CN105357744A - 一种随机接入中继器、中继系统及其中继方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种随机接入中继器、中继系统及其中继方法，该方法包括：中继器发出广播信号；终端接收该广播信号；终端在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文；中继器成功接收报文并成功转发之后，向终端发确认消息。本申请通过无线中继器支撑低速率无线通信网络的覆盖范围拓展和大规模组网。中继器不需要对终端的通信进行调度，只需按照一定的规律进行周期性休眠。大量的终端可以根据中继器的休眠周期自行调整上行报文，比如事件触发信号，的发送时间，确保这个报文能被中继器接收并转发，最终能被基站接收。

Description

一种随机接入中继器、中继系统及其中继方法
技术领域
本申请涉及通信领域，特别涉及一种低功耗随机接入中继器、中继系统及其中继方法。
背景技术
物联网，或者感应器网络，通常通过中继器进行报文转发，以此扩展网络覆盖范围。每一个报文传输每经过一个中继器的转发称为“一跳”。但传统的中继器在实际应用中很许多局限性。
特别的，传统的中继器为了保持与下游节点的连接，总是保持在功耗很高的接收状态，实际应用中，由于实施环境的限制，中继器必须采用电池供电。但一直保持在接收状态的中继器如果采用电池供电，电量快速耗尽导致整个网络的寿命大为缩短，维护成本大幅攀升。
为了实现省电的目的，已有的设计让中继器为每一个有报文转发需求的下游节点分配一个时隙。中继器在这些分配好的时隙运行在高功耗的接收状态，在其他时间休眠。
实际应用中，一些下游节点的报文转发需求由事件触发，难以事先预知。中继器如果为这些下游节点预留时隙，会导致能耗的浪费。当下游节点数量很多时，这些预留的时隙会导致中继器完全没有休眠的时间。但如果中继器不为这些下游节点预留时隙，当这些节点被特定的事件触发，产生并发送报文给中继器进行转发时，中继器可能正处于休眠状态，因而不能及时唤醒接收这些需要转发的报文，导致整个网络的通信稳定性大幅下降。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术之不足，提供一种混合网络组网方法，通过无线中继器支撑低速率无线通信网络的覆盖范围拓展和大规模组网。无线中继不需要对终端的通信进行调度，只需按照一定的规律进行周期性休眠。大量的终端可以根据中继的休眠周期自行调整发送上行报文(比如事件触发信号)的发送时间，确保这个报文能被中继器接收并转发，最终能被基站接收。中继器只用于接收一个或多个所述终端的报文并进行转发，不对终端的报文发送时刻进行调度或指定时隙。
本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种随机接入中继方法，包括如下步骤：中继器发出广播信号；终端接收该广播信号；终端在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文；中继器成功接收报文并成功转发之后，向终端发确认消息。
优选的，中继器预先确定其工作周期和广播周期。
优选的，一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，中继器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间接收报文，并转发报文。
优选的，一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，中继器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
优选的，中继器的工作周期由该中继器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，中继器的广播周期由该中继器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
优选的，在广播信号中携带同步信息，基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
优选的，其中终端接收该广播信号之后还包括：终端对自己的时钟进行调整，实现与中继器的时间计数同步，根据已知的中继器的工作周期配置，判断该中继器结束休眠或低功耗工作状态，以及进入随机接入时间窗的时刻。
优选的，终端根据判断出的工作周期，选择工作周期中的随机接入时间窗向中继器发送报文。
优选的，中继器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
优选的，中继器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
优选的，中继器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
本申请还提供一种随机接入中继器，包括：
无线收发器，按照确定的广播周期发射广播信号，接收来自终端的报文，并进行转发；
控制器，确定无线收发器及其自身的工作周期和广播周期，在随机时间窗内控制无线收发器的接收和转发。
优选的，所述中继器包含至少两个无线收发器；两个或多个无线收发器及其控制器之间通过有线数据接口或控制信号接口直接进行报文转发，或者通过一个控制器间接进行报文转发。
优选的，两个或多个无线收发器及其控制器之间通过时钟信号接口，或者控制信号接口，进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步或时钟相位同步。
优选的，每一个无线收发器及其控制器的休眠或唤醒可以独立于其他无线收发器及其控制器，无线收发器及其控制器还可以使用控制信号接口通过外部控制信号来唤醒其他无线收发器及其控制器。
优选的，一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，无线收发器及其控制器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间工作。
优选的，一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，控制器控制无线收发器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
优选的，工作周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
优选的，在广播信号中携带同步信息，基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
最后，本申请还提供一种随机接入中继系统，包括：如上所述的中继器；以及终端，接收中继器发送的广播信号，在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文。
优选的，一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，无线收发器及其控制器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间工作。
优选的，一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，控制器控制无线收发器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
优选的，工作周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
优选的，工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
优选的，在广播信号中携带同步信息，基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
优选的，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
优选的，其中终端接收该广播信号之后还包括：终端对自己的时钟进行调整，实现与中继器的时间计数同步，根据已知的中继器的工作周期配置，判断该中继器结束休眠或低功耗工作状态，以及进入随机接入时间窗的时刻。
优选的，终端根据判断出的工作周期，选择工作周期中的随机接入时间窗向中继器发送报文。
本申请的有益效果是：通过对中继器的工作周期进行划分，并通过广播信号的广播，从而实现全网的智能切换，达到优化网络调度、降低网络功耗、提高网络通信的稳定性的效果。
以下结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明；但本申请的一种混合网络组网方法不局限于实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个随机接入中继系统的结构图；
图2是本申请另一个随机接入中继系统的结构图；
图3是本申请的具有一个无线收发器及其控制器的随机接入中继器的结构图；
图4是本申请随机接入中继方法的方法流程图；
图5是工作周期和广播周期的周期示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合本申请附图进一步说明本申请具体实现。
参见图1所示，本申请提供一种随机接入中继系统，该系统包括：基站101、随机接入中继器102和终端103。
基站101与网络中的随机中继102建立连接；所述随机中继102可以跟一个或多个终端103建立连接；随机接入中继器102只有在本申请所描述的随机接入时间窗到来时才能接收终端103的报文，之后转发给基站101。终端103接收随机接入中继器102发送的广播信号，在中继器的随机接入时间窗内向随机接入中继器102发送报文。
参见图2所示，本申请的另一种带有随机接入中继器的组网方法，该随机接入中继系统包括：基站201、多个随机接入中继器和多个终端204三种逻辑节点。与图1的区别仅在于，该系统中包括多个随机接入中继器。
基站201与网络中的随机接入中继器202建立连接；所述随机中继器202与网络中另外一个随机接入中继器建立连接；所述随机中继器203可以跟一个或多个终端204建立连接；随机接入中继器203只有在本申请所描述的随机接入时间窗到来时才能接收终端204的报文，之后转发给其上游随机接入中继器；随机接入中继器203成功接收一个或多个报文之后，可以具有三种转发机制，即：
第一种：等到上游的基站或另外一个随机接入中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
第二种：根据上游的基站或另外一个随机接入中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
第三种：立即转发给上游的基站或另外一个随机接入中继器。
下面结合图3，详细描述图1和图2中所示的随机接入中继器的结构。
参见图3所示，一种用于实现上述随机接入中继系统的随机接入中继器，包括无线收发器301和控制器302。
所述无线收发器301用于面向终端、基站和另外一个随机接入中继器，实现无线信号的发送和接收；其在控制器302的控制下按照确定的广播周期发射广播信号，并在控制器302的控制下在随机接入时间窗内接收来自终端的报文，并进行转发，进而在休眠期间休眠或低功耗运行。
所述控制器302确定无线收发器301及其自身的工作周期和广播周期，在随机时间窗内控制无线收发器301的接收和转发，以及对接收自/发送给终端的报文的处理。
另外一种用于实现本申请所描述的随机接入中继器，包括无线收发器401、控制器402、第二个控制器403和第二个无线收发器404。
所述无线收发器401按照确定的广播周期发射广播信号，接收来自终端的报文，并进行转发。
所述控制器402确定无线收发器及其自身的工作周期和广播周期，在随机时间窗内控制无线收发器的接收和转发，以及对接收自/发送给终端的报文的处理。
上述的一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，无线收发器及其控制器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间无线收发器接收报文，并转发报文。一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，无线收发器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
所述无线收发器404用于面向基站或者另外一个随机接入中继器的无线信号的发送和接收。
所述控制器403用于控制无线收发器404的工作状态包括根据另外一个随机接入中继器的随机接入时间窗的开启时刻从休眠状态中唤醒，以及对接收自/发送给基站或另外一个随机接入中继的报文的处理。
本领域技术人员可以知道，上述只是用于示出的目的，在实际中，在中继器内可以集成多个可以互相通信的无线收发器及其控制器，二者配合工作。
两个或多个无线收发器及其控制器之间可以通过有线数据接口或控制信号接口直接进行报文转发，或者通过一个控制器间接进行报文转发。
进一步的，两个或多个无线收发器及其控制器之间通过时钟信号接口，或者控制信号接口，进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步或时钟相位同步。
或者，每一个无线收发器及其控制器的休眠或唤醒可以独立于其他无线收发器及其控制器，无线收发器及其控制器还可以使用控制信号接口通过外部控制信号来唤醒其他无线收发器及其控制器。
无线收发器成功接收一个或多个报文之后，可以使用以下三种方式转发，即：
第一种：立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
第二种：等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
第三种，无线收发器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
以上结合图3描述了随机接入中继器的构造，下面结合附图4和5详细描述该随机接入中继系统的工作流程。
如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1、中继器发出广播信号。
中继器预先确定其工作周期和广播周期。一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，中继器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间接收报文，并转发报文。一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，中继器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。其中，图5示出了中继器的工作周期和广播周期。其中发射同步信号广播为发射信号周期，到另一个发射信号周期之间为空闲周期。
中继器的工作周期和广播周期由该中继器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。并且工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
工作周期和广播周期可以根据中继的功耗、电池寿命要求、终端的晶振的技术指标等信息灵活配置。一般的配置原则为，对电池寿命要求越高，一个工作周期中的休眠期就越长；晶振的技术指标越差，广播周期就越短，即发射广播信号的频率就越高。在广播信号中携带有同步信息，或中继器的时钟信息或者二者。基于广播信号携带的同步信息或时钟信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
步骤S2、终端接收该广播信号。
终端接收该广播信号，之后终端根据广播信号中携带的同步信息或时钟信息，对自己的时钟进行调整，实现与中继器的时间计数同步，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
步骤S3、终端在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文。
一旦有事件触发，终端需要向中继器发送报文时，终端选择在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文。
步骤S4、中继器成功接收报文并成功转发之后，向终端发确认消息。
中继器成功接收一个或多个报文之后，转发时机可以有三种方式：
第一种：等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
第二种：根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
第三种：立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
中继器在成功转发之后，向终端发确认消息。
终端接到该确认消息之后，可判断报文转发成功，如果终端等待预定时长或接到失败消息时，终端选择随机接入时间窗重新发送该报文或者向其他中继器发送报文。
上述实施例仅用来进一步说明本申请所描述的方法的具体实现。但本申请并不局限于实施例，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本申请技术方案的保护范围内。

Claims (42)

1.一种随机接入中继方法，其特征在于,包括如下步骤：
中继器发出广播信号；
终端接收该广播信号；
终端在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文；
中继器成功接收报文并成功转发之后，向终端发确认消息。
2.根据权利要求1所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：中继器预先确定其工作周期和广播周期。
3.根据权利要求2所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，中继器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间接收报文，并转发报文。
4.根据权利要求2所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，中继器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
5.根据权利要求2所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：中继器的工作周期由该中继器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
6.根据权利要求2所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：中继器的广播周期由该中继器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
7.根据权利要求2所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：在广播信号中携带同步信息，基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：其中终端接收该广播信号之后还包括：终端对自己的时钟进行调整，实现与中继器的时间计数同步，并根据已知的中继器的工作周期配置，判断该中继器结束休眠或低功耗工作状态，以及进入随机接入时间窗的时刻。
10.根据权利要求9所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：终端根据判断出的工作周期的随机接入时间窗的开始时刻，向中继器发送报文。
11.根据权利要求1-7任一所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：中继器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
12.根据权利要求1-7任一所述的一种随机接入中继方法，其特征在于：中继器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
13.根据权利要求1-7任一所述的一种随机接入无线中继，其特征在于：中继器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
14.一种随机接入中继器，其特征在于，包括：
无线收发器，按照确定的广播周期发射广播信号，接收来自终端的报文，并进行转发；
控制器，确定无线收发器及其自身的工作周期和广播周期，在随机时间窗内控制无线收发器的接收和转发。
15.根据权利要求14所述的一种随机接入中继器，其特征在于：所述中继器包含至少两个无线收发器；两个或多个无线收发器及其控制器之间通过有线数据接口或控制信号接口直接进行报文转发，或者通过一个控制器间接进行报文转发。
16.根据权利要求15所述的一种随机接入中继器，其特征在于：两个或多个无线收发器及其控制器之间通过时钟信号接口，或者控制信号接口，进行时钟同步；所述时钟同步包括时钟频率同步或时钟相位同步。
17.根据权利要求15所述的一种随机接入中继器，其特征在于：每一个无线收发器及其控制器的休眠或唤醒可以独立于其他无线收发器及其控制器，无线收发器及其控制器还可以使用控制信号接口通过外部控制信号来唤醒其他无线收发器及其控制器。
18.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，无线收发器及其控制器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间工作。
19.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，控制器控制无线收发器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
20.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：工作周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
21.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
22.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：广播周期由控制器依据一定的规则决定，或根据上游基站的配置指令设定。
23.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
24.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：在广播信号中携带同步信息，基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
25.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
26.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
27.根据权利要求14-17任一所述的随机接入中继器，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
28.一种随机接入中继系统，包括：
如权利要求14-17任一所述的中继器；
终端，接收中继器发送的广播信号，在中继器的随机接入时间窗内向中继器发送报文。
29.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：一个工作周期由休眠和随机接入时间窗组成，其中，无线收发器及其控制器在休眠期间处于休眠或低功耗工作状态，在随机接入时间窗期间工作。
30.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：一个广播周期由发射信号和空闲组成，其中，控制器控制无线收发器在发射信号期间发射广播信号，在空闲期间不发射广播信号。
31.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：工作周期由控制器依据一定的规则决定。
32.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：广播周期由控制器依据一定的规则决定。
33.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：广播周期根据上游基站的配置指令设定。
34.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：工作周期和广播周期可以具有不同的周期频率。
35.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：在广播信号中携带同步信息。
36.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，立即转发给上游的基站或另外一个中继器。
37.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，等到上游的基站或另外一个中继器的随机接入时间窗到来时再进行转发。
38.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：工作周期根据上游基站的配置指令设定。
39.根据权利要求35所述的中继系统，其特征在于：基于该同步信息，终端可以判断该中继器下一个随机接入时间窗的开始时刻。
40.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：无线收发器成功接收一个或多个报文之后，根据上游的基站或另外一个中继器的时隙调度，在一个指定的接入时隙到来时再进行转发。
41.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：其中终端接收该广播信号之后还包括：终端对自己的时钟进行调整，实现与中继器的时间计数同步，根据已知的中继器的工作周期配置，判断该中继器结束休眠或低功耗工作状态，以及进入随机接入时间窗的时刻。
42.根据权利要求28所述的中继系统，其特征在于：终端根据判断出的工作周期，选择工作周期中的随机接入时间窗向中继器发送报文。
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