CN105723777B - 使用超低功率节点的无线接口的无线信道分配 - Google Patents

使用超低功率节点的无线接口的无线信道分配 Download PDF

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Abstract

超低功率无线节点(50)在至少两个无线信道上送出(100)数据包到骨干节点网络(65、70、75、80)。根据检测的接收性能来分配(130)骨干节点处收听哪些无线信道。对于不同的骨干节点协调分配。通过将在多个无线信道上送出与根据接收性能动态地分配收听信道以及对于不同的骨干节点协调分配相结合，能够利用单独的接收位置的空间分集性和信道分集性。这能够使得系统对于例如时变位置特定干扰或信道特定干扰更具弹性。

Description

使用超低功率节点的无线接口的无线信道分配
技术领域
本发明涉及操作无线接口的方法，涉及用于分配这种接口的收听无线信道的方法，涉及对应的装置，涉及具有这种接口的网络，以及涉及对应的计算机程序。
背景技术
基于如IEEE 802.15.4(/ZigBee)、IEEE 802.11(/Wi-Fi)或IEEE 802.15.1(/Bluetooth)的标准的无线网络是公知的。这些工作于2400-2483.5MHz ISM带(工业、科学和医疗)带中。它们是相对低功率短程系统(10-100m)并且会受附近的其它无线电干扰且会对附近频率带来高的干扰水平。这成为在无线接口中降低功耗的努力的约束。
例如ZigBee是具有安全特征的低数据率(250kbit/s)系统且使能专门创建网状网络，从而使任意设备能够达到更远距离的设备。在2012年，宣布了ZigBee PRO Green Power特征，其允许超低功率设备如无电池设备通过设计成最小化所使用功率量的无线接口安全地加入ZigBee PRO网络。它对于诸如传感器、开关、遮光器以及其它许多设备的功率ZigBee产品是一种更加环境友好的方式。这些设备现在仅通过采收少量如运动、光、振动的能量的广泛可用的、但是经常未使用的源而被供电。
设备能够使用能量采收来克服干线供电或电池供电的缺点。对设备进行干线供电导致安装成本，并且其只能用于非移动设备。电池供电的设备的电池具有有限的使用寿命，而且频繁更换电池的经济和环境成本不总能接受。
超低功率(ULP)无线节点的特征在于如下事实：它们需要零维护(无电池更换)，无需被干线供电。原则上这能够通过若干方式来实现。第一可能是，通过降低功耗而使得电池使用寿命比预期的或设计的产品使用寿命长，使得电池比产品的预期使用寿命持续得更长。在该情况下，产品使用寿命具有由电池的自耗设定的上限。作为第一可能的替代或者与第一可能一起的第二可能是，使用能量采收技术。通过降低功耗，使得所需的功率/能量级别能够从环境中采收。能量采收通常被认为是从外部源(例如，太阳能、热能、风能、含盐量梯度和动能)取得能量，以及使用或储存它用于较小的、无线自治设备，如在可佩戴电子设备和无线传感器网络中所使用的那些。ZigBee Green Power[2]是ZigBee PRO联网栈[1]的扩展，其允许在ZigBee PRO网络中并入超低功率节点，集中于能量采收节点。ZigBee GreenPower使超低功率设备能够使用无线接口利用通常为数百微焦耳能量来完成与骨干网络的通信。涉及到三种类型的节点：
GreenPwer Device
GreenPower Device(GPD)是一种超低功率无线节点。它们典型地生成命令，命令应当对诸如ZigBee PRO网络的骨干网络中的宿节点(GPS)起作用。一个实施例是能量采收开关(为GPD)，其产生Toggle命令，切换ZigBee PRO网络上的灯(为GPS)的状态。由于这些能量方面的限制，GPD仅能传送数据包有限次数：典型地它们在单个信道上广播数据包3次。该信道被预定义，利用设备本身上的开关进行配置，或者能够在初始试运行操作中进行协商。在其最简单的形式中，GPD仅能传送数据包，而不能接收任何数据包。
GreenPower Proxdy
GreenPower Proxdy(GPP)是骨干网络(例如，ZigBee PRO网络)上的节点，它们是干线供电的，并且当它们在GPD的无线电射程内时，失去GPD所广播的数据包，并且将数据包输送到ZigBee PRO骨干网络上的宿节点(GPS)。由于GPD广播其消息，所以这些能够通过多个GPP来实现，产生了一种形式的网络冗余。GPP能够同时满足应用级角色。
干线供电的GreenPower Sink
GreenPower Sink(GPS)是ZigBee PRO网络上的节点，其是干线供电的且可以具有能够由GPD控制的应用级实体。例如，由GPD处的能量采收开关切换的灯。GPS不需要处于GPD的无线电射程内，但是必须在GPD的无线电射程内的一个或多个代理节点(GPP)内连接到ZigBee PRO网络上。GPS节点通常还能直接充当GPP节点。
发明概述
本发明的目的是提供改进的方法、设备、网络和程序。本发明的方案提供了通过如下操作来操作用于在超低功率无线节点与骨干节点网络之间通信的无无线接口的方法：实现来自所述超低功率无线节点的传送以在至少两个无线电信道上送出相同的数据包，接收在骨干节点处运载数据包的传送，以及检测无线接口的接收性能。还存在如下步骤：根据检测到的接收性能指示，动态地分配在骨干节点处收听哪些无线信道，其中分配包括对于骨干节点中的不同的骨干节点实现协调分配。
通过将在多个无线信道上送出与根据接收性能而动态地分配收听信道相结合，以及与用于不同骨干节点的协调分配相结合，能够利用分离的接收位置的空间分集性和信道分集性。这能够使得系统对于例如时变位置特定干扰或信道特定干扰具备更大的弹性。这意味着，与对于每个骨干节点独立地而不协调地做出信道分配相比，能够降低接收中断的概率。这在传送侧具有极小适应性或者无适应性的情况下尤其有用。该益处能够应用于各种不同类型的协调，例如是否从不同骨干节点采集到检测，以及是否根据采集信息一起确定分配，或者是否根据局部检测单独地做出候选分配。在后者情况下，协调会涉及到比较后续分配，以及调节候选分配而形成期望的分配模式。参见例如图3、图4和图5。
实施方案可以添加额外的特征，或者可以否认这些特征限定权利邀请，并且一些这样的额外特征在从属权利要求中进行更详细的描述和阐述。一个这样的额外特征是如下步骤：基于来自骨干节点的无线信道选择反馈信息，在不进行动态无线信道选择的情况下完成实现来自超低功率无线节点的传送。通过避免无线信道的动态选择，ULP节点能够避免诸如在超低功率无线节点处增加功耗，增加成本以及增加复杂度的后果。参见例如图3和图6。
另一方案提供了为用于在超低功率无线节点与骨干节点网络之间通信的无线接口分配收听无线信道的方法，在当超低功率无线节点在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在骨干节点处接收，具有接收无线接口的接收性能指示的步骤，以及根据接收性能指示在骨干节点处动态地分配收听哪些无线信道，其中分配包括对于骨干节点的不同的骨干节点做出协调分配，以及将分配输出到骨干节点。
这对应于第一方案，但是涵盖了用于第一方案的分配部分。例如参见图4、图7和图9。
额外的特征是，无线接口的接收性能指示包括如下至少之一：由所述骨干节点检测到所述所述传送的接收性能的指示，以及以其它方式检测到的无线干扰的指示。这使能进一步细化分配以适合不同的条件以及不同类型的干扰。例如参见图6、图8或图10。
另一这样额外的特征是，所述传送的接收性能指示包括如下至少之一：所述数据包是否由所述骨干接收到的指示，与骨干节点接收到的数据包相关联的RSSI，以及由骨干节点接收到的数据包的任何其它链接品质指示，并且其中以其它方式检测到的无线干扰的指示包括如下至少之一：测得的干扰的RSSI水平，测得的干扰的载波传感评估，在多个信道上的干扰相关，在多个骨干节点上的干扰相关，以及在超低功率无线节点处检测到且送出到所述骨干节点的干扰。这些是可存取的，相对方便策略，并且通常由可用的硬件支持，但是可以设想其它。例如参见图6、和图8。
另一这样的额外特征是，所述分配步骤包括由至少两个所述骨干节点将接收性能的检测传递给共同的位置，以及基于在该共同位置采集到的检测来做出分配。通过采集检测，能够由相同的基础来方便地做出期望模式的分配。这可以比诸如根据局部检测做出候选分配然后通过采集和调节候选分配而不是共享检测进行协调的可选方案更加高效。参见例如图8至图11。
另一这样的额外特征是，根据检测来确定对于收听信道分配的不同模式的每个骨干节点的每个无线信道的中断概率，以及基于所确定的中断概率来实施分配。这是一种使能评估不同模式的分配的便利方式。参见例如图9至图11。
另一这样的额外特征是，分配被偏置而更加取决于接收性能指示的更近期的接收性能指示。这能够帮助使得适应对接收条件的快速变化具有更强响应性。参见例如图10。
另一这样的额外特征是，传送包括来自至少两个ULP无线节点的传送，并且分配步骤包括根据至少两个ULP无线节点所使用的一组传送信道来做出骨干节点的收听信道的分配。这能够提供更多的接收性能信息并且实现更佳的协调分配。参见例如图11。
另一这样的额外特征是，对于用于每个信道分配模式的每个无线信道，确定用于每个骨干节点的ULP无线节点中的每一个的中断概率。这能够有助于使能对于甚至对于相同无线信道具有不同中断概率的多个ULP无线节点优化分配。参见例如图11。
另一这样的额外特征是，进行分配的步骤还取决于ULP无线节点的位置和进行接收性能检测的骨干节点的位置。这能够通过实现更佳的检测相关判定检测到的干扰是否是例如位置特定的或者在不同位置处的检测之间插值来进一步改善分配。参见例如图12。
另一方案提供了用于分配无线接口的收听无线信道的装置，所述无线接口用于超低功率无线节点与骨干节点网络之间通信，当超低功率无线节点被布置成在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在骨干节点处接收。装置具有用于接收无线接口的接收性能指示的输入。还存在处理器，其被配置为根据接收性能的检测来动态分配在骨干节点处收听哪些无线信道，其中分配包括对于不同的骨干节点实现协调分配，以及将分配输出到骨干节点。这对应于上述分配方法。参见例如图3和图7。
另外的特征是处理器还被配置为根据指示来确定对于收听信道分配的不同模式确定用于每个骨干节点的每个无线信道的中断概率，以及基于所确定的中断概率来实施分配。参见例如图7至图12。
另一方案提供了一种具有上面阐述的装置并且具有与装置耦合的骨干节点的网络，骨干节点被配置为检测接收性能并且将接收性能指示送出给装置。参见例如图3。
另一方案提供了用于分配无线接口的收听无线信道的计算机程序，无线接口用于超低功率无线节点与骨干节点之间通信，当超低功率无线节点在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在骨干节点处接收，程序具有用于使处理器实施上面阐述的方法的指令。参见例如图7。
任意额外特征能够组合在一起且与任意方案组合。其它优点对于本领域技术人员而言将是明显的，尤其相对于其它现有技术。可以在不偏离本发明的权利要求的情况下做出若干变型例和修改例。因此，应当清楚地理解，本发明的形式仅为示例性的，不意在限制本发明的范围。
附图说明
现在将参考附图通过实施例的方式描述如何将本发明投入实际使用，其中：
图1和图2示出了根据常规现有技术的网络的示意图，
图3示出了根据实施方案的网络的示意图，
图4示出了根据实施方案的操作方法的步骤，
图5示出了根据实施方案的步骤序列的时序图，
图6示出了根据实施方案的步骤序列的时序图，
图7示出了根据实施方案的分配处理器的示意图，
图8示出了根据实施方案的操作方法的步骤，示出了各种检测接收性能的方式，
图9示出了根据实施方案的使用中断概率矩阵分配收听信道的方法的步骤，
图10示出了另一实施方案，分配偏向更近期接收性能，
图11示出了另一实施方案，示出了接收性能检测和对于多个ULP节点协调的分配，以及
图12示出了另一实施方案，示出了根据基于检测位置的相关的分配。
发明详述
将结合特定的实施方案以及参考一些图来描述本发明，但是本发明不限于这些，而仅由权利要求来限定。所描述的附图仅为示意性的，不是限制性的。在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”的地方，不排除其它元件或步骤。在当提到单数名词如“一(a)”或“一个(an)”、“该”时使用不定冠词或定冠词的地方，这包括了该名词的复数形式，除非做出具体陈述。
所述的节点或处理器的元件或部分可以包括用于执行任何类型的信息处理的在介质中编码的逻辑。逻辑可以包括在磁盘或其它计算机可读介质中编码的软件和/或在专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其它处理器或硬件中编码的指令。
对程序或软件的提及可以涵盖能够直接或间接地由处理器执行的任何语言的任何类型的程序。
对于逻辑、硬件、处理器或电路系统的提及可以涵盖集成到任何程度的任何类型的逻辑或模拟电路系统，而不限于通用处理器、数字信号处理器、ASIC、FPGA、晶体管逻辑门离散组件，等等。
对于超低功率节点的提及意在涵盖这样的无线节点：这些无线节点具有设计成与无线节点要通信的骨干节点所使用的功率相比它们的无线部分具有较低功耗的协议。在特定的实施例中，较低功耗可以低于常规的ZigBee节点。在更特定的实施例中，节点被设计成自供电，而无需维护它们的设计寿命。特别地，节点可以具有能量采收动力源和/或电池电源，其设计成使得它们永不需要更换单池。在特定的实施例中，功耗可以低于每个数据包传送10毫焦耳，或者低于每个数据包传送1毫焦耳。
对于骨干节点的提及意在涵盖任何类型的网络的节点，不限于所描述的实施例的ZigBee节点。
缩写：
BER 比特误码率
BBN 骨干节点
GPD Green Power Device
GPP Green Power Proxy节点
GPS Green Power Sink节点
LQI 链接品质指示信号
PER 数据包误码率
RSSI 接收信号强度指示信号
SIR 信号-干扰比
SNR 信噪比
TX 传送器
ULP 超低功率
ULPN 超低功率节点
参考文献：
[1]ZigBee Specification,ZigBee Alliance,Revision 20,September 19,2012
[2]ZigBee Green Power Specification,ZigBee Alliance,Revision 23,Version 1.0,August 22,2012
[3]Multi-Channel Wireless Sensor Network:Protocols,Design andEvaluation,Ozlem Durmaz Incel,University of Twente,The Netherlands
IEEE 802.15.4是如ZigBee RF4CE,ZigBee PRO和ZigBee IP的网络栈以及其它标准和专用栈的基础。
图1、2，介绍用于ULP节点的常规无线接口的一些问题
图1示出了根据常规惯例的典型方案。提供了可靠的骨干网络，诸如使用应答传送和大量重试的ZigBee PRO网络，两者在逐跳级和端对端级。这具有大量的Green Power代理节点A，B，C，D，15，20，25和35以及Green Power宿骨干节点30。Green Power设备GPD(或ULP)节点10试图经由非可靠超低功率无线节点与宿节点30通信，无确认且无自适应传送信道选择。
GPD在同一无线信道上广播数据包多次。在GPD的无线电射程内存在三个GPP(A，B，C)。两个GPP(A，B)拾取数据包至少一次。第三GPP(C)未接收到任何广播数据包(因为其位于衰减凹地)。前两个GPP将数据包在由ZigBee PRO网络形成的可靠骨干网络上输送到期望目的地(宿节点)。在该情况下，第二数据包传送是冗余的，因为即使当仅A或B中的一者接收到数据包且将其输送到C时，该系统也将正确地运行。
如[1]所描述的，当ZigBee PRO协调器启动新网络时，其将扫描所有的信道来找出何种信道已经由相邻的其它(ZigBee PRO)网络使用且它将避免将其自身的网络设置在这些信道中的一个信道上。如[3]所描述的，当由单个信道提供的带宽不够时，网络能够使用多个信道来提高可用带宽和关联的吞吐量。GreenPower Device已经在单个信道上送出它们的数据包。
图2示出了同一网络的类似的示意图，但是是在用于非可靠超低功率无线节点的接收条件恶化的情形下。如图2所示，单一无线信道受损，并且任何一个骨干节点都不能接收到数据包，通信故障。因此，如果该信由于干扰而受损，则通信的可靠性会受阻。由于传送被广播且因此不被应答，所以GreenPower Device不通知该干扰，并且不能采取应对措施，例如重新传送，延时或者改变传送信道。
介绍实施方案的一些特征：
不是在单个信道上传送相同的数据包多次，在下面描述的实施方案中，GreenPower Device(ULP节点)在多个不同的信道上传送相同的数据包。这能够将网络中的冗余度扩展到信道域。该冗余性能够通过使得GreenPower代理(接收骨干节点)的收听信道以均匀的方式在空间上分布而得以利用，从而在由于干扰而导致信道受损的情况下优化接收GreenPower设备(ULP节点)的几率。
通过根据接收性能而不是根据静态的预定模式来动态分配骨干节点的收听信道，能够使无线接口对实际状况更具弹性。
在下面的说明中，不在骨干网络上的超低功率节点被称为ULP节点并且可由大写字面例如节点A、节点B来指代。
骨干网络上的节点称为骨干节点，并且可由数字例如骨干节点1、骨干节点2来指代。
数据包由希腊字母指代，取自于它们借以被传送的ULP节点，并且具有指示数据包传送次序的下标：
○αi是由ULP节点A传送的第i个数据包
○βk是由ULP节点B传送的第k个数据包
图3，根据实施方案的网络视图
图3示出了根据实施方案的网络的示意图。在该情况下，骨干网络显示具有在ULP节点50的范围内的三个接收节点65、70和75。骨干节点80是用于来自ULP节点的通信的宿。ULP节点至少具有能够在至少两个无线信道上传送的无线传送器。一组骨干节点在无线或有线骨干网络上彼此连接，并且这些骨干节点中的至少一些骨干节点配备有能够在ULP节点用于传送的相同无线信道上接收数据包的至少无线接收器。提供了收听信道分配处理器90，用于将收听信道分配给不同的骨干节点，这些不同的骨干节点能够经由超低功率无线网络从ULP节点接收。
ULP节点在至少两个无线信道上广播其数据包αi，因此由ULP节点A广播的数据包由骨干节点的子集接收。对于每个骨干节点以及对于每个ULP节点A能够在其上传送的无线信道，分配处理器通过估计超低功率无线接口的接收性能来动态地(规律地或者通过骨干网络接收由ULP节点传送的数据包来触发)确定信道分配。这可以基于例如未来数据包的数据包误码率αi+n，其中n>0，基于例如数据包是否被相应的骨干节点接收或者未被相应的骨干接收接收的信息，以及与最终接收相关联的信道、信号强度和链接品质。
在网络规模级上组合估计的数据包误码率，分配处理器能够动态地分配骨干节点的收听信道，从而在ULP节点A正在广播的一个或多个无线信道上干扰的情况下最大化未来数据包αi+n由至少一个骨干接收到的概率。分配处理器能够位于任何地方且能够集中或分布。一个选项是使其共位于宿节点或者与宿节点集成，或者当其用作宿节点时作为任意节点的功能并入。这是方便的，因为宿节点接收来自接收骨干节点的数据包并且因此能够容易地从这些接收骨干节点接收接收性能的检测。
显然，该分配特征与仅在一个预定信道上传送的常规的ZigBee Green Power节点形成对比，因此收听信道为预先确定的，并且不存在收听信道的改动，因此不需要动态可改动的收听模式。这也与蜂窝网络形成对比，蜂窝网络能够在多个基站接收，但是不分配收听信道，因为基站收听所有信道并且反馈信息到移动设备以便其选择无线信道来传送，因此同样不存在为不同骨干节点协调的动态可改动模式的收听信道。
在一些实施例中，ULP节点不具备无线接收器能力，在其它实施例中，具备有限的极低功率的接收器，其仅少量地使用，诸如用于试运行，而在典型的通信操作中不用。
图4，5，6，根据实施方案的流程图和时序图
图4示出了根据实施方案在操作超低功率无线节点时实施的步骤。在步骤100中，ULP节点在至少两个无线信道上广播其数据包。在步骤110中，骨干节点接收ULP节点所广播的数据包αi。在步骤120中，对于每个骨干节点以及对于ULP节点使用的无线信道，检测超低功率无线接口的接收性能。根据接收性能的检测，在步骤130中分配在每个骨干节点处收听哪些无线信道，并且对于不同的骨干节点协调收听信道分配。
图5示出了对应步骤的时序图，时间沿图向下流动。左手栏显示出ULP节点处的动作。下一栏显示出接收骨干节点处的动作。下一栏显示出充当宿的骨干节点处的动作，右手栏显示出收听信道分配处理器的动作。如图4所示，ULP节点使用一组两个以上无线信道广播相同的数据包。充当接收器的骨干节点接收数据包并且将其朝向宿节点传递。骨干宿节点接收数据包并且具有应用级软件和硬件来使用该数据包。骨干节点还可以检测接收性能并且将其传递到收听信道分配处理器。该分配处理器根据检测到的接收性能来分配待由骨干节点收听的信道并且对于不同的骨干节点协调分配。在一些实施方案中，分配可以使用来自相同ULP节点传送的多个数据包的信息。ULP节点A广播的一系列数据包αi,αi+1,…,αi+k由骨干节点子集接收。对于每个骨干节点以及对于ULP节点A能够在其上传送的每个无线信道，基于一系列数据包αi,αi+1,…,αi+k中的每个数据包是否由相应的骨干节点接收到以及与最终接收相关联的信道、信号强度和链接品质来分配处理器动态地(规律地或者由骨干网络接收ULP节点传送的数据包所触发)估计未来数据包αi+n的数据包误码率，其中n>k。
在网络规模级别上组合估计的数据包误码率，分配处理器能够动态地分配骨干节点的收听信道，从而在无线信道ULP节点A中的一个或多个上的干扰正在广播的同时最大化未来数据包αi+n由至少一个骨干接收接收到的概率。
图6示出了类似于图5的时序图，在该情况下，ULP节点基于任何干扰水平的反馈而广播，不进行动态信道选择。接收性能检测可以包括检测与数据包相关联的RSSI以及与相同或其他无线信道上的其他数据包相关联的RSSI，测得的干扰的RSSI水平以及测得的干扰的载波感测评估。分配处理器还能够确定并使用多个信道上的干扰的相关以及在多个骨干节点上的干扰的相关。在一些情况下，在不同位置检测到的干扰的精确的时序信息能够进行比较以使能多个骨干节点上的干扰检测在时间上的相关。当进行不同骨干节点的信道协调分配时，这能够用作另一因素。
图7，收听信道分配处理器
图7示出了收听信道分配处理器90的示例的示意图。该收听信道分配处理器具有程序94，用于根据从骨干节点或其他地方接收到的检测到的接收性能信息进行分配，以及用于协调不同骨干节点的分配。该程序将输出传递给程序96，用于将分配送出给相应的骨干节点。该程序能够由任何类型的通用处理器或遵从确立实践的更具体的电路系统来执行，并且能够根据需要划分成模块。
图8，示出各种接收性能测量的方法
图8示出了类似于图4的根据实施方案的操作的方法的步骤并且示出了各种检测接收性能的方式。如图4中，在步骤100中，ULP节点在至少两个无线信道上广播其数据包。在步骤110中，骨干节点接收由ULP节点广播的数据包αi。在步骤120中，对于每个骨干节点以及对于ULP节点所使用的无线信道，检测超低功率无线接口的接收性能。在步骤130中根据接收性能的检测来分配在每个骨干节点收听哪些无线信道，并且对于不同的骨干节点，协调收听信道分配。步骤120具有两个并行的子步骤，如图所示，可以使用其中任意一个或全部。在步骤300中，在接收数据包的每个骨干节点处检测与数据包相关联的RSSI，并且与数据包相关联的RSSI被传递到骨干宿节点。在步骤310中，检测无线干扰的指示，诸如例如在骨干节点处在相同或另一无线信道上测得的干扰的RSSI，在骨干节点处在相同或另一无线信道上测得的干扰的载波感测评估，并且在ULP节点处检测到的干扰。这还可以包括在多个信道上的干扰的相关，以及使得能够后来对对多个骨干节点上的干扰的相关进行评估的干扰的精确的时序信息。
接收百分比
在无线电设备中，接收信号强度指示(RSSI)电路提供对接收到的无线电信号中存在的功率的测量。RSSI是在无线环境，在用于功率级的任意单元以及在一定范围(RSSI值范围)内的相对接收信号强度。RSSI可以在数据包接收期间(前同步信号)和/或无数据包接收的情况来测量。测量正常地涉及包括各种滤波级的接收无线电信号，因而涉及一些信道内功率级。
无线网络中的载波感测方法可以基于接收器处理以校验数据包(的前同步信号)是否存在和/或另一信号是否存在，以及任选地校验接收信号强度是否在一定阈值水平之上。
链接品质涉及相对信号强度、信噪比、信号-干扰比、信号扭曲、(是包含多路径效应在内的信道响应降级的结果)和/或这些的组合。
图9，使用中断概率矩阵的分配方法
图9示出了根据实施方案的使用中断概率矩阵分配收听信道的方法的步骤。步骤200示出了接收性能指示采集，诸如来自不同BBN的RSSI。在步骤210中，这用于对于不同的BBN以及对于不同的信道更新接收性能信息数据库。然后，在步骤220中，用于不同BBN以及不同无线信道的各种可能的分配模式的中断概率矩阵能够取自于接收性能数据库。然后，在步骤230中根据其对应的中断概率来选择收听信道的分配模式，并且在步骤240中选定的分配信息能够送到骨干节点。下面将更详细地描述中断概率矩阵的实施例。
中断概率
数据接收器的数据包误码率(PER)和/或比特误码率(BER)取决于作为期望信号的接收水平、干扰和/或噪声水平、信号-干扰比(SIR)和/或信噪比(SNR)的接收条件。在一个实施例中，当数据包误码率(PER)高于5％时，链接被认为是非可靠的。这将发生于某种收发机系统(调制类型、扩展、编码、低接收器噪声)，SIR低于5dB。在SIR低于(差于)5dB的情况下，PER将高于(差于)5％。
在一个实施例中，当PER永久地差于5％时，链接被认为具有中断(中断概率为100％)。中断概率对应于PER超过5％(或者SIR降至5dB以下)的概率。
BBN接收水平
BBN(骨干节点)正常地以接收模式工作于单个信道上从而期待ULPN的传送，但是以规律的间隔，BBN切换成收听一个或多个其他信道频率以测量RSSI(接收信号强度指示信号)水平以表征(信道内)干扰水平。
BBN在近似相同的接收水平下接收单个ULPN的传送，并且在BBN切换成收听另一信道的情况下，可期望大约相同的接收水平。(注意，存在一定的频率选择变化，但是在该实施例中这被假设成可忽略的)。通过单个ULPN进行这样的传送所测得的RSSI发生了一些变化(随着时间推移以及在信道频率上)。一些变化是由于例如人走过房间且站立在ULPN光交换机附近产生的衰减/遮蔽而发生，但是这种变化在此假设为可忽略的。
关于某BBN以及某信道频率上的某ULPN的中断概率对应于BBN处的干扰的概率，并且对应于干扰大于ULPN的接收水平减去5dB(在该实施例中)的概率。对于某BBN、某ULPN以及某信道而言中断概率可以通过在ULPN接收期间BBN对RSSI水平的测量相比于当不存在ULPN传送时的瞬间取得的干扰水平的测量来估计。接着，同样估计对于全部ULPN、全部BBN以及全部信道的中断概率。然后，在某中央处理点处，能够将全部的中断信息组合以确定BBN信道频率的优选设置。
具有2个ULPN的实施例
将描述具有6个BBN(m＝0,1,..5)、2个ULPN(n＝0，1)以及3个信道频率(k＝0,1,2)的实施例。首先，采取描述在6个BBN处关于2个ULPN的接收水平的步骤。下面的矩阵表征了关于索引m,n的RSSI，m是指BBN，n是指ULPN。当BBN不能接收到某ULPN时，某较低RSSI参考水平用于所讨论的rssim,n。
表1，接收性能信息矩阵RSSI_BBN-ULPN
Figure BDA0000924313990000131
当没有检测到ULPN传送时，通过以规律的间隔测量RSSI，能够在每个BBN处测量干扰水平分布。在某BBN和某信道处的该干扰RSSI测量信息能够于上述RSSI_BBN-ULPN矩阵组合以取得相对于第m/n/k个BBN/ULPN/信道的中断概率。
下面的矩阵反映了低于5dB的与第m/n/k个BBN/ULPN/信道有关的SIR水平的概率。前3栏(中间索引0)是指来自ULPN0的链接，最后三栏(中间索引)是指ULPN1。(在有C个ULPN的情况下，该矩阵将增至Cx3栏)。
表2，中断概率矩阵Outage_BBN-ULPN-channel
Figure BDA0000924313990000132
每个BBN操作以收听一个信道(在测量干扰RSSI的短间隔内一次次分开)，这意味着在每行的前三个元素(以及每行的最后3个元素)内，仅一个中断元素是相关的。第m行的该相关的中断元素对应于第n个BBN工作的信道。
考虑与分别工作于第1、第2、第0、第0、第2、第2信道处的第0,1,…5个BBN的信道组合。然后，若干矩阵元素Outage_BBN-ULPN-channel必须被填入值1。这样的1意味着100％的中断，因为该信道不被对应的BBN使用，并且对应的BBN和信道对于到宿的总体成功传递没有贡献。填充1在左部分和右部分(3栏)之间相同，因为在某BBN处使用中的信道对于两个ULPN相同。
表3，矩阵Outage_BBN-ULPN-combunation
Figure BDA0000924313990000141
使用6个BBN存在36个可能的信道组合，目的是选择这些信道组合中的最佳信道组合。在该实施例中，假设在工作于相同信道的不同BBN处存在干扰之间的相关。出于该原因，假设这些工作于相同信道上的BBN中的一个未正确接收到来自ULPN的数据包的风险比所讨论中的信道上的BBN未正确接收到来自ULPN的数据包的风险的乘积高得多。因此，在该实施例中，中断度量的近似仅基于工作于某一相对于某ULPN具有最佳(也即最小)中断的信道处的BBN的中断。
Outage_BBNs-0-th ULPN-0-th channel＝Min(out2，0，0；out3，0，0)
Outage_BBNs-0-th ULPN-1-th channel=Min(out0，0，1)
Outagc_BBns-0-th ULPN-2-th channcl＝Min(out1，0，2，out4，0，2，out5，0，2)
在该实施例中，假设不同信道上存在干扰之间不存在相关。(当干扰的带宽相比于如在使用蓝牙、微波炉等情况下信道频率的间距较小时该假设存在。在干扰的带宽相比于如在使用具有11n信道捆绑的Wi-Fi的情况下信道频率的间距不小的情形下，该假设不成立)
在该实施例中，有6个BBN、2个ULPN以及3个信道频率，假设关于第0个ULPN和第1个ULPN的中断概率能够利用每信道中间结果的成绩得出，并且计算如下：
Outage_BBNs-0-th ULPN-all channels＝
＝Min(out2，0，0，out3，0，0)＊Min(out0，0，1)＊Min(out1，0，2，out4，0，2，out5，0，1)
以及
Outage_BBNs-1-th ULPN-all channels＝
＝Min(out2，1，0，out3，1，0)＊Min(out0，1，1)＊Min(out1，1，2，out4，0，2，out5，1，2)
出于实际原因，最佳的总体系统中断被视为如下情形：必须优化(最小化)对于第0个ULPN和第1个ULPN的中断的最差的(最大的)中断。这可以表示为找出具有如下最小值的情形：
Max[Min(out2，0，0，out3，0，0)＊Min(out0，0，1)＊Min(out1，0，2，out4，0，2，out5，0，2)，
Min(out2，1，0，out3，1，0)＊Min(out0，1，1)＊Min(out1，1，2，out4，０，2，out5，１，２)]
因此，使用全部的36个信道组合，能够计算出上述Max..[Min＊Min＊Ｍin.Min＊Min＊Min]。
接着，能够通过最低Max(最低中断)找到最佳信道组合。
作为起始的初始信道组合可以基于随机信道分配或固定序列分配。
信道设置的改动可以一次完成或者逐步变化地以及排除发生在提供差的总体中断之间的组合地来完成。随后可以是计算一些不同于在该实施例中遵从的中断度量的中断度量的其它中间近似。上述优化基于关于简化中断模型和一些干扰相关条件(与发生时间、信道之间、BBN之间有关)的数量假设。
实际上，总是存在类高斯变化，并且简化的第一阶近似建模和优化能够实现主要的性能改进。使用大约5步骤直方图分布信息处理的更细化建模可以对此进行进一步改进，但是要求更加专门的处理。
在一些情况下，当对于不同信道上的未来数据包估计数据包误码率时，关于不同信道的当前干扰水平的信息(类似能量密度和载波感测)能够由ULPN来度量且通过将该信息包含在由ULPN传送的数据包中而传递到骨干网络。
在一些实施例中，当分配BBN的收听信道时，额外地使用在RSSI或不同信道的其它干扰水平测量以及不同信道的干扰水平之间的相关方面的接收性能的历史。
图10，偏向更近期接收性能的分配方法
图10示出了另一实施方案，分配偏向更近期接收性能。步骤如图9所示，但是替代步骤210，存在步骤214，该步骤对于时间序列处的不同BBN和信道更新接收性能信息数据库。替代步骤220，存在步骤224，在该步骤中能够根据接收性能数据库在步骤224中取得用于不同BBN和不同无线电信道的各种可能的分配模式的中断概率矩阵，偏置成更取决于更近期的接收性能检测。这能够遵照在上述实施例中阐述的一些细节来实现，当估计未来数据包的数据包误码率时，适于引入偏置，使得从数据包αi+j取得的信息被分配有比来自αi+j-1的信息更高的权重。
图11，对于多个ULP节点的分配方法
图11示出了另一实施方案，示出了接收性能检测对于多个ULPN协调分配。步骤如图9所示，但是替代步骤200，存在步骤202，其中从用于多个ULPN的不同BBN采集诸如RSSI的接收性能的指示。替代步骤210，存在步骤212，对于与多个ULPN相关的接收性能的指示，更新接收性能信息数据库。替代步骤220，存在步骤222，其中取得多个ULPN的中断概率矩阵。再有，这能够遵照上述实施例的一些细节来实现。换言之：
ULP节点A在至少两个无线信道上广播其数据包，并且ULP节点B在至少两个无线信道上广播其数据包。由ULP节点A广播的数据包αi由骨干节点子集接收，由ULP节点B广播的数据包βi由相同或不同的骨干节点子集来接收。对于每个骨干节点以及对于每个ULP节点A(或者相应的ULP节点B)能够在其上传送的无线信道，基于接收性能信息，动态地(规律地或者由骨干节点接收一个ULPN传送的数据包触发)，对于未来数据包αi+n(或者相应地βi+n)的数据包误码率做出估计，其中n>0。该信息可以包括数据包αi(或者相应的βi)是否由相应的BBN接收到，以及与例如最终接收相关联的信道、信号强度和链接品质。
在网络规模级别上组合估计的数据包误码率来动态地分配BBN的收听信道，在一个或多个ULP节点A正广播的无线信道上有干扰的情况下，使能能够处理从而最大化未来数据包αi+n或未来数据包βi+n由至少一个BBN接收到的概率。
图12，借助位置信息的分配方法
图12示出了另一实施方案，示出了基于BBN和/或ULPN的位置的分配。步骤显示在图9中，但是替代步骤220，取得中断概率226的步骤还基于例如来自关于检测位置的信息的相关。使用ULPN和/或BBN的位置作为因子的各个实施例可被设想。例如，ULPN和BBN的相对位置能够用于构建干扰水平图。当估计不同信道上的未来数据包的数据包误码率时，这能够额外地用作因子。位置信息能够得自RSSI、LQI或传送延迟(基于线性调频)测量，或者可以是例如系统的先验知识。
各种干扰条件
各种类型的干扰是可能的。假设类型的干扰会影响关于选择BBN信道频率所遵从的最佳方法。干扰可能在性质上有如下不同：
局部对全局干扰。在全局干扰的情况下，在对于给定的信道和给定的时间，不同的BBN所看到的干扰水平之间存在强相关。该相关的知识能够用来优化信道分配。
小带干扰源对宽带干扰源。在宽带干扰源的情况下，在给定时间内给定BBN在不同信道上看到的干扰水平之间存在强相关。该相关的知识能够用于优化信道分配。
连续对猝发干扰。在猝发干扰的情况下，干扰不总是存在，但是偶尔会出现。可能识别出一些模式，诸如取决于一天的时间，这可用来优化信道分配。
干扰源产生的干扰水平。低水平干扰源降低BBN从ULPN接收数据包的能力，而高水平干扰源完全阻碍了BBN从ULPN接收数据包的能力。

Claims (13)

1.操作用于在超低功率无线节点（50）与骨干节点网络（65，70，75，80）之间通信的无线接口的方法，所述方法具备以下步骤：
实现来自所述超低功率无线节点的传送（100）以在至少两个无线信道上送出相同的数据包，
在所述骨干节点处接收在由所述超低功率无线节点用来传送的无线信道上运载数据包的传送（110），
检测所述无线接口的接收性能（120），其中所述接收性能包括：与骨干节点在所述至少两个无线信道上接收的所述相同的数据包的数据包传送相关联的接收信号强度指示和干扰的时序信息这二者，以及在多个骨干节点上针对所述相同的数据包测得的所述干扰的时序信息和所述干扰的接收信号强度指示水平的相关，
为在第一时间检测到的接收性能的指示分配比在先前时间检测到的接收性能的指示更高的权重，以及
根据更偏向于检测到的接收性能的更高权重的指示来动态地分配（130）在骨干节点处收听哪些无线信道，其中所述动态地分配包括对于所述骨干节点中的不同的骨干节点实现协调分配。
2.如权利要求1所述的方法，基于来自所述骨干节点的无线信道选择反馈信息，在不进行动态无线信道选择的情况下完成实现来自所述超低功率无线节点的传送的步骤。
3.用于为无线接口分配收听无线信道的方法，所述无线接口用于在超低功率无线节点（50）与骨干节点网络（65，70，75，80）之间通信，当所述超低功率无线节点在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在骨干节点处接收在由所述超低功率无线节点用来传送的无线信道上运载数据包的传送，所述方法具有以下步骤：
接收所述无线接口的接收性能的指示（200，210），其中所述接收性能包括：与骨干节点在所述至少两个无线信道上接收的所述相同的数据包的数据包传送相关联的接收信号强度指示和干扰的时序信息这二者，以及在至少两个无线信道上针对所述相同的数据包测得的所述干扰的时序信息和所述干扰的接收信号强度指示水平的相关，
为在第一时间检测到的接收性能的指示分配比在先前时间检测到的接收性能的指示更高的权重，以及
根据更偏向于接收性能的更高权重的指示动态地分配（220，230，240）在骨干节点处收听哪些无线信道，其中所述动态地分配包括对于所述骨干节点中的不同的骨干节点实现协调分配（230），以及将所述分配输出（240）到所述骨干节点。
4.如权利要求3所述的方法，所述传送的接收性能的指示包括：所述数据包是否由所述骨干接收到的指示，
并且包括：测得的干扰的载波传感评估，在多个骨干节点上的干扰相关，以及在超低功率无线节点处检测到且送出到所述骨干节点的干扰。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述分配步骤包括由至少两个所述骨干节点将接收性能的检测传递给共同的位置，以及基于在该共同位置采集到的检测来做出分配。
6.如权利要求3所述的方法，动态分配的步骤包括如下步骤（220）：根据检测来确定对于收听信道分配的不同模式的每个骨干节点的每个无线信道的中断概率；以及基于所确定的中断概率来实施分配（230）。
7.如权利要求3所述的方法，其中所述传送包括来自至少两个超低功率无线节点的传送（202），并且所述检测步骤包括检测来自所述至少两个超低功率无线节点的所述传送的接收性能（212），并且其中所述分配步骤包括根据由所述至少两个超低功率无线节点所使用的一组传送信道做出骨干节点收听信道的分配。
8.如权利要求7所述的方法，具有如下步骤（222）：对于每个所述信道分配模式的每个无线信道确定用于每个骨干节点的超低功率无线节点中的每一个的中断概率。
9.如权利要求3所述的方法，其中做出所述分配的步骤还取决于所述超低功率无线节点的位置和所述骨干节点的位置（226）。
10.用于分配无线接口的收听无线信道的装置，所述无线接口用于在超低功率无线节点（50）与骨干网络节点之间通信，当超低功率无线节点被布置成在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在所述骨干节点处接收在由所述超低功率无线节点用来传送的无线信道上运载数据包的传送，
所述装置具有用于接收所述超低功率无线节点与骨干节点之间的无线接口的接收性能的指示的输入，其中所述接收性能包括：与骨干节点在所述至少两个无线信道上接收的所述相同的数据包的数据包传送相关联的接收信号强度指示和干扰的时序信息这二者，以及在至少两个无线信道上针对所述相同的数据包测得的所述干扰的时序信息和所述干扰的接收信号强度指示水平的相关，以及
处理器，其被配置成为在第一时间检测到的接收性能的指示分配比在先前时间检测到的接收性能的指示更高的权重，并被配置成根据更偏向于接收性能检测的更高权重的指示动态地分配在骨干节点处收听哪些无线信道，其中所述分配包括对于骨干节点中的不同的骨干节点做出协调分配，以及将分配输出到骨干节点。
11.如权利要求10所述的装置，所述处理器还被配置为根据指示对于收听信道分配的不同模式确定用于每个骨干节点的每个无线电信道的中断概率，以及基于所确定的中断概率来实施分配。
12.具有如权利要求10或11所述的装置且具有与所述装置耦合的骨干节点的网络，所述骨干节点被配置为检测接收性能以及将所述接收性能的指示送出到所述装置。
13.一种计算机可读介质，包括用于为无线接口分配收听无线信道的计算机程序，所述无线接口用于在超低功率无线节点与骨干节点之间通信，当所述超低功率无线节点在至少两个无线信道上送出具有相同数据包的传送时使用，用于在骨干节点处接收在由所述超低功率无线节点用来传送的无线信道上运载数据包的传送，所述程序具有指令用于使处理器实施如权利要求3-9中任一项所述的方法。
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