CN105142230A - 无线网络和方法 - Google Patents

Abstract

描述了无线网络的网络节点以及用于减少无线网络中的冲突的相应方法、无线网络、无线传感器网络和包括无线传感器网络的智能建筑。所述网络节点包括：处理器；存储器；以及天线。所述网络节点可在混杂模式中操作以：接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；根据所述至少一个应答确定与由所述另一节点发送的相应传输的定时有关的定时信息；以及使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。

Description

无线网络和方法

技术领域

本发明涉及无线网络和方法。

背景技术

CSMA/CA(具有冲突避免的载波侦听多路访问)是在具有共享载波介质的网络(例如无线局域网(WLAN))中使用的公知的媒体访问控制(MAC)协议。在该协议下，网络中的节点对由其他节点在共享载波介质上进行的传输进行侦听并将它们自己的传输推迟到网络变为空闲之后。在一些示例中，每个节点可以在空闲信道评估(CCA)之前(在IEEE802.15.4的情况下)或之后(在IEEE802.11的情况下)等待随机时间段，以减少(感测到网络变为空闲的)两个或更多个节点同时开始进行发送从而引起冲突的可能性。

在无线网络中，通常可能存在以下情况：节点不能侦听由其他节点进行的传输。这可能是由于节点不处于彼此的传输范围内，或由于由节点所处的环境(例如建筑)引起的对传输的干扰或屏蔽。

隐藏节点问题(HNP)描述了以下情况：网络中的发射机节点相对于接收机节点均是可见的，但发射机节点相对于彼此是不可见的。在HNP下，在网络上没有侦听到任何活动的第一发射机节点可能在接收机节点已经在从相对于第一发射机节点隐藏的另一发射机节点接收传输的同时开始传输。这在接收机节点处引起冲突。因此，在该场景下，CSMA下的载波侦听方法不能避免冲突。

暴露节点问题(ENP)描述了以下情况：两个发射机节点的传输对于彼此是可见的，但这些传输的接收机不在彼此的范围内。这可能在发射机节点处引起虚假冲突(falsecollision)，这是由于CSMA协议将防止发射机节点向它们各自的接收机节点进行同时传输，即使这实际上不会导致接收机节点处发生冲突也是如此。ENP通常可能发生于使用密树(densetree)拓扑的网络中，其中节点的空间分布与网络中的通信模式不相关。例如，以下情况是可能的：发射机节点虽然物理上彼此接近但却是为网络树的不同分支提供服务的无关路由器(它们具有不同的父节点)。在一些情况中，发射机节点虽然运行在相同的通信标准(例如IEEE802.15.4)下，但仍可能不属于相同的网络。

与CSMA/CA一起使用的冲突避免(CA)协议的示例在数据传输之前采用握手过程，其中发射机节点和预期接收机节点交换RTS(请求发送)和CTS(清除发送)消息，以便确认接收机节点是可用的并且准备好。

对RTS和CTS消息的使用可以减轻HNP，这是因为接收机节点一次只向一个发射机节点发送CTS消息。因此，在开始自身的传输之前，发射机节点必须进行等待，直到从接收机节点向它发送了CTS消息为止，即使发射机节点在载波介质上没有侦听到活动也是如此。彼此隐藏的发射机节点依靠CTS消息来防止接收机节点处与其传输有关的冲突。

对RTS和CTS消息的使用还可以减轻ENP。当第一发射机节点从邻近的第二发射机节点监听到RTS消息但随后没有从向之发送了RTS消息的接收机节点接收到CTS消息时，第一发射机节点可以推断它是暴露节点。基于此，在获知不会在接收机节点(最初的RTS消息发送至此)处引起冲突的情况下，第一发射机然后可以向另一接收机节点进行传输。

虽然RTS和CTS消息可以减少无线网络中冲突的发生，但它们导致网络中的附加拥塞并且一般只针对大的帧尺寸才启用。因此，使得对RTS和CTS消息的使用在IEEE802.11标准中是可选的。

在一些无线网络中，尤其是在具有相对较小的最大传输单元(MTU)大小的无线网络中，由对RTS/CTS消息的使用带来的附加开销可能不能保证其使用。例如，IEEE802.15.4标准定义的MTU是127字节。在包括大量密集节点的拥挤网络中尤其如此。

IEEE802.15.4标准规定低速率无线个人网络(WPAN)的物理层和MAC层。ZigBee标准基于IEEE802.15.4-2003版本并且研发用于低速率、低功率的安全应用。这些标准适于在家庭和建筑自动化领域(智能建筑)中的无线传感器网络(WSN)使用。对RTS和CTS消息的使用对于要求低功率使用的这类网络来讲可能过于繁重。此外，WSN应用中的小MTU尺寸可能不能证明使用RTS/CTS消息是合理的。在物联网(IoT)(其中预计网络挤满了大量节点)领域尤其如此。

发明内容

本发明的各个方面示于了所附独立权利要求及从属权利要求。来自从属权利要求的特征的组合可与独立权利要求的特征进行适当地组合，而不只是体现为权利要求所明确示出的形式。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线网络的网络节点，该网络节点包括：

处理器；

存储器；以及

天线，

其中所述网络节点可在混杂模式中操作以：

接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；

根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及

使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于减少无线网络中的冲突的方法，所述方法包括：网络节点在混杂模式中操作以：

接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；

根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及

使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。

通过以混杂模式进行操作来接收对由网络中的另一节点发送的传输的应答，并根据所述应答来确定定时信息，所述网络节点可调度其传输以减小冲突的概率。根据本发明的实施例，网络节点因此可使用在网络上发送的应答中所包含的定时信息和/或基于应答本身的定时来调度其传输。这可通过不需要显式地采用RTS和CTS消息的形式减轻由例如HNP引起的冲突。因此，与采用RTS和CTS消息的网络相比，网络业务和开销可减少。

可采用应答帧的形式来提供每个应答。应答帧可以是符合标准的应答帧，由此根据本发明的实施例的方法可以符合诸如IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.15.4、IEEE802.15.4e和ZigBee的标准。

网络节点可基于接收到应答的时刻来确定所述定时信息。例如，通过假定对网络的传输的应答通常在初始发送所述传输之后预定或预计时间量之后发送，可根据网络节点接收到所述应答的时刻推断出初始发送所述传输的时刻。通过这种方式，网络节点可确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息，即使它本身可能没有接收到这些传输(例如在网络节点和所述另一节点是隐藏节点的情况中)。

网络节点可操作以通过检查所述至少一个应答中包含的定时信息来确定所述定时信息。例如，所述应答可包括指示与所述应答相对应的传输被所述另一节点发送的时刻的时间戳。所述定时信息还可包括传输序列号，以允许识别与所述应答相关的传输和/或所述发送节点.

在另一示例中，设想所述应答可包括与由所述另一节点发送的多于一个传输有关的定时信息。在又一示例中，应答可包括与由多个其他节点进行的一个或多个传输有关的定时信息。通过确定与多于一个传输有关的定时信息，网络节点可调度其自己的传输，以更有效地减小发生冲突的概率。

可将定时信息包括在所述应答的扩展元素中。扩展元素可以是符合标准(例如符合IEEE802.15.4e)的应答帧的信息元素(IE)扩展。

注意到，在一些实施例中，可使用用于确定与由另一节点或其他节点发送的传输的定时有关的定时信息的上述方法的组合。具体地，可使用接收到应答的时刻和应答的内容两者来确定定时信息。

在一些示例中，网络节点可确定与由多个其他节点发送的传输的定时有关的定时信息。所述定时信息可被用来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述多个其他节点发送的传输发生冲突的概率。这可通过使用用于确定定时信息的任意上述方法来实现。例如，接收到多个应答的时刻可被用来推断由一个或多个其他节点发送多个传输的时刻。在另一示例中，如上所述，可检查应答的内容以确定定时信息。例如，内容可包括指示由一个或多个其他节点发送的多个传输的定时的时间表。所述时间表可包括多个时间戳。

根据本发明的又一方面，可以提供一种无线网络的网络节点，该网络节点包括：

处理器；

存储器；以及

天线，

其中所述网络节点可操作以：

确定由第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述节点的传输的一个或多个冲突；以及

响应于所述确定，将定时信息包括在发送到所述第一另一网络节点和第二另一网络节点的一个或多个应答中，以供所述第一另一网络节点和第二另一网络节点用来相对于彼此调度其传输，以避免进一步冲突。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于减少无线网络中的冲突的方法，所述方法包括：由网络节点：

确定由第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述节

点的传输的一个或多个冲突；以及

响应于所述确定，将定时信息包括在发送到所述第一另一网络节点和第二另一网络节点的一个或多个应答中，以供所述第一另一网络节点和第二另一网络节点用来相对于彼此调度其传输，以避免进一步冲突。

当网络节点确定已经发生了冲突时，可通过以下操作进行响应：将定时信息包括在发送到发送了引起所述冲突的传输的所述网络节点的一个或多个应答中。然后，这些节点可以使用定时信息来相对于彼此调度其传输，以避免进一步冲突。在一些示例中，网络节点可以采用上述方式使用所述定时信息，以便调度其传输。

网络节点可操作以使用否定应答来重新发送所述定时信息。例如，可在确定了由所述第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述网络节点的传输的进一步冲突时使用所述否定应答。这可减轻关于第一另一网络节点和第二另一网络节点中的任一个没有接收到所述应答(例如，由于任一节点在发送所述应答时是非活动的或由于所述应答在任一节点处与另一消息发生冲突)由此所述其他节点中的一个或两个遗漏了调度其传输以避免进一步冲突的问题。

所述定时信息可包括由第一另一节点和第二另一节点发送的传输的列表。所述定时信息还可包括由第一另一节点和第二另一节点发送所述传输的时刻(例如，使用时间戳)。

根据本发明的又一方面，提供了一种无线网络，包括多个上述类型的节点。无线网络可包括多个隐藏节点。

根据本发明的另一方面，提供了一种无线传感器网络，包括上述类型的无线网络，其中所述网络节点中的至少一些包括一个或多个环境传感器。

根据本发明的又一方面，提供了一种智能建筑，包括上述类型的无线传感器网络。

这里公开的无线网络节点、无线网络和相应的方法可以符合诸如IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.15.4、IEEE802.15.4e和ZigBee的标准。可以设想的是，本发明的实施例可符合IEEE802.15.4规范的2.4Ghz版本，或事实上符合运行于其他频带的版本。

附图说明

下文将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中相似的附图标记表示相似的元素，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的无线网络的节点；

图2A示出了根据本发明的实施例的智能建筑；

图2B示出了根据本发明的实施例的图2A的智能建筑的内部空间；

图3示出了根据本发明的实施例的包括多个节点的无线网络；

图4-6均示出了根据本发明的实施例的方法；以及

图7示出了根据本发明的实施例用于在确定去同步操作的过程中使用的定时信息的示例。

具体实施方式

以下参照附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的实施例的无线网络的节点10。节点10包括用于在网络上发送和接收消息的天线6。节点10可以包括接口8，接口8包括连接到天线6以处理输入和输出信号的射频组件。节点10还可以包括用于处理数据和控制节点10的操作的处理器4。节点10还可以包括用于存储数据的存储器2。

节点10还可以包括用于在无线传感器网络(WSN)中使用的一个或多个环境传感器14a、14b、14c。WSN可以被设置用于家庭和建筑自动化领域(例如在智能建筑中)。环境传感器可以包括用于测量温度、亮度、湿度、气体组成和/或其他环境条件的传感器。

节点10可以与诸如照明开关、功率开关、加热控制装置或通常集成在自动化建筑中的其他特征等的对象相关联。节点10可以包括针对到这些特征的本地连接的I/O电路16。例如，节点10可以用于识别照明开关或加热器当前处于开启还是关闭状态。节点10可通过I/O电路16与开关、加热器等的特征互连，以作出该决定。

节点10的各个组件可经由总线12连接在一起。

图2A示出了根据本发明的实施例的包括WSN的智能建筑20。建筑20可以是例如住宅建筑，比如一套公寓楼的房屋。在其他示例中，智能建筑20可以是办公室、仓库、公共建筑、温室或其他类型的建筑。

WSN包括具有上述环境传感器的网络节点。例如，图2B示出了建筑20的内部空间，所述内部空间包括多个房间22、24、26、28。房间22、24、26设置有经由路由器节点21无线通信的网络节点23、25和27。本例中的网络节点23、25分别并入到房间22和24中的照明开关中并且当照明开关被操作时通过经由路由器21向建筑自动化系统(BAS)发送消息来用信号通知BAS。类似地，房间26中的网络节点27连接到加热器。当操作加热器时，网络节点27经由节点21将这一点用信号通知给BAS。建筑20中的网络节点还可经由路由器21从BAS接收消息。通过这种方式，BAS可远程控制与网络节点相关联的其他设备的照明开关、加热器。

内部空间是可能导致HNP的环境的示例。例如，图2B中所示的节点25和27可以是相对于彼此隐藏的，这是因为它们位于彼此的传输范围之外和/或隔离房间24和26的墙壁干扰其传输使得它们不能彼此触及。虽然节点25和27可以是相对于彼此隐藏的，但是路由器21可以被定位为使得其自己可以从两者都接收传输。由节点25和27进行的同时传输可能根据HNP引起路由器21处的冲突。

虽然上述无线网络是在智能建筑的上下文中提供的，但将理解的是，本发明的实施例通常适用于无线网络的网络节点。

图3示出了包括多个节点30、32、34的无线网络100。在该示例中，假定节点30是接收机节点，并且假定节点32和34是发射机节点。

节点30、32、34可以是上文结合图1描述的类型的节点。无线网络100可以是以上结合图2A和2B描述的类型的网络。例如，节点30可以对应于图2B中所示的路由器21，节点32和34可以对应于图2B中所示的节点25和27。

将理解的是，在无线网络中，根据其是正在进行发送还是接收，节点可在任意给定时刻是接收机节点或发射机节点。针对本示例，假定节点30当前正在从节点32和34接收传输。节点30可以是例如路由器节点，其可操作以路由节点32和34之间的传输。还将理解的是，无线网络可包括比当前简化示例中所示的节点多得多的节点。

在图3中，从以下意义上说，节点32和34是隐藏节点，即虽然节点32和34都能够向节点30发送传输/从节点30接收传输，但是节点32不能直接接收(“监听”)由节点34发送的传输而且节点34不能直接监听由节点32发送的传输。图3中通过虚线31和33示出了这一点，其示意性地分别示出了发射机32和34的范围。由隐藏节点32和34发送的传输可能根据HNP引起节点30处的冲突。

图4示出了与根据本发明的实施例的方法相关联的多个步骤。图4的方法开始于步骤40，其中网络节点30可处于等待接收传输的空闲状态。

在步骤42中，网络节点30从网络节点32接收第一传输p1并且从网络节点34接收第二传输p2。在该示例中，p1和p2是同时接收的，这在网络节点30处引起p1和p2的冲突。如上所述，网络节点32和网络节点34不能监听彼此的传输，因此仅CSMA不能防止分别由网络节点32和34同时或几乎同时发送p1和p2。

在步骤44，网络节点30确定已经发生了传输p1和p2的冲突。根据本发明的实施例，网络节点30可以通过修改其发送的应答消息来对关于已经发生冲突的确定作出反应。例如，在图4的方法步骤46中，网络节点30可以确定将发送到网络节点32和网络节点34的后续应答的内容修改为包括定时信息。这些包括定时信息的应答可在步骤48中发送。所述定时信息可以由网络节点32和网络节点34用来调度它们的未来传输，以减小与他们各自的未来传输相关联的冲突发生的概率。

在一个示例中，包括定时信息的应答可包括冲突分组。该冲突分组可以广播到网络100中的位于节点30的范围内的所有节点，尤其是传输p1和p2的冲突已经在p1和p2中抹掉了信息(例如p1和p2的报头中的节点ID或序列号)(如果该信息未被抹掉，则该信息将使节点30能够识别发送了分组p1和p2的节点)情况下。广播包括与例如p1和p2有关的定时信息的冲突节点可以允许接收所述冲突分组的任意节点(例如节点32和34)调度它们的未来传输，以避免与HNP相关联的未来冲突。

在另一示例中，在p1和p2的冲突没有在p1和p2中抹掉将使节点30能够将节点32和34识别为p1和p2的发送方的信息(例如p1和p2的报头中的节点ID或序列号)的情况下，包括定时信息的应答可包括发送到节点32和节点34的否定应答。该否定应答可指示没有正确地接收到p1和p2并且可进一步包括此时节点30可得到的定时信息。

在又一示例中，定时信息可以包括在由节点30发送的用来对由节点32、节点34或网络100中的另一节点进行的后续传输进行应答的应答中。例如，在在节点30处接收到后续传输(p3、p4、p5……)的情况下，相应的应答(a3、a4、a5……)可包括此时节点30可得到的定时信息。

可以设想的是，用于将定时信息包括在一个或多个应答中(即对冲突分组的使用、对后续传输的NAK和/或ACK)的上述方法不是互斥的并且可以组合使用。

由网络节点30发送的定时信息可以例如包括与由网络节点32和网络节点34发送的传输(比如p1和p2或其他传输)的定时有关的信息。在一个示例中，可将定时信息包括在应答帧的信息元素中。

定时信息可采用多种不同的形式。在一个示例中，定时信息包括对应于由网络节点32和/或网络节点34发送的传输的一个或多个传输ID(例如传输序列号)的列表。所述列表还可包括一个或多个时间戳，每个时间戳与对应于由网络节点32或网络节点34发送的传输的传输ID的列表中的条目相关联，由此指示这些传输被发送的时刻。如下文中将关于例如图7所详述的，这种类型的定时信息可以由网络节点32和/或网络节点34用来调度它们的未来传输，以避免与HNP相关联的未来冲突。

在该示例中，网络节点30可操作以响应于确定已经发生了来自网络节点32和网络节点34的传输的冲突，将网络节点30的行为修改为在发送到网络节点32和网络节点34的应答中包括定时信息。备选地，在一些示例中，可以设想的是，网络节点30可以例行地在其所发送的应答中包括这一类型的定时信息，而不管是否已经确定了冲突。然而，在只在已经确定了冲突之后才将定时信息包括在应答(和/或否定应答，如下文中结合步骤49所述)中的情况下，网络节点30可以避免与在应答中包括定时信息相关联的分组大小的增加。

在一些示例中，将理解的是，无线网络100可包括比图3所示更多数量的节点。例如，网络中可包括多于两个隐藏节点。在这种情况中，由网络节点30在其发送的应答消息中包括的定时信息可以与由任意数量的网络节点(它们可以相对于彼此是隐藏的或不是隐藏的)发送的传输有关。在一些示例中，定时信息可包括标识网络节点(已经从其接收到相关联的传输)的标识码(例如节点ID)或序列号以及如上所述的伴随时间戳。通过这种方式，接收到包含定时信息的应答的网络节点能够针对在网络上发送的每个传输识别所关心的发射节点以及所述传输被发送的时刻。

在图4中所示的方法的步骤49中，网络节点30可以通过向网络节点32和34重新发送定时信息来对由网络节点32和34发送的传输的一个或多个进一步冲突的后续确定做出响应。具体地，可使用包含定时信息的否定应答(NAK)消息来实现对定时信息的这一重新发送。该方法可用来减轻与网络节点32或网络节点34没有接收到包括定时信息的上述应答并且遗漏了调度其后续传输以避免冲突相关联的问题。从而，网络节点30可操作以假定对由这些节点发送的传输的进一步冲突的确定指示任一节点未能接收到如上所述的包含定时信息的应答，这是因为例如在由网络节点30发送应答的时刻其可能是不可操作的或其自身在该时刻可能处于传输模式并且不能接收任何消息。如果随后确定了进一步的冲突，则可再次发送否定应答(NAK)消息。

图5示出了根据本发明的实施例的另一方法。所述方法开始于步骤50，在这一点处，假定网络节点32和34已经接收到定时信息并且它们均已调度了它们的后续传输，以避免未来的冲突。以下将结合例如图7更加详细地描述重新调度发生的方式。

在步骤52中，网络节点32将传输p1发送到网络节点30(再次参考图3)。网络节点32在知晓其将不会引起与由网络节点34发送的传输的冲突的情况下能够发送传输p1，这是因为其已经接收的定时信息允许其确定时隙，其中网络节点34在所述时隙内将不会或不太可能发送任伺传输。

在图5的步骤54中，由网络节点30接收传输p1。在图5的步骤56中，网络节点30向网络节点32发送应答a1，以应答对传输p1的接收。在该示例中，应答a1包括定时信息。定时信息可包括与由网络节点32和/或网络节点34发送的传输的定时有关的信息。在一些示例中，定时信息可与包含由这些网络节点发送的近期传输的时间窗有关。可根据设计要求确定窗口的大小，以便例如符合无线网络100进行操作的标准。窗口可被确定为特定时间段(例如一秒、两秒、三秒等)，或可备选地指示由网络节点32和34发送的之前的N个传输，其中N也可以是根据设计要求选择的或用于符合标准。在一些实施例中，可自动调节窗口的大小(根据其所覆盖的时段或根据窗口中所包括的传输数量)。该调节可通过网络100内所确定的冲突级别来指导。

在图5的步骤58中，由网络节点32接收应答a1。网络节点32由此能够确定网络节点30正确地接收到其传输p1。网络节点32还可检查应答a1中所包括的定时信息，由此辅助其调度其未来传输。在这一方面，注意到每个网络节点可基于在网络上发送的应答消息中接收的最近信息来更新对其传输的调度。基于这一最近信息，网络节点32可确定其需要对其未来传输进行重新调度还是当前调度足以用于避免冲突。

在图5的步骤58中，网络节点34(其能够监听由网络节点30发送的传输)也在接收应答a1。虽然应答a1未被寻址到网络节点34，但是如下文所详述，网络节点34可混杂地操作以接收和处理与由网络中的其他节点(本例中，节点32)发送的传输相关联的应答以及使用应答中所包含的定时信息来如此所述调度其未来传输。因此，如上文结合网络节点32所述，网络节点34还基于应答a1中包含的定时信息确定是否需要对其未来传输进行重新调度。如果确定当前调度足以避免冲突，则不需要重新调度其未来传输。另一方面，如果应答a1中的定时信息指示需要由网络节点34对未来传输进行重新调度，则网络节点34可适当地对其传输进行重新调度。

在步骤60中，网络节点34随后向网络节点30发送传输p2。由于网络节点34已经调度或重新调度了传输p2以便避免冲突，所以可假定，在发送p2时，网络节点32将不会同时发送未来传输。从而，网络节点34可假定将不会或不太可能发生传输p2与由网络节点32发送的传输的冲突。

在图5的步骤62中，网络节点30接收传输p2。

在步骤64中，网络节点30向网络节点34发送应答a2，以确认其已经接收到传输p2。应答a2可包括这里描述的类型的定时信息。应答a2可比应答a1中包含的定时信息更新的定时信息。

在图5的步骤66中，网络节点34接收应答a2并由此获知网络节点30已经正确地接收到传输p2。网络节点34还可检查应答a2中包含的定时信息并再次确定由节点34发送的未来传输是否需要被重新调度。

类似地，本例中的网络节点32混杂地进行操作，并且接收和处理寻址到网络节点34的应答a2。网络节点32可以根据应答a2确定定时信息并再次基于该最新信息确定其未来传输是否需要重新调度。

在与图5有关的方法中，假定在步骤50中，网络节点30已经切换为在其将定时信息包括在网络上所发送的应答中的模式中进行操作。如上所述，备选地，可以设想网络节点30总是可以将定时信息包括在网络上发送的所有应答中(而不管是否已经确定了冲突)。

将理解的是，图5的方法可被实现为允许网络节点(比如节点32和34)收集和处理关于由网络中的其他节点发送的传输的定时信息，以调度或重新调度其自己的后续传输，从而防止与由这些其他节点发送的传输发生冲突。

图6中示意性地示出了根据本发明的实施例的另一方法的步骤。图6的方法可由节点(比如图3中所示的类型的网络节点32或网络节点34)实现。所述方法开始于步骤70，其中假定网络节点处于空闲状态。

网络节点可在混杂模式中操作以监控网络从而得到在网络上发送的应答，所述应答对由其他网络节点发送的传输进行应答。在图6的步骤72中，网络节点接收应答。所述应答是对由另一网络节点发送的传输的应答。例如，实现图6的方法的节点可以是图3所示的节点34，并且所述应答可以是由节点30发送到节点32以对由节点32发送到节点30的传输进行应答的应答。如图3所示，另一网络节点可以是相对于网络节点隐藏的网络节点。传统地，在注意到所述应答不是寻址到自己而是寻址到发送了与所述应答有关的传输的另一网络节点的情况下，网络节点可忽略所述应答。然而，根据本实施例，网络节点按如下处理所述应答。

在步骤74中，网络节点根据所述应答确定定时信息。如上所述，这可通过检查应答本身中所包含的定时信息来实现。从而，举例来讲，网络节点可检查应答的内容，该应答可以是例如符合标准的应答帧。网络节点可提取定时信息，其中包括由一个或多个其他网络节点发送的一个或多个传输的列表以及例如由所述列表中所包含的时间戳所指示的这些传输被发送的时刻。

在备选方法中，网络节点可基于接收到应答本身的时刻确定与所述应答相关联的传输的定时。通常，应答是在发送与所述应答有关的最初传输之后的可预测时刻发送的。在一些示例中，发送最初传输和发送与所述传输有关的应答之间的时间延迟可以是根据网络标准定义的固定时段。在其他示例中，应答的定时在特定的确定度内是可预测的，由此网络节点只能使用接收到应答的定时来在给定的精确度内确定最初传输的定时。在基于接收到应答的时刻确定传输的定时时，可以考虑诸如针对应答的分组大小和最大等待时间(针对IEEE802.15.4标准，它们分别为4.2毫秒和192微秒)等的因素。

在该备选方法中，应答本身不需要包括这样的定时信息，由此，与这些应答的传输相关联的开销可减少。事实上，在该示例中，应答本身可以是传统的应答。尽管如此，网络节点仍可检查应答的内容，以便例如通过从所述应答中提取发送网络节点的标识码(例如节点ID)确定哪个网络节点负责发送所述最初传输。

在图6的步骤76中，网络节点使用(基于所述应答的内容和/或接收到所述应答的时刻所确定的)所述定时信息来确定其是否应该重新调度其未来传输。在下文中将结合图7更为详细地解释这一点。在一些示例中，可以确定不必对其传输进行重新调度。然而，在其确定在步骤72中接收的应答所针对的传输和/或其所知晓的其他传输的定时意味着由其他节点进行的未来传输很有可能引起与其自己的传输发生冲突的情况下，其可重新调度其自己的传输以避免这种冲突。

在图6的步骤78中，网络节点可操作以发送一个或多个消息，所述消息可以是根据如上所述的经过更新的时间表发送的。这些消息可以由网络节点在知晓与由网络中的其他节点进行的传输发生冲突的可能性已经减小的情况下进行发送。

将理解的是，上文结合图6描述的方法可不间断地重复，由此网络节点可持续地更新其对由网络中的其他节点发送的传输的定时的了解并可持续地确定对其自己的传输进行重新调度对于避免冲突来讲是否适当。

还将理解的是，网络节点可使其调度基于对多于一个应答的接收。例如，网络节点可接收对由多个其他节点发送的传输进行应答的应答并且可使用这些应答中的每一个中所包含的(或根据如上所述的接收时刻推断的)定时信息来调度其自己的未来传输。

图7示出了定时信息可以如何被每个网络节点用来调度其自身的未来传输以减少冲突的示例。

如上所述，可以根据例如在应答中接收的定时信息和/或基于这些应答的到达时刻确定的定时信息导出由网络节点使用的定时信息。网络节点可使用该定时信息维护其自己对在网络上发送的传输的记录。每当网络节点可得到新的定时信息时，网络节点可更新其对已经发送的传输的记录。例如，网络节点可基于与由网络中的其他节点发送的新传输有关的新信息(如最近接收的应答中所指明)更新其定时信息。对定时信息的记录可由网络节点在存储器(比如以上结合图1描述的存储器2)中维护。同样如以上结合图1所述，网络节点10可包括处理器4。在这种示例中，处理器4可处理定时信息并执行如下所述的对调度未来传输的实现。

在图7中，示出了包括多个时隙230的记录240。在该示例中，可根据由无线网络使用的通信协议配置时隙。例如，可根据由网络使用的最小传输时段或其若干倍来确定每个时隙230的大小。对较小时隙的使用增加了由网络节点保存的记录240的粒度，但可增加与所述记录240相关联的处理和存储开销。另一方面，由记录240使用的大时隙可降低为了减少冲突进行调度的准确度，但可减少与记录240相关联的处理和存储器开销。在一个示例中，时隙大小可根据无线网络所符合的标准导出。例如，时隙大小可通过最大分组的广播时间(由IEEE802.15.4标准定义为4.2毫秒)来给出。

记录240中的时隙230可被布置在多个切片211-220中。所述切片均包括多个时隙201-210。在该示例中，记录240包括十个切片，每个切片包括十个时隙230。从而，在该示例中，由网络节点维护的被其他网络节点发送的传输的记录240包括在之前100个时隙上发送的传输。可以设想的是，可将更多或更少数量的切片用于记录240，并且每个切片可被布置为包括更多或更少数量的时隙。

在图7中，示出了时隙230中的一些包括传输(它们由阴影时隙232指示)。记录240中的这些传输232是由网络节点使用上述类型的方法确定的并且被不间断地添加到记录240，以便维护所述记录240，以用于确定用于未来传输的空闲时隙(freetimeslot)。

在本例中，示出了已经针对记录240的切片211-220中的至少一个内的每个时隙(除了时隙205和206之外，它们在记录240的每个切片中都没有传输)确定了之前的传输。从而，网络节点可根据对其记录240的检查确定出，在时隙205或206内发送的传输不太可能导致在接收机处发生冲突。

在一些示例中，关于针对网络节点进行的未来传输的最佳时隙的确定可能是概率性的。例如，网络节点可能不能在被记录240覆盖的历史窗口上识别出任何已经完全无传输的时隙。在诸如这种情况中，网络节点可操作以针对传输确定最佳可用时隙，该最佳可用时隙最不可能引起冲突。在一些情况中，可能没有任何完全空闲的时隙，由此网络节点可操作以基于根据网络节点维护的记录240最近最少使用的时隙来确定最佳时隙。例如，在时隙205和206之后，用于发送传输的下一个最佳时隙(存在冲突的可能性较小)将是时隙201或时隙210，在时隙201或210中，在每种情况中，在之前的十个切片中仅存在单个传输。

如上所述，可动态地更新由网络节点维护的记录240，由此可持续地更新对在记录240的历史窗口期间发送的传输的了解，以在任意给定时刻向每个网络节点提供信息，所述信息用于为后续传输确定最佳未来时隙以减少冲突。

根据本发明的实施例，无线网络中的每个节点可维护对由网络中的其他节点发送的传输的记录。在一些示例中，每个网络节点可维护所示的且以上结合图7描述的类型的记录。注意到，针对每个网络节点的记录可以是不同的，这是因为网络节点不需要在其记录中包括其自己的之前传输。

还注意到，所述记录不需要只包括与根据由网络节点接收的应答确定的传输有关的定时信息。在一些情况中，网络节点可以只相对于网络中的其他发送网络节点的子集是隐藏的，在这种情况中，网络节点可直接操作以接收由其他网络节点发送的特定数量的传输，其中这些传输不旨在去往该网络节点本身。在这些情况中，不管网络节点是否接收到包括上述类型的定时信息的对这些传输的应答，网络节点都可操作以维护其记录，以对这些直接接收的传输加以记录。通过这种方式，可以使用包括来自直接接收的传输的定时信息和基于由网络节点接收的对由其他网络节点发送的传输的应答的定时信息的组合的记录。

从而，已经描述了无线网络的网络节点以及用于减少无线网络中的冲突的相应方法、无线网络、无线传感器网络和包括无线传感器网络的智能建筑。网络节点包括处理器、存储器和天线。网络节点可在混杂模式中操作以：接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过无线网络发送的相应传输的应答；根据所述至少一个应答确定与由所述另一节点发送的相应传输的定时有关的定时信息；以及使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。所述网络节点还可操作以：确定由第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述节点的传输的一个或多个冲突；以及响应于所述确定，将定时信息包括在发送到所述第一另一网络节点和第二另一网络节点的一个或多个应答中，以供所述第一另一网络节点和第二另一网络节点用来相对于彼此调度其传输，以避免进一步的冲突。

虽然已经描述了本发明的具体实施例，但将理解的是，可在所要求保护的发明的范围内进行多种修改/补充和/或替换。

Claims (15)

1.一种无线网络的网络节点，所述网络节点包括：

处理器；

存储器；以及

天线，

其中所述网络节点能够在混杂模式中操作以：

接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过所述无线网络发送的相应传输的应答；

根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及

使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。

2.根据权利要求1所述的网络节点，其中，所述网络节点可操作以通过以下操作确定所述定时信息：

确定由所述网络节点接收到所述至少一个应答中的每一个应答的时刻；以及

推断所述另一节点发送与所述至少一个应答相对应的相应传输的时刻。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的网络节点，其中，所述网络节点可操作以：通过检查所述至少一个应答中所包含的定时信息来确定所述定时信息。

4.根据权利要求4所述的网络节点，其中，所述至少一个应答中的定时信息包括时间戳，所述时间戳指示所述另一节点发送与所述至少一个应答相对应的传输的时刻。

5.根据前述任一项权利要求所述的网络节点，其中，所述网络节点可操作以：

确定与由多个其他节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及

使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述多个其他节点发送的传输发生冲突的概率。

6.根据前述任一项权利要求所述的网络节点，其中，所述定时信息包括时间表，所述时间表指示由所述另一节点发送的多个传输的定时。

7.一种无线网络的网络节点，所述网络节点包括：

处理器；

存储器；以及

天线，

其中所述网络节点可操作以：

确定由第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述节点的传输的一个或多个冲突；以及

响应于所述确定，将定时信息包括在发送到所述第一另一网络节点和所述第二另一网络节点的一个或多个应答中，以供所述第一另一网络节点和所述第二另一网络节点用来相对于彼此调度其传输，以避免进一步冲突。

8.根据权利要求7所述的网络节点，其中，所述网络节点可操作以：在确定由所述第一另一网络节点和所述第二另一网络节点发送到所述网络节点的传输的进一步冲突时，使用否定应答来重新发送所述定时信息。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的网络节点，其中，所述定时信息包括包含以下各项的列表：

由所述第一另一节点和所述第二另一节点发送的传输；

由所述第一另一节点和所述第二另一节点发送所述传输的时刻。

10.一种无线网络，包括多个根据前述任一项权利要求所述的节点。

11.根据权利要求10所述的无线网络，包括多个隐藏节点。

12.一种无线传感器网络，包括根据权利要求10或权利要求11所述的网络，其中所述网络节点中的至少一些网络节点包括一个或多个环境传感器。

13.一种智能建筑，包括根据权利要求12所述的无线传感器网络。

14.一种用于减少无线网络中的冲突的方法，所述方法包括：网络节点在混杂模式中操作以：

接收至少一个应答，其中每个应答是对由另一节点通过所述无线网络发送的相应传输的应答；

根据所述至少一个应答来确定与由所述另一节点发送的传输的定时有关的定时信息；以及

使用所述定时信息来调度由所述节点发送的传输，以减小与由所述另一节点发送的传输发生冲突的概率。

15.一种用于减少无线网络中的冲突的方法，所述方法包括：

由网络节点：

确定由第一另一网络节点和第二另一网络节点发送到所述节点的传输的一个或多个冲突；以及

响应于所述确定，将定时信息包括在发送到所述第一另一网络节点和所述第二另一网络节点的一个或多个应答中，以供所述第一另一网络节点和所述第二另一网络节点用来相对于彼此调度其传输，以避免进一步冲突。