CN104255063B - 用于向通信网络提供接入的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于接入基于竞争的通信网络的方法和系统。在用于接入基于竞争的通信网络的方法和系统中，网络中的接入点被创建。所述接入点为连接到所述网络中的第一节点，并被配置为接收来自欲网络接入的第二节点的请求。在所述接入点和第二节点之间传输信号的功率被测量。基于所述测量到的接入点和第二节点之间传输信号的功率，确定第二节点将接入所述网络的概率。基于所述确定的概率，确定是否允许第二节点接入所述网络。

Description

用于向通信网络提供接入的方法和系统

相关申请的交叉引用

本公开要求2011年11月8日提交的美国临时专利申请No.61/557,321的优先权,并通过引用将其并入于此。

技术领域

本专利文档中描述的技术总体上涉及通信网络，并且更具体地涉及用于在通信网络中使用的基于竞争的网络接入机制。

背景技术

基于竞争的网络接入机制被使用在多种不同类型通信网络的网络通信协议中。例如，基于竞争的网络接入机制被使用在局域网(例如，以太网)、无线网(例如，基于IEEE802.11标准的无线网络)、家域网(HAN)系统、高级量测体系(AMI)网络以及其它网络中。在基于竞争的系统中，竞争节点竞争通信网络中的权力或者状态(例如，通过共享的广播媒介进行发送的权力，或者加入由连接到通信网络的节点所构成的网络的权力)。基于竞争的系统中的这种竞争通常出现在竞争窗口中，该竞争窗口被划分为多个表示通信信道的时隙(例如，16或者32)。在竞争中，每个竞争节点从竞争窗口的时隙中选择通信信道，并使用所述选择的通信信道发送竞争参与消息。当多个竞争节点同时想加入网络时，选择最低时隙的竞争节点被确定为赢得该次竞争，网络中的新链路被创建了以将所述获胜的竞争节点连接到网络中。一旦被连接到网络中，所述获胜节点和其它网络中的被连接节点通过各种不同的通信协议(例如，载波侦听多路访问协议，时分多址协议等等)可以共享对通信媒介的访问。

发明内容

本公开涉及一种用于接入基于竞争的通信网络的系统和方法。在一种用于接入基于竞争的通信网络的方法中，在网络中创建接入点。所述接入点为连接到所述网络中的第一节点，并被配置为接收来自欲网络接入的第二节点的请求。在所述接入点和第二节点之间传输信号的功率被测量。基于所述测量到的接入点和第二节点之间传输信号的功率，确定第二节点将接入所述网络的概率。基于所述确定的概率，确定是否允许第二节点接入所述网络。

在另一示例中，一种用于接入基于竞争的通信网络的系统包括接入点。该接入点为连接到所述网络中的第一节点，并被配置为接收来自欲接入所述网络的第二节点的请求。该系统还包括第二节点，其配置为测量在所述接入点和第二节点之间传输信号的功率。第二节点还配置为基于所述测量到的接入点和第二节点之间传输信号的功率，确定第二节点将接入所述网络的概率。第二节点进一步配置为基于所述确定的概率，请求接入所述网络。

附图说明

图1是用于接入基于竞争的通信网络的系统示例的框图，其中所述通信网络基于对接入点和请求网络接入的节点之间的传输信号的功率的测量。

图2A和图2B分别是示出了接入点和请求网络接入的节点为了生成网络而执行的示例步骤的流程图，其中所述网络是基于对接入点和多个请求网络接入的节点之间的传输信号的功率的测量而生成的。

图3A、图3B、图3C示出了示例网络拓扑，该网络拓扑随时间基于对接入点和请求网络接入的节点之间传输的信号的功率的测量而建成。

图4A和图4B描述了具有时隙序列的竞争窗口的示例，其中所述时隙序列基于节点和接入点之间的距离而被分配给节点。

图5是示出了的高级量测体系(AMI)系统的示例的框图。

图6是示出了用于接入基于竞争的通信系统的方法的流程图。

具体实施方式

图1是用于接入基于竞争的通信网络的系统示例的框图，其中所述通信网络基于对接入点和请求网络接入的节点之间的传输信号的功率的测量。在图1中，多个节点106通过接入点104请求接入通信网络102。请求接入的节点106可以表示为多个不同类型的设备。在一示例中，通信网络102是因特网，节点106可以包括不同的有线或者无线的设备(例如桌面计算机、笔记本计算机、个人数字助手、智能手机、移动电话和其它通过因特网进行数据收发的设备)。在另一示例中，通信网络102是高级量测体系(AMI)网络，节点106对应着具有仪表(例如电表)的负载、以及配置为通过AMI网络收发数据的电力线通信(PLC)解调器。图1示出了n个试图接入通信网络102的节点106，其中n可以是成百或者成千的数字，图1因此也可能表示出了大量的请求网络接入的节点。

接入点104被连接到通信网络102并被节点106中的一个或者多个所使用以获取对网络102的接入。在示例中，接入点104是基站设备，其将无线设备节点106与网络102相连接以形成无线网络。在另一示例中，接入点104其自身就是之前就接入过网络102的节点，因此其作为配置为给一个或者多个节点106提供网络接入的中心控制器。接入点104可以使用基于竞争的网络接入机制，以使得一个或者多个节点106网络接入102。

确定如何生成网络102中的下一个链路(例如，确定哪个节点106可以网络接入102)是基于对在接入点104和各个请求网络接入102的节点106之间传输的信号的功率110的测量的。所述测量的信号的功率110由接入点104和节点106之间的距离以及其它变量来确定。尽管请求网络接入102的节点106在图1中被描述为与接入点104是等距离的布置，但是在系统的示例中，某些节点106可以在距离上布置的比其它节点要更近于接入点104，这样使得在距离上较接近于接入点104的节点106可以相对更高的发射功率来发射信号到接入点104。

基于图2A所示的步骤，接入点104可以确定哪个节点106可以网络接入102。图2A是示出了接入点为了生成网络而执行的示例步骤的流程图200，其中所述网络是基于对接入点和多个请求网络接入的节点之间的传输信号的功率的测量而生成的。在202中，接入点接收来自于多个节点1…n的请求以接入通信网络。在204中，接入点测量在接入点和各个节点之间所传输的信号的功率。在206中，使用所测量出来的传输信号的功率，接入点为各个节点确定出其将被接入到网络中的概率。如果接入点测量到在接入点和特定节点之间所传输信号的功率较高，该特定节点就被确定为具有较高的概率来网络接入。如果接入点测量到在接入点和特定节点之间所传输信号的功率较低，该特定节点就被确定为具有较低的概率来网络接入。在208中，基于所述确定的概率，接入点在所述接入点和一个或者多个节点之间生成网络中的新的链路。

在图2A的流程图200中，通过对接入点和节点之间传输信号的功率的测量，接入点确定哪个节点可以被给予对网络的接入。通过这种方法，节点仅仅是请求网络接入，而接入点最终通过测量接入点和节点之间传输的信号的功率而确定下来的概率而控制着网络的接入。在另一示例中，如图2B的流程图250所示，基于接入点和节点之间传输的信号的功率的测量而进行的概率确定反而是由各个请求网络接入的节点(例如，在图1示例中的节点106)来进行的。图2B示出了基于对接入点和节点之间传输的信号的功率的测量，请求网络接入的节点所执行的示例步骤。在252中，请求网络接入的节点测量接入点和节点之间传输的信号的功率。在254中，所述节点基于所测量的信号的功率确定出网络接入的概率。在256中，节点基于所述确定的概率请求网络接入。所述对于网络接入的请求可以是在竞争的环境中进行的，其中多个其它节点也在请求网络接入。如果所述节点测量到在接入点和该节点之间传输的信号的功率高，则该节点就确定其具有更高的概率来网络接入，并基于该更高的概率来竞争对网络的接入。如果所述节点测量到在接入点和该节点之间传输的信号的功率低，则该节点确定其具有较低的概率来接入网络，并基于该较低的概率来竞争对网络的接入。例如，对于网络接入的竞争可以是通过基于竞争的网络接入机制来实现。

图3A、图3B、图3C示出了示例网络拓扑，该网络拓扑是随时间基于对接入点和请求网络接入的节点之间传输的信号的功率的测量而建成的。图3A示出了在第一时间点处的网络拓扑300。在第一时间点处，多个节点302被连接到网络，并且多个节点304请求网络接入。尽管图3A示出了5个请求网络接入的节点304，在某些示例中，请求接入的节点的数量可以是数以百计或者千计的。由于网络的有限带宽和请求网络接入的节点的数量大，不是所有的节点304可以在同一时间网络接入。因此，请求网络接入的节点304可能竞争网络接入(例如通过基于竞争的网络接入机制)，网络中的新链路可能一次一个地被生成而链接到确定是赢得了接入竞争的节点。

在一个示例中，已经连接到网络的节点302将在各种时间点处向一个或者多个请求接入网络的节点304提供加入网络的机会。在图3A中，已连接的节点1.3.1可以向一个请求接入网络的节点304提供加入网络的机会。已连接的节点1.3.1作为接入点，其接收来自其它节点的网络接入的请求，并基于该请求生成网络中的新链路。在决定怎样生成新链路(例如，决定请求网络接入的节点304中的哪个节点将可以接入)时，就可以使用基于对接入点和请求网络接入的节点之间传输的信号的功率的测量来接入通信网络的系统。在该系统中，已连接的节点1.3.1从请求接入网络的节点304处接收到用于获得网络接入的请求，并且对节点1.3.1和各个节点304之间传输的信号的功率被测量。对于各个请求网络接入的节点304，基于在接入点和节点之间传输的信号的功率的测量，节点可以接入网络的概率被确定下来。基于所述确定下来的概率，生成去往一个或者多个请求网络接入的节点304的网络中的新链路。

在网络中的所述新链路基于前述的步骤而被生成后，图3B示出了在第二时间点处的网络拓扑350。在图3B中，网络中的新链路生成在已被连接的节点1.3.1和节点1之间，其中节点1是之前请求网络接入的节点304中的一个节点。该网络中到节点1的新链路是基于节点1到提供为接入点的已被连接的节点1.3.1的邻近情况而创建的。因为相比于其它请求网络接入的节点304，节点1在距离上与已被连接的节点1.3.1最近，因此测量出在已被连接的节点1.3.1和节点1之间传输的信号的功率最高。因为测量到在已被连接的节点1.3.1和节点1之间传输的信号的具有最高的功率，节点1被确定为具有接入网络的最高概率。通过该高概率，节点1易于赢得由已被连接的节点1.3.1所实施的网络接入竞争机制。如图3B所示，节点1因此赢得网络接入竞争，这就使得生成在已被连接的节点1.3.1和节点1之间的网络中的新链路。

图3C示出了在第三时间点处的网络拓扑370。在获取对网络的接入之后，节点1其自己创建网络中的链路以连接到另一个请求网络接入的节点304。在图3C中，节点1创建了网络中的新链路以连接到节点3，该节点3是在之前是请求网络接入的节点。该网络中到节点3的链路是基于节点3到提供为接入点的节点1的邻近情况而创建的。因为相比于其它请求网络接入的节点304，节点3在距离上与节点1最近，因此测量出在节点1和节点3之间传输的信号的功率最高。因为测量到所述信号的高功率，节点3被确定为具有接入网络的高概率。通过该高概率，如图3C所示，节点3赢得网络接入竞争,这就使得生成在节点1和节点3之间的网络中的新链路。

图4A和图4B描述了具有时隙序列的竞争窗口的示例，其中所述时隙序列基于节点和接入点之间的距离而被分配给节点。在基于竞争的网络接入系统中，多个竞争节点竞争加入节点的权力。通过一个竞争窗口(例如图4A和图4B中分别出现的竞争窗口400和竞争窗口450)，基于竞争的系统中的竞争体现出来，该竞争窗口被划分为多个代表通信信道的时隙。在示例中，竞争窗口被网络中的接入点(例如，基站或者连接到网络中的寻求允许其它节点接入网络的节点)开启。在竞争周期中，各个竞争节点从所述竞争窗口的时隙中选择通信信道，并使用所述选择的信道发送竞争参与消息。当多个竞争节点同时试图加入网络时，选择了最低时隙的竞争节点被确定为赢得这次竞争，并且网络的新链路被创建以将获胜的节点接入网络。

图4A和图4B示出竞争窗口，其基于对接入点和多个请求网络接入的节点中的每一个之间传输信号的功率的测量而运行着。如前所述，基于对接入点和多个请求网络接入的节点中的每一个之间传输信号的功率的测量，通信网络可以被接入。以这种方式进行的网络接入中，节点被接入网络进行接入的概率是基于对信号的功率的测量的，网络中的新链路基于各个节点的概率而生成。在基于竞争的网络接入机制的环境中，节点网络接入的概率通过分配一个或者多个竞争窗口的编号时隙到节点来进行决定。所述的一个或者多个分配给节点的竞争窗口的编号时隙是在竞争周期中节点可以进行选择的时隙。因此，当选择竞争窗口的一个时隙时，特定节点的时隙选择机会基于确定下来的节点将网络接入的概率而被限制。具有更高概率的节点被分配低编号的时隙，因此具有更大的机会被接入网络。具有更低概率的节点被分配高编号的时隙，因此具有更小的机会被接入网络。

图4A示出了竞争窗口400，其具有多个非重叠的时隙序列，其中各个时隙序列被预定用于特定类别的请求网络接入的节点。在图4A的示例中，与接入点402很靠近的节点仅可以选择时隙0-3。因为选择竞争窗口的最低编号时隙的节点赢得竞争，相比于与接入点距离远的节点，与接入点402很靠近的节点易于赢得竞争。相对靠近接入点404的节点仅仅可以选择时隙4-7，远离于接入点406的节点仅仅可以选择时隙8-11，距离接入点408很远的节点仅仅可以选择时隙12-15。

在图4A的示例中，到接入点的节点的邻近情况的判断不是基于物理距离的测量进行的，而是基于对在各个请求网络接入的节点和接入点之间传输的信号的功率的测量进行的。因此，具有更高测量功率的信号的节点被分配了更低编号的时隙序列，具有更低测量功率的信号的节点被分配了更高编号的时隙序列。通过给多个节点中的每一个分配一个或者多个编号时隙(例如，向每一个节点分配时隙序列402、404、406、408中的一个时隙序列)，节点将网络接入的概率通过测量在接入点和节点之间传输的信号的功率而被确定下来。因此，基于上述确定下来的概率，在接入点和多个节点中的一个或者多个之间的网络新链路可以被生成出来。

图4B示出了竞争窗口450，其具有多个重叠的时隙序列，其中各个时隙序列被预定用于特定类别的请求网络接入的节点。在图4B的示例中，与接入点452很靠近的节点仅可以选择时隙0-5。通过可以仅选择低编号时隙0-5，相比于与接入点距离远的节点，与接入点452很靠近的节点易于赢得竞争。相对靠近接入点454的节点仅仅可以选择时隙3-8，远离于接入点456的节点仅仅可以选择时隙5-12，距离接入点458很远的节点仅仅可以选择时隙8-15。在图4A和图4B所描述的时隙序列的示例可以不同的方式被改变(例如定义更多的序列或者更少的序列，例如改变序列的大小)。

图5是示出了的高级量测体系(AMI)系统500的示例的框图。AMI指的是如下系统，其测量、收集和分析能量使用，并通过不同的通信媒介与例如电表、气表、水表的设备进行交互。AMI系统可以频繁地收集具体的能量使用数据，因此允许工具公司支持计时制和需求响应程序。在AMI系统中使用的通常的信道接入方法是时分多址(TDMA)，其中通信信道被划分为预定的时隙，这些时隙在各自基础上被排他性地划分到特定的发送节点。因此，AMI系统可以包括大的包括有数以百计或者千计的节点的TDMA网络。启动的节点或者失去与网络连接的节点可能被要求去通过基于竞争的机制来获取对网络的接入。由于节点的数目大，经过网络中存在的已经开启竞争窗口的节点，很多竞争节点可相竞争以获取对网络进行接入。由开启了竞争窗口的节点所生成的新链路通过其物理率值(例如，每秒兆比特)来表示其特征，所述物理率值是基于该链路的信噪比(SNR)的。SNR是与功率成比例的，并且功率是依赖于新连接节点和开启竞争窗口的节点之间的距离的。

在图5中，示例AMI系统500被使用在工具分发系统的环境中。如图5中所示，通过分发系统504，工具服务被工具提供方500分发到不同的负载L₁-L_n502。在示例中，被提供的工具服务是电能。通过表M₁-M_n506负载502所消耗的工具服务在负载位置处被测量。在AMI系统500中，目标是建立在各个节点和工具提供方500之间的传输通道。

在示例中，表506是如下智能表，其包括用于网络通信的电力线通信(PLC)解调器。表506可能被配置为通过网络与负载502进行通信(例如，通过家域网)，并且所述负载可能，例如是智能器具。进一步地，表506可能被配置为经过AMI网络510与工具提供方500或者其它表506中的任一个进行通信。经AMI网络510的在表506和工具提供方500之间的通信可以被用于多种的目的，包括安排工具服务到负载502之间连接的断开或者连接、自动仪表读取(AMR)、智能网应用、提供诸如因特网、视频、音频的额外服务。该AMI网络510可以是有线的、无线的或者有线与无线的结合。该AMI网络拓扑可以使用如前所述的基于功率的竞争机制而被建立。

图6是示出了用于接入基于竞争的通信系统的方法的流程图600。在602中，网络中的接入点被建立。接入点是一个连接到网络的节点，其被配置为接收来自另一节点的对网络接入的请求。在604中，在所述接入点和请求网络接入的节点之间传输的信号的功率被测量。在606中，请求网络接入的节点将被接入网络的概率基于被测量到的在接入点和节点之间传输信号的功率而被确定下来。在608中，基于所述确定的概率确定是否允许所述节点网络接入。

尽管本发明被详细地公开，并且参照了具体的本发明的实施例，对于本领域技术的人来说进行各种改变和修改都是容易理解的，而不脱离本发明实施例的精神和范围。因此，本发明被认为是覆盖了所附权利要求及其等同物所限定的公开范围的修改和改变的。

要理解的是：如于此的公开以及于下的权利要求所使用的，“一”、“一个”和“所述”的意思是包括了复数性质的引用的，除非上下文另有明确地指明。而且如于此的公开以及于下的权利要求所使用的，“中”的意思是包括“在其中”和“在其上”的意思，除非上下文另有明确地指明。另外，如于此的公开以及于下的权利要求所使用的，“各个”的意思不是要求“单个的每一个和全部的每一个”，除非上下文另有明确地指明。最后，如于此的公开以及于下的权利要求所使用的，“和”和“或”的意思是包括连接性的和隔离性的两种的并且是可以互换地使用，除非上下文另有明确地指明；短语“除…之外”可以被用于指明仅是隔离性意思的情形。

Claims (18)

1.一种用于向通信网络提供接入的方法，所述方法包括：

由连接到所述网络的第一节点接收来自不能接入所述网络的第二节点的信号并且欲获得对所述网络的接入；

由所述第一节点测量从所述第二节点接收的所述信号的功率；

由所述第一节点基于所测量的接收信号的功率来选择一组通信信道时隙，其中所述一组通信信道时隙是从多组通信信道时隙中选择的，所述多组通信信道时隙分别被分配给不同的功率等级；

由所述第一节点为所述第二节点打开所选的一组通信通道时隙；

由所述第二节点从所选的一组通信信道时隙中选择一个或多个所述通信信道时隙；以及

基于(i)所接收的信号的测量功率，以及(ii)从所述一组通信信道时隙中选择的所述第二节点选择哪一个或多个通信信道时隙，由所述第一节点确定是否允许所述第二节点获得对所述网络的接入。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络是高级量测体系(AMI)网络。

3.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第一节点进行的所述确定包括：由所述第一节点基于来自所述第二节点的信号的测量功率来确定允许所述第二节点获得对所述网络的接入，以及响应于允许的确定，所述第一节点打开所述第一节点和所述第二节点之间的通信链路，所述第一节点通过该通信链路配置为转发所述第二节点和所述网络之间的通信。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：由所述第二节点接收来自欲获得对所述网络的接入的第三节点的信号；由所述第二节点测量从所述第三节点接收到的信号的功率；以及由所述第二节点基于来自所述第三节点的信号的测量功率来确定允许所述第三节点获得对所述网络的接入；并且响应于所述第二节点的确定，所述第二节点打开所述第二节点和所述第三节点之间的通信链路，所述第二节点通过该通信链路配置为转发所述第三节点和所述网络之间的通信。

5.根据权利要求1所述的方法，其中从中进行选择的所述多组包括第一组、第二组和第三组，并且其中所述第二组与所述第一组部分重叠并且与所述第三组部分重叠。

6.根据权利要求1所述的方法，其中从中进行选择的所述多组包括彼此不重叠的第一组、第二组和第三组。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一节点执行所述确定，使得导致允许所述第二节点获得对所述网络的接入的所述确定的可能性与所接收到的信号的测量功率正相关。

8.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第一节点接收的信号是第二信号，并且其中所述方法还包括在所述第一节点接收所述第二信号之前：由所述第二节点从所述第一节点接收第一信号；由所述第二节点测量所述第一信号的功率；以及由所述第二节点基于所述第一信号的测量功率来确定将所述第二信号发送到所述第一节点。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二节点执行所述确定，使得确定发送所述第二信号的所述第二节点的可能性与所述第一信号的测量功率正相关。

10.一种用于向通信网络提供接入的系统，包括：

网络；以及

第一节点，连接至所述网络，并且被配置为：

从不能接入所述网络的第二节点接收信号，并且欲获得对所述网络的接入，

测量从所述第二节点接收的所述信号的功率，

基于所测量的接收信号的功率来选择一组通信信道时隙，其中所述一组通信信道时隙是从多组通信信道时隙中选择的，所述多组通信信道时隙分别被分配给不同的功率等级；

为所述第二节点打开所选的一组通信通道时隙以供选择，其中所述第二节点被配置为从所述一组中选择至少一个所述通信信道时隙；以及

基于(i)所接收的信号的测量功率，以及(ii)从所述一组通信信道时隙中选择的所述第二节点选择哪一个或多个通信信道时隙，确定是否允许所述第二节点获得对所述网络的接入。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述网络为高级量测体系(AMI)网络。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述确定包括：基于来自所述第二节点的信号的测量功率来确定允许所述第二节点获得对所述网络的接入，并且响应于允许的确定，打开所述第一节点和所述第二节点之间的通信链路，所述第一节点通过该通信链路配置为转发所述第二节点和所述网络之间的通信。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括所述第二节点，其中所述第二节点被配置为：接收来自欲获得对所述网络的接入的第三节点的信号；测量从所述第三节点接收到的信号的功率；基于来自所述第三节点的信号的测量功率来确定允许所述第三节点获得对所述网络的接入；并且响应于所述第二节点的确定，打开所述第二节点与所述第三节点之间的通信链路，通过该通信链路，所述第二节点被配置为转发所述第三节点与所述网络之间的通信。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述多组包括第一组、第二组和第三组，并且其中所述第二组与所述第一组部分重叠并且与所述第三组部分重叠。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个组包括彼此不重叠的第一组、第二组和第三组。

16.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一节点被配置为执行所述确定，使得导致允许所述第二节点获得对所述网络的接入的所述确定的可能性与所接收到的信号的测量功率正相关。

17.根据权利要求10所述的系统，还包括所述第二节点，其中由所述第一节点接收的信号是第二信号，并且其中所述第二节点还被配置为在所述第一节点接收所述第二信号之前：从所述第一节点接收第一信号；测量所述第一信号的功率；并且基于所述第一信号的测量功率来确定将所述第二信号发送到所述第一节点。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第二节点被配置为执行所述确定，使得确定发送所述第二信号的所述第二节点的可能性与所述第一信号的测量功率正相关。