CN102474359A - 无线体域网中的通信方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了短距离无线通信。无线体域网(WBAN)中所包括的第一节点与至少一个邻近的第二节点通信。第一节点使用顺序排列了时分多址(TDMA)时段、TDMA调度宣告消息(AD消息)发送时段和竞争访问时段(CAP)的超帧，在TDMA时段期间向与第一节点连接的至少一个设备节点发送数据或者从与第一节点连接的至少一个设备节点接收数据。第一节点在超帧内的AD消息发送时段期间将第一节点的AD消息广播给至少一个第二节点。当在超帧内的CAP期间从第二节点接收到AD消息时，第一节点使用所接收的AD消息来调整与第一节点连接的至少一个设备节点的数据发送或接收时间。

Description

无线体域网中的通信方法和装置
技术领域
本发明一般涉及短距离无线通信，更具体地，涉及用于无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)环境中多个微微网(piconet)共存的通信方法和装置。
背景技术
WBAN是指特定的短距离无线通信，这是对国际标准IEEE(Institute ofElectrical and Electronic Engineers，电气和电子工程师学会)802.15.6 TG6 BAN的发展。WBAN可以通过在约三米内的身体区域中的通信网络，用于诸如远程医疗的医疗服务中、以及用于可穿戴计算或使用运动传感器的娱乐服务中。
在WBAN中，每个个人构成一个网络，该网络被称为“微微网”。微微网可以由一个协调器节点和多个设备节点组成。协调器节点可以是移动电话，并且设备节点可以是附着到人体的各种个人设备。WBAN的行为类似于传感器网络，因此当在有限空间内存在很多人时或者当人移动时，容易出现由多个微微网之间的干扰所造成的“冲突问题”。因此，需要设计用于WBAN的专用介质访问控制(MAC)协议。
为了设计用于WBAN的专用MAC协议，可以考虑载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access，CSMA)和时分多址(TDMA)。
CSMA不要求节点之间的时间同步，并且在低竞争环境中显示出高信道利用率和低延迟。然而，在高竞争环境(其中，干扰范围内的节点数量增加)中，由于冲突的增加以及退避所造成的不可预知延迟的增加而发生性能下降。因此，当在狭窄空间中存在多个微微网且需要实时响应时，难以将CSMA应用于WBAN。
TDMA具有高信道利用率、冲突少、以及在高竞争环境中没有不可预知延迟的优势，但是具有由于时间同步所造成的开销问题。一般地，TDMA需要用于时间同步的参考节点，即，时间同步根，并且当节点进入新的节点或移动时，TDMA为了时间同步而消耗大量时间和能量。
因此，需要以CSMA和TDMA的融合(convergence)形式在WBAN中对MAC协议进行研究，这可以克服这两种方案的缺点。
发明内容
本发明的一个方面是解决至少上述问题和/或缺点，并至少提供如下描述的优势。因此，本发明的一个方面提供了能够在WBAN的高竞争环境中提供高信道利用率的通信方法和装置。
本发明的另一方面提供了当在WBAN中多个微微网彼此相邻时能够减少数据发送冲突的通信方法和装置。
本发明的另一方面提供了当在WBAN中多个微微网彼此相邻时能够降低数据发送延迟的通信方法和装置。
本发明的另一方面提供了即使在WBAN中多个微微网彼此相邻的环境中，也能够减少TDMA数据发送期间由时间同步所造成的开销的通信方法和装置。
根据本发明的某些实施方式的一个方面，提供一种通信方法，其中，WBAN中所包括的第一节点与至少一个邻近的第二节点通信，该通信方法包括：使用顺序排列了时分通信时段、时分调度宣告消息发送时段和竞争访问时段(CAP)的超帧，在时分通信时段期间向与第一节点连接的至少一个设备节点发送数据或者从与第一节点连接的至少一个设备节点接收数据；在超帧内的时分调度宣告消息发送时段期间，将第一节点的时分调度宣告消息广播给至少一个第二节点；以及当在超帧内的CAP期间从第二节点接收到时分调度宣告消息时，使用所接收的时分调度宣告消息来调整与第一节点连接的至少一个设备节点的数据发送或接收时间。
根据本发明的实施例，在WBAN的高竞争环境中提供了高信道利用率，当多个微微网彼此相邻时能够减少数据发送冲突，能够防止数据发送延迟，并且能够减少在TDMA数据发送期间由时间同步所产生的开销。
附图说明
图1是图示根据本发明的实施例的微微网结构的示图；
图2是图示根据本发明的实施例的网络设备的结构的框图；
图3是图示根据本发明的实施例的时间表更新过程的示图；
图4是图示根据本发明的实施例的AD消息的配置的示图；
图5是图示数据冲突的例子的示图；
图6、图7、图8、图9和图10是图示根据本发明的实施例的帧结构的示图；以及
图11和图12是图示根据本发明的实施例的协调器节点的操作过程的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的实施例。以下的详细说明包括具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言明显的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下被实施。
根据本发明，WBAN由多个为移动性而设计的无线通信节点组成。无线通信节点(下文中被称为“节点”)可以是例如移动通信终端、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)或传感器节点，但是无线通信节点不限于此。传感器节点是指具有观察物理现象所需的感测和通讯功能的设备。传感器节点是构成无线传感器网络的基本元素，并且传感器节点可以是例如智能微尘(smartdust)。传感器节点也可以是置入人体的医疗设备。无线通信节点可以作为一个独立的节点工作，或者无线通信节点可以包含在很小的区域网络，即由主节点和主节点的一个或多个从节点组成的微微网中，作为主节点或从属节点。由于独立节点可以被认为是没有任何从属节点的主节点，因此下文中主节点可以被解释为包括没有任何从属节点的独立节点。当独立节点或微微网移动时，WBAN可以反复分离、整合或修改。下文中，与主节点相对应的节点将被称为协调器节点，并且与从属节点相对应的节点将被称为设备节点。
协调器节点可以直接与从属节点或一定通信范围内的其他协调器节点通信。在上述两种情况下，根据本发明的方法，CSMA方案和TDMA方案都可以使用。有利的是，关于定期生成的且对发送延迟敏感的业务使用TDMA，并且关于不定期生成的且对发送延迟不敏感的业务使用CSMA。
根据本发明的实施例，可以通过在协调器节点之间交换信息来执行TDMA发送调度，并且期望从属节点根据一个协调器节点的命令与另一协调器节点同步地操作。
在从属节点需要用于TDMA通信的时隙的情况下，如果从属节点请求协调器节点分配时隙，那么协调器节点考虑由邻近的协调器节点或独立节点所使用的时隙来确定所请求的时隙，将对时隙的分配通知给规定范围内的节点，并且向从属节点分配该时隙。在以下描述中，节点是指独立节点，或者属于一个微微网的协调器节点。
如果微微网所占据的物理空间如此广泛，以至于在协调器节点的干扰范围与从属节点的干扰范围之间存在很大差异，那么由于协调器节点不能执行时隙预留，因此从属节点可以像独立节点那样操作。
本发明提供了分布式TDMA MAC协议，该MAC协议是支持节点的移动性并且避免微微网之间干扰的CSMA/TDMA融合方案的MAC协议。这种分布式TDMA方案通过交换控制消息避免了干扰，并且即使在多个微微网之间没有建立时间同步的情况下也能实现通信。在分布式TDMA方案中，所有节点并不总是基于特定节点的计时器来调整时间同步，而且每个节点在保持它自己的时间参考的同时确认其他节点的时隙调度。
接下来，每个协调器节点计算它的计时器与另一协调且节点的计时器之间的时间差，将计算的时间差应用于从邻近微微网的协调器节点接收的时间值，并且将接收的时间值改变为基于它的计时器的时间值，从而在没有单个明确时间参考的情况下交换与其他协调器节点的时间有关的信息。
换句话说，在分布式TDMA方案中，协调器节点从邻近微微网的协调器节点接收邻近协调器节点的时隙信息，使用该时隙信息来计算它的计时器与邻近协调器节点的计时器之间的时间偏移量，并且使用所计算的时间偏移量将由邻近协调器节点所预留或使用的时隙的时间值改变为基于它的计时器的时间值。因此，协调器节点能够在没有对于特定参考时间的同步过程的情况下准确地确认为邻近协调器节点指定的时隙时段，并且能够指定将由其本身使用的时隙时段。
为此，协调器节点包括用于存储它自己的或另一节点的时隙信息的时间表，并且邻近的协调器节点交换被称为TDMA调度宣告消息(下文中，称为“AD消息”)的控制消息，以便交换它们的时隙信息。如果通过AD消息的交换确定在TDMA时段内协调器节点的发送时间与邻近微微网的发送时间重叠，则协调器节点将数据发送时段改变为超帧内的非重叠时段，从而避免干扰。
图1图示了应用了分布式TDMA方案的WBAN中的多个微微网的例子。在图1中，示出了彼此相邻的第一微微网10和第二微微网20。第一微微网10由协调器节点11和多个设备节点12、13、14、15和16组成。第二微微网20由协调器节点21和多个设备节点22、23、24和25组成。
图2示出了每个协调器节点11和12中所包括的网络设备的配置的例子。根据本发明的实施例的网络设备包括处理器110、收发器120和存储器130。
处理器110根据WBAN中节点的通信操作来控制收发器120和存储器130。处理器110包括用于计时的计时器。
收发器120在处理器110的控制下通过节点之间形成的通信链路发送或接收数据，并且处理所发送和接收的数据。
存储器130存储节点在WBAN中通信所需的信息，并且存储用于TDMA通信的时隙信息。时隙信息包括与节点的时隙有关的信息以及与每个邻近节点的时隙有关的信息。根据本发明的实施例，时隙信息以时间表的形式存储。
根据本发明的实施例，处理器110通过收发器120广播存储器130中存储的时隙信息，并且当从邻近节点接收到时隙信息时，处理器110使用邻近节点的时隙信息来计算它的计时器与邻近节点的计时器之间的时间偏移量。然后，处理器110使用计算的时间偏移量来将从邻近节点接收到的时隙信息中所包括的时间值校正为基于它的计时器的时间值。在这种情况下，不校正时隙的长度。
时隙信息表示与由节点分配或者由节点正在使用、用于通过TDMA发送和接收数据的时隙有关的信息。时隙信息包括节点的标识信息、一帧中与节点相应地指定的每个时隙的开始时间和长度信息。下面在表1中列出了时间表中存储的、表示时隙信息的条目。
表1
Figure BDA0000130800600000051
时间表中每个条目对应于指定给任意节点的时隙。如果一个节点使用多个分离的时隙，那么在一个表中可以包含关于同一节点的多个条目。在表1中，节点地址表示已经为其预留该时隙的节点的地址，以表现该条目表示哪个节点，而且节点地址可以用作节点的标识信息。跳数表示邻近节点与该节点相隔多少跳，并且该节点的跳数为0。时间偏移量表示节点的计时器与邻近节点的计时器之间的时间差。时隙开始时间表示基于帧的起点的、与条目相对应的时隙的开始时间。时隙长度表示时隙的长度，也就是说，时间段。版本信息指示信息的更新程度，并表示最近条目的信息何时被更新。竞争访问时段(CAP)信息表示与设置给节点的CAP有关的信息，并指示CAP的起点和长度。
当协调器节点第一次启动时，上述时间表不包括任何条目。然而，如果协调器节点在启动之后接收到来自另一节点的时隙信息或预留时隙，那么处理器110生成与其相对应的表条目。也就是说，时隙表的条目包括与节点将使用的时隙有关的信息。如果生成时隙表的条目，那么处理器110定期地或随机地反复广播与当前时隙表的内容相对应的时隙信息。
现在将参照图3和图4描述时隙表的配置、更新和存储过程。在图3中，三个协调器节点A、B和C是多个微微网的协调器节点。超帧310、320和330分别对应于协调器节点A、B和C。
每个协调器节点A、B和C都包括图2所示的网络设备。每个协调器节点在其超帧内的任意位置处具有TDMA发送时段。在TDMA发送时段内，每个协调器节点执行关于每个设备节点的数据发送时段调度。除了TDMA发送时段以外的其他时段使用CSMA。协调器节点A、B和C可以通过一跳相互连接。
在图3中，通过与表示协调器节点A、B和C的图案相同的图案来指示在超帧310、320和330中由协调器节点A、B和C所占用的时隙时段。在相应节点中，超帧310、320和330于在节点之间调度的时间点开始。换句话说，在所有节点中，用于TDMA通信的超帧的时段是相同的，而且在节点中超帧的开始时间也是相同的。例如，如果超帧的时段为10秒，那么基于每个节点的计时器，超帧的开始时间可以是每分钟的0、10、20、30、40或50秒。如果所有节点的计时器基于相同时间开始计时，那么在节点之间没有必要执行时间同步。然而，由于节点的计时器可能基于不同时间开始计时，因此节点的计时器之间可能出现时间差。即，即使超帧在确定的时间开始，相应节点的超帧的开始时间也可能明显不同。
在图3中，与协调器节点A、B和C相对应的超帧310、320和330具有明显不同的开始时间。也就是说，协调器节点A、B和C的计时器具有不同的时间参考。在各个协调器节点中时隙的开始时间是基于各自超帧的开始时间的STA、STB、STC，而且时隙的长度是DA、DB、DC。图3所示的超帧结构是用于解释时间表的配置的结构。
如果每个协调器节点在启动之后从另一协调器节点接收到时隙信息或者预留将由其自身使用的时隙，那么协调器节点生成时间表。然后，协调器节点配置并广播包括表1的条目信息的AD消息，从而广播时隙信息。图4中示出了AD消息的例子。参照图4，AD消息200包括节点地址210、跳数220、版本信息230、时隙开始时间240、时隙长度250、节点时间信息260和CAP信息270。AD消息200中所包含的CAP信息270包括与在发送AD消息200之后将被首先设置的CAP有关的开始时间信息和长度信息。时隙开始时间240和时隙长度250表示与将在节点中使用的时间段有关的信息。
节点时间信息260表示与已经发送AD消息200的节点中所使用的计时器值有关的信息，而且在计算节点之间的时间偏移量时使用该节点时间信息260。节点时间信息260中所包含的计时器值是基于发送AD消息200的时间点的计时器值来确定的。虽然已经描述了节点时间信息260包含在AD消息200中进行发送的例子，但是节点时间信息260也可以作为附加消息来广播。
参照图3，在协调器节点B和C的时隙表中，关于协调器节点A的时间偏移量分别是-T1和-T2。使用AD消息200中所包含的、关于节点A的节点时间信息260来计算这些时间偏移量。
更具体地，时间偏移量是通过从基于另一节点接收消息的时间点所推导的计时器值减去发送消息的节点的计时器值而获得的值。例如，如果AD消息200的发送时间被用作节点时间信息，则节点B和C的时间偏移量值是通过从节点B和C接收AD消息的时间减去AD消息的发送时间来获得的。因此，在节点B的时隙表中，节点B的计时器值是通过在任意时间点将关于节点A的时间偏移量-T1加到节点A的计时器值来获得的。
协调器节点A、B和C通过发送和接收AD消息200来存储如表2、3和4中所示的时间表。也就是说，表2、3和4分别示出协调器节点A、B和C的时间表。
表2
Figure BDA0000130800600000071
Figure BDA0000130800600000081
表3
表4
Figure BDA0000130800600000083
配置和更新时间表是很重要的，因为协调器节点使用时间表来调度TDMA时隙。
被发送和接收以配置和更新时间表的AD消息200可以作为信标(beacon)的一部分定期广播或随机广播。
如果AD消息包含在信标之中进行发送，则微微网的协调器节点应始终保持活动状态(active state)。因此，协调器节点的收发器120始终处于接收待命(standby)状态。然而，由于接收待命状态消耗的功率与数据包发送期间消耗的功率相似，因此协调器节点的功率寿命将被缩短。如果由于能量消耗而关闭协调器节点，则整个微微网将无法通信。
此外，如果无法识别的微微网组访问协调器节点，则协调器节点应能够避免初始冲突。在TDMA时段重叠时，分布式TDMA方案通过交换AD消息200来重新安排TDMA时段，从而避免冲突。如果TDMA时段在重新安排TDMA时段之前重叠，则可能发生冲突，并且可能由于需要重传而浪费能量。
图5示出了冲突的例子。在图5中，参考编号410指示第一微微网10和第二微微网20以信标模式工作的情形。在情形410中，AD消息200作为信标的一部分被广播。在第一微微网10和第二微微网20的TDMA时段期间发送AD消息200。于是发生冲突，并且丢失的数据无法恢复。
参考编号420指示第一微微网10和第二微微网20以非信标模式工作的情形。在分布式TDMA方案中，在CSMA/冲突避免(CA)中的CAP期间发送AD消息。如果CAP与邻近微微网的TDMA时段重叠，则AD消息在TDMA时段结束前不能被发送，从而导致不期望的延迟。
在分布式TDMA方案中，如果协调器节点切换到非活动模式(inactivemode)以降低功耗，则协调器节点不能接收邻近协调器节点的AD消息200。
因此，理想的是发送和接收AD消息以使得协调器节点能够根据需要设置活动时段和非活动时段。此外，需要一种即使在超帧处于非信标模式，例如IEEE 802.15.6BAN标准所提出的“轮询访问”模式，的情况下，也能在适当的时间成功交换AD消息的方法。
根据本发明，微微网包括如前所述的活动时段和非活动时段，并且提供下面表5中列出的超帧结构，从而不论设置的是信标模式还是非信标模式均能成功发送和接收AD消息，由此来无冲突或延迟地发送和接收数据。
表5
  信道感测时段   TDMA时段   AD消息发送时段   CAP   信道感测时段
在本发明的超帧结构中，为了感测微微网之间的冲突，如表5所示在第一开始时间和最后结束时间安排了信道感测时段，并且在TDMA时段之后安排了AD消息发送时段，在该AD消息发送时段期间广播AD消息。在广播AD消息之后总是设置CAP，并且在CAP之后设置信道感测时段。
信道感测时段是指用于确认是否存在使用通信信道的微微网的时段。在信道感测时段期间，协调器节点的收发器120确认在由WBAN使用的频段中是否接收到强度超过预定值的信号。在这种情况下，不对接收到的信号执行编码。如果接收到强度超过预定值的信号，则意味着在相邻位置存在另一正在发送和接收数据的微微网。如果通过上述方法难以感测信道，则可以感测由于冲突而丢失的数据包数量，以代替信道感测。在本发明中，描述了信道感测，但是也可以使用其他方法来确认是否发生与邻近微微网的冲突。例如，可以通过在信道感测时段期间使用伪数据包确认丢失程度，来确定邻近的信道是否被使用。如果在伪数据包发送期间检测到连续的数据包错误，或者检测到前同步(preamble)错误，则确定预期会发生微微网冲突。可替换地，可以根据测量的信噪比(SNR)来确定信道的存在或不存在。也就是说，如果信噪比高于预定参考值，则可以确定存在正在发送和接收数据的邻近微微网。
本发明的超帧结构包括位于TDMA时段之后的AD消息发送时段，以便在协调器节点之间交换信息，并且本发明的超帧结构包括位于AD消息发送时段之后的CAP，从而解决感测到冲突时的问题。AD消息时段存在于TDMA时段和CAP之间，以使协调器节点能够在CAP期间从已收到由该协调器节点广播的AD消息的任意协调器节点接收该任意协调器节点的AD消息。也就是说，任意协调器节点能够在接收AD消息之后确认协调器节点的AD消息中所包含的CAP，并且能够在确认的CAP期间发送其AD消息。由于本发明的超帧结构包括直接位于AD消息发送时段之后的CAP，因此任意协调器节点能够在接收到协调器节点的AD消息之后，在相同发送时段内发送它的AD消息。
如果AD消息为了发送而如图5的情形410一样包括在信标中，则由于特定协调器节点在发送AD消息之后在TDMA时段期间立即发送和接收数据，因此已收到该特定协调器节点的AD消息的邻近协调器节点在该特定协调器节点的TDMA时段结束之后才能够发送其AD消息。因此，其他协调器节点可以在下一发送时段之后发送它们的AD消息，或者甚至在下一时段期间都无法发送它们的AD消息。这样，多个协调器节点无法顺利发送和接收AD消息，并且任何一个协调器节点中都可能发生发送延迟或者可能发生频繁的数据冲突。特别地，在WBAN中，由于数据发送时段的特点，数据发送时段可能增加，因此期望在一个时段内发送和接收AD消息，以防止丢失重要信息。
另一例子是，即使像图5的情形420一样，即，当CAP在TDMA时段之后并且AD消息在CAP已结束之后发送时，由于不存在能够在其间从其他协调器节点接收数据的时段，因此可能发生与情形410之中发生的那些问题相似的问题。
然而，在本发明的超帧结构中，由于TDMA时段之后跟随AD消息发送时段，AD消息发送时段之后是CAP，因此能够解决上述问题。
AD消息200是一类广播消息，因此AD消息200利用已知的广播识别码来发送，而不需要指定特定的节点。
表5示出了基本的超帧结构。该超帧结构可以根据本发明的操作过程来修改。例如，如图6中的情形430所指示的，超帧结构可以由TDMA时段、AD消息发送时段和CAP组成，而不具有信道感测时段。即使在这种情况下，与传统的方法相比，AD消息也能够在邻近的协调器节点之间顺利发送和接收，并因此能够有效地防止信道冲突。然而，可以增加信道感测间隔以准确地发送和接收AD消息，并且进一步减少信道冲突的发生。
现在将参照图6、7、8、9、10、11和12描述使用上述超帧来发送AD消息的过程。图6、7、8、9和10图示了根据本发明的实施例的帧结构。图11和12图示了根据本发明的实施例的、通过处理器110执行的协调器节点的操作过程。
如果两个邻近的微微网在数据发送期间使用不同的时间段，则不会发生数据冲突。在这种情况下，每个微微网的协调器节点的操作过程如下。
参照图11和12，协调器节点的处理器110根据预定调度确认当前时间点是否是活动时段开始时间(步骤501)。如果当前时间点是活动时段开始时间，则处理器110在预定的信道感测时段期间通过收发器120感测信道(步骤503)。由于两个邻近的微微网在数据发送期间使用不同的时间段，因此在信道感测时段期间感测不到信道，并因此感测不到冲突。然后，协调器节点的处理器110在TDMA时段期间发送数据并且在TDMA时段已经结束时广播AD消息200(步骤505和507)。接下来，处理器110进入CAP(步骤519)，并确认在CAP期间是否收到AD消息200(步骤521)。如果在CAP期间没有收到AD消息200，则处理器110进入非活动时段(步骤527和529)。
如果两个邻近的微微网在数据发送期间共享重叠的时间段，则将发生数据冲突。图6、7和8图示了发生数据冲突的情形以及用于解决数据冲突问题的帧结构。图6和7图示了TDMA发送时段重叠的情况，图8图示了CAP与TDMA时段重叠的情况。
图6示出了情形430，在这种情形下，由第一微微网10发送的AD消息200在第二微微网20的TDMA时段内冲突，并且第二微微网20的协调器节点21不知道第一微微网10的TDMA时段。由于第一微微网10已经进入非活动时段，因此第二微微网20的AD消息不发送，并且第一微微网10的协调器节点11不知道第二微微网20的TDMA时段。
这样的冲突可以如图7的情形440那样来解决。由于第一微微网10的协调器节点11进入活动时段并且在信道感测时段期间没有感测到信道，因此其确定没有感测到冲突，并进入TDMA时段以发送数据包(图11的步骤501、503和505)。
同时，再次参照图11，第二微微网20的协调器节点21进入活动时段的开始时间(步骤501)，并确定在信道感测时段期间是否已发生冲突(步骤503)。在这种情况下，第二微微网20的协调器节点21通过检测由于第一微微网10的协调器节点11发送TDMA数据而进行的信道使用来感测到冲突(步骤503)，并进入接收待命状态。第二微微网20的协调器节点21等待要接收的已知格式的AD消息200(步骤509)。
当第一微微网10中的TDMA时段结束时，第一微微网10的协调器节点11广播AD消息200(步骤505和507)。
第二微微网20的协调器节点21在接收待命时段期间收到AD消息，将确认(ACK)发送给第一微微网10的协调器节点11(步骤511)，并更新时间表(步骤513)。在这种情况下，由于AD消息200包括第一微微网10的CAP信息270，因此第二微微网20的协调器节点21能够知道第一微微网10的CAP何时结束，并且在第二微微网20的CAP期间广播AD消息200(步骤515)。当从第一微微网10的协调器节点11接收到对AD消息200的ACK时，第二微微网20的协调器节点21确定该AD消息已被成功发送(步骤517)，并且进入CAP(步骤519)。第二微微网20的协调器节点21广播AD消息200并且进入CAP的原因在于，可能已经收到所广播的AD消息200的第三微微网现在可以发送它自己的AD消息。
由于AD消息200包括与第一微微网10的时隙开始时间240和时隙长度250有关的信息，因此第二微微网20的协调器节点21能够知道第一微微网10的数据发送时段并且知道AD消息200的发送时间。因此，第二微微网20的协调器节点21能够在第一微微网10的数据发送时段期间避免数据发送，并能够在第一微微网10的AD消息200的发送时间通过设置活动状态来接收AD消息200(步骤531、533和535)。
如果在CAP期间没有收到AD消息(步骤521)，则第二微微网20的协调器节点21通过设置信道感测时段来感测是否发生数据冲突(步骤527)。如果没有感测到数据冲突，则第二微微网20的协调器节点21进入非活动时段(步骤529)。
同时，第一微微网10的协调器节点11在CAP期间从第二微微网20的协调器节点21接收AD消息(步骤519和521)并更新时间表(步骤523)。如果CAP已经结束(步骤525)，则第一微微网10的协调器节点11通过设置信道感测时段来感测是否发生数据冲突(步骤527)。如果没有感测到数据冲突，则第一微微网10的协调器节点11进入非活动时段(步骤529)。
虽然图7示出了第一微微网10在第一超帧已经结束之后进入非活动时段的例子，但是图8中示出了在第一微微网10进入非活动时段之前感测信道的情况。
在图8中，情形450示出了没有应用本发明时第一微微网10的CAP与第二微微网20的TDMA时段相互冲突的情况。在这种情况下，在两个微微网之间不可能交换AD消息。
在图8中，情形460示出了本发明应用于情形450的情况。
第一微微网10的协调器节点11在超帧时段已结束时确定是否感测到信道，或者在CAP期间根据丢包状态确定是否发生冲突(按照步骤501、503、505、507、519、521、525和527)。如果确定存在影响第一微微网10的发送和接收的因素，则第一微微网10的协调器节点11不直接进入非活动模式，而是进入接收待命状态，以等待要接收的已知格式的AD消息200(步骤509)。接下来的操作与图9中的操作相同。
第二微微网20的TDMA时段结束(步骤501、503和505中所示)，并且第二微微网20的协调器节点21广播AD消息200(步骤507)。
第一微微网10的协调器节点11接收AD消息200并更新时间表(步骤511和513)，并且在第二微微网20的CAP期间发送第一微微网10的AD消息200(步骤515和517)。在这种情况下，由于第一微微网10的协调器节点11已经收到第二微微网20的AD消息200，因此能够通过AD消息200中所包含的信息知道第二微微网20的CAP何时结束。
在上面的例子中，已经描述了如图6、7和8中那样当两个微微网相互冲突时能够接收AD消息200的操作过程。如果收到AD消息200，则能够知道微微网的TDMA时段，并且能够确定在邻近微微网的TDMA时段结束之后发送的AD消息的发送时间。因此，能够连续地接收最近的AD消息。
当三个或更多个微微网冲突时，也可以应用本发明。这是因为AD消息被发送到邻近的微微网的CAP，因此AD消息自然是按照竞争方案发送的。在极少数情况下，如果大量的微微网同时冲突，则将必须适当增加CAP。图9示出了三个微微网冲突以及冲突问题得到解决的情况，如通过情形470和480所示。
即使当微微网以非信标模式操作并且TDMA时段由于重传而增加时，本发明也可以没有任何问题地操作。在图10中，第二微微网20的协调器节点21被调度为在第一微微网10的TDMA时段结束时接收AD消息200(如步骤531、533和535中所示)，但是AD消息200由于第一微微网10的TDMA时段的可变增加而被延迟。如果在调度的时间没有收到AD消息200(步骤535)，则第二微微网20等待要接收的AD消息200或者一直等到可预测的或预定的最大TDMA延迟时间(步骤539)。如果没有收到AD消息，则第二微微网20确定微微网10已经离开并脱离了冲突情况。时间表中第一微微网10的TDMA时段被删除(步骤541)。如果收到AD消息200，则执行以前描述的过程(步骤537)。
根据本发明的实施例，在WBAN的高竞争环境中提供了高信道利用率，能够减少当多个微微网彼此相邻时的数据发送冲突，能够避免数据发送延迟，并且能够减少在TDMA数据发送期间由时间同步所产生的开销。
虽然出于示例性目的已经公开了本发明的实施例，但是在不偏离权利要求所公开的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改、补充和替代。例如，当接收到AD消息时，如果AD消息200是微微网第一次收到的消息，则微微网的协调器节点发送其AD消息作为响应，但是如果AD消息200不是微微网第一次收到的消息，则协调器节点可以不发送其AD消息。因此，本发明的范围不应受实施例描述的限制，而是由权利要求及其等同来限定。

Claims (12)

1.一种无线体域网(WBAN)中包括的第一节点与至少一个邻近的第二节点通信的通信方法，所述方法包括：
向连接到第一节点的至少一个设备节点分配超帧中的时分通信时段所包括的时隙中的至少一个时隙，在所述超帧中顺序排列了所述时分通信时段、时分调度宣告消息发送时段和竞争访问时段(CAP)；
生成将插入到所述超帧的时分调度宣告消息发送时段中的、第一节点的时分调度宣告消息；以及
在所述超帧的CAP期间，从所述至少一个邻近的第二节点接收时分调度宣告消息。
2.如权利要求1所述的通信方法，还包括：
使用接收的时分调度宣告消息来调整连接到第一节点的所述至少一个设备节点的发送时间或接收时间。
3.如权利要求1所述的通信方法，其中，所述时分调度宣告消息包括与将由相应节点使用的时分通信时段有关的信息、以及与所述相应节点的CAP有关的信息。
4.如权利要求1所述的通信方法，还包括：
在所述时分通信时段期间，通过分配给所述至少一个设备节点的时隙来顺序发送或接收数据。
5.如权利要求1所述的通信方法，还包括：
在所述时分调度宣告消息发送时段期间，向所述至少一个邻近的第二节点广播所生成的时分调度宣告消息。
6.如权利要求1所述的通信方法，还包括：
更新时间表，在所述时间表中的时间信息与所述时隙相关。
7.一种无线体域网(WBAN)中包括的、与至少一个邻近的第二节点通信的第一节点，所述第一节点包括：
收发器；
存储器；以及
处理器，其用于：向连接到第一节点的至少一个设备节点分配超帧中的时分通信时段所包括的时隙中的至少一个时隙，在所述超帧中顺序排列了所述时分通信时段、时分调度宣告消息发送时段和竞争访问时段(CAP)；生成将插入到所述超帧的时分调度宣告消息发送时段中的、第一节点的时分调度宣告消息；以及在所述超帧的CAP期间，通过所述收发器从所述至少一个邻近的第二节点接收时分调度宣告消息。
8.如权利要求7所述的第一节点，其中，所述处理器使用接收的时分调度宣告消息来调整连接到第一节点的所述至少一个设备节点的发送时间或接收时间。
9.如权利要求7所述的第一节点，其中，所述时分调度宣告消息包括与将由相应节点使用的时分通信时段有关的信息、以及与所述相应节点的CAP有关的信息。
10.如权利要求7所述的第一节点，其中，所述处理器在所述时分通信时段期间，通过分配给所述至少一个设备节点的时隙、通过所述收发器顺序发送或接收数据。
11.如权利要求7所述的第一节点，其中，所述处理器在所述时分调度宣告消息发送时段期间，向至少一个第二节点广播所生成的时分调度宣告消息。
12.如权利要求7所述的第一节点，其中，所述处理器更新存储在所述存储器中的时间表，所述时间表包括与时隙相关的时间信息。
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