CN102282904A - 用于局域网中的数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于一局域网中的数据传输的方法。本发明涉及一种用于一局域网(例如，一WLAN网络或一个域网)中的数据传输的方法，其中在MAC层上在连续的时帧(SF)内在作为客户端节点的多个第一节点(A、B、C、D)与处于所述第一节点(A、B、C、D)所及范围内并作为所述第一节点(A、B、C、D)的一协调节点的一第二节点(GW)之间传输数据，其中一时帧(SF)包括多个时隙(TA、TB、TC、TD)。根据本发明的方法，每一时隙被分配给一第一节点(A、B、C、D)，所述第一节点(A、B、C、D)为时隙拥有者节点，其被允许以独占方式一第一间隔的一时间点开始传输数据，该第一间隔在所述时隙(TA、TB、TC、TD)的起始处。在所述时隙拥有者节点尚未开始在所述第一间隔(I1)内的一时间点传输数据的情况下，所述多个第一节点(A、B、C、D)中的一个或多个第一节点(A、B、C、D)被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)以用于在接在所述第一间隔(I1)之后的一第二间隔(I2)中传输数据。所述第二节点(GW)在所述第一间隔(I1)的结束处确定所述时隙拥有者节点是否已开始传输数据，且在确定所述时隙拥有者节点尚未开始传输数据的情况下在所述局域网中广播一许可消息(CTS-1)。每一第一节点(A、B、C、D)被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)以用于在从所述第二节点(GW)接收到所述许可消息(CTS-1)之前不传输数据。

Description

用于局域网中的数据传输的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在一局域网以及一对应网络中的数据传输的方法。在下文中，术语“局域网”指限于一局部区域的任何类型的网络，例如(例如，根据标准IEEE 802.15.4的)WLAN网络或个域网。

背景技术

对于许多应用来说，局域网必须相对于网络中的一数据传输而满足特定要求。例如，在无线工厂自动化传感器系统中，其中所述局域网包括传感器节点和从所述传感器节点收集数据的一基站，必须相对于低等待时间和包损失率而保持循环数据流量特性。为了满足这些要求，在众所周知的OSI参考模型的L2或MAC层(MAC＝媒体接入层)中提供了针对一数据传输的特定机制。在局域网中，节点通常想要同时传输数据，这可能会导致数据冲突。因此，为了避免此类冲突而提供了若干机制。

在参考根据标准IEEE 802.15.4的低速率无线个域网的文献[2]中，描述了使用所谓的CSMA/CA方法(CSMA/CA＝载波感测多址/冲突避免)的一基于竞争的数据传输。由于此方法未将用于数据传输的一时隙分配给一特定节点，所以网络中的每一节点可使用无线媒体来用于数据传输。为了避免冲突，想要发送一数据包的一节点经由一所谓的空信道评估来确定无线电接口是否空闲，即，另一节点当前是否正在无线电接口上进行传输。在节点未检测到其它数据传输的情况下，所述节点将开始传输其数据。为了降低与试图在同时进行发送的其它节点发生冲突的风险，发送节点在开始空信道评估之前等待一随机延迟。

在文献[2]中所描述的CSMA/CA方法中，可能会发生所谓的隐藏的节点问题。此问题是指网络中不处于彼此所及范围内的两个节点想要基于CSMA/CA方法来将数据发送到同一接收器的一情况。由于两个节点无法听到彼此，所以其将确定无线电接口为空闲的，且将开始发送数据。这导致在接收器处的一数据冲突。为了认识到隐藏的节点问题的影响，文献[2]描述了传输数据的一节点根据其从接收器请求一肯定确认的一机制。如果由于由隐藏的节点问题所导致的一冲突而未发送一确认，那么便将重复节点的数据传输。

在参考WLAN标准IEEE 802.11的文献[3]中，描述了一种经修改的CSMA/CA方法，所述方法包含一所谓的虚拟载波感测机制，以避免隐藏的节点问题。根据此机制，希望传输数据的一节点通过向接收器发送一所谓的请求发送包而在一预定的间隔内保留无线电接口，所述包包含将保留的间隔的长度。接收器通过一清除发送包来应答请求发送包，所述清除发送包还包含返回到发送节点的经保留的时间长度。所述请求发送包和清除发送包在网络中进行广播，且接收那些包的所有其它节点将无线电接口视为在包中所指定的时间长度内被占用。尤其因为所述清除发送包的传输，节点被告知处于接收器所及范围内但不处于所述节点所及范围内的一即将到来的数据传输。文献[3]还描述了一种所谓的CTS自身(CTS-to-self)机制，其中一发送节点将一清除发送包寻址到自身。接收此包的所有邻近的节点将在包中所指定的时间长度内不传输数据。

上文所描述的隐藏的节点问题将不仅发生在基于竞争的传输方法中，而且还发生在基于TDMA的传输方法中(TDMA＝时分多址)。在基于TDMA的方法中，针对可在此时隙中以独占方式进行发送的作为时隙拥有者节点的一特定节点而保留一对应的时帧中的每一时隙。在一些基于TDMA的系统中，在时隙内的一特定间隔期满之后其它节点无法检测到一数据传输的情况下，还可由除了时隙拥有者节点之外的节点使用一时隙。这种基于TDMA的系统描述于参考对标准IEEE 802.15.4e的提议的文献[1]中，所述标准IEEE802.15.4e是为工厂自动化环境中可用的一传感器网络而界定的标准IEEE802.15.4的扩展部分。在前述TDMA系统中，会发生一种情况，即不处于时隙拥有者节点所及范围内的一节点将与时隙拥有者节点并行地开始一数据传输。将要避免此情况，因为一TDMA系统在某一程度上要保证一时隙拥有者节点可在没有来自其它节点的任何扰乱的情况下在其时隙中传输数据。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种用于一局域网中的数据传输的方法，其中实现了与基于竞争的接入相结合的一可靠的基于TDMA的传输。

根据技术方案1的方法和根据技术方案18的局域网解决了此目的。在附属权利要求中界定了本发明的优选实施例。

根据本发明的方法，通过连续的时帧(SF)在多个第一节点(A、B、C、D)和一第二节点(GW)之间于MAC层上传输数据，所述第一节点(A、B、C、D)作为客户端节点，所述第二节点(GW)作为所述第一节点(A、B、C、D)的协调节点且处于所述第一节点(A、B、C、D)所及的范围内。一相应的时帧包括多个时隙，且每一时隙被分配给一第一节点，所述第一节点为时隙拥有者节点，其被允许以独占方式在一第一间隔内的一时间点开始传输数据，该第一间隔在该时隙的起始处。此机制允许一基于TDMA的接入来用于时隙的时隙拥有者节点。

本发明的方法还使得一基于竞争的接入能够用于传输数据。术语“基于竞争的接入”应广泛地解释，且指代提供调度一数据传输的机制的任何方法，其中不同的节点可尝试使用同一时隙来用于传输数据。在一优选实施例中，上文所提及的CSMA/CA方法被用作基于竞争的接入。

为了实施基于竞争的接入，在时隙拥有者节点尚未开始在第一间隔内传输数据的情况下，允许所述多个第一节点中的一个或多个第一节点(例如，所有的第一节点或其一子集)以基于竞争的接入来使用一时隙拥有者节点的时隙来用于在接在第一间隔之后的一第二间隔中传输数据。

如果第二节点在第一间隔的结束处确定时隙拥有者节点尚未开始传输数据，那么其将在局域网中广播一许可消息。根据本发明，每一第一节点仅在从第二节点接收许可消息之后才被允许以基于竞争的接入来传输数据。

本发明是基于以下想法：通过发送一对应的许可消息，可将协调网络中的处于所有第一节点所及范围内的第二节点用来起始一基于竞争的数据传输。因此，所有第一节点被明确通知以下事实：时隙拥有者节点不传输数据。因此，不可能发生一种情况，即不处于时隙拥有者节点所及范围内的一隐藏的节点与时隙拥有者节点的一数据传输并行地开始传输数据。因此，避免了在第二节点处发生的数据冲突，因此增强了时隙拥有者节点的数据传输的可靠性。

在本发明的一优选实施例中，在一无线个域网中(尤其在一无线传感器网络中)传输数据，其中每一第一节点为一传感器，第二节点为传感器网络中的一基站，第一节点将传感器数据传输到第二节点。这种网络的一实例描述于文献[4]中。在下文中，传感器是指一具有发送数据的功能的无线装置。如果这种装置还具有从基站接收数据的功能，那么其还可被称为致动器。在一优选实施例中，根据前述标准IEEE 802.15.4，尤其是根据在参考文献[4]中所反映的为用于工厂自动化的传感器和致动器网络而提供的标准提议IEEE 802.15.4e，来传输无线个域网中的数据。

在本发明的方法中，由第二节点发送的许可消息优选包含至少其消息类型的标识。这使得第一节点能够将所述消息标识为一许可消息。在另一实施例中，所述许可消息进一步包含第二节点的标识和/或所述第二节点所属的局域网的标识。这使得能够在其中第一节点中的一些节点属于具有不同的第二节点的若干个局域网的重叠的局域网的一系统中使用所述方法。通过包含网络或对应的第二节点的标识，可辨别不同的局域网。

在本发明的另一优选实施例中，将许可消息保持得很短。这可能是因为许可消息不需要包含一经保留的时间长度，因为这与上文所描述的WLAN标准的清除发送消息的情况是一样的。

在本发明的另一优选实施例中，解决了一第二隐藏的节点问题。此第二隐藏的节点问题是指当想要以基于竞争的接入而发送数据的两个节点不处于彼此所及范围内时，在基于竞争的接入期间在第二间隔内可能发生的一冲突。为此，想要以基于竞争的接入来使用时隙以用于首先传输数据的每一第一节点在局域网中第二间隔内广播一请求消息。在第二节点第一次接收到一请求消息之后，局域网中的第二节点广播标识所述请求消息所源自的第一节点的一允入消息。因此，接收允入消息且未在所述允入消息中标识的每一第一节点不进行一数据传输，而接收到所述允入消息且在所述允入消息中标识的第一节点开始传输其数据。因此，即使在想要传输数据的节点不处于彼此所及范围内的情况下，由第一节点发送的允入消息也确保仅一个节点开始传输数据。

在一优选实施例中，上文所界定的请求消息包含至少其消息类型的标识以及已发送所述请求消息的第一节点的标识。这使得第二节点能够确定将包含在允入消息中的第一节点的标识。

为了确保由若干个第一节点发送的请求消息不起冲突，优选以一基于竞争的接入，尤其以一CSMA/CA方法来发送那些消息。

在本发明的另一实施例中，允入消息至少包含其消息类型的标识，以及对应的请求消息所源自的第一节点的标识。这使得一第一节点能够确定其是否被允许以基于竞争的接入来传输数据。

在根据本发明的方法的另一实施例中，请求消息和/或允入消息进一步包含第二节点的标识和/或所述第二节点所属的局域网的标识。由于此特征的缘故，本发明的方法可用于重叠的局域网的一系统中。

请求消息和/或允入消息可以很短。明确地说，那些消息不需要包含一经保留的时间长度，因为这与上文所描述的WLAN标准的请求发送包和清除发送包的情况是一样的。

在本发明的另一实施例中，许可消息和/或请求消息和/或允入消息具有一共同的命令帧格式，尤其是在标准IEEE 801.15.4e中所界定的命令帧格式。这种命令帧格式的一实例描述于文献[4]中。

在本发明的另一实施例中，由第二节点确认从第一节点到第二节点的数据传输。在一优选实施例中，第二节点在从时隙拥有者节点接收数据之后发送一确认。优选在下一时帧的开始处在一同步时隙或信标时隙中发送此确认。此外，第二节点可在以上文所描述的基于竞争的接入而接收数据之后发送一确认。优选在接收到以基于竞争的接入发送的数据的时隙内发送此确认。

在本发明的另一实施例中，除了上文所描述的第一间隔和第二间隔之外，时隙还包含接在第二间隔之后的一第三间隔，所述第三间隔被用于在第一间隔和第二间隔内未传输数据的情况下由第二节点发送网络通知。

除了上文所描述的方法之外，本发明还涉及一种局域网，其包括作为客户端节点的多个第一节点以及处于第一节点所及范围内且作为第一节点的一协调节点的一第二节点，其中所述网络经修改以使得可执行根据本发明的方法的用于数据传输的方法。

附图说明

现在将相对于附图来详细描述本发明的实施例，其中

图1示意了其中实施根据本发明的方法的一实施例的一个域网的一实例；

图2示意了根据本发明的一实施例的用于传输数据的连续时帧的一结构；

图3到图5示意了根据本发明的一实施例的被传输的消息的具体格式；

图6到图8示意了说明根据本发明的一实施例的用于传输数据的不同情形的图。

具体实施方式

在下文中，将基于根据标准IEEE 802.15.4e的提议来描述本发明的一实施例。一般来说，标准IEEE 802.15.4针对传感器数据的无线和低功率传输根据OSI参考模型来界定MAC层。标准IEEE 802.15.4e的提议是对用于工厂自动化中的传感器与致动器之间的数据传输的标准IEEE 802.15.4的一特定修正。传感器是指经设计用于将数据传输到一基站或网关的一无线装置。具有一传感器的功能性且另外能够处置从基站到装置的数据传输的一装置被称为致动器。因此，可将致动器视为具有从网关到致动器的下行链路传输的额外功能性的一传感器。在技术方案1的术语中(其还用于下文中)，一传感器或致动器对应于一第一节点，而网关或基站对应于一第二节点。

如之前所提及，标准IEEE 802.15.4e经设计用于工厂自动化，其中传感器和致动器定位于(例如)在汽车工业中的机器人、悬挂式轨道以及便携工具处，并收集关于机床(例如铣床或车床)的数据，并控制旋转机器人。其它应用领域是对货物或物流情形或特殊工程设计机器中的传送带的控制。依据不同的工厂自动化分支的具体需要，可举出许多实例。与工厂自动化中的传感器应用共同的是对低等待时间和高循环确定论的要求。因此，性能应允许在10毫秒内从20个传感器读取传感器数据。标准IEEE 802.15.4e通过使用细颗粒TDMA接入(TDMA＝时分多址)来满足工厂自动化的需要，其中在超帧结构中，将用于确定性接入的有保证的时隙分配给对应的第一节点。

图1示意了标准IEEE 802.15.4e的星形拓扑中的无线传感器网络的一实例。所述网络包括四个第一节点A、B、C以及D，即，与第二节点GW(为无线网络的网关)通信的对应的传感器或致动器。基于图1中所示的星形拓扑，其中所有数据传输从一第一节点被引导到第二节点或反之亦然，将描述根据本发明的数据传输方法的一实施例。

在本发明的方法中，在连续的时帧中将数据从对应的第一节点A到D传输到协调的第二节点GW。那些时帧说明于图2中。此图沿着水平时轴t示意了两个连续时帧，其中每一时帧指代所谓的超帧SF，并包括在开始时的一同步时隙BS以及在同步时隙BS之后的用于数据传输的多个传输时隙TA、TB、TC以及TD。所述同步时隙BS包括一信标B，所述信标B用于使第一节点A到D与第二节点GW之间的数据传输同步。此外，信标B包含指示在一先前超帧的传输帧中基于TDMA的数据传输是否已成功的确认。

时隙TA到TD中的每一者形成所谓的共享群组时隙，其中长度相等的若干个较小的时隙单元经串接。一共享群组时隙对应于技术方案1的意义上的一时隙。在图2的实例中，时隙TA到TD中的每一者被分配给图1的网络中的一固定的第一节点(在下文还称为时隙拥有者节点)。明确地说，时隙TA被分配给第一节点A，时隙TB被分配给第一节点B，时隙TC被分配给第一节点C，以及时隙TD被分配给第一节点D。基于此分配，使用一基于TDMA的方法来用于由一对应的第一节点在分配给此第一节点的时隙中传输数据。

如本文中所描述的方法使用CSMA/CA方法而使一基于TDMA的数据传输与一基于竞争的数据传输结合。在对应的时隙拥有者节点未使用一时隙的情况下，在所述时隙中使用用于数据传输的CSMA/CA方法。为此，将时隙TA到TD中的每一者进一步划分为若干子间隔。在图2中针对时隙TB而示意了这些子间隔的结构。此结构对于传输帧TF内的所有其它共享群组时隙是相同的。根据图2，一共享群组时隙从一开始时间t0延伸到一结束时间t3。那些时间之间的间隔被划分为三个固定的间隔I1、I2以及I3。间隔I1从时间t0延伸到时间t1，间隔I2从时间t1延伸到时间t2，且间隔I3从时间t2延伸到时间t3。根据下文中所描述的实施例，一共享群组时隙的使用在一定程度上保证了时隙拥有者节点。明确地说，时隙拥有者节点具有在其时隙的间隔I1内开始一数据传输的专有权。仅在时隙拥有者节点在此间隔内未开始一数据传输时，才使用一CSMA/CA方法来用于共享群组时隙的后续间隔I2内的数据传输。根据CSMA/CA方法，第一节点A到D中的每一者可在间隔I2内尝试发送数据。如果在间隔I2内第一节点A到D中的任一者未传输数据，那么网关GW便使用后续间隔I3，以便由对应的通知消息来通知所述网络。

到现在所描述的方法对应于如文献[1]中所描述的传输方法。如下文中所描述的本发明涉及对在以上文献[1]中所描述的方法的改进，从而解决在使用文献[1]的方法时可能发生的所谓的隐藏的节点问题。将基于图1说明此隐藏的节点问题。在图1的网络中，星形拓扑确保网关GW处于每一第一节点A、B、C以及D所及范围内。然而，不保证每一第一节点处于所述网络的所有其它第一节点所及范围内。根据图1中所示的情况，传感器节点A和B处于彼此所及范围内，且传感器节点C和D处于彼此所及范围内。然而，传感器节点A和B不处于传感器节点C和D所及范围内。因此，第一节点C和D对于第一节点A和B来说是隐藏的节点。因此，在第一节点A或B在分配给其的对应时隙中传输数据的情况下，第一节点C和D将不检测那些数据传输。因此，可能发生一种情况，即第一节点C和D在时隙TA或TB的间隔I2内基于一CSMA/CA方法而与第一节点A或B在对应的时隙A或B中进行的一传输并行地发送数据，这是因为第一节点C和D两者都将检测到一空信道。因此，将发生不可接受的数据冲突，因为对第一节点A和B有一定的保证，使其能够在对应的时隙TA和TB内传输数据。

根据本发明的方法，通过由第二节点GW广播所谓的CTS包(CTS＝清除发送)来解决上文所描述的隐藏的节点问题。此包在图3中被标示为CTS-1，且为在权利要求书的术语中的一许可消息的一实施例。明确地说，在第二节点GW在间隔I1期满之后检测到对应的时隙拥有者节点尚未开始一数据传输的情况下，其将向网络中的所有第一节点广播所述CTS包。包CTS-1的格式说明于图3中，且是基于如文献[4]中所界定的命令帧结构。根据图3，格式的第一行指示包CTS-1的对应子单元的以八位位组为单位(即，以字节为单位)的长度。所述CTS包包括一MAC标头MHR、一MAC有效负载MP以及一MAC脚注MFR。MAC标头的长度为1字节，且包含指定一帧类型的缩短的帧控制字段SFC。此缩短的帧控制字段的结构描述于文献[4]中。在图3到图5的格式中，缩短的帧控制字段SFC指示所述帧为一命令帧。MAC标头MHR之后是MAC有效负载MP，所述MAC有效负载MP包括长度为一个字节的两个字段。第一字段指定命令帧类型FT为一第一类型的一CTS包。第二字段包含一网络ID NID，所述网络ID NID指定传输CTS消息CTS-1的网络。第二字段可指定对应的网关GW的标识(例如，所述网关的发送地址)而不是一网络标识。网络ID或网关标识的使用是任选的，且仅在存在一个以上如图1中所示类型的重叠网络的情况下有关，以便辨别在不同的网络中发送的消息。CTS消息CTS-1包含长度为两个字节的一最终字段。此字段为MAC脚注，且包含对应于包的一检查和的一帧检查序列FCS。MAC脚注的结构也描述于前述文献[4]中。

根据如本文中所描述的本发明的实施例，用于允许一基于竞争的数据传输的触发不是间隔I1的期满，而是接收到上文所描述的包CTS-1。因此，解决了上文所描述的隐藏的节点问题，这是因为网关GW处于所有第一节点所及范围内，以使得确保在第二节点广播CTS包CTS-1时，时隙拥有者节点不传输数据。与在WLAN标准中发送的CTS包相比，根据图3的包CTS-1不指示一间隔。这是因为包CTS-1不具有在网络中将无线电接口保留一预定时间的功能。所述包而是向网络中的所有第一节点通知所述节点被允许基于一CSMA/CA方法来发送数据。网络中的所有节点从网络配置中了解间隔I2的长度。因此，节点了解其可在间隔I2内以基于竞争的接入来传输哪个帧。

在如上文所描述的情形中，在间隔I2内基于竞争的接入期间可能发生另一第二隐藏的节点问题。这是因为希望在间隔I2内发送数据包的一节点监听无线电接口，以便检查所述接口是否空闲，即，其是否可以发送数据。因此，在如图1中所示的网络中，在第一节点A或B以及还有第一节点C或D想要以基于竞争的接入而发送数据时，因为节点A和B不处于节点C和D所及范围内，所以将发生一数据冲突。此第二隐藏的节点问题不如上文所描述的隐藏的节点问题一样严重，因为与如之前所描述的每一第一节点拥有为此节点保留的特定时隙的基于TDMA的方案相反，基于竞争的接入并不给予节点传输数据的保证。

然而，在下文中所描述的实施例中，也解决了第二隐藏的节点问题。为此，在所有的第一节点已从第二节点GW接收到上文所描述的包CTS-1之后，希望在间隔I2内在一基于竞争的接入上发送数据的那些第一节点首先将一请求发送包RTS发送到网关GW。此RTS包为权利要求书的术语中的一请求消息的一实施例。按照CSMA/CA方法来执行包RTS的传输，即，希望发送此包的那些节点将使传输延迟一随机时间。此机制确保几乎总是只有一个RTS包到达网关GW。

请求发送包RTS的格式示意于图4中。如同包CTS-1一样，此格式是介于文献[4]中所描述的命令帧格式。与图3一致，包RTS中的第一行指示相应字段的长度，其中数字是指以字节为单位的长度。图4中的包具有与图3中的包类似的结构。明确地说，其包含一MAC标头MHR(其包括一缩短的帧控制字段SFC)、一MAC有效负载MP以及一MAC脚注FTR(其包括长度为两个字节的一帧检查序列FCS)。包RTS的MAC有效负载MP包含各自具有一个字节长的三个字段，而包CTS-1的MAC有效负载仅包含两个字节。包RTS的MAC有效负载包含指示帧类型FT为一RTS包的一第一字段。此外，包RTS包含已发送此包的第一节点的标识。这由MAC有效负载MP的一第二字段中的一短发起者地址SOA指示。而且，一网络标识NID包含在包RTS的MAC有效负载中。此NID指定发送所述包的第一节点所属的网络。网关GW的网络地址而不是网络标识可包含在MAC有效负载的最后字段中。如同包CTS-1一样，网络标识是任选的，且仅在存在若干个重叠网络时有关。在包RTS中无需指示一间隔。

在网关GW已接收到上文所描述的包RTS之后，其将立即广播一第二类型的清除发送包CTS-2，所述清除发送包CTS-2的结构示意于图5中。此CTS-2包为权利要求书的术语中的一允入消息的一实施例。包CTS-2的格式类似于图4中所示的包RTS的格式。如前所述，包CTS-2的格式是基于在文献[4]中所界定的命令帧格式。与图3和图4的包一致，图5的包格式中的第一行指示包的对应字段的字节长度。包CTS-2包含一MAC标头MHR(其包括一缩短的帧控制字段SFC)、一MAC有效负载MP以及一MAC脚注MFR(其包含一帧检查序列FCS)。MAC有效负载MP在一第一字段中包含命令帧类型FT为CTS-2包的一指示。在MAC有效负载MP的一第二字段中，包含由第二节点从其接收到先前的包RTS的第一节点的地址以作为一短目的地地址SDA。此外，网络的标识NID包含在MAC有效负载MP的最后字段中。可将网关GW的一标识而不是此网络标识包含在此字段中。如前所述，网络标识的字段是任选的，且仅在存在若干个重叠网络的情况下有关。在包CTS-2中无需包含一间隔。

包CTS-2被网络中的所有第一节点接收。具有另一地址以作为包CTS-2中所指示的短目的地地址SDA的那些第一节点而将不会在间隔I2内传输数据。与之相反，具有在包CTS-2中所指示的短目的地地址的第一节点将在间隔I2中开始传输数据。由于网关GW处于所有第一节点所及范围内的事实，所以包CTS-2将被所有第一节点接收到。因此，确保了在包CTS-2中指定的第一节点将接收所述包。此外，此节点将是使用间隔I2来用于数据传输的唯一节点。因此，避免了冲突，并解决了如上文所指出的第二隐藏的节点问题。

在下文中，将基于如图1中所示的网络中的数据传输的不同情形来描述本发明的方法。为了简明起见，假设第一节点D在网络中被切断，即，此节点不参与所述数据传输。图6到图8中的每一者示意了一共享群组时隙TA，所述共享群组时隙TA为第一节点A所拥有。图6到图8中的每一者指示不同的传输情形中的网关GW的行为以及第一节点A到C的行为。如已相对于图1所阐释，第一节点A和B处于彼此所及范围内，而传感器节点C不处于传感器节点A和B所及范围内。在图6到图8中，其中节点监听无线电接口且不传输数据的间隔由具有参考标号LI(LI＝监听)的虚线条指示。与之相比，由一节点所执行的消息的传输由具有参考标号FT(FT＝帧传输)的阴影条指示。图6到图8中的条的白色区段中的节点的状态可为监听或休眠，且在以下描述中无关。因此，未指示这些区段中的状态。

图6示意了其中第一节点A在其所拥有的时隙TA内传输数据且第一节点C想要使用时隙TA来用于数据传输的一情形。第一节点A的数据传输在间隔I1内开始且由条FT指示。在时隙TA内，网关GW将一直监听无线电接口，但其将不会发送任何消息。此外，无法听到节点A的帧传输的第一节点C也将在不检测任何帧传输的情况下一直监听无线电接口。由于第一节点C不接收一CTS包CTS-1，所以其将不会在间隔I2中开始其数据传输。因此，由第一节点A进行的数据传输将不会被干扰。

图7示意了其中第一节点A在间隔I1内不开始传输数据且第一节点C想要使用时隙TA来用于数据传输的一情形。网关GW检测到第一节点A在间隔I1内尚未开始传输数据。网关GW将广播上文所描述的CTS包CTS-1。此包被可在已接收到包CTS-1之后在时隙I2内开始一基于竞争的接入的所有第一节点A到C接收。图7涉及在不传输上文所描述的包RTS和CTS-2的情况下以CSMA/CA方法使用基于竞争的接入的一实施例。因此，在此实施例中，在不处于彼此所及范围内且希望发送数据的第一节点之间可能会发生冲突。在图7的情形中，仅第一节点C想要在间隔I2内基于一CSMA/CA方法发送数据。在CSMA/CA方法中发生的直到节点C开始帧传输FT为止的随机延迟由图7中的参考标号TD指示。在此延迟之后，在没有冲突的情况下发生帧传输FT，因为按照一基于竞争的方法，第一节点A和第一节点B都不希望发送数据。图7示意了一经确认的数据传输，其中在将帧传输到网关GW之后，由网关GW传输对应的确认ACK。

图8示意了其中传输上文所描述的消息RTS和CTS-2的实施本发明的一方法的一情形。在图8中，第一节点A在间隔I1内不开始传输数据且第一节点B和C想要使用时隙TA来用于数据传输。因此，首先由网关GW来广播包CTS-1。在接收到包CTS-1之后，所有的第一节点A到C可即刻使用时隙TA来用于基于竞争的接入。在图8的情形中，第一节点B和C两者都希望在间隔I2内发送数据。为此，节点B和C使用一CSMA/CA方法来用于发送包RTS。在图8的情形中，用于发送包RTS的随机选择的时间使得节点B首先发送包RTS。由通过包含第一节点B的地址的一对应的CTS包CTS-2作出应答的网关GW来接收此包。第一节点B和C两者均接收到包CTS-2。第一节点B将认识到包CTS-2包含其作为目的地地址SDA的地址，且将在此后开始帧传输FT。由CSMA/CA方法引发的直到帧传输为止的总延迟在图8中由参考标号TD指示。与之相反，节点C确定其自身的地址不同于包CTS-2的目的地地址。因此，第一节点C将不会开始一帧传输FT。类似于图7的情形，由网关GW用一对应的确认ACK来确认帧传输FT。

前文中所描述的本发明的实施例解决了隐藏的节点问题。此问题导致在个域网内在一基于TDMA的接入下以及在一基于竞争的接入下从不处于彼此所及范围内的第一节点进行数据传输的冲突(尤其是基于标准IEEE802.15.4e)。由于在上文所描述的实施例中不再发生隐藏的节点问题，所以改善了一网络中的数据传输的可靠性。

参考文献列表：

[1]迈克尔巴哈尔(Michael Bahr)、诺伯特维卡利(Norbert Vicari)、路德维希温克尔(Ludwig Winkel)：共享群组时隙(Shared Group Timeslots)

IEEE 802.15-Dokument 15-08/0827r0，2008年11月

[2]IEEE 802：第15.4部分：用于低速率无线个域网(WPAN)的无线媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范(Wireless Medium AccessControl(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for Low-Rate WirelessPersonal Area Networks(WPANs))

IEEE Std 802.15.4^TM-2006

2006年9月

[3]IEEE 802：第11部分：无线LAN媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范(Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and PhysicalLayer(PHY)Specifications)

IEEE Std 802.11^TM-2007

2007年6月

[4]迈克尔巴哈尔、诺伯特维卡利、路德维希温克尔：对工厂自动化的提议(Proposal for Factory Automation)

IEEE 802.15-Dokument 15-08/0572r0，2008年8月

Claims (19)

1.一种用于一局域网中的数据传输的方法，其中通过连续的时帧(SF)在多个第一节点(A、B、C、D)和一第二节点(GW)之间于MAC层上传输数据，所述第一节点(A、B、C、D)作为客户端节点，所述第二节点(GW)作为所述第一节点(A、B、C、D)的协调节点且处于所述第一节点(A、B、C、D)所及的范围内，一时帧(SF)包括多个时隙(TA、TB、TC、TD)，其中

每一时隙(TA、TB、TC、TD)被分配给一第一节点(A、B、C、D)，该第一节点(A、B、C、D)为时隙拥有者节点，其被允许以独占方式在一第一间隔(I1)内的一时间点开始传输数据，该第一间隔(I1)在该时隙(TA、TB、TC、TD)的起始处；

在所述时隙拥有者节点尚未开始在所述第一间隔(I1)内的一时间点传输数据的情况下，所述多个第一节点(A、B、C、D)中的一个或多个第一节点(A、B、C、D)被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)以在一第二间隔(I2)中传输数据，所述第二间隔(I2)接在所述第一间隔(I1)之后；

其特征在于

所述第二节点(GW)在所述第一间隔(I1)的结束处确定所述时隙拥有者节点是否已开始传输数据；

所述第二节点(GW)在确定所述时隙拥有者节点尚未开始传输数据的情况下，在所述局域网中广播一许可消息(CTS-1)；

每一第一节点(A、B、C、D)仅在从所述第二节点(GW)接收到所述许可消息(CTS-1)之后才被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在一无线个域网中，尤其在一无线传感器网络中传输所述数据，其中每一第一节点(A、B、C、D)为一传感器，所述第二节点(GW)为所述传感器网络中的一基站，所述第一节点(A、B、C、D)将传感器数据传输到所述第二节点(GW)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中根据标准IEEE 802.15.4，尤其根据标准IEEE 802.15.4e来传输所述无线个域网中的所述数据。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述基于竞争的接入是基于一CSMA/CA方法。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述许可消息(CTS-1)包含至少一其消息类型的标识。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述许可消息(CTS-1)进一步包含所述第二节点(GW)的一标识(NID)和/或所述第二节点(GW)所属的所述局域网的一标识(NID)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述许可消息(CTS-1)不包含一经保留的时间长度。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中

想要以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)传输数据的每一第一节点(A、B、C、D)首先在所述局域网中在所述第二间隔(I2)内发送一请求消息(RTS)；

所述第二节点(GW)于所述第二间隔(I2)内第一次接收到一请求消息(RTS)后，所述第二节点(GW)在所述局域网中广播一允入消息(CTS-2)，该允入消息(CTS-2)标识所述请求消息(RTS)所源自的所述第一节点(A、B、C、D)；

接收所述允入消息(CTS-2)且未被所述允入消息(CTS-2)所标识的每一第一节点(A、B、C、D)不进行数据传输；

接收所述允入消息(CTS-2)且被所述允入消息(CTS-2)所标识的第一节点(A、B、C、D)开始传输其数据。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述请求消息(RTS)至少包含其消息类型的标识，以及已发送该请求消息(RTS)的所述第一节点(A、B、C、D)的标识。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中以基于竞争的接入，尤其是以一CSMA/CA方法来发送一请求消息(RTS)。

11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述允入消息(CTS-2)至少包含其消息类型的标识，以及对应的请求消息(RTS)所源自的所述第一节点(A、B、C、D)的标识。

12.根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其中所述请求消息(RTS)和/或所述允入消息(CTS-2)进一步包含所述第二节点(GW)的标识(NID)和/或所述第二节点(GW)所属的所述局域网的标识(NID)。

13.根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其中所述请求消息(RTS)和/或所述允入消息(CTS-2)不包含一经保留的时间长度。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述许可消息(CTS-1)和/或所述请求消息(RTS)和/或所述允入消息(CTS-2)具有一共同的命令帧格式，尤其是在标准IEEE 802.15.4e中所界定的命令帧格式。

15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第二节点(GW)在接收到来自所述时隙拥有者节点的数据之后发送一确认，优选在下一时帧(SF)开始处的一同步时隙(BS)中发送所述确认。

16.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第二节点(GW)在接收到以基于竞争的接入发送的数据之后发送一确认(ACK)，优选在接收到以基于竞争的接入发送的数据的所述时隙(TA、TB、TC、TD)内发送所述确认。

17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中一时隙(TA、TB、TC、TD)包含一第三间隔(I3)，所述第三间隔(I3)在所述第二间隔(I2)之后，在所述第一间隔和第二间隔(I1、I2)内未传输数据的情况下，所述第二节点(GW)在所述第三间隔(I3)发送网络通知。

18.一种局域网，其包括作为客户端节点的多个第一节点(A、B、C、D)以及处于所述第一节点(A、B、C、D)所及范围内并作为所述第一节点(A、B、C、D)的一协调节点的一第二节点(GW)，其中所述网络配置为在所述多个第一节点(A、B、C、D)和所述第二节点(GW)之间通过连续的时帧(SF)在MAC层上进行数据传输，一时帧(SF)包括多个时隙(TA、TB、TC、TD)，其中

每一时隙(TA、TB、TC、TD)被分配给一第一节点(A、B、C、D)，该第一节点(A、B、C、D)为时隙拥有者节点，其被允许以独占方式在一第一间隔(I1)内的一时间点开始传输数据，该第一间隔(I1)在该时隙(TA、TB、TC、TD)的起始处；

在所述时隙拥有者节点尚未开始在所述第一间隔(I1)内的一时间点传输数据的情况下，所述多个第一节点(A、B、C、D)中的一个或多个第一节点(A、B、C、D)被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙以在一第二间隙(I2)中传输数据，所述第二间隔(I2)接在所述第一间隔(I1)之后；

其特征在于

所述第二节点(GW)在所述第一间隔(I1)的结束处确定所述时隙拥有者节点是否已开始传输数据；

所述第二节点(GW)在确定所述时隙拥有者节点尚未开始传输数据的情况下，在所述局域网中广播一许可消息(CTS-1)；

每一第一节点(A、B、C、D)仅在从所述第二节点(GW)接收到所述许可消息(CTS-1)之后才被允许以基于竞争的接入来使用所述时隙(TA、TB、TC、TD)传输数据。

19.根据权利要求18所述的网络，其中所述网络适于执行根据权利要求2到18中任一权利要求所述的方法。

Images