CN104661228A - 用于设置排他传送信道以避免干扰信号的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于设置不同频带的排他传送信道的设备和方法使用铁路无线传感器网络监视铁路车辆的状态，并将监视结果传送到控制中心。根据示范实施例，所述用于设置排他传送信道的设备包括：干扰测量单元，被配置为将所有可分配频带划分为多个频带，并测量与一个或多个传感器通信的每一划分的频带的干扰量；排他传送信道设置单元，被配置为计算每一划分的频带的测量的干扰量的移动平均值，并基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于所述一个或多个传感器的排他传送信道，并向该排他传送信道分配频带；和频率调制器，被配置为与该排他传送信道中的频带对应地，调制所述一个或多个传感器中的每一个的使用频率。

Description

用于设置排他传送信道以避免干扰信号的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0143064号和2014年9月12日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0121096号的优先权，为了所有目的通过引用在这里合并其全部公开。

技术领域

以下描述涉及为了铁路设施的安全性管理的目的、用于避免铁路无线传感器网络上出现的干扰信号的技术。

背景技术

为了铁路设施的安全性管理，需要规则监视铁路和铁路车辆，并且，如果发现任何问题，则修理并修整它。为此，实时检查操作状态，诸如铁路车辆的热和震动、以及铁路的磨损程度。

在最近技术之中，存在这样的安装装置的技术，该装置按照无接触方式测量铁路车辆朝向铁路生成的热，并通过有线网络将关于测量的温度的信息传送到维护中心。然而，使用有线网络的方法可导致较不精确的测量结果，并在测量次数方面具有限制。

用于铁路设施的安全性管理的另一技术在于利用无线传感器来监视铁路和铁路车辆的无线通信方法。无线传感器可利用低功耗操作并实时传送铁路车辆的操作状态信息。然而，在采用多个无线传感器的无线传感器网络上，无线传感器使用无许可(unlicensed)通信波段，由此导致对和无线传感器使用相同频带的铁路车辆中的其他无线装置的干扰。结果，可恶化数据传输质量。

发明内容

以下描述涉及用于通过向使用相同频带的多个无线传感器设置不同排他传送信道、来避免无线通信中的干扰的技术。

在一个一般方面中，提供了用于设置排他传送信道以避免干扰信号的设备，该设备包括：干扰测量单元，被配置为将所有可分配频带划分为多个频带，并测量与一个或多个传感器通信的每一划分的频带的干扰量；排他传送信道设置单元，被配置为计算每一划分的频带的测量的干扰量的移动平均值，并基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于所述一个或多个传感器的排他传送信道，并向该排他传送信道分配频带；和频率调制器，被配置为与该排他传送信道中的频带对应地，调制所述一个或多个传感器的每一个的使用频率。

在另一一般方面中，提供了一种用于设置排他传送信道以避免干扰信号的方法，该方法包括：将所有可分配频带划分为多个频带；测量与一个或多个传感器通信的每一划分的频带的干扰量；计算每一子频带的测量的干扰的移动平均值；基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于所述一个或多个传感器的排他传送信道；以及与该排他传送信道中的频带对应地，调制所述一个或多个传感器的每一个的使用频率。

通过以下详细描述、图和权利要求，其他特征和方面可清楚。

附图说明

图1是图示了其中使用用于设置排他传送信道的设备的示例的图。

图2是图示了根据示范实施例的用于设置排他传送信道的设备的框图。

图3是图示了使用数据的超帧的无线通信的示例的图。

图4是图示了信标帧中包括的信息的示例的图。

图5是图示了根据示范实施例的用于设置排他传送信道的方法的流程图。

贯穿图和详细描述中，除非按照别的方式描述，否则相同的附图标记将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、示意和便利，可夸大这些元件的相对尺寸和描绘。

具体实施方式

提供以下描述以帮助读者获得这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，本领域技术人员将想到这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改、和等效。而且，为了增加的清楚和简洁，可省略公知功能和构造的描述。

其后，参考图来提供详细描述。

图1是图示了其中使用用于设置排他传送信道的设备的示例的图。

例如，可使用用于设置排他传送信道的设备100用于铁路车辆的安全性管理系统。为了确保铁路运输的安全性，需要同时测量铁路车辆的轴的热和振动，以便检测异常。为了铁路运输的安全性，传感器200可实时测量关于铁路车辆的状态信息(轴的热和振动)，并将测量数据传送到设备100。为了测量每一铁路车辆的状态信息，多个传感器是必需的。当多个传感器使用相同频带时，这可导致信号干扰。为了解决该缺陷，设备100可设置用于每一传感器200的排他传送信道，以便执行使用排他传送信道与接入点(AP)或控制中心的无线通信。

参考图1，设备100从传感器201、202、203和204接收数据。例如，设备100可从传感器200接收关于压力、距离、温度、湿度、速度、和加速度的数据。

设备100可设置用于传感器1201的排他传送信道1(FA1,122)、用于传感器2202的排他传送信道2(FA2,124)、用于传感器3203的排他传送信道3(FA2,126)、和用于传感器4204的排他传送信道4。另外，因为可对于单一传感器设置多个排他传送信道，所以设备100可设置用于传感器1201的排他传送信道1-2(FA1-2,123)。

另外，根据本公开的另一方面，可使用数据中包括的超帧中的信标，用于传感器200和设备100之间的无线通信，并且参考图3和4提供其描述。

图2是图示了根据示范实施例的用于设置排他传送信道的设备的框图。

参考图2，设备100包括干扰测量单元110、排他传送信道设置单元120、频率调制器130、和通信器140。

干扰测量单元110将所有可分配频带划分为多个频带，并测量用于传感器200要使用的每一划分的频带的干扰量。在这一点，通过考虑每一信道的使用目的、数据浓缩的程度、以及具有高传送效率的频带的特性，所有可分配频带可被相等划分或利用不同范围划分。

根据本公开的一个方面，干扰测量单元110可从用户接收关于传感器200的数目的信息，并将所有可分配频带划分为与需要数目的频带对应的多个频带。另外，根据本公开的另一一般方面，干扰测量单元110可通过考虑针对每一频带的特性、数据接收敏感度、和要传送和接收的数据的数量，来确定要划分的每一频带的范围。每一频带可具有不同特性、数据接收敏感度、和数据的数量。例如，可能在所有可分配频带中更精细地划分具有适合(decent)数据接收敏感度的一些频带。通过考虑上述信息，干扰测量单元110可将所有可分配频带划分为多个频带，并测量用于每一划分的频带的干扰量。另外，干扰测量单元110可标识干扰信号的类型，并且当排他传送信道设置时，使用关于干扰信号的类型的信息。可使用干扰测量单元110所划分的频带用于信道设置。

可存在用于设置排他传送信道的各个实施例。在这些实施例之一中，可能设置每一时隙的非竞争信号获取模式(无争用周期)，以便使得传送延迟最小化。

根据本公开的一个方面，排他传送信道设置单元120可计算用于每一划分的频带的测量的干扰量的移动平均值、并基于计算的移动平均值来设置每一时隙的用于传感器200的排他传送信道，并向排他传送信道分配频带。可使用以下等式来发现具有较小干扰的频带。

(1)用于每一频带的干扰量的移动平均值＝Mean IS_FAn＝{IS_FAn_t,IS_FAn_t-1,…,IS_FAn_t-n+1}

(2)最小干扰量＝Min{Mean IS_FA1,…,Mean IS_FAn}

IS代表干扰强度，FA1表示第一频带，并且FAn表示第n频带。根据等式(1)，用于每一频带的干扰量的移动平均值是t、t-1、……、t-n+1中第n频带中的干扰均值。这样，使用移动平均值来计算第一频带、第二频带、……、和第n频带中的每一个的干扰。

等式(2)中的最小干扰是计算第一频带、第二频带、……、和第n频带中的具有最小干扰的频带。另外，频带可按照最小干扰量的次序被设置为用于不同传感器的排他传送信道。具有最小干扰量的频带可被设置为到第一传感器的排他传送信道，而具有第二最小干扰量的频带可被设置为到第二传感器的排他传送信道。

在这一点，可能通过向更新近的时间点施加更大权重来计算加权移动平均值，用来计算干扰量的移动平均值。例如，如果在其中参考时间是从t开始的特定时间段的时间点t-1的德耳塔时间中施加权重，则可能估计德耳塔时间的趋势，以便动态测量干扰量。因此，可平滑呈现变量的逐步移动。

根据本公开的另一方面，排他传送信道设置单元120可通过考虑包括功能、属性、使用频率、与相邻传感器的距离、和传感器200的总数的信息项，来设置每一传感器200的排他传送信道，其中从用户接收这些信息项。并且向排他传送信道分配频带。例如，排他传送信道设置单元120可基于每一传感器通常处理的数据的类型和数量，来确定必要频带的范围。在另一示例中，排他传送信道设置单元120可设置具有最小干扰的频带作为最频繁使用传感器200的排他传送信道。另外，排他传送信道设置单元120可通过考虑作为物理信息的传感器200之间的距离，来设置不同频带作为用于彼此相邻的传感器的排他传送信道。

根据本公开的另一方面，排他传送信道设置单元120可通过测量接收的数据的信号强度来估计所有可分配频带的干扰量，并基于估计的干扰量来制造(make up)干扰信号列表。

另外，根据本公开的另一方面，排他传送信道设置单元120可基于干扰量来制造干扰信号列表，并基于干扰信号列表来确定设置排他传送信道设置的优先级。

在这一点，可通过考虑以下一个或多个来确定传感器的优先级：针对多个传感器的状态信息、属性、要传送和接收的数据的类型、和要传送和接收的数据的数量。例如，通过考虑要传送和接收的数据的数量，排他传送信道设置单元120可向处理大数量数据所需的传感器给予较高优先级。

另外，可通过考虑以下一个或多个基于干扰信号列表来确定频带的优先级：针对每一频带的特性、数据接收敏感度、每一信道的负荷、和从不同装置接收的数据的干扰。例如，在其中存在使能避免干扰信号(例如，通过滤波使得特定频带能够避免干扰信号)的替换手段的情况下，排他传送信道设置单元120可向特定频带给予较低优先级。另外，在其中由于传感器200使用与其他装置的频带类似的特定频带、所以存在避免干扰信号的大需求的情况下，排他传送信道设置单元120可向特定频带给予较高优先级。然而，以上仅是示范性的，并且可存在用于确定排他传送信道设置的优先级的各种标准。

根据本公开的另一方面，排他传送信道设置单元120可通过考虑所设置的排他传送信道上的业务量，来重置排他传送信道。

一旦对于传感器200设置了排他传送信道，频率调制器130就与排他传送信道中的频带对应地调制每一传感器的使用频率。例如，在其中对于传感器1201设置排他传送信道1(FA1,122)的情况下，可通过在排他传送信道1(FA1,122)内的频带的范围内调制传感器1201的频率，来执行传感器1201和设备100之间的接收和发送数据。

根据本公开的另一实施例，设备100可进一步包括无线通信器140，其指定数据中包括的超帧中的排他传送信道字段中的排他传送信道信息，并接收和传送该数据。参考图3和4来提供其详细描述。

图3是图示了使用数据的超帧的无线通信的示例的图。

超帧可开始于信标信号，并可由其中基于接入多个传感器200的竞争来获取信道的竞争信道部分(争用接入周期(CAP))、和其中基于非竞争获取信道的排他传送信道部分(即，非竞争信道部分或无争用周期(CFP))组成。信标可提供使能与多个接入传感器200同步的信息，规定个域网(PAN)，并配置超帧结构。每一超帧包括信标、活动部分、和停止部分。在CFP中，设备100可分配与每一传感器对应的使用频率。

参考图3，设备100设置每一超帧的两个频带FA1和FA2作为用于传感器1201的排他传送信道。排他传送信道不是对于单一传感器200排他地设置，而是对于对应频带排他地设置，并由此，设备100还可以设置用于传感器2202的频带FA1和FA2用于通信。每一传感器201和202可二者择一地在CFP中使用频带FA1和FA2。

图4是图示了信标帧中包括的信息的示例的图。

在GTS字段中，设备100可指定关于用作排他传送信道的频带的信息。关于使用频带的信息可被添加到GTS列表上的信息比特24-31中，并然后基于超帧单元传送到传感器201、202、203和204。

参考图4，设备100可在超帧的变量中设置GTS字段。另外，设备100可存储关于GTS规范、GTS方向、和GTS列表的信息。

特别是，设备100可在FTS字段的比特0-15中存储装置短地址、在比特16-19中存储GTS开始时隙，在比特20-23中存储GTS长度，并在比特24-31中存储频率FA。然而，以上仅是示范性的，并且本公开的各方面不限于此。

图5是图示了根据示范实施例的用于设置排他传送信道的方法的流程图。

用于设置排他传送信道的方法能使用设备100。

设备100在510将所有可分配频带划分为多个频带，并在520测量与传感器200通信的每一划分的频带的干扰量。在这一点，通过考虑信道的使用目的、数据浓缩的程度、以及具有高传送效率的频带的特性，所有可分配频带可被相等划分或不等划分。

根据本公开的一个方面，设备100可基于需要的频带的数目，来确定要从所有可分配频带划分的每一频带的范围。另外，根据本公开的另一方面，在操作510和420，设备100可通过考虑以下一个或多个来确定要从所有可分配频带划分的每一频带的范围：每一频带的特性、每一频带的数据接收敏感度、和要针对每一频带传送和接收的数据的数量。

每一频带可具有不同特性、数据接收敏感度和数据数量。由此，基于以上信息，设备100可将所有可分配频带划分为多个频带，并测量每一频带中的干扰量。另外，设备100可标识要用于排他传送信道设置的干扰信号的类型。

可存在用于设置排他传送信道的各个实施例。在操作530和540中，设备100在530计算用于每一频带的测量干扰量的移动平均值，并在540基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于传感器的排他传送信道。

在这一点，为了计算干扰量的移动平均值，可能通过向更新近的时间点施加更大权重，来计算加权移动平均值。例如，如果在其中参考时间是从t开始的特定时间段的时间点t-1的德耳塔时间中施加权重值，则可能估计德耳塔时间的趋势，以便动态测量干扰量。因此，可平滑呈现变量的逐步移动。另外，根据本公开的另一方面，在操作530和540，除了计算干扰量的移动平均值的结果之外，通过考虑包括功能、属性、使用频率、与相邻传感器的距离、和传感器的总数的信息项中的一个或多个，来设置排他传送信道，其中从用户接收这些信息项。另外，可通过考虑传感器200的类型、无线传送和接收的数据的类型、和关于传感器200的物理信息，来设置排他传送信道。

另外，根据本公开的另一方面，在操作530和540，可通过测量数据的接收信号强度来估计所有可分配频带的干扰信号，可基于估计的干扰信号来制造干扰信号列表，并可基于干扰信号列表来设置排他传送信道。

另外，根据本公开的另一方面，在操作530和540，可能制造关于频带的干扰的干扰信号列表，并基于干扰信号列表来确定设置排他传送信道的优先级。在该情况下，传感器的优先级可以是通过考虑以下一个或多个而确定的优先级：针对多个传感器的状态信息、属性、要传送和接收的数据的类型、以及要传送和接收的数据的数量。例如，在考虑传感器传送和接收的数据的数量的情况下，向处理大数量数据所需的传感器给予较高优先级。另外，在其中由于多个传感器之间的短距离导致可能发生干扰信号的情况下，可给予更高优先级。

此外，频带的优先级可以是通过考虑以下一个或多个而确定的优先级：针对每一频带的特性、数据接收敏感度、信道上的负荷、和要从其他装置接收的数据的干扰。例如，在其中存在使能避免干扰信号的替换手段(例如，通过滤波使得能够避免干扰信号的特定频带)的情况下，可向特定频带给予用于排他传送信道设置的较低优先级。另外，如果存在由于传感器200使用与其他装置的频带类似的特定频带、所以存在避免干扰信号的大需求，则可向特定频带给予用于排他传送信道设置的较高优先级。然而，以上仅是示范性的，并且可存在用于确定排他传送信道设置的优先级的各种标准。

一旦对于传感器200设置了排他传送信道，就在550调制每一传感器的使用频率以对应于排他传送信道内的频带。

另外，根据另一示范实施例，用于设置排他传送信道的方法可进一步包括在数据中包括的超帧的排他传送信道字段中指定关于排他传送信道的信息，并使用调制的使用频率来传送和接收数据。

上面已描述了多个示例。然而，应理解可进行各种修改。例如，如果按照不同次序执行描述的技术和/或如果描述的系统、架构、装置、或电路中的组件按照不同方式组合和/或被其他组件或它们的等效替换或补充，则可实现适当结果。因此，其他实现在以下权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种用于设置排他传送信道以避免干扰信号的设备，该设备包括：

干扰测量单元，被配置为将所有可分配频带划分为多个频带，并测量与一个或多个传感器通信的每一划分的频带的干扰量；

排他传送信道设置单元，被配置为计算每一划分的频带的测量的干扰量的移动平均值，并基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于所述一个或多个传感器的排他传送信道，并向该排他传送信道分配频带；和

频率调制器，被配置为与该排他传送信道中的频带对应地，调制所述一个或多个传感器中的每一个的使用频率。

2.根据权利要求1的设备，其中该干扰测量单元被进一步配置为通过考虑每一频带的特性、每一频带的数据接收敏感度、要针对每一频带传送和接收的数据的数量、以及关于所述一个或多个传感器的数目的信息，来确定每一频带的范围。

3.根据权利要求1的设备，其中为了计算干扰的移动平均值，该排他传送信道设置单元被进一步配置为通过向更新近的时间点施加更大权重，来计算加权的移动平均值。

4.根据权利要求1的设备，其中该排他传送信道设置单元被进一步配置为通过考虑包括功能、属性、使用频率、与相邻传感器的距离、和所述一个或多个传感器的总数的信息项中的一个或多个，来设置排他传送信道，其中从用户接收这些信息项。

5.根据权利要求1的设备，其中该排他传送信道设置单元通过估计数据的接收信号强度来估计用于所有可分配频带的干扰量，基于估计的干扰量来制造干扰信号列表，并基于干扰信号列表来设置排他传送信道。

6.根据权利要求1的设备，其中该排他传送信道设置单元基于干扰量来制造干扰信号列表，并基于干扰信号列表来确定设置排他传送信道的优先级，

其中，通过考虑以下一个或多个来确定优先级：针对所述一个或多个传感器的状态信息、属性、要传送和接收的数据的类型、以及要传送和接收的数据的数量。

7.根据权利要求6的设备，其中设置排他传送信道的优先级是通过考虑以下一个或多个基于干扰信号列表而确定的频带的优先级：针对每一频带的特性、数据接收敏感度、信道上的负荷、和从其他装置接收的数据的干扰。

8.根据权利要求1的设备，其中该排他传送信道设置单元被进一步配置为通过考虑所设置的排他传送信道上的业务量来重置排他传送信道。

9.根据权利要求1的设备，进一步包括：

无线通信器，被配置为在数据中包括的超帧的排他传送信道字段中指定关于设置的排他传送信道的信息，并使用调制的使用频率来传送和接收数据。

10.一种用于设置排他传送信道以避免干扰信号的方法，该方法包括：

将所有可分配频带划分为多个频带；

测量与一个或多个传感器通信的每一划分的频带的干扰量；

计算每一频带的测量的干扰量的移动平均值；

基于计算的移动平均值来设置每一时隙中用于所述一个或多个传感器的排他传送信道；以及

与该排他传送信道中的频带对应地，调制所述一个或多个传感器中的每一个的使用频率。