CN104380845A

CN104380845A - 无线网络中的占空比控制

Info

Publication number: CN104380845A
Application number: CN201380022127.7A
Authority: CN
Inventors: D·M·戈根
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: EP2842399B1; US20150078350A1; JP6185562B2; US9750013B2; WO2013160818A3; JP2015520552A; CN104380845B; WO2013160818A2; EP2842399A2

Abstract

一种无线网络具有占空比限制，该占空比限制限定总发射时间预算和平均发射时间。设备（100）具有用于依照占空比限制控制数据的发射的控制器（102）。控制器将设备的过去发射时间使用情况存储在桶序列中，并且确定发射时间桶预算。分配比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算，并且分配附加发射时间以允许临时超过平均发射时间。附加发射时间基于总发射时间预算和过去桶的过去发射时间使用情况结合未来桶的未来基本发射时间预算，所述过去、当前和未来桶一起覆盖占空比时段。有利的是，该系统允许适应数据发射中的时间波动并且保证了最小发射容量。

Description

无线网络中的占空比控制

技术领域

本发明涉及一种用于无线网络的设备，该网络具有占空比限制，该占空比限制要求该设备发射小于预定义份额的预定义占空比时段，所述份额限定占空比时段的总发射时间预算。该设备包括用于接收要传输的数据的输入、用于将数据发射至网络的输出以及用于依照占空比限制控制数据的发射的控制器。

本发明进一步涉及一种用于确定无线网络中的发射的方法以及用于确定无线网络中的发射的计算机程序。

背景技术

文献US 2006/0067245描述了一种用于无线电发射器的自适应占空比管理方法和系统。无线设备具有以单独的分组和/或分组突发的形式发射分组的发射器。与指令集合结合的控制器限制在滑动的基础上由一个时间窗口或者邻近时间窗口限定的每个时间段期间发射的分组数量，以便基于发射器的输出功率控制相继的邻近时间窗口期间的发射的占空比以便产生该平均功率输出。由此，根据需要延迟分组的发射以确立在一个时间窗口或者邻近时间窗口期间的足够（即一个或多个）空闲时段以便应用所需的无论什么占空比以产生用于该发射器的平均功率输出水平限制。计数器用于保持运行计数，该计数可以跨一个或多个时间窗口与占空比相关。计数器在分组发射时增大，并且在空闲时间期间减小。

发明内容

在已知的自适应占空比系统中，如果运行计数允许，则可以发射突发分组。然而，在发送突发（burst）之后，可能阻塞分组的进一步发射。

本发明的目的是提供一种避免阻塞，同时仍然允许发送数据突发的占空比控制。

为此目的，提供了如所附权利要求书中所限定的设备和方法。在提供的系统中，所述份额进一步限定用于占空比时段中的间隔的如对应时间间隔中的占空比限制成比例地允许的平均发射时间。

在如开篇段落中所描述的网络设备中，控制器被布置用于

- 将设备的过去发射时间使用情况存储在桶（bucket）序列中，每个桶代表连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔，这些间隔小于占空比时段，并且

- 通过以下方式确定发射时间桶预算：

- 将比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算分配给桶预算，并且

- 将附加发射时间分配给当前桶预算以允许临时超过对应时间间隔的平均发射时间以便适应数据发射中的时间波动并且基于总发射时间预算和过去桶的过去发射时间使用情况结合未来桶的未来基本发射时间预算确定附加发射时间，所述过去、当前和未来桶一起覆盖占空比时段。

如开篇段落中所描述的方法包括

- 将网络中的设备的过去发射时间使用情况存储在桶序列中，每个桶代表连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔，这些间隔小于占空比时段，以及

- 通过以下方式确定发射时间桶预算：

在实践中，所述桶是一种寄存器或者包含一定时间段中使用的发射时间量的计算机实现的存储位置。时段序列中过去使用的发射时间的历史以任何适当的方式（例如列表、寄存器栈、循环缓冲器等等）存储。这样的存储位置集合中的每一个称为桶。这些措施具有以下效果：设备的发射时间依照占空比限制而被控制。通过将桶预算分配给所限定的对应桶，在规定的占空比时段内不会超过由占空比限制给定的总发射时间。再者，通过分配基本发射预算，总是存在可用来创建新桶的保证的最小预算。最后，通过分配附加发射时间，用于桶的预算可能超过由占空比限制给定的所允许的平均发射时间。该附加发射时间通过考虑如由所述基本发射时间预算最低地限定的可能的未来使用情况和过去使用情况二者而确定。有利的是，所述设备和方法通过允许实现峰值同时保证所述基本发射时间预算用于未来时间段而有效地使用可用的发射预算。

可选地，控制器被布置用于附加地基于附加上限而确定当前桶的附加发射时间，该上限小于通过从总发射时间预算中减去序列中的桶数量的基本预算的总和而限定的总多余时间预算，所述序列覆盖占空比时段，该上限允许将附加发射时间分配给占空比时段中的多个桶。这具有以下优点：在单个桶时间段内不能完全地使用多余时间预算。因此，发射中的峰值不会阻塞超过基本发射时间预算的所有另外的发射。

可选地，控制器被布置用于在相应时间间隔内所请求的发射使得当前发射时间使用情况超过如由平均发射时间成比例地允许的发射时间的情况下，通过延迟所请求的发射而扩展当前桶内的发射。这具有以下优点：发射时间也在桶的时间间隔期间更均匀地被使用。

可选地，控制器被布置用于通过按照优先化数据预算减小桶预算并且发射优先化类型的实际数据同时相应地按照优先化数据预算增加当前桶预算而适应数据发射的至少一个优先化类型。这具有以下优点：允许在任何时间发射特殊消息和优先化数据，直到基本发射时间预算中的常规通信量以及附加发射时间中的可能的峰值通信量之上的优先化数据预算。

可选地，控制器被布置用于通过使桶预算的分量适应无线网络中的预定义功能而适应该预定义功能。实际上，可以调节无线网络中的不同设备以便最佳地执行对应的不同预定义功能。例如，预定义功能可以包括转发器、数据收集器、簇头、应用终端或者这样的角色的子集中的至少一个。

可选地，控制器被布置用于在所请求的发射使得当前发射时间使用情况超过当前桶预算的情况下，通过发射非确认消息而不是所请求的数据发射而进行网络层交互。实际上，造成非确认消息的接收的消息将由网络不同地路由或者丢弃。这具有以下优点：这样的消息不会被当前设备接受并且随后延迟，但是可能被重新路由。

可选地，控制器被布置用于适应网络层控制，包括基于以下至少一个适应性调节路由：

- 过去占空比限制的历史；

- 未来占空比限制的推测（projection）；

- 其中由于所请求的发射超过桶预算而适应性调节发射的过去临界状态的历史。

实际上，网络层控制通过考虑无线网络中的设备的发射能力的属性而改进。这样的属性从实际发生或者可以估计的过去和/或未来占空比限制和/或临界状态导出。

所描述的设备可以在耦合到用于访问网络的发射器/接收器的IC或者电路板模块中实现。可选地，该设备包括用于无线网络中的无线通信的发射器和接收器。再者，该设备可以用来控制应用单元，例如诸如照明杆之类的远程位置的照明单元。这样的应用单元可以受控制，或者可以接收或发射数据。可选地，该设备包括用于控制应用和/或从网络接收数据或者向网络提供数据的应用单元。

可选地，所述方法包括依照当前桶预算控制设备的数据发射。再者，该方法可以包括依照占空比限制检测数据发射，并且可以用于检测网络设备的数据发射是否符合占空比限制。此外，计算机程序可以实现该方法，并且可以在诸如光盘或存储棒之类的介质上提供。

所附权利要求中给出了依照本发明的设备和方法的另外的优选实施例，其公开通过引用合并于此。

附图说明

本发明的这些和其他方面根据以下说明中通过实例的方式且参照附图描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行进一步阐述，在附图中

图1示出了一种用于无线网络的设备，

图2示出了一种确定无线网络中的发射的方法，

图3示出了一种包括占空比控制器设备的通信栈，

图4示出了一种包括耦合到网络层的占空比控制器设备的通信栈，以及

图5示出了存储发射使用情况的桶序列。

这些图纯粹是示意性的并且未按比例绘制。在图中，与已经描述的元素相应的元素可以具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了一种用于无线网络的设备。该网络具有占空比限制，该占空比限制要求该设备发射小于预定义份额的预定义占空比时段，例如1小时占空比时段的1%。该份额限定在该实例中为36秒的占空比时段的总发射时间预算。该份额也限定用于占空比时段中的间隔的如对应时间间隔中的占空比限制成比例地允许的平均发射时间，例如对于60秒的间隔而言，平均发射时间为0.6秒。

设备100耦合到发射器110，该发射器具有用于将数据无线地发射至网络的天线111。该发射器可以与用于从网络接收数据的接收器组合，所述数据可以被传输至设备100。

设备100具有用于接收要传输的数据的输入101以及用于将数据发射至网络的输出103，并且也可以具有到要控制的外设或者应用设备的输出或双向接口104。此外，该设备具有用于依照占空比限制控制数据的发射的控制器102。

设备100可以耦合到应用单元120，例如具有照明元件121的照明单元。该应用单元可以将数据发射至输入101，和/或从设备的接口104接收数据，例如用于接通或者关断照明单元的控制命令。该应用可以提供关于环境条件的数据，例如暗度或用电量或者状态报告和错误消息。

可选地，设备可以是一种包括发射器110和/或应用单元120（的部分）的装置，并且可以具有用于控制其他本地设备或电源或者与其通信的另外的接口。

控制器102可以以硬件实现，例如使用逻辑电路元件的有限状态机、可编程硬件或者微控制器以及诸如存储器和接口逻辑之类的适当外围电路实现。控制器被布置用于将设备的过去发射时间使用情况存储在桶序列中。桶是一种指示连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔的象征性方式，这些间隔小于占空比时段。桶包含若干单位的发射时间，并且桶的尺寸代表所述时间间隔中的可用发射时间。与桶相应的间隔期间的可用发射时间被称为发射时间桶预算。间隔中的另外的可用发射时间量也被称为各预算。

现在，描述操作中的控制器的占空比控制功能。对于当前桶，通过如下文中所阐明的计算将发射时间的桶预算确定（即设置）为初始量。控制器将比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算分配给桶预算。再者，控制器将附加发射时间分配给当前桶预算以允许临时超过对应时间间隔的平均发射时间以便适应数据发射中的时间波动。附加发射时间基于总发射时间预算和过去桶的过去发射时间使用情况结合未来桶的未来基本发射时间预算确定，所述过去、当前和未来桶一起覆盖占空比时段。

可用于附加时间预算的时间最大值是通过从总发射时间预算中减去序列中的桶数量的基本预算的总和而限定的总多余时间预算，所述序列具有覆盖占空比时段的长度。如果在桶的过去历史中使用了一些附加时间，那么实际可用的附加时间可能更低。因此，桶序列以滑动的方式例如通过确定具有所述长度的包含当前预算的所有序列并且对于每个序列计算可用多余预算而进行分析。所述计算基于包含实际使用情况的过去桶的对应部分以及被分配为具有基本发射时间预算的未来桶的补充部分。最后，所有这样计算的可用多余预算的最小值是可以添加至当前预算的可用附加发射时间预算。所述计算可以以任何适当的方式执行，例如通过迭代地计算所述序列而执行。下文中给出了该计算的实例。

在这些实例中，所述桶和时间间隔被设置为尺寸相等。可选地，也可以使用用于桶的不同尺寸。覆盖占空比时段的任何邻近间隔序列必须符合总发射时间预算。

在一个实施例中，控制器被布置用于附加地基于附加上限而确定当前桶的附加发射时间。该上限被设置为小于如上面所限定的总多余时间预算。设置上限允许将附加发射时间分配给占空比时段中的多个桶，例如将上限设置为总多余时间的1/3保证了任何序列中的至少3个桶可以使用附加发射时间。

在实践中，确定在其上支持1%的占空比限制的时段；例如1小时的时段。在该小时期间，允许针对总共36秒（=1小时的1%）发射消息。该允许的发射时间可以划分成两个部分：

- 将在设定数量的间隔（=桶）上相等地划分且用来保证每桶的特定发射时间量的量。　

- 用来应付发射峰值且可以在一个或多个桶上划分的量。

总的保证发射预算除以总的桶数量将给出每桶的保证发射预算（即最小桶尺寸）。尽管有可能在一个桶的寿命期间使用总多余预算，但是更好的是在若干桶上扩展该总的多余量。出于这个原因，引入最大桶尺寸。该最大桶尺寸典型地为最小桶尺寸的3倍并且通常小于总多余预算。

在必须使用新桶的任何时候，使用确定有多少总多余预算仍然可用于新桶的算法。该算法使用（如存储在桶序列中的）过去小时的使用的发射时间以确定仍然可用于新桶的额外发射时间量。得到的桶尺寸将至少为最小桶尺寸并且至多为最大桶尺寸。在下文中，给出可以用来确定新桶的最大尺寸的算法的实例：

smallestMaxBucketExcess = maxBucketSize - minBucketSize

allowedBucketSum = maxExcess

usedBucketSize = 0;

for (index = (totalBuckets - 1); index > 0; index--)

{

myOldBucketIndex = (index + newBucketIndex) % totalBuckets;

usedBucketSize += Buckets[myOldBucketIndex].used_bytes;

allowedBucketSum += minBucketSize

smallestMaxBucketExcess = MIN(smallestMaxBucketExcess , (allowedBucketSum - usedBucketSize));

}

maxBucketSize = minBucketSize + smallestMaxBucketExcess

在实践中，根据世界的地区和各自的无线频段调整RF通信的使用。除了允许的应用或者发射功率之外，也可以调整无线频段的时间使用情况。例如，如ETSI规则“ETSI EN 300 220-1 V2.3.1（欧洲标准（电信系列））电磁兼容性和无线电频谱事宜（ERM）；短距设备（SRD）；功率水平范围高达500mW的25MHz至1000MHz频率范围内使用的无线电装备；部分1：技术特性和测试方法，2009-04”中所描述的，发射时间限制（占空比限制）在欧洲适用于868MHz频段。在该实例中，占空比被限制为1%，这是指示跨1小时监视的无线电发射器处于其发射状态下的最大时间的百分比。

使用这样的占空比限制的频段的系统必须确保在正常操作中不超过该限制。在其中设备的无线电接口的发射时间直接与该个别设备上的应用程序的需要有关的简单无线系统中，这可以通过确保特定的应用程序行为而实现。然而，在网状网络中，设备的发射时间不仅由安装在个别设备上的应用程序的需要而确定。在网状网络中，设备也转发来自网络中的其他设备的消息以便将其递送至不在原始发送器的直接通信范围内的设备。因此，个别设备的发射可以造成其他设备的后续发射。在个别设备的应用层限制消息的流入不一定确保会坚持所有设备上的限制。

为了通过应用层方式坚持占空比限制，传统的设备可以共享全局发射计划并且可以时间同步。此外，这样的系统必须具有由任何个别设备在任何其他设备上引发的最坏情况发射时间的知识。因此，这样的方案是复杂的，可能引发附加的发射，并且灵活性受限，因为它在网络中的路由改变时必须加以适应性调节。在占空比限制的简单传统方法中，坚持是通过在发射器处通过使用泄漏桶直接限制发射而实现的。该桶在发射时被填充，并且以预定速率泄漏。发射时间限制一达到（即桶满了），设备就关断收发器并且停止发送和转发消息。理论上，这样的传统方法是设备可以本地地采取的最好的方法，因为设备发送与允许的一样多的消息，并且整个网状网络和应用应当确定规格为在网络的所有区域中引发应当保持低于限制的通信量。但是在实践中，这具有主要的缺陷。由于时间峰值行为、时间路由瓶颈、错误应用程序行为、第三方设备引发的外部干扰或发射（例如攻击）的原因，设备可能非常早达到其在给定时间帧内的占空比限制。如果多个设备必须长时间停止其发射，那么这对于网络中的应用和网格路由协议具有主要的影响。网络（或者其部分）可能临时无法到达，这在不能再递送重要消息的情况下是一个严重的缺陷。而且，抵消错误或者异常行为，例如（临时地）对造成通信量峰值的应用程序去活也是困难的。

另一传统的方法是确保占空比限制不应用于整个时间帧（例如，对于欧洲的868MHz，所述1小时），而是在每消息的基础上适用。在每次发射之后，阻塞发射器达相对百分比（例如1/100的份额，发射所需时间的99x）。这确保了占空比坚持，但是也引入了不必要的延迟，因为在设备执行了发射之后，消息总是必须排队。要转发的消息的时间峰值造成大的延迟或者不能被支持（即消息被丢弃），尽管设备可能在1小时的过程中符合其占空比限制。因此，该方法对于正常操作具有严重的影响。

当前的方法确保了在给定时段（例如1小时）上坚持占空比限制，并且保证短时段内（例如，对于1分钟的桶时间间隔，最大地1分钟内）网络的可用性，并且允许实现临时地允许更高发射时间的变化的通信量负荷。

图2示出了一种确定无线网络中的发射的方法。上文中描述了该无线网络。该方法在START（开始）201处开始，以便确定当前时间间隔中的发射。接着，该方法在STOR 202处将网络中的设备的过去发射时间使用情况存储在桶序列中。事实上，如果将该方法应用于连续桶间隔，那么只有最近的、在先的桶被存储，而最旧的、不在相关的桶被删除。例如，存储在具有与桶数量相等的存储位置集合以及到最近的桶存储位置的指针的存储单元或者寄存器中实现。每个桶代表连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔。这些间隔小于占空比时段，并且包括当前间隔的间隔序列一起覆盖占空比时段。

随后，所述方法确定发射时间桶预算。首先，在ASSBA 203处，将比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算分配给当前桶。下文中给出用于计算基本发射时间预算和另外的发射时间预算的实例。

随后，所述方法在DETAT 204处确定要添加至发射时间桶预算的附加发射时间。因此，总发射时间预算减少桶序列的实际过去使用情况和未来可能使用情况。过去、当前和未来桶的序列一起覆盖占空比时段。在NEXT（下一个）205处控制的循环中，包含当前预算的每个可能序列的剩余发射时间通过过去桶的过去发射时间使用情况结合未来桶的未来基本发射时间预算进行计算。在ASSAD 206处，确定所有计算的剩余发射时间的最小值，并且选择所述最小值内的附加发射时间。然后，将附加发射时间分配给当前桶预算以允许临时超过对应时间间隔的平均发射时间以便适应数据发射中的时间波动。最后，该方法在WNB 207处等待下一个桶时段。

该方法监视桶序列中的设备的过去发射时间使用情况，每个桶代表小于占空比时段的时间间隔。接着，它将小于占空比限制所允许的发射时间预算的基本发射时间预算分配给每个桶。作为允许发射时间减去对于所有桶合计的最小分配发射时间的多余预算用来覆盖通信量负荷的时间波动，即允许临时超过占空比限制给出的平均发射时间。接着，（如过去桶中存储的）发射时间使用情况的历史用来计算当前桶的最大允许发射时间。这确保了最小发射时间总是可用于到来的占空比时段中的每个未来桶。可选地，可以按桶应用设备应当永远不超过的附加固定上限。再者，可以基于用于整个桶的最大发射时间限制发射速度，这确保了发射在整个桶时间期间是可能的。此外，可以保留每桶的最大发射时间的份额以用于特殊用途，例如用于高优先级消息，用于MAC协议消息，用于向单播发射发送确认，用于网络层[NWK]协议消息，等等。保留的量可能对于不同的设备角色不同（例如，数据收集器保留比其他设备更多的带宽以用于特殊用途）。

图3示出了一种包括占空比控制器设备的通信栈。在该通信栈中，网络[NWK]层31与介质访问[MAC]层32通信。对于到来的数据，MAC层32直接与物理层[PHY] 34通信，而对于要经由物理层发射的传出的数据，MAC层耦合到称为占空比限制器的占空比控制器设备33。该占空比限制器耦合到物理层并且在坚持如上面所描述的占空比限制的同时传输传出的数据。

占空比限制器的主要任务是确保设备坚持占空比限制。设备监视和调整（并且如果必要的话，停止）传出的发射。为了实现这点，占空比限制器位于设备的网络栈中。有可能如图3中所描绘的将占空比限制器集成在物理层与介质访问层之间。在这里，可以直接测量和调整发射器的激活和去活。然而，MAC层的部分往往以硬件实现。在这种情况下，不能修改MAC与PHY之间的交互。

图4示出了一种包括耦合到网络层的占空比控制器设备的通信栈。在该图中，占空比限制器42在网络层41与MAC层43之间实现，MAC层直接耦合到物理层44。在这种情况下，MAC层必须报告发射时间，或者占空比限制器可以基于从网络层传送至MAC层的消息、从MAC层接收的消息（例如，单播发射可以生成MAC层的ACK消息的自动发射）以及给定配置下的MAC层行为（例如发射的MAC层信标消息的已知或者估计的数量）估计发射时间。占空比限制器可以控制MAC层以便在必要的情况下对任何自动发射去活。

为了确保设备不超过其占空比限制，随着时间监视设备的发射。现在，占空比控制器设备中的控制器保持与占空比限制有关的时间段上执行的发射的历史。在实例频段中，占空比时段为1小时。为了避免存储所有个别的发射，将该时段划分成相等长度（例如1分钟）的桶，并且使用的发射时间在该桶的时间间隔期间加起来。

图5示出了存储发射使用情况的桶序列。在该图中，每个桶51具有最大发射预算，其可以如虚线52所示对于所有桶都相同。当前桶是最右边的桶，而最旧的桶（例如1小时以前）是最左边的桶。如果某个桶的持续时间结束，则创建新桶，并且所述历史左移，释放最旧的桶。占空比控制器的作用是计算用于新创建的桶的最大预算，使得在规定的时段内不超过由占空比限制给出的总发射时间，并且总是存在可用来创建新桶的保证的最小预算，并且用于桶的预算可以超过由占空比限制给出的允许的平均桶预算。保证的基本发射时间预算确保了设备在几个桶内不可能消耗整个时段的总预算。换言之，在达到强制限制的设备中，发射在用于当前桶的剩余持续时间的最大值处被阻塞。多余预算确保了占空比限制器允许实现时间通信量峰值。设备可以在很好地保持在完整时段的允许发射时间之下的同时临时地超过允许的平均预算。该要求确保了该时间峰值不会不必要地被阻塞并且应用不受影响。

对于一个实际的实例，下表给出了通信量限制器中使用的参数及其典型值的概览。

现在，基于上面的参数提供计算。限定比budget_maxavg更小的最小基本发射时间预算budget_min。该计算必须确保budget_min总是可用。“残余的”未保证的预算budget_maxavg - budget_min可以由其他桶用来超过budget_maxavg。所有“残余”预算的总和记为budget_excess。所述计算可以使用该多余量以将其分布在整个时段上，允许实现时间发射峰值。通过该计算，实现设备的发射时间使用情况历史使得尺寸为budget_min的桶总是可以被创建。为了创建新桶，下式必须成立：

这也必须对于未来要创建的桶成立。为了具有足以创建该桶和下一个桶的预算，下式也必须成立：

并且对于后续的桶：

等等，因此，通常下式必须成立：

由于我们想要允许当前桶在可能的情况下超过极限，我们必须找到bucket_budget≥ bucket_min，对于它，下式成立：

并且利用dutycycle_limit=N * bucket_min + bucket_excess，得到：

因此，可以使用最小值计算新的bucket_budget：

在以下实施例中，进一步扩展上面给出的基本方法。

在第一实施例中，确定每桶的附加上限。为了防止当前桶使用所有可用的bucket_excess，bucket_budget可以进一步由budget_max < bucket_excess限制。这可以允许某行中的多个桶超过bucket_min直到budget_max。例如，为了使得至少一个另外的桶能够具有附加时间，可以将最大值设置为

budget_max = bucket_excess / 2。

在第二实施例中，提供桶内的发射负荷的扩展。如果设备在新桶开始时使用所有bucket_budget，那么节点将不得不丢弃所有消息发射，直到创建了新桶。为了防止这点，可以通过在整个桶上规则地扩展发射时间预算而在桶内扩展发射时间。当使用了针对已经过去的桶时间成比例地允许的发射时间时，延迟待决的消息发射。如果在先桶使用情况小于基本发射预算，那么所述扩展可以进一步考虑该使用情况。最终，当达到bucket_budget时，消息发射或者延迟到下一个桶，或者按照更高层协议例如通过超过设备上的消息的最大延迟或者通过队列溢出而过期。

在第三实施例中，保留带宽以用于特殊消息类型和/或消息优先级。例如，MAC层处的单播确认可能对于更高层次网络协议的正常工作是至关重要的。不发送确认至发送者可能造成在更好的是直接丢弃消息时的潜在过载情形下启动的昂贵的路由修复机制。再者，其他MAC协议消息（例如信标）和NWK协议消息可能对于整个系统太至关重要而不能太早地丢弃。因此，协议消息相对于数据消息被优先化，并且bucket_budget的一定份额被保留用于这样的发射。这可能对于高负荷下的总体系统行为是有益的，但是将在有利于（潜在地即将到来的）协议发射的高负荷情形下造成数据消息更早地被丢弃。再者，可以以相对于其他数据消息的优先化方式处理高优先级数据消息。因此，可以向桶提供一个或多个附加阈值以便决定是否发射优先化消息：

prio1_msg_budget ≤ ... ≤ prioN_msg_budget = bucket_budget

用于高优先级消息的实例是调查或抵消过载情形，例如使对于系统至关重要的应用或消息失活/暂停，例如在户外照明系统中在紧急情况下将光调亮的应急灯控所需的消息。

在另一实施例中，设备角色用来设置通信量限制行为。在网状网络中，设备可以具有不同的角色（例如转发器、数据收集器、簇头、正常设备）。取决于角色，也可以适应性调节占空比限制器的行为。例如，数据收集器具有更高的保证单播确认的发射的需要，因为它接收比它发送更多的数据消息。与网状网络路由协议有关的设备（例如转发器、簇头，但是也有数据收集器）具有更高的对于发射网络协议消息的需要，以便避免在设备必须停止发送通信量时网络（的部分）发生故障。

在另一实施例中，设备使用MAC层的单播NACK消息以用于NWK层交互。代替如上面在第三实施例中所提到的发送MAC层处的单播确认的是，在此时不允许数据发射的情况下，MAC可替换地可以发送NACK。这允许发送设备的NWK层例如如下决定如何继续该消息：

a）如果消息的NWK层目的地是发送NACK的设备，那么可以丢弃它；

b）如果设备具有到消息的NWK层目的地的可替换路由，那么它可以设法使用该可替换路由；

c）如果设备没有到消息的NWK层目的地的可替换路由，那么可能更好的是丢弃该消息，而不是修复路由或者发现新路由。这可以取决于NWK层的路由协议。

再者，发送NACK的设备在未寻址到该设备的情况下必须丢弃NWK层处的接收消息。

在另一实施例中，适应知道通信量限制的路由。可以在NWK层处使用占空比限制的详细历史、未来的可能限制的推测和/或临界状态以便影响和更新路由度量以及因此也影响和更新这些路由。该详细历史可以以与上面描述的算法类似的方式进行分析。临界状态出现在对于如上面所描述的优先化或者特殊数据消息而言超过桶限制时。

尽管主要通过使用如ETSI所规定的868Mhz频段的实施例解释了本发明，但是本发明也适合于具有占空比限制的任何无线网络。

应当指出的是，本发明可以以硬件和/或软件使用可编程部件实现。

应当理解的是，为了清楚起见，上面的说明参照不同功能单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，应当清楚的是，可以在不脱离本发明的情况下使用不同功能单元或处理器之间的任何适当的功能分布。例如，被示出由单独的单元、处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器执行。因此，对于特定功能单元的引用将仅仅被视作对于用于提供所描述的功能的适当构件的引用，而不是表示严格的逻辑或物理结构或组织。本发明可以以任何适当的形式实现，包括硬件、软件、固件或者这些的任意组合。

应当指出的是，在本文中，措词“包括/包含”并没有排除存在未列出的其他元件或步骤，并且元件之前的措词“一”或“一个”并没有排除存在多个这样的元件，任何附图标记并没有限制权利要求的范围，本发明可以借助于硬件和软件二者来实现，并且若干“构件”或“单元”可以由相同硬件或软件项表示，并且处理器可能地与硬件元件协作，可以实现一个或多个单元的功能。此外，本发明并不限于所述实施例，并且本发明存在于每一个新颖的特征或者上面描述的或者在相互不同的从属权利要求中记载的特征的组合之中。

Claims

1. 用于无线网络的设备，

该网络具有占空比限制，该占空比限制要求该设备发射小于预定义份额的预定义占空比时段，所述份额限定占空比时段的总发射时间预算以及用于占空比时段中的间隔的如由对应时间间隔中的占空比限制成比例地允许的平均发射时间，

该设备（100）包括

- 输入（101），其用于接收要传输的数据，

- 输出（103），其用于将数据发射至网络，

- 控制器（102），其用于依照占空比限制控制数据的发射，该控制器被布置用于

- 将设备的过去发射时间使用情况存储在桶序列中，每个桶代表连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔，这些间隔小于占空比时段，并且

- 通过以下方式确定发射时间桶预算：

- 将比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算分配给桶预算，以及

2. 如权利要求1所述的设备，其中控制器（102）被布置用于附加地基于附加上限而确定当前桶的附加发射时间，该上限小于通过从总发射时间预算中减去序列中的桶数量的基本预算的总和而限定的总多余时间预算，所述序列覆盖占空比时段，该上限允许将附加发射时间分配给占空比时段中的多个桶。

3. 如权利要求1所述的设备，其中控制器（102）被布置用于在相应时间间隔内所请求的发射使得当前发射时间使用情况超过如平均发射时间成比例地允许的发射时间的情况下，通过延迟所请求的发射而扩展当前桶内的发射。

4. 如权利要求1所述的设备，其中控制器（102）被布置用于通过按照优先化数据预算减小桶预算并且发射优先化类型的实际数据，同时相应地按照优先化数据预算增加当前桶预算而适应数据发射的至少一个优先化类型。

5. 如权利要求1或4所述的设备，其中控制器（102）被布置用于通过使桶预算的分量适应无线网络中的预定义功能而适应该预定义功能。

6. 如权利要求5所述的设备，其中预定义功能包括转发器、数据收集器、簇头、应用终端中的至少一个。

7. 如权利要求1所述的设备，其中控制器（102）被布置用于在所请求的发射使得当前发射时间使用情况超过当前桶预算的情况下，通过发射非确认消息而不是所请求的数据发射而进行网络层交互。

8. 如权利要求1所述的设备，其中控制器（102）被布置用于适应网络层控制，包括基于以下至少一个适应性调节路由：

- 过去占空比限制的历史；

- 未来占空比限制的推测；

9. 如权利要求1所述的设备，其中该设备包括用于无线网络中的无线通信的发射器（110）。

10. 如权利要求1或9所述的设备，其中该设备包括用于控制应用（121）和/或从网络接收数据或者向网络提供数据的应用单元（120）。

11. 用于确定无线网络中的发射的方法，

该网络具有占空比限制，该占空比限制要求该设备发射小于预定义份额的预定义占空比时段，所述份额限定占空比时段的总发射时间预算以及用于占空比时段中的间隔的如对应时间间隔中的占空比限制成比例地允许的平均发射时间，

该方法包括：

- 将网络中的设备的过去发射时间使用情况存储（202）在桶序列中，每个桶代表连续邻近时间间隔序列中的对应时间间隔，这些间隔小于占空比时段，以及

- 通过以下方式确定发射时间桶预算：

- 将比相应时间间隔的平均发射时间更小的基本发射时间预算分配（203）给桶预算，并且

- 将附加发射时间分配（206）给当前桶预算以允许临时超过对应时间间隔的平均发射时间以便适应数据发射中的时间波动并且基于总发射时间预算和过去桶的过去发射时间使用情况结合未来桶的未来基本发射时间预算确定（204）附加发射时间，所述过去、当前和未来桶一起覆盖占空比时段。

12. 如权利要求11所述的方法，其中该方法包括依照当前桶预算控制设备的数据发射。

13. 如权利要求11所述的方法，其中当前桶预算通过下式确定：

N为占空比时段中的桶的总数；

budget_min为基本发射时间预算；

bucket_usage[i]为桶I期间的发射时间使用情况；

budget_excess为可以用来临时地超过budget_min的预算。

14. 用于确定无线网络中的发射的计算机程序产品，所述程序操作来使得处理器执行如权利要求11所述的方法。