CN102332936A - 在基于信标的无线个人域网中管理信道资源的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置及方法，本发明的节点装置，生成PRBS，并利用PRBS来考虑可用的信道数生成跳频序列，从而生成具有具伪随机性特征的跳频序列，并使用跳频序列来选择将要跳频的信道。

Description

在基于信标的无线个人域网中管理信道资源的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种生成和管理基本信道跳频序列的方法，其为改进在多跳环境中发生的无线干扰所带来的性能热化，用于使用基于分时的信道跳频技法的MAC系统。
背景技术
基于低电力的WSN(Wireless Sensor Network)系统中，用于构建要求实时性和高度信赖性的服务的最具代表性的MAC技术，是根据调度(scheduling)方法，将独立的活动时长(active duration)分配后，在相关活动时长(active duration)期间支持通信。节点装置为与其他节点装置通信，在一种叫CAP(ContentionAccess Period)的区间期间，使用CSMA-CA(Carrier Sense MultipleAccess-Collision Avoidance)接收被传达的数据。在基于信标的操作模式中，当节点试图访问确定性的(deterministic)信道时，节点装置可接收分配的一种叫GTS(guaranteed time slot)的独立性时间空档(time slot)从而访问信道。但，在此类MAC系统中，由于在使用链路的期间使用单一频率，所以存在对同一RF频带的干扰信号较弱、具有难以可变地调度通信链路带宽的问题。
为改进使用单一频率的MAC系统中的此类问题，提出了基于分时的信道跳频方式的信道访问方式。用于信道跳频的信道跳频序列，可根据用户的情况被定义在MAC的上一层，但其不能支持多样化的媒体PHY，不能保障使用的序列的伪随机性。
发明内容
技术课题
本发明的实施例，提供一种在基于信标的无线个人域网中管理信道资源的装置和方法。
技术方案
根据本发明的一个实施例的用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置，包括伪随机二元序列PRBS生成单元、跳频序列生成单元和信道选择单元。PRBS生成单元生成PRBS(Pseudo Random Binary Sequence)；跳频序列生成单元，从第一个因子开始按顺序确认所述PRBS的因子值直到跳频序列中所包的因子数与最大信道数相一致，如果确认到的因子值比所述最大信道数小的话，将所述确认到的因子值包含至所述跳频序列中，来生成所述跳频序列；信道选择单元，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
根据本发明的一个实施例的用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置，包括伪随机二元序列PRBS生成单元、跳频序列生成单元和信道选择单元。PRBS生成单元生成PRBS(Pseudo Random Binary Sequence)；跳频序列生成单元，生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列，并在所述PRBS中提取所述相当于最大信道数的因子生成临时PRBS，并对所述临时PRBS中包含的所有因子，从第一个因子开始按顺序地确认所述临时PRBS的因子值，将与确认的序号相对应的所述临时跳频序列的因子作为第一因子，并将以在第一因子的位置上确认到的因子值进行循环移位的位置上的因子作为第二因子，将所述第一因子与第二因子交换(swap)，并利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，将被交换的所述临时跳频序列生成为跳频序列；信道选择单元，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
根据本发明的一个实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中管理信道资源的方法，包括以下步骤：生成PRBS(Pseudo Random BinarySequence)；从第一个因子开始按顺序确认所述PRBS的因子值，如果确认到的因子值比所述最大信道数小的话，将所述确认到的因子值包含至跳频序列中来生成序列；重复所述序列生成的步骤直到所述跳频序列所包含的因子数与所述最大信道数相同；和选择信道，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
根据本发明的一个实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中管理信道资源的方法，包括以下步骤：生成PRBS(Pseudo Random BinarySequence)；生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列；在所述PRBS中提取所述相当于最大信道数的因子，生成临时PRBS；从第一个因子开始，按顺序地确认所述临时PRBS的因子值，将与确认的序号相对应的所述临时跳频序列的因子作为第一因子，并将以第一因子位置上所确认到的因子值进行循环移位的位置上的因子作为第二因子，将所述第一因子与第二因子交换；利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，执行所述交换步骤；利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，将被交换的所述临时跳频序列设定为跳频序列；和选择信道，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
技术效果
本发明涉及一种在基于信标的无线个人域网的节点装置中生成具有伪随机性(Pseudo-randomness)特征的跳频序列来管理信道资源的节点装置和方法，其可减少由于序列的伪随机性所产生的与异种无线装置的无线干涉，对无线信道环境不具备知识也可在平均概率的立场上获得最大的信道多重化效果。此外，可对具有多个互不相同的可用频率信道数的物理层生成WPAN内的可变性的共同信道序列。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，要分时的信道跳频的示图；
图2是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网中生成跳频序列的节点装置的构造的示图；
图3是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，生成跳频序列的一个例子的流程图；和
图4是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，生成跳频序列的另一个例子的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对根据本发明的实施例进行详细说明。
本发明提高一种装置和方法，其在基于信标的无线个域网中生成具伪随机性(Pseudo-randomness)特征的跳频序列来管理信道资源。
图1是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，要分时的信道跳频的示图。
参照图1，本发明的基于信标的无线个人域网的节点装置，如图1所示，具有可在按时间被区分的时间空档和各空档中使用的具备多个信道资源的帧构造，生成具有伪随机性(Pseudo-randomness)特征的跳频序列，来选择将要跳频的信道。图1中用黑色表示的部分表示频的信道。
图1中，CAP(Contention Access Period)表示基于竞争的信道访问区间，CFP(Contention Free Period)作为基于非竞争的信道访问区间，是可通过表示协调器(coordinator)向特定节点分配的时间空档的GTS(Guaranteed Time Slot)来访问信道的区间。
图2是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网中，生成跳频序列的节点装置的构造的示图。
参照图2，基于信标的无线个人域网的点装置200包括PRBS(PseudoRandom Binary Sequence)生成单元202、跳频序列生成单元212、信道选择单元214和发信单元222。在这种情况下，跳频序列生成单元212和信道选择单元214可被包括在MAC(Medium Access Control)层，发信单元222可被包括在物理层。
PRBS生成单元202生成具有伪随机性的PRBS。PRBS生成单元202依据下面的[数学公式1]的12次多项式或9次多项式，将特定的种子值(Seed Value)作为原始值来生成PRBS。在这种情况下，测定种子值可为255。
[数学公式1]
12次多项式：x12+x11+x10+x4+1
9次多项式：x9+x5+1
根据所述的多项式生成序列的方法，可以在线性移位寄存器(LinearShift Register)或查询表(Look-up table)中使用。
根据12次多项式生成的序列，被生成为具有0到4095的元素值的长度为4096的序列，根据9次多项式生成的序列，被生成为具有0到511的元素值的长度为512的序列。
跳频序列生成单元212，利用PRBS生成跳频序列macHoppingSequenceList，跳频序列生成单元212，根据本发明的实施例，可用两种方法生成跳频序列。
第一个方法，跳频序列生成单元212，从第一个因子开始，按顺序确认PRBS的因子值，直到跳频序列中所包含的因子数与最大信道数phyChannelsSupported相一致，如果确认到的因子值比最大信道数小的话，将确认到的因子值包含至所述跳频序列中生成跳频序列；此时，最大信道数表示在物理层中可用的信道数。
第二个方法，跳频序列生成单元212，首先生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列，并在PRBS中提取相当于最大信道数的因子，生成临时PRBS。此外，跳频序列生成单元212，对临时PRBS中包含的所有因子，从第一个因子开始按顺序地确认临时PRBS的因子值，将与确认的序号相对应的临时跳频序列的因子作为第一因子，并将以在第一因子位置上确认到的因子值进行循环移位(Cyclic shift)的位置上的因子作为第二因子，将第一因子与第二因子交换，并利用临时PRBS中包含的所有因子值，将被交换的临时跳频序列生成为跳频序列。在这种情况下，跳频序列生成单元212可将{0、1、2、......最大信道数-1}生成为临时跳频序列。
信道选择单元214，利用在跳频序生成单元212中生成的跳频序列，选择在按时间区分的时间空档中要使用的信道。则，信道选择单元214选择将要跳频的信道。
信道选择单元214，可依据下面的[数学公式2]到[数学公式4]的方法来选择将要跳频的信道。
[数学公式2]
CH＝macHoppingSequenceList(i％phyChannelsSupported)
[数学公式3]
CH＝macHoppingSequenceList((i+channeloffset)％phyChannelsSupported)
[数学公式4]
CH＝macHoppingSequenceList((i+channeloffset+BSN)％phyChannelsSupported)
[数学公式2]到[数学公式4]中，CH是要跳频的信道，macHoppingSequenceList是跳频序列，i是时间空档的序号，channel offset是用于防止信道冲突的偏移，BSN(beacon sequence number)是信标序列号。在这种情况下，BSN可从PAN协调器(Personal Area Network coordinator)中被接收。
发信单元222，可跳频至被信道选择单元214选择出的信道，同时发送数据帧。
以下，将在下面参照附图，来对在如上所述结构的根据本发明的基于信标的无线个人域网的节点装置中生成跳频序列的方法进行说明。
图3是示出根据本发明的实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，生成跳频序列的一个例子的流程图。
参照图3，基于信标的无线个人域网的节点装置在步骤310中生成PRBS。此外，节点装置，在步骤312中，确认PRBS因子中的第一个因子值。
此外，节点装置在步骤314中确认被确认到的因子值是否小于最大信道数。当步骤314的确认结果是被确认到的因子值大于或等于最大信道数时，节点装置将进行步骤320。步骤320的说明将在说明步骤318之后再进行说明。当步骤314的确认结果是被确认到的因子值比最大信道数小时，节点装置在步骤316中将确认到的因子值包含在跳频序列中。
此外，节点装置在步骤318中确认跳频序列中所包含的因子数是否小于最大信道数。即，节点装置确认跳频序列是否已被完成。
当步骤318的确认结果是跳频序列中所包含的因子数小于最大信道数时，节点装置在320步骤中确认PRBS中下一个序号的因子值并返回至步骤314。
当步骤318的确认结果是跳频序列中所包含的因子数大于或等于最大信道数时，节点装置结束本算法。
图4是示出根据本发明的一个实施例的在基于信标的无线个人域网的节点装置中，生成跳频序列的另一个例子的流程图。
参照图4，基于信标的无线个人域网的节点装置在步骤410中生成PRBS。此外，节点装置在步骤412中生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列。此外，节点装置，在步骤414中，在PRBS中提取所述相当于最大信道数的因子来生成临时PRBS。
此外，节点装置在步骤416中，在临时PRBS的因子中确认第一个因子值。
此外，节点装置在步骤418中，将在临时PRBS中确认到的序号相对应的临时跳频序列的因子作为第一因子。此外，节点装置在步骤420中，将以在第一因子位置上确认到的因子值进行循环移位的位置上的因子作为第二因子。此外，节点装置，在步骤422中，将临时跳频的第一因子与第二因子交换。
此外，节点装置在步骤424中，确认是否利用临时PRBS的所有因子执行了步骤422的交换。
当步骤424的确认结果是没有利用临时PRBS中的所有因子执行交换时，节点装置在步骤426中，在临时PRBS中确认下一个序号的因子值，并返回到步骤418。
当步骤424的确认结果是利用临时PRBS中的所有因子执行了交换的话，节点装置在步骤428中，利用临时PRBS中所包含的所有因子值，将被交换的临时跳频序列变更及设定为跳频序列。
根据本发明的实施例的方法，包括包含由计算机执行各种操作的程序指令的计算机可读媒体。该媒体计算机可读还可包括，独立的或结合的程序指令、数据文件、数据结构、表等。媒体和程序指令可专门为本发明的目的设计和生成，或为计算机软件技术人员熟知而应用。
如上所示，本发明虽然已参照有限的实施例和附图进行了说明，但是本发明并不局限于所述实施例，在本发明所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。
因此，本发明的范围不受说明的实施例的局限或定义，而是由后附的权利要求范围以及权利要求范围等同内容定义。

Claims (18)

1.一种用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置，包括：
PRBS生成单元，其生成伪随机二元序列PRBS；
跳频序列生成单元，其从第一个因子开始按顺序确认所述PRBS的因子值直到跳频序列中所包含的因子数与最大信道数相一致，如果确认到的因子值比所述最大信道数小的话，将所述确认到的因子值包含至所述跳频序列中，来生成所述跳频序列；和
信道选择单元，其利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
2.如权利要求1中所述的用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置，其中，所述信道选择单元，将所述时隙的序号以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
3.如权利要求1中所述的节点装置，其中，所述信道选择单元，向所述时间空档的序号中加上信道跳频偏移值，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
4.如权利要求1中所述的节点装置，其中，所述信道选择单元，向所述时间空档的序号加上信道跳频偏移量值和信标序列号BSN，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
5.如权利要求4中所述的节点装置，其中，所述信标序列号，从个人域网协调器PAN coordinator中被接收。
6.一种用于管理信道资源的基于信标的无线个人域网的节点装置，包括：
PRBS生成单元，其生成伪随机二元序列PRBS；
跳频序列生成单元，其生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列，并在所述PRBS中提取所述相当于最大信道数的因子生成临时PRBS，并对所述临时PRBS中包含的所有因子，从第一个因子开始按顺序地确认所述临时PRBS的因子值，将与确认的序号相对应的所述临时跳频序列的因子作为第一因子，并将以在第一因子的位置上确认到的因子值进行循环移位的位置上的因子作为第二因子，将所述第一因子与第二因子交换，并利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，将被交换的所述临时跳频序列生成为跳频序列；
信道选择单元，其利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
7.如权利要求6中所述的节点装置，其中所述跳频序列生成单元，将{0、1、2、......所述最大信道数-1}生成为所述临时跳频序列。
8.如权利要求6中所述的节点装置，其中，所述信道选择单元，将所述时间空档的序号以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
9.如权利要求6中所述的节点装置，其中，所述信道选择单元，向所述时间空档的序号加上信道跳频偏移值，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
10.如权利要求6中所述的节点装置，其中，所述信道选择单元，向所述时间空档的序号加上信道跳频偏移值和信标序列号BSN，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
11.如权利要求10中所述的节点装置，其中，所述信标序列号，从个人域网协调器PAN coordinator中被接收。
12.一种在基于信标的无线个人域网的节点装置中管理信道资源的方法，包括以下步骤：
生成PRBS；
生成序列，即，从第一个因子开始按顺序确认所述PRBS的因子值，如果确认到的因子值比最大信道数小的话，将所述确认到的因子值包含至跳频序列中来生成序列；
重复所述生成序列的步骤，直到所述跳频序列中所包含的因子数与所述最大信道数相同；和
选择信道，即，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
13.如权利要求12中所述的管理信道资源的方法，其中，所述选择信道的步骤，向所述时间空档的序号中加上信道跳频偏移值和信标序列号BSN，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
14.如权利要求12中所述的管理信道资源的方法，其中，所述信标序列号，从个人域网协调器PAN coordinator中被接收。
15.一种在基于信标的无线个人域网的节点装置中管理信道资源的方法，包括以下步骤：
生成PRBS；
生成由相当于最大信道数的因子所构成的临时跳频序列；
在所述PRBS中提取相当于所述最大信道数的因子，生成临时PRBS；
从第一个因子开始，按顺序地确认所述临时PRBS的因子值，将与确认的序号相对应的所述临时跳频序列的因子作为第一因子，并将以在第一因子的位置上所确认到的因子值进行循环移位的位置上的因子作为第二因子，将所述第一因子与第二因子交换；
利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，执行所述交换步骤；
利用所述临时PRBS中包含的所有因子值，将被交换的所述临时跳频序列设定为跳频序列；
选择信道，即，利用所述频跳序列，选择在按时间区分的时间空档中将要使用的信道。
16.如权利要求15中所述的管理信道资源的方法，其中，生成所述临时跳频序列的步骤，将{0、1、2、......所述最大信道数-1}生成为所述临时跳频序列。
17.如权利要求15中所述的管理信道资源的方法，其中，所述选择信道的步骤，向所述时间空档的序号中加上信道跳频偏移值和信标序列号BSN，将加算的结果以所述最大信道数进行MOD运算求出余数值，并将所述跳频序列中与所述余数值相对应的序号的因子选择为信道。
18.如权利要求17中所述的管理信道资源的方法，其中，所述信标序列号，从个人域网协调器PAN coordinator中被接收。
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