CN105309025A - 在信道跳跃网络中为能量受限设备叠加接收调度 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，跳频网络中的第一设备预期传输数据消息的时间被确定。然后，基于所确定的时间生成第一调度，并且第一调度被叠加在网络中的第二设备的跳频调度上。第一调度定义第一时隙，在第一时隙期间第二设备监听数据消息，而跳频调度定义第二时隙，在第二时隙期间第二设备监听来自网络中的其它设备的数据消息。显然，第一时隙的持续时间大于第二时隙各自的持续时间。

Description

在信道跳跃网络中为能量受限设备叠加接收调度
技术领域
本公开通常涉及计算机网络，并且更具体地，涉及在跳频网络中的接收调度。
背景技术
低功耗和有损网络(LLN)(例如，传感器网络)具有无数应用，例如，智能电网高级测量基础设施(AMI)。在智能电网AMI网络中，系统可以通过与计量设备(例如，电量表、气量表、水量表等)进行通信来测量、收集以及分析能量使用。与电量表不同，气量表和水量表通常不被连接至主电源，因此它们需要被电池供电。正因如此，由于缺乏可用能源，气量表和水量表被认为是“能量受限”设备。当处理能量受限设备时，特别是当它们在跳频网络中被实施时，出现了独特的挑战。
附图说明
通过参考下文结合附图进行的描述，本文的实施例可以被更好的理解，其中，相似的标号指示相同或功能相似的元件，其中：
图1示出示范性通信网络；
图2示出示范性网络设备/节点；
图3示出示范性跳频序列；
图4A-4C示出包括能量受限设备调度、非能量受限设备调度、以及叠加调度的示范性跳频序列；
图5示出包括能量受限设备和非能量受限设备的示范性跳频通信网络；以及
图6示出用于在跳频通信网络中叠加接收调度的示范性简化过程。
应该理解的是上述引用的附图不一定是等比例的，附图呈现示出本公开的基本原则的各种优选特征的些许简化表示。本公开的具体设计特征(例如包括具体尺寸、方向、位置和形状)将部分由特定目的的应用和使用环境决定。
具体实施方式
综述
根据公开的实施例，在跳频通信网络中的第一设备预期传输数据消息的时间被确定。然后基于被确定的时间生成第一调度，并且第一调度被叠加在网络中的第二设备的跳频调度上。第一调度定义第一时隙，在第一时隙期间第二设备监听数据消息，而跳频调度定义第二时隙，在第二时隙期间第二设备监听来自网络中的其它设备的数据消息。特别地，第一时隙的持续时间大于第二时隙各自的持续时间。
描述
计算机网络是由通信链路互连的节点和在端节点之间传输数据的片段的地理分布式结合，例如，个人计算机和工作站、或其它设备(例如传感器等)。从局域网络(LAN)到广域网络(WAN)的多种类型的网络是可用的。LAN通常在位于相同通用地理位置(例如，建筑或校园)的专用个人通信链路上连接节点。另一方面，WAN通常在长距离通信链路(例如，公用载波电话线、光学光路、同步光网络(SONET)、同步数据体系(SDH)链路、或诸如IEEE61334、IEEEP1901.2及其它的电力线通信等)上连接地理上分散的节点。此外，移动自组网络(MANET)是一种无线自组网络，无线自组网络通常被认为是由无线链路连接的移动路由器(以及相关主机)的自配置网络，这些无线链路的联合形成了任意拓扑结构。
特别地，智能对象网络(例如，传感器网络)是在不同位置协同监控物理或环境条件(例如，能量/功率消耗、资源消耗(例如，水/气/等，针对高级计量体系或“AMI”应用)、温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等)的具有空间分布的独立装置(例如，传感器、制动器等)的特定类型的网络。其他类型的智能对象包括制动器，例如，负责开启/关闭引擎或执行任意其它动作。传感器网络，一种智能对象网络，通常是共享媒体网络，例如，无线或PLC网络。也就是说，除了一个或多个传感器，在传感器网络中的每个传感器设备(节点)通常配备有无线电收发器或其它通信端口(例如，PLC、微控制器、和能源(例如，电池))。通常，智能对象网络考虑场域网(FAN)、邻域网(NAN)等。通常，对智能对象节点(例如，传感器)的尺寸和成本约束导致对资源(例如，能量、存储器、运算速度和带宽)的相应约束。
图1是示例(并且被大大简化的)计算机网络100(例如，无线或其它)的示意性框图，示例性包括如下文所述的通过跳频通信链路105互连的节点/设备200(例如，如所标记的“11”、“22”、“33”和“44”)。根据本公开，术语“节点”和“设备”可以互换应用。特别地，特定节点200(例如，传感器、路由器、计算机、收音机等)可以与其它节点200通信，例如，基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等。在示例智能电网AMI网络中，节点200可以包括各种传感器，例如，电量表、气量表、水量表等。
本领域的相关技术人员应该理解任意数量的节点、设备、链路等可以被用于无线网络，并且本文所示的情况是为了简化(特别地，虽然传感器被示出，但是可以利用任意无线通信设备11-44)。而且，虽然本文的实施例参考通用无线网络被示例性示出，但本文的描述不因此受限，并且可以被应用于具有有线链路、无线链路、PLC链路等的网络。此外，虽然网络是以特定方向被示出，但网络100仅仅是示例说明，其不用来限制公开。
数据传输140(例如，在设备/节点之间发送的流量、分组、消息等)可以利用预定义的网络通信协议(例如，某些已知的无线协议，例如，IEEE标准802.15.4、WiFi、等)或其它适合的共享媒体协议(例如，PLC)在计算机网络的节点/设备间进行交换。如本文所述，通信可以是基于跳频协议。在这种情况下，协议包括一组定义节点如何相互作用的的规则。
图2是本文所述的一个或多个实施例中所用的示例节点/设备200的示意性框图，例如，如图1所示。设备可以包括一个或多个网络接口210(例如，无线/信道跳跃)、至少一个处理器220、存储器240、以及电源260(例如，插头、电池等)，它们所有都可以通过系统总线350互连。
网络接口210(一个或多个)(例如，收发器)包括在耦合于网络100的无线链路105上传输数据的机械、电、和信令电路。网络接口可以被配置为利用如上文提到的以及本领域相关技术人员理解的各种不同的通信协议来发送和/或接收数据。设备200可以具有多种不同类型的网络接口210，例如，无线和有线/物理连接，本文所示只用作举例。并且，虽然网络接口210与电源260被分开示出，但是在PLC的情况下，例如，网络接口210可以通过电源260通信、或者可以是电源的集成组件。在一些特定配置中，PLC信号可以被耦合至馈送到电源的电线。
存储器240包括被处理器(一个或多个)220和网络接口(一个或多个)210可寻址的多个存储位置以用于存储与本文所述的实施例相关联的软件程序和数据结构。应该注意的是某些设备可能具有有限的存储器或没有存储器(除了用于在设备上操作的程序/处理的存储器外，没有用于存储的存储器)。处理器(一个或多个)220可以包括适用于执行软件程序和操纵数据接口245的必要元件或逻辑。部分通常驻留于存储器240内并且由存储器执行的操作系统242通过调用支持在设备上执行的软件处理和/或服务等来功能性地组织设备。如上文所述，这些软件处理和/或服务可以包括示例性“接收调度叠加”处理248。应该注意的是虽然接收调度叠加处理248是在集中式存储器240中被示出，但针对该处理或其部分提供的可替换实施例具体可在网络接口210(例如，MAC层212的组件(处理248a))内被操作。应该理解的是无数额外处理/应用也可以被存储在存储器240内，包括，例如，路由处理/服务、有向无环图(DAG)构造处理等。
对本领域相关技术人员而言包括各种计算机可读介质的其他处理器和存储器类型可以被用于存储和执行关于本文所述的技术的程序指令是显然的。并且，虽然描述示出各种处理，但是显然可预期到各种处理可以体现为被配置为根据本文技术(例如，根据相似处理的功能性)进行操作的模块。此外，虽然处理被分别示出，本领域相关技术人员理解这些处理可以是其它处理中的例程或模块。
显然，近年来网状网络变得愈发流行和实用。特别是，共享媒体网状网络(例如，无线或PLC网络等)通常是关于被称为低功率和消耗网络(LLN)，LLN是其中路由器，或更普遍的，设备访问减少的资源(例如，处理功率、存储器、和/或能量(电池))的网络类别。而且，说明性地，它们的互连的特征在于高损失率、低数据率、和/或不稳定性。LLN由来自数十以及数千甚至数百万个LLN路由器的任何事物组成，并且支持点对点流量(LLN内的设备之间)、点对多点流量(从根节点处的中央控制点至LLN内的设备的子集)、以及多点对点流量(从LLN内的设备至中央控制点)。
在许多情况下，LLN设备利用跳频、或信道跳跃来传输链路层。这种方法可以通过规则遵从以及信道跳跃系统提供更好的频谱效率的事实两者被驱动。也被称为“跳频扩频”(FHSS)的跳频是通过在大量频率信道间快速切换载波来传输无线电信号的方法，例如，利用发送器和接收器两者都已知的伪随机序列。例如，跳频可以在跳频码分多址(FH-CDMA)方案中作为多接入方法被利用。通常，如可以被本领域相关技术人员所理解的，利用跳频的传输不同于固定频率传输，因为跳频传输抵抗干扰并且很难截获。因此，跳频传输对许多应用(例如，传感器网络、LLN、军事应用等)而言是有用的技术。
通常，如图3所示，在跳频无线网络中，时间帧在跳频序列300内被划分成规则的时隙310，每个时隙在不同的频率330(例如，f1-f4)上操作。对整个网络(例如，网状/小区)或者至少在成对的通信设备之间的时间帧，可以提供参考时钟。每个节点200的MAC层212将时间分成时隙，这些时隙与其邻居的时隙边界对齐。而且，每个时隙310还可以被进一步分成子时隙320。(需要注意的是不是所有跳频系统使用子时隙，并且设备可以在时隙内的任意时间开始传输；此处的图示只是一个示例)。说明性地，MAC层212负责调度分组在其中被发送的时隙，该调度的主要目标通常是随机化传输时间以便避免与邻居的分组冲突。需要注意的是MAC层212不只必须调度来自协议堆栈上层的数据消息，还必须调度它自己的分组(例如，确认、请求、信标等)。
在跳频网络中的设备通过选取信道/频率序列、每个时隙的持续时间、和定义在调度中的第一时隙何时开始的时基，来将它的接收器配置为跟随一个跳跃调度。然后为了传输分组，在分组传输期间发送器和接收器必须被配置于相同的信道/频率，即，同步的。在给定网络中的所有设备可以利用相同的跳跃调度(即，所有设备被配置为使用相同的信道序列、时隙持续时间、和共同的时基)，得到一种网络，该网络中的所有通信在给定时间点都利用相同的信道。可替换地，每个发送器-接收器对可以利用不同的跳跃调度(即，每对可以有不同的信道序列、时隙持续时间、和/或时基)，从而发送器-接收器对可以在相同的时间但不同的信道上传输。后面的方法可能是优选的，因为它可以增加通信网络的综合鲁棒性和多功能性。
跳频系统的基本挑战是维持发送器-接收器对之间的同步性。在发送之前，设备必须知道在传输时接收设备正在监听哪个信道。设备可以通过交换具有调度信息的消息来互相同步。紧在交换信息后，设备在数十或数百微秒内被同步，从而很少有或几乎没有同步错误。用于执行针对单播传输的成对相对时间同步的其它技术也是适合的。然而，经过一段时间，由于振荡器频率不准确引起时钟漂移使得同步错误增加。
为了减小错误量，现有系统通常要求设备定期交换消息以维持同步。例如，一种方法可以要求设备周期性地进行探测(ping)邻近的计量器以维持同步。另一种方法可以要求设备使用采样监听，即，如IEEE802.15.4(CSL)所述，其中设备周期性地探查分组传输。
问题是利用上述方法维持同步就功率消耗而言可能是昂贵的。例如，以每10分钟75kbps简单地发送和接收100字节的分组引起大约15uA的电流消耗。重传、维持多个上层(parents)、以及当ping失败时寻找新的上层使得消耗额外的能源。而这对于被连接至主电源的网络设备而言可能不是问题，“能量受限”设备(例如，电池操作的、太阳能驱动的等)不能够负担基于循环的重新同步。
如上文提到的，在智能电网AMI网络中，气量表和水量表是能量受限的设备的常见示例。例如，与电量表不同，这些设备通常可以由具有有限的能量容量的电池供电。因此，气量表和水量表的可用能源有限，从而在传输、计算、和存储能力上受到了显著约束。因为传输消息消耗珍贵的能源，典型的智能电网AMI架构将气量表和水计量表限制到不涉及路由或转发由其它设备生成的分组的“边缘设备”功能。
上述方法的现有替换涉及增大时隙310的大小，即在该持续时间内第一设备在特定频率330上监听来自第二设备的数据传输(一个或多个)，如图3所示。这种方式具有调节能量受限设备的大的同步错误的能力。然而，这样做会要求将时隙增大1-2个数量级，这将减小网络对干扰的综合鲁棒性和信道多样性。因此，当前存在对支持能量受限设备又不牺牲非能量受限设备的综合通信能力的跳频方案的需求。
在跳频网络中叠加接收调度
本文的技术支持不能维持与电源供电设备(例如，非能量受限设备)相同的同步错误的能量受限设备。公开的实施例包括调度临时“长时隙”，该临时“长时隙”与现有短时隙调度相叠加。长时隙负责能量受限设备预期的较大的同步错误，而短时隙维持网络(例如，LLN)内的绝大多数流量的干扰鲁棒性和信道多样性。长时隙可以由能量受限设备、电源供电设备明确调度、或在两者间协商。长时隙可以基于观察到的同步错误动态调整大小。电源供电的设备可以将长时隙调度传送至邻近设备以维持长时隙期间的连接性。邻近设备可以基于长时隙调度继续或停止传输分组。中央设备(例如，NMS、FAR等)可以被用来选择应该实施长时隙调度的电源供电设备(一个或多个)。
具体地，根据下文详细描述的本公开的一个或多个实施例，确定在跳频通信网络中的第一设备被预期传输数据消息的时间。然后基于所确定的时间生成第一调度，并且第一调度被叠加在网络中的第二设备的跳频调度上。第一调度定义第一时隙，在第一时隙期间第二设备监听所述数据消息，而跳频调度定义第二时隙，在第二时隙期间第二设备监听来自网络中的其它设备的数据消息。特别地，第一时隙的持续时间大于第二时隙各自的持续时间。
说明性地，本文所述的技术可以由可包括由处理器220(或网络接口(一个或多个网络接口210的独立处理器))执行的计算机可执行指令以执行关于本文所述的技术的功能的硬件、软件和/或固件执行，例如根据“接收调度叠加”处理248。通常，本文所述的技术可以由本领域已知的能操作来叠加接收/监听调度的类似组件处理。
操作上，本文的技术通常涉及但不限于调度叠加现有短时隙调度的临时长时隙，并且特别地，支持允许能量受限设备的相对大的同步错误容限的跳频调度，该能量受限设备不能负担频繁的重新同步。当期待能量受限设备通信时，公开的实施例允许成对设备调度长时隙，从而当与此类设备通信时允许更大的同步错误。长时隙的持续时间可能取决于具体能量受限设备的性能。重要的是通信网络的鲁棒性和多功能性可以被保持，因为公开的实施例允许常规的短时隙大小用于能够频繁重新同步的非能量受限设备之间的通信，并且临时长时隙特别用于与能量受限设备的通信。
图4A-4C示出包括能量受限设备调度、非能量受限设备调度、和叠加调度的示范性跳频序列。跳频序列400的功能性在上文参考图3已描述。应该理解的是跳频序列400的配置简化了典型跳频调度，并且这样描述只用于说明的目的。
如图4A所示，跳频序列400包括定义长时隙410的能量受限设备调度405。根据本公开，能量受限设备调度405可以被称为“第一调度”。能量受限设备调度405可以是能量受限设备(例如，气量表、水量表等)的跳频调度。根据本公开，能量受限设备可以被称为“第一设备”。然而，第一设备不一定是能量受限设备，因为本文关于第一设备所述的技术还可以应用于其它网络设备。
如上文所述，可用于能量受限设备的能源阻止设备将它们的跳频调度与邻近设备周期性重新同步。因此，因为设备的同步错误随时间增多，例如，因为本地振荡器的频率不同，能量受限设备的同步错误通常大于非能量受限设备的同步错误。这在本领域中作为“松散同步”出现。
显然，受限的能源不只限制能量受限设备可能产生的控制流量量，还限制应用流量量。例如，通常只期待气量表和水量表每隔8-24小时传输一次数据。这种低占空比为非能量受限设备临时切换到允许能量受限设备更有效地通信的模式(例如，采用跳频调度)提供了可能。
因此，能量受限设备调度405可以定义长时隙410。根据本公开，长时隙410可以被称为“第一时隙”。长时隙410是期待能量受限设备在给定频率/信道(例如，fx)上传输数据消息的时隙。换句话说，长时隙410是网络中的第二设备监听要从能量受限设备被传输的数据消息的时隙，如下文所述。第二设备可以是非能量受限设备、或另一能量受限设备。
为了生成能量受限设备调度405，第一步可以确定能量受限设备预期传输数据消息的时间。基于所确定的时间，藉由长时隙410涵盖预期设备传输数据消息的时间，可以生成能量受限设备调度405。长时隙410的持续时间可以是基于若干因素的，这些因素包括但不限于能量受限设备的预期同步错误、以及以防数据分组丢失而第二设备接收数据消息的预定的最大重传。预定的最大重传量可以被设置成预期量，使得预期的重传量不会被超出。重要的是，能量受限设备、邻近非能量受限设备、或其两者可以生成能量受限设备调度405并且设置/调整长时隙的持续时间/开始时间，如下文的进一步描述。
长时隙410的持续时间还可以基于观察到的能量受限设备的同步错误来动态调整。例如，当能量受限设备与网络重新同步时，可以计算自从上次同步事件起积累的同步错误。如果同步错误超出阈值，那么长时隙大小可以被增大。如果同步错误低于阈值，那么长时隙大小可以被减小。也就数，长时隙410的持续时间可以与能量受限设备的最新的同步错误相应。
尽管在图4A中单个长时隙410被调度，但是能量受限设备调度405可以同时调度多个长时隙。在这种情况下，多个长时隙中的每个长时隙可以彼此连续布置，这在当重传消息时对支持信道多样性是有用的。例如，能量受限设备在每个长时隙可以只进行一次传输尝试。生成的能量受限设备调度405可以伴有定义长时隙量的参数。此外，能量受限设备调度405可以在预定一段时间后重复。预定周期可以取决于能量受限设备的传输调度。
如图4B所示，跳频序列400还包括非能量受限设备调度415。非能量受限设备调度415可以是非能量受限设备或“电源供电设备”的典型跳频调度。非能量受限设备是跳频网络(例如，LLN)中的设备，其具有充足的可用能源以周期性的或相对频繁的与邻近设备重新同步它的频率调度。例如，在现有网状网络中，电量表可以通过每10分钟交换一次消息将与邻近设备(例如，传感器、路由器等)的同步维持在+-15ms内。根据本公开，非能量受限设备可以被称为“第二设备”。然而，第二设备可能不一定是非能量受限设备，因为本文关于第二设备所述的技术还可以应用于其它网络设备。例如，可替换地，第二设备可以涉及第二能量受限设备。
非能量受限设备调度415可以定义多个“短时隙”420。根据本公开，短时隙420可以被称为“第二时隙”。短时隙420是非能量受限设备可以在特定频率上监听来自网络中的其它设备的数据消息或者将它自己的数据消息传输至网络中的其它设备的时隙。如图4B所示，在短时隙420期间，非能量受限设备可以利用频率f1接收数据。然而，在下一时隙期间，非能量受限设备可以利用频率f2接收数据，等等。应该理解的是频率f2可以是随机计算的频率，因此可以不循序跟随频率f1。
重要的是因为能量受限设备/非能量受限设备的同步错误不同，在能量受限调度405中的长时隙410的持续时间大于非能量受限调度415中的各个短时隙420的持续时间。根据典型跳频调度，例如，非能量受限设备调度415，每个短时隙可以具有大体相同的持续时间。通常，短时隙420可以是在毫秒的数量级。相反地，允许典型能量受限设备的更大同步错误的长时隙410可以在秒数量级。应该理解的是图4A和4B中的长时隙410和短时隙420不一定按比例绘制并且这样描绘只是用于说明的目的。
如图4C所示，跳频序列400包括叠加调度425，其中能量受限设备调度405可以被叠加在非能量调度设备415上。应该理解叠加调度425允许非能量受限设备与能量受限设备和其它非能量受限设备都在跳频网络中进行有效通信。
非能量受限设备可以有效地采用包括短时隙和长时隙两者的跳频调度。例如，非能量受限设备可以通过每Xms(即，短时隙420的持续时间)切换至新的信道/频率来遵循标准非能量受限设备调度415。然而，在特定时间，例如，当期待能量受限设备会传输数据消息时，非能量受限设备可以切换至能量受限设备调度405以便监听针对相对长期的时间(即，长时隙410)的给定频率。在长时隙410终止后，非能量受限设备可以通过启动随后的短时隙重新开始非能量受限设备调度415。
因此当期待能量受限设备通信时，叠加调度允许成对设备调度临时长时隙，以允许当利用这样的设备进行通信时的较大的同步错误。应该理解的是长时隙的起点和终点不一定与标准跳频调度的短时隙对齐。
图5示出包括能量受限设备和非能量受限设备的示范性跳频通信网络。如图5所示，跳频网络500包括能量受限设备505和非能量受限设备515、520和525。跳频网络500可以以与上文关于网络100(如图1所示)所述的形式相同的形式进行配置。
非能量受限设备515可以经由通信链路105从邻近能量受限设备505接收消息(并且将消息发送至邻近能量受限设备505)。非能量受限设备515同样可以与非能量受限设备520和525通信。于是，非能量受限设备515可以采用叠加调度，如图4C所示，以有效地管理邻近能量受限设备和非能量受限设备之间的通信。
在网络500中，只有非能量受限设备515可以直接从能量受限设备505接收数据消息510。然而，在多个非能量受限设备与能量受限设备邻近的网络中，每个邻近非受限设备可以协调相同的长时隙调度。换言之，每个邻近非能量受限设备可以在相同的时隙在相同的频率上进行监听。因此，能量受限设备505可以得益于单个传输的接收器分集。可替换地，每个邻近非能量受限设备可以协调时间上交叠的不同长时隙调度。也就是说，能量受限设备505可以在得益于给定时间点的频率分集。
尽管未在图5中示出，但是非能量受限设备515可以由中央管理设备(例如，网络管理服务器(NMS)、场域路由器(FAR)等)选择以采用长时隙调度。中央管理设备可以利用设备类型和拓扑信息，例如，来确定在能量受限设备的邻近范围内的非能量受限设备的优先次序。
当长时隙调度被叠加在非能量受限设备515的跳频调度上后，设备可以将长时隙调度传播至邻近设备520和525。因为非能量受限设备515用长时隙调度打断了它的短时隙调度以便接收来自能量受限设备505的数据消息510，非能量受限设备必须通知其它邻近设备来避免失去连接。非能量受限设备515可以通过在由设备传输的所有分组(即，数据和确认分组)中包含长时隙调度信息来通知邻近设备520和525。可替换地，长时隙调度信息只可以被包含在接近长时隙的起点时被传输的分组中，这依赖于邻近非能量受限设备必须周期性重新同步的事实。
在被通知了来自非能量受限设备515的到来的长时隙调度时，邻近设备520和525可以以各种方式进行响应。例如，邻近设备可以在长时隙期间通过只在适当的信道上传输来继续通信。在替代方式中，邻近设备可以在长时隙期间避免对非能量受限设备515的通信，有效地确定来自能量受限设备505的传输的优先次序。在另一替换方式中，邻近设备可以只选择流量(高优先级流量)进行传输。
图6示出在跳频通信网络中叠加接收调度的示范性简化过程600。如图6所示，过程600可以在步骤605处开始，继续到步骤610，等等，其中，如上文更详细的描述，能量受限接收调度被叠加在跳频调度上。尽管图6以特定的顺序描绘步骤，但应该理解的是所描绘的实施例不是限制，并且特定的顺序以及所选的步骤只是为了说明的目的。
在步骤610处，过程600包括确定在跳频通信网络中的第一设备预期传输数据消息的时间。如上文所述，第一设备可以是能量受限设备。
在步骤615处，过程600还包括基于所确定的时间生成第一调度。第一调度定义网络中的第二设备监听所述数据消息的第一时隙。如上文所述，第一调度可以是能量受限设备调度，并且第一时隙可以是长时隙。此外，第二设备可以是非能量受限设备、或另一能量受限设备。
在步骤620处，该过程还包括设置第一时隙的开始时间和持续时间。第一时隙的开始时间和持续时间可以以若干方式进行设置。例如，能量受限设备，即，第一设备，可以明确调度长时隙的开始时间和持续时间。能量受限设备可能知道它需要何时下一次传输以及本地振荡器的特性带来的预期同步错误。在可替换的方式中，非能量受限设备，即，第二设备，可以明确调度长时隙的开始时间和持续时间。非能量受限设备可以同时与多个能量受限设备通信并且可以希望避免它们之间的竞争。在另一替换方式中，混合方法可以被采用，其中能量受限设备发送开始时间范围请求，并且非能量受限设备通过在指定范围中调度长时隙来答复该请求。
除长时隙的开始时间和持续时间外，在长时隙期间能量受限设备传输所用的频率可以在此步骤建立。例如，基于长时隙的开始时间、以及发送器或接收器的唯一标识符(例如，EUI-64)，可以利用伪随机功能选择频率。可替换地，作为调度过程的一部分，频率可以由能量受限设备或非能量受限设备明确传输。
在步骤625中，该过程还包括将第一调度叠加在第二设备的跳频调度上。如上文的详细描述，在现有跳频调度上叠加具有临时长时隙的能量受限设备调度允许非能量受限设备应对与对等设备之间的不同的预期同步错误。
应该理解的是图6所示的步骤只是用于说明的示例，并且某些步骤可以按需求被包括或被排除。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但这种排序只是说明性的，并且在不背离本文实施例的情况下，步骤的任意适合的布置都可以被利用。
因此，本文所述的技术提出在跳频网络中叠加接收调度。公开的实施例解决了支持每隔一段时间(例如，8-24小时)只传输一次的能量受限设备的需求。通过在现有短时隙调度上叠加长时隙，实施例维持了短时隙提供的干扰鲁棒性和信道多样性的优势，同时长时隙允许能量受限设备在甚至有较大同步错误的跳频系统中传输消息。因为能量受限设备不经常通信，叠加的长时隙对网络流量的其它部分的副作用是极小的。
虽然已经示出和描述了提供来在跳频网络中叠加接收调度的示范实施例，但应该理解的是在本文实施例的精神和范围内的各种其它改编和修改可以被进行。例如，本文所示和所述的实施例主要关于LLN。然而，从它们更广泛的意义上来讲，实施例不是作为限制，并且实际上，可以以其它类型的网络和/或协议来使用。
此外，前述说明书是针对具体实施例。然而，可以对所述的实施例进行其它变化和修改以获得它们优势中的一些或全部是清楚的。例如，明确考虑到本文所述的组件和/或元件可以被实现为包括以下各项中的至少一项的装置：与网络(例如，LLN)通信的网络接口、耦合于至少一个网络接口的处理器、以及被配置为存储处理器可执行的程序指令的存储器。此外，明确考虑到本文所述的组件和/或元件可以被实现为软件，该软件被存储在具有计算机、硬件、固件及其组合可执行的程序指令的有形、非暂态计算机可读介质(例如，磁盘/CD/RAM/EEPROM/等)上。因此，这种描述指示通过实例的方式被采用，而不用于限制本文实施例的范围。因此，所附权利要求书的目标是覆盖在本文实施例的真实精神和范围内的所有变化和修改。

Claims (25)

1.一种方法，包括：
确定在跳频通信网络中的第一设备预期传输数据消息的时间；
基于所确定的时间生成第一调度，所述第一调度定义第一时隙，在所述第一时隙期间所述网络中的第二设备监听所述数据消息；以及
将所述第一调度叠加在所述第二设备的跳频调度上，其中
所述跳频调度定义第二时隙，在所述第二时隙期间所述第二设备监听来自所述网络中的其它设备的数据消息，并且
所述第一时隙的持续时间大于所述第二时隙各自的持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一设备是能量受限设备，并且
所述第二设备是非能量受限设备。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
基于所述第一设备的预期同步错误来设置所述第一时隙的持续时间。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
基于观察到的所述第一设备的同步错误来动态调整所述第一时隙的持续时间。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述第二设备接收所述数据消息所必须的预定的最大重传量来设置所述第一时隙的持续时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一调度的生成还包括：
从所述第一设备接收所述第一时隙的开始时间和持续时间。
7.根据权利要求1所述的方法，所述第一调度的生成还包括：
由所述第二设备设置所述第一时隙的开始时间和持续时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一调度的生成还包括：
在所述第二设备处从所述第一设备接收指示潜在开始时间的范围的消息，其中
所述开始时间是基于所述潜在开始时间的范围被设置的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一调度定义多个第一时隙，所述第一时隙的每个时隙被彼此连续布置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一调度在预定的一段时间后重复。
11.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
将所述第一调度从所述第二设备传播至所述网络中的邻近设备。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二设备是由中央管理设备选择的。
13.一种装置，包括：
一个或多个网络接口，所述一个或多个网络接口作为第二设备与跳频通信网络通信；
处理器，所述处理器耦合于所述一个或多个网络接口并且被配置为执行处理；以及
存储器，所述存储器被配置为存储含有所述处理器可执行的处理的程序指令，所述处理包括：
确定在所述网络中的第一设备预期传输数据消息的时间；
基于所确定的时间生成第一调度，所述第一调度定义第一时隙，在所述第一时隙期间所述网络中的第二设备监听所述数据消息；以及
将所述第一调度叠加在所述第二设备的跳频调度上，其中
所述跳频调度定义第二时隙，在所述第二时隙期间所述第二设备监听来自所述网络中的其它设备的数据消息，并且
所述第一时隙的持续时间大于所述第二时隙各自的持续时间。
14.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述第一设备是能量受限设备，并且
所述第二设备是非能量受限设备。
15.根据权利要求13所述的装置，所述处理还包括：
基于所述第一设备的预期同步错误来设置所述第一时隙的持续时间。
16.根据权利要求13所述的装置，所述处理还包括：
基于观察到的所述第一设备的同步错误来动态调整所述第一时隙的持续时间。
17.根据权利要求13所述的装置，所述处理还包括：
基于所述第二设备接收所述数据消息所必须的预定的最大重传量来设置所述第一时隙的持续时间。
18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一调度的生成还包括：
从所述第一设备接收所述第一时隙的开始时间和持续时间。
19.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一调度的生成还包括：
由所述第二设备设置所述第一时隙的开始时间和持续时间。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一调度的生成还包括：
在所述第二设备处从所述第一设备接收指示潜在开始时间的范围的消息，其中，所述开始时间是基于所述潜在开始时间的范围被设置的。
21.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一调度定义多个第一时隙，所述第一时隙的每个时隙被彼此连续布置。
22.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一调度在预定的一段时间后重复。
23.根据权利要求13所述的装置，所述处理还包括：
将所述第一调度从所述第二设备传播至所述网络中的邻近设备。
24.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第二设备是由中央管理设备选择的。
25.一种存储有使得计算机执行处理的程序指令的有形非暂态计算机可读介质，所述处理包括：
确定在跳频通信网络中的第一设备预期传输数据消息的时间；
基于所确定的时间生成第一调度，所述第一调度定义第一时隙，在所述第一时隙期间所述网络中的第二设备监听所述数据消息；以及
将所述第一调度叠加在所述第二设备的跳频调度上，其中
所述跳频调度定义第二时隙，在所述第二时隙期间所述第二设备监听来自所述网络中的其它设备的数据消息，并且
所述第一时隙的持续时间大于所述第二时隙各自的持续时间。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113660007A (zh) * 2018-07-02 2021-11-16 商升特公司 低功率、跳频广域网中的冲突缓解

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105763224B (zh) * 2016-04-14 2018-08-24 电子科技大学 一种分布式的异步跳频系统跳频序列生成方法
CN109792259B (zh) 2016-07-28 2021-01-29 雷蛇(亚太)私人有限公司 接收器装置、发射器装置、控制接收器装置的方法、控制发射器装置的方法及计算机可读介质
US10650621B1 (en) 2016-09-13 2020-05-12 Iocurrents, Inc. Interfacing with a vehicular controller area network
US10244532B2 (en) 2016-10-27 2019-03-26 Itron, Inc. Channel structure for communication in wireless networks
US10554369B2 (en) 2016-12-30 2020-02-04 Itron, Inc. Group acknowledgement message efficiency
CN107395251B (zh) * 2017-07-17 2019-07-02 电子科技大学 适用于多收发信机认知无线网络的跳频序列生成方法
US10813169B2 (en) 2018-03-22 2020-10-20 GoTenna, Inc. Mesh network deployment kit
US10868625B2 (en) 2018-04-25 2020-12-15 Cisco Technology, Inc. Time multiplexed channel hopping for LLNs
US10587501B2 (en) 2018-05-23 2020-03-10 Cisco Technology, Inc. Emergency packet transmission allocation within time multiplexed channel hopping for LLNs

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080084852A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-10 Rosemount, Inc. Wireless mesh network with multisized timeslots for TDMA communication
CN101461151A (zh) * 2005-06-01 2009-06-17 米伦尼尔网络股份有限公司 在无线网络上的通信
US20110075704A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Cellnet Innovations, Inc. Methods and Systems for Distributing Broadcast Messages on Various Networks
CN102045781A (zh) * 2009-10-14 2011-05-04 大唐移动通信设备有限公司 调度终端的方法、系统及设备
CN102461310A (zh) * 2009-06-19 2012-05-16 摩托罗拉移动公司 用于多无线电设备共存的方法和装置
WO2013016204A1 (en) * 2011-07-22 2013-01-31 Cisco Technology, Inc. Dynamic common broadcast schedule parameters for overlaying an independent unicast schedule

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7788970B2 (en) * 2002-10-28 2010-09-07 Digital Sun, Inc. Wireless sensor probe
US9369246B2 (en) * 2005-12-30 2016-06-14 Vtech Telecommunications Limited System and method of enhancing WiFi real-time communications
US7995507B2 (en) 2006-12-04 2011-08-09 Samsung Electronics Co., Ltd. System and method for wireless communication of uncompressed video having power saving capability
US8780953B2 (en) 2010-12-17 2014-07-15 Cisco Technology, Inc. Dynamic assignment of frequency hopping sequences in a communication network
US9170572B2 (en) 2011-07-06 2015-10-27 Honeywell International Inc. Dynamic model generation for implementing hybrid linear/non-linear controller
US8619789B2 (en) * 2011-07-12 2013-12-31 Cisco Technology, Inc. Timing re-synchronization with reduced communication energy in frequency hopping communication networks
US9020008B2 (en) 2011-07-12 2015-04-28 Cisco Technology, Inc. Overlaying independent unicast frequency hopping schedules with a common broadcast schedule
US8699368B2 (en) 2011-07-26 2014-04-15 Cisco Technology, Inc. Link reliability metrics in communication networks

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101461151A (zh) * 2005-06-01 2009-06-17 米伦尼尔网络股份有限公司 在无线网络上的通信
US20080084852A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-10 Rosemount, Inc. Wireless mesh network with multisized timeslots for TDMA communication
CN102461310A (zh) * 2009-06-19 2012-05-16 摩托罗拉移动公司 用于多无线电设备共存的方法和装置
US20110075704A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Cellnet Innovations, Inc. Methods and Systems for Distributing Broadcast Messages on Various Networks
CN102045781A (zh) * 2009-10-14 2011-05-04 大唐移动通信设备有限公司 调度终端的方法、系统及设备
WO2013016204A1 (en) * 2011-07-22 2013-01-31 Cisco Technology, Inc. Dynamic common broadcast schedule parameters for overlaying an independent unicast schedule

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113660007A (zh) * 2018-07-02 2021-11-16 商升特公司 低功率、跳频广域网中的冲突缓解
CN113660007B (zh) * 2018-07-02 2022-07-08 商升特公司 低功率、跳频广域网中的冲突缓解

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