t))和第二(b(t))数据信号的干涉产生的混合信号(MDATA[a,b](t))，并将第一和第二路由器模拟确认信号分别发送到第一(4)和第二(5)接收节点，该第一和第二路由器模拟确认信号包括代表混合信号已在其间由路由器节点接收的收听持续时间的信息，路由器节点(2)将混合信号(MDATA[a,b](t))发送到第一(4)和第二(5)接收节点，第一(4)和第二(5)接收节点根据各自的路由器模拟确认信号来译码混合信号。本发明还涉及到通信设备及用于其的网络。

Description

用于在无线网中通信的方法和通信设备

技术领域

本发明涉及无线通信网，更具体地，涉及用于在这样的网络中的节点之间通信的方法。

本发明例如相关于传感器网络、个人域网络、局域网、城域网或任何其它种类的无线网。

背景技术

传统的无线网被设计来例如通过包括使用时分或频分的无线信道的保留的技术，而防止在不同节点之间的传输相互干扰。

在这样的系统中的传输例如可以通过使用数字网络编码（DNC）而被执行以便增加容量。DNC的示例使用显示于图1a和图1b，其中愿意使用DNC交换信号的两个节点A和B将信号a(t)和b(t)以数字分组a和b的形式顺序地传送到路由器节点R。在完全接收分组a和b后，路由器节点例如通过线性组合而混合分组的内容，并把对应于代数组合a+b的数字信号广播到目的地设备。

已经注意到，因为信号a和b必须顺序地传送，所以这些网络在传输容量方面呈现出较大的缺点。因而已经提出一些解决方案，使用模拟信号的干涉（interference）以允许并发的传输。因此，最近已提出使用DNC的模拟对应物（counterpart），其是模拟网络编码（ANC）。这样的编码的示范性使用可以在图1c上看到，其中节点A和B将分组以模拟信号Data[a](t)和Data[b](t)的形式同时传送到路由器节点R。由于干涉，信号在无线信道上自然地混合，因此，路由器节点R接收混合的信号MData[a,b](t)，该混合信号接着被转发到目的地节点，而不在路由器节点处译码或恢复所包含的分组。然后，明了该混合过程的目的地节点可以成功地恢复想要的分组。

然而，在实行模拟网络编码的现有系统中，即在传输的反馈和确认方面已显现出较大的缺点。的确，在已知的系统中，目的地节点在接收被干涉的信号之前不能确定它们是否能够译码这样的信号。而且，没有机制让路由器节点和传送节点知道译码是否已成功执行，且由此知道传输是否已全部完成。

发明内容

本发明的目的是提出至少克服某些上述缺点的通信方法。

本发明的另一个目的是提供用于在无线网中的节点之间的合作传输的方法。

本发明的再一个目的是提供可被实施来从诸如机会性侦听那样的附加机制获益的方法。

另外，本发明的目的是提供方法，其可以在包括充当路由器节点的通信设备和充当常规传送节点的任何数目的通信设备的任何类型的网络中被实行。

为此，按照本发明的、用于在还包括路由器节点的无线网中的节点之间通信的方法包括以下步骤：

- 第一和第二传送节点发送要分别被传送到第一和第二接收节点的第一和第二数据信号，

- 路由器节点接收由第一和第二数据信号的干涉产生的混合信号，并将第一和第二路由器模拟确认信号分别发送到第一和第二接收节点，该第一和第二路由器模拟确认信号包括代表混合信号已在其间由路由器节点接收的收听持续时间的信息，

- 路由器节点将混合信号发送到第一和第二接收节点，

- 第一和第二接收节点根据各自的路由器模拟确认信号来译码混合信号。

这样的方法允许接收节点根据模拟确认信号来检验是否有可能译码或许是从在第一和第二数据信号之间的干涉发布出的混合信号。这个检验在混合信号被路由器节点转发之前执行。因此，这个方法有助于使得模拟网络编码判决最优化，因为接收节点在传输过程中较早地确定它们是否应当允许干涉的信号的接收，或它们是否应当后退到常规的“无干涉的/未混合的”传输模式。

按照本发明的实施例，代表混合信号已在其间由路由器节点接收的收听持续时间的信息包括精确的持续时间，或包括收听的开始时间和结束时间。

这个方法可以在不同的网络体系结构中实行。因此，在示范性实施例中，第一和第二接收节点分别是第二和第一传送节点，以及混合信号的译码是通过使用被存储在第一和第二传送节点处的第一和第二数据信号而被执行的。在另一个实施例中，第一和第二接收节点分别位于第二和第一传送节点附近，以及混合信号的译码是通过使用由第一和第二接收节点通过机会性（opportunistic）侦听而偶尔听到（overhear）的第一和第二信号而被执行的。

机会性侦听是其中节点侦听它的邻居的所有分组和将所有听到的分组存储达有限时间的机制。

在本申请中，第一和第二接收节点在偶尔听到第一和第二数据信号后发送各自的侦听模拟确认信号到路由器。为了避免无用的传输，在示范性实施例中，混合信号仅仅在接收到第一和第二侦听模拟确认信号后才被发送。

现有系统也存在缺点，因为在数据信号的目的地节点未能从混合信号成功地恢复想要的分组的情形下，没有提供反馈机制，因此导致传输中的高错误率。

本发明因此在示例性实施例中包括用于第一和第二接收节点的、在正确地译码混合信号后发送第一和第二最终确认信号到路由器节点的步骤。

在具体的实施例中，路由器节点分别将第一和第二最终确认信号作为模拟信号而分别地转发到第一和第二传送节点。

在这种情形下，传送节点知道数据信号是否已被接收，且如果没有的话，则它们可以例如通过重发没有被成功地恢复的分组而实行调节机制。

在另一个特定的实施例中，第一和第二数据信号包括由路由器节点译码的前同步，因此允许识别第一和第二数据信号。

在这样的实施例中，第一和第二路由器模拟确认信号还可包括在第一和第二数据信号之间的时间移位。

本发明还涉及到通信设备，包括：

- 用于从网络中的其它通信设备接收数据信号的装置，

- 用于在接收到数据信号后生成包括收听数据信号的开始时间和结束时间的路由器模拟确认信号的装置，

- 用于从节点接收模拟确认信号和将模拟确认信号转发到节点的装置。

本发明的再一方面涉及到包括充当路由器节点的如前所述的通信设备和充当常规节点的至少两个其它通信设备的网络。

从此后描述的实施例中将明白本发明的这些和其它方面且将参照这些实施例来阐明本发明的这些和其它方面。

附图说明

现在将参照附图，作为例子，来更详细地描述本发明，其中：

- 已描述的图1a、1b和1c显示了传统的数字网络编码和模拟网络编码序列，

- 图2a和图2b显示网络的不同体系结构，其中传输是通过使用按照本发明的方法来执行的，

- 图3是显示对应于如图2a所示的体系结构的、按照本发明的方法的序列的时间图，

- 图4显示基于802.11的WLAN的典型实现和具有ANC的系统。

具体实施方式

本发明涉及用于在还包括路由器节点的网络中的对应于常规节点的通信设备之间的通信的方法。

可以在其中应用这样的方法的网络体系结构的例子显示于图2a和2b。

两种体系结构均包括路由器节点2，以及第一和第二传送节点，标记为1和3。那些网络还如下地包括第一和第二接收节点：

- 在第一种体系结构中，如图2a所示，第一和第二接收节点分别对应于第一和第二传送节点，

- 在第二种体系结构中，在图2b上，第一和第二接收节点，标记为4和5,是与第一和第二传送节点不同的。

按照本发明的方法是使得传送节点1和3可以并发地发送各自的消息a(t)和b(t)到路由器节点2。因为使用了模拟网络编码，所以那些消息以模拟信号Data[a](t)和Data[b](t)的形式被发送。这种到路由器节点2的并发传输可以在与第一网络体系结构有关的图3的第一图上看到。

路由器节点2允许两个模拟信号发生干涉，然后形成混合的信号MData[a,b](t)。

路由器节点2确定收听混合信号的持续时间，和/或开始时间及结束时间。根据这个信息，路由器节点2生成两个路由器模拟确认信号AACK(a)和AACK(b)，它们分别被传送到第一和第二接收节点1和3。

我们现在将通过区分第一和第二种体系结构而描述该方法的其余部分。

在第一种体系结构中，第一传送节点发送信号a(t)到第一接收节点，后者实际上是第二传送节点，以及第二传送节点发送信号b(t)到第二接收节点，后者实际上是第一传送节点。在发送路由器模拟确认信号到接收节点后，路由器节点2向它们转发混合的消息MData[a,b](t)。

因此，在这种情形下，节点3得到以下的要素：

- 从路由器节点接收的混合信号MData[a,b](t)，

- 指示路由器节点收听混合信号的持续时间的模拟确认信号，

- 传送b(t)的开始和结束时间，因为b(t)已由它自己传送，

- 在两个传输之间的传输延时，因为这个延时是预定的或可以通过网络中的其它协议确定，这使得节点3有可能确定第一和第二数据信号之间的传输时序（chronology）。

因此，根据所有这些要素，节点3通过从混合信号MData[a,b](t)减去信号Data[b](t)来执行模拟译码以恢复由节点1发送的初始消息a(t)。类似的过程由节点1执行，以便译码和恢复由节点3发送的信号b(t)。

现在让我们考虑第二种体系结构，如图2b所示，其中接收节点4和5与传送节点1和2不同。在这种情形下，接收节点没有存储任何的信号a(t)和b(t)，因为那些信号是由不同的节点发送的。因此，不可能译码干涉的信号MData[a,b](t)。为了解决这个问题，在本发明的一个实施例中，提出了实行如此后所描述的机会性侦听的机制。节点5――它是由节点3发送的信号b(t)的目的地节点――位于节点1和2附近。因此，当节点1传送信号a(t)到节点2时，节点5可能偶尔听到在1和2之间的信号传输，因此得到a(t)。当收听a(t)时，节点5于是可以发送侦听模拟确认信号到路由器节点。

类似的机会性侦听可以在节点4处发生，当信号b(t)从节点3被发送到节点2时，节点4偶尔听到信号b(t)。

当路由器节点接收到来自节点4和5的两个侦听模拟确认信号时，这意味着由这些节点译码干涉的信号是可能的。因此，路由器节点允许信号混合，然后将MData[a,b](t)转发到节点4和5。

接收节点4和5然后通过使用模拟译码系统来译码MData[a,b](t)。

在这两种体系结构中，在成功译码干涉的消息后，接收节点分别发送最终确认信号到路由器节点，以指示传输过程的成功完成。路由器节点然后将那些最终确认信号转发到初始的传送节点。

在接收节点未能成功恢复数据分组的情形下，路由器节点知道这个失败。

按照本发明的方法不限于以上描述的体系结构，且可以在包括至少一个充当路由器节点的通信设备和至少两个充当常规节点的通信设备的任何无线网中实行，其中：

路由器节点包括某些或所有的以下特征：

- 用于允许从常规节点接收的信号传输发生干涉的装置，

- 用于生成和传送路由器模拟确认消息的装置，包含关于它已收听的模拟信号的信息，

- 用于将从常规节点接收的确认信号转发到另外的常规节点的装置，

- 用于译码数据分组的前同步且从而用于确定在干涉的信号中接收的每个消息的源的装置。

在某些特定的实施例中，路由器节点既不能生成也不能传送与包含收听模拟信号的开始时间和结束时间的路由器模拟确认信号不同的任何其它类型的确认信号。

常规节点包括某些或所有的以下特征：

- 用于传送完整的数据分组或数据信号到其它节点的装置，

- 用于在传输之前和之后存储数据信号以便例如供在另外的模拟译码期间使用的装置，

- 用于在数据信号由于机会性侦听而被偶尔听到的情形下传送侦听模拟确认信号的装置。

按照本发明的方法例如可以在包括一个路由器节点和三个常规节点的网络中被实施，其中常规节点之一是既传送又接收的节点，以及另两个节点只具有一个角色，即传送或接收。

在另一个示范性实施例中，让我们假设：网络包括三个节点A、B和C，以循环方式传送消息，即，节点A传送消息到节点B，节点B传送消息到节点C，以及节点C传送消息到节点A。

在这种情形下，路由器节点生成三个模拟确认信号，包括代表每个信号的传输的开始时间和结束时间的信息，使得每个节点可以确定这三个信号在最终得到的干涉的信号中的贡献。

图4显示在基于802.11的无线局域网（WLAN）的典型实现--在左面--与实施模拟网络编码的系统之间的比较。正如可以在右面看到的，当ANC在协议栈中被实施时，对于分组流动有两个可能性，如由箭头指示的。

本发明在其中能量消耗较关键的应用中是特别有用的，因为如在图4上可以看到的，大量处理是在模拟域中由中间路由器节点完成的，这进而又可以减小能量消耗。

本发明更特别地被专用于传感器网络，诸如医疗网络或家庭照明网络，但也可以应用于任何类型的无线系统，诸如PAN、LAN和MAN。

在本申请书和权利要求中，在单元前面的词“一”或“一个”（“a”或“an”）并不排除多个这样的单元的存在。而且，词“包括”不排除除了列出的那些以外的其它单元或步骤的存在。

在权利要求的括号中包括参考标记是打算帮助理解，而不是打算限制。

通过阅读本公开内容，其它的修改对于本领域技术人员是明显的。这样的修改可能牵涉到在无线通信领域中已知的其它特征，所述其它特征可以代替或附加于这里已描述的特征被使用。

Claims (13)

1. 一种用于在无线网中的节点之间通信的方法，该无线网还包括路由器节点(2)，该方法包括：

- 第一(1)和第二(3)传送节点发送要分别被传送到第一(4)和第二(5)接收节点的第一(a(t))和第二(b(t))数据信号，

- 路由器节点(2)接收由第一(a(t))和第二(b(t))数据信号的干涉产生的混合信号(MDATA[a,b](t))，并将第一(AACK(a))和第二(AACK(b))路由器模拟确认信号分别发送到第一(4)和第二(5)接收节点，该第一(AACK(a))和第二(AACK(b))路由器模拟确认信号包括代表混合信号已在其间由路由器节点接收的收听持续时间的信息，

- 路由器节点(2)将混合信号(MDATA[a,b](t))发送到第一(4)和第二(5)接收节点，

- 第一(4)和第二(5)接收节点根据各自的路由器模拟确认信号来译码混合信号。

2. 如在权利要求1中所述的方法，其中代表混合信号(MDATA[a,b](t))在其间已由路由器节点(2)接收的收听持续时间的信息包括精确的持续时间，或包括收听的开始时间和结束时间。

3. 如在权利要求1中所述的方法，其中第一(4)和第二(5)接收节点分别是第二(3)和第一(1)传送节点，以及其中混合信号的译码是通过使用被存储在第一和第二传送节点处的第一和第二数据信号而执行的。

4. 如在权利要求1中所述的方法，其中第一(4)和第二(5)接收节点分别位于第二(3)和第一(1)传送节点附近，以及混合信号的译码是通过分别使用由第一和第二接收节点通过机会性侦听而偶尔听到的第一和第二信号而执行的。

5. 如在权利要求4中所述的方法，其中第一(4)和第二(5)接收节点在偶尔听到第一和第二数据信号后，发送各自的侦听模拟确认信号到路由器。

6. 如在权利要求4中所述的方法，其中发送混合信号的步骤在接收到第一和第二侦听模拟确认信号后才执行。

7. 如在前述权利要求之一中所述的方法，包括在发送混合信号到第一和第二节点之前放大混合信号的步骤。

8. 如在前述权利要求之一中所述的方法，包括用于第一和第二接收节点的、在正确地译码混合信号后发送第一和第二最终确认信号到路由器节点的步骤。

9. 如在权利要求8中所述的方法，包括用于路由器节点的、分别将第一和第二最终确认信号作为模拟信号而分别转发到第一和第二传送节点的步骤。

10. 如在前述权利要求之一中所述的方法，其中第一和第二数据信号包括由路由器节点译码的前同步，因此允许识别第一和第二数据信号。

11. 如在权利要求10中所述的方法，其中第一和第二路由器模拟确认信号还包括在第一和第二数据信号之间的时间移位。

12. 一种通信设备，包括：

- 用于接收来自网络中的其它通信设备的数据信号的装置，

- 用于在接收到数据信号后生成包括收听数据信号的开始时间和结束时间的路由器模拟确认信号的装置，

- 用于从节点接收模拟确认信号和将模拟确认信号转发到节点的装置。

13. 一种网络，包括充当路由器节点的按照权利要求12的通信设备和充当常规节点的至少两个其它通信设备。

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