CN106471747A - 跳频无线网络中的节点同步 - Google Patents

Abstract

用于同步跳频网络中的节点的方法包括监视跳频率信道以探测在由网络协调器节点使用的一组控制信道上发送的跳通告。跳通告指定将在跳频序列中的第一跳频率之后使用的第二跳频率信道。响应于接收到跳通告，节点监视第二跳频率以接收停留开始消息。停留开始消息是从协调器节点发送的，以用信号通知停留周期的开始，在该停留周期期间，第二跳频率将被网络用于传送数据。

Description

跳频无线网络中的节点同步

技术领域

本发明性装置涉及无线网络，并且更具体而言涉及根据跳频方案进行通信的无线网络。

背景技术

许多无线通信系统使用所谓的跳频方法以允许节点之间的通信，这种通信以使用多个通信信道(频带)的方式，一次一个信道，并且根据预定的序列按时间改变射频信道。通常，这种信道“跳跃”根据非常规则的时间表每秒发生若干次(例如，3-5次)。花在每个射频或信道上的时间被定义为“停留时间”或“停留时间持续时间”，并且这个时间段的范围通常保持为恒定值。

跳频的价值在于以下事实：(1)它允许系统在可能被环境中的电磁噪声干扰的任何一个信道或少量信道上花费最少的时间，(2)它允许多个系统共存并使用公共的信道集合，及(3)除了所传送数据的加密之外，它还提供附加的安全性。但是，在某些类型的无线网络中，构成网络的节点在绝大多数时间内睡眠，并且在保持准确的时间时钟方面具有很大的困难。这种无线网络的例子是低成本低占空比无线传感器网络。在这种网络中，实现跳频的一个巨大挑战是提供某种机制或方法，通过该机制或方法，(大部分时间在睡眠或不活动的)各个节点可以维持与网络中的其它节点的信道跳同步。当要在节点之间维持这种同步而没有常规消息传送以实现定时校正时，这个问题尤其困难。

对如本文所述的无线网络中维持跳同步的问题有两种常见的解决方案。根据一种做法，参与网络的每个无线节点使用实时时钟，并且需要足够经常地唤醒以维持那个时钟的准确度。这种做法的问题在于，为了维持同步的目的，节点必须唤醒的频率会如此之大，以至于其随时间的推移使用节点上可用的大量有限功率资源。相应地，这种做法会大大减少网络中的无线节点的电池寿命。对该问题的替代做法接受以下事实：不活动或睡眠节点将不保持同步。作为替代，当特定节点需要通信时，它首先扫描网络以“重新找到”网络的当前活动信道。但是这种网络扫描过程也会消耗大量功率，并且因此减少网络中电池供电节点的电池寿命。

发明内容

本发明的实施例涉及用于控制网络的方法。无线通信设备的网络中的两个或更多个节点使用跳频方法进行通信。这种技术涉及根据跳频序列改变用于在一组跳频率信道之间传送数据的RF载波频率。在从跳频序列的第一RF载波频率到跳频序列中第二RF载波频率的网络过渡时间之前，在所选择的一组控制信道上发送跳通告(即，载波设置)。跳通告由网络协调器节点发送，并指定第二RF载波频率(例如，序列中的下一跳)。在发送跳通告并将其信道改变成新信道(载波频率)之后，网络协调器节点在第二RF频率上发送停留开始消息，以用信号通知停留周期的开始。停留周期是在跳到下一个频率之前期间第二RF频率将被网络用于在各个节点之间传送数据的周期。在发送停留开始消息之后，协调器节点在停留周期期间监听，以从构成网络的两个或更多个节点中的下属节点接收消息。在停留周期结束时，以新的一组跳通告消息、新的信道改变以及新信道上的停留开始消息传输开始新的循环。信道跳跃以这种方式无限地进行。

本发明还涉及一种用于在跳频网络的下属节点中建立跳同步的方法。下属节点监视多个RF跳频率信道中的任何一个以探测在由网络协调器节点使用的一组控制信道上发送的跳通告。跳通告指定将在跳频序列中的第一RF频率之后使用的第二RF载波频率。响应于接收到跳通告，下属节点经由其内部软件被控制，以使其监视已经由跳通告指定的第二RF频率。该过程通过在下属节点处在第二RF频率接收停留开始消息来继续。停留开始消息从协调器节点发送，以用信号通知停留周期的开始，在停留周期期间，第二RF频率将被网络用于传送数据。

附图说明

将参考以下附图描述实施例，其中在所有附图中相同的标号表示类似的项，并且其中：

图1是对理解无线跳频网络有用的图。

图2是对理解图1的无线跳频网络中的协调节点的操作有用的流程图。

图3是对理解图1的无线网络中的控制频率分组有用的频率规划图。

图4是对理解网络协调节点的操作有用的时序图。

图5是对理解用于在图1的无线跳频网络中协调下属节点中的频率跳有用的方法的流程图。

图6是对理解用于如图2-5中所描述的协调频率跳的方法有用的时序图。

图7是对理解图1中的无线跳频网络的示例性无线节点有用的图。

具体实施方式

参照附图描述本发明。附图不是按比例绘制的并且它们仅用于说明本发明。下面参照示例应用来描述本发明的几个方面。应当理解，阐述了众多具体细节、关系和方法，以提供对本发明的完全理解。但是，相关领域的普通技术人员将容易认识到，本发明可以在没有一个或多个具体细节的情况下实践。在其它情况下，未详细示出众所周知的结构或操作，以避免模糊本发明。本发明不限于所示的动作或事件的次序，因为一些动作可以以不同的次序发生和/或与其它动作或事件同时发生。此外，并非所有示出的动作或事件都是实现根据本发明的方法所必需的。

简而言之，本发明涉及跳频网络，其包括协调器节点和多个下属节点。当网络跳过一组跳频率信道时，网络利用可变(并且一般非常短)的信道停留时间。在每一跳之前，网络协调器节点在从较大的跳频率信道集合中选择的信道子集上发送简短的跳通告消息。所选择的信道的子集包括一组控制信道。作为例子，在特定的跳频网络中，可以提供50个跳频率信道并且特定的控制信道集将包括10个信道。相应地，将存在五组控制信道，每组具有10个信道。

跳通告消息包含指定对应于下一个停留时间的跳载波频率的信息(即，信道号)。然后网络协调器跳到由通告消息指定的新的信道号并发送被称为停留开始消息的第二类型的消息。然后协调器节点在该新信道上监听来自参与其网络的各个节点中任何节点的消息。在停留周期结束时，协调器再次进行步骤循环(在(新的且不同的)控制信道集合上的跳通告消息，随后是信道改变，随后是停留开始消息，随后是对可能到达信道的任何消息的简短监听)。

如果协调器节点在其在信道上的短暂停留时间期间听到来自其它节点中一个节点的消息的开始，则如果必要的话，它将延长停留时间所需要的那么长，以听到完整的消息并发送任何所需的响应(诸如应答消息)。协调器节点还可以在停留时间期间向网络中的其它节点发起消息。为了这些发送的消息，假设作为处理跳通告和停留开始消息的结果，网络的其它节点可以跟踪网络频率跳(并与其同步)。如果不能进行这种假设(例如，如果协调器的出站消息的预期接收者十之八九在睡眠中)，则协调器将在其存储器中保存该消息，继续如上所述的信道跳频，然后在可以安全地假设接收方节点是醒着的稍后时间，(例如，紧接着在协调器从那个节点接收到消息之后)，协调器将向接收方节点发送其出站消息。一般而言，来往于这种节点的消息是利用消息应答(即，接收后答复)来完成的，以确保消息递送。

当睡眠的下属节点从部分不活动状态唤醒时，它将选择跳频率信道中的一个来监视通告消息。为此目的选择的跳频率信道不是关键的。为了理解为什么所选择的跳频率信道不是关键的，必须理解的是，协调器节点将对对于特定跳的持续时间被暂时指定为控制信道的下一组跳频率信道或下一组跳频率信道集合持续地迭代或循环。对于每一跳，协调器节点将在那组控制信道上广播其通告消息，以识别网络将使用的下一个或后续跳频率信道。因此，监视特定跳频率频道的下属节点将不可避免地在预定数量的网络频率跳之后在任何跳频率信道上听到该通告消息。例如，考虑具有50个跳频率信道的系统，其被组织成5个控制信道组，每组10个信道。如果网络协调器迭代地对每个网络频率跳选择不同的控制信道组，则网络协调器将在其恰好在被下属节点监视的跳频率信道上发送跳通告之前跳跃(在最坏情况下)不超过5次。现在将参照图1-7进一步详细描述本发明布置。

现在参考图1，示出了由协调器节点104和多个下属节点102₁、102₂、102₃…102_n组成的无线网络100。协调器节点和下属节点利用跳频方法在彼此之间无线通信。跳频方法一般涉及根据跳频序列改变用于在一组跳频率信道之间传送数据的RF载波频率。跳频系统的基本操作一般而言是众所周知的，因此在这里不再详细描述。但是，简单地说，在跳频通信系统中，用于在构成网络的各个节点之间进行通信的无线电载波频率(下文中被称为“跳频率”)迅速改变。在任何给定时刻使用的频率将是与指派给网络的各个跳频率信道之一相关联的频率。跳频率信道的示例性集合在图3中示出。在所示的例子中，存在被识别为f1-f50的50个不同跳频率信道。每个跳频率信道对应于可被网络100用于传送数据的特定跳频率。当然，本发明不限于任何特定数量的跳频率信道，并且可以使用更多或更少的信道。

当跳频率不变时跳之间的时间在本文中被称为停留时间持续时间或简称为停留时间。这个停留时间持续时间是期间在特定频率上网络通信在网络的各个节点之间进行的时间长度。如下面进一步详细解释的，网络100中的停留时间持续时间是可变的。在无线网络100中，指派给每个后续网络跳的跳频率一般是根据预定的跳频序列来确定的。跳频序列将指定要用于这种通信的无线电频率或信道的序列。该序列可以根据伪随机函数或通过任何其它手段来确定。

如果网络的当前跳频率是已知的，则网络100的每个节点将具有用于确定后续跳频率的序列的足够手段(例如查找表或算法)。但是，如果节点102₁、102₂、102₃…102_n在绝大多数时间睡眠(在省电的部分不活动状态下操作)，则它们可能难以维持具有足够准确度的时间时钟，用于维持与网络100的剩余部分的跳同步。这种无线网络的例子是低成本低占空比无线传感器网络。相应地，有利地提供某种机制或方法，通过该机制或方法，各个节点102₁、102₂、102₃…102_n可以与网络中的其它节点维持信道跳同步。

在图1所示的网络中，信道跳同步是利用网络协调器节点104和如下所述的同步方法来维持的。网络协调器节点可以是具有为促进这种节点作为网络协调器的操作而专门提供的特殊硬件和/或软件的节点。作为替代，下属节点102₁、102₂、102₃…102_n中的一个或多个可被设计为当被网络或操作者为此目的选择时可选地充当协调器节点104。如本文所描述的节点的配置关于图7更详细地描述。

现在参考图2，示出了对理解网络100中协调器节点的操作有用的过程200。过程200参考是频率规划图的图3和是时序图的图4被最好地理解。

过程200开始于步骤204，其中为当前信道跳选择控制信道组。所选择的控制信道组中的跳频率信道是将被协调器节点用于如上所述发送通告消息的信道。根据本发明的一方面，可用跳频率信道的完整集合(例如50个信道)被分成N个控制信道组。在图3中所示的示例性布置中，存在50个跳频率信道f1-f50，其被均匀地划分为五组控制信道(N＝5)。跳频率信道f1-f10包括在控制信道组1中，跳频率信道f1-f20包括在控制信道组2中，跳频率信道f21-f30包括在控制信道组3中，跳频率信道31-40包括在控制信道组4中，并且跳频率信道41-50包括在控制信道组5中。在这个示例性实施例中，五个控制信道组或集合中的每一个包括10个跳频率信道。当然，每个控制信道组中的跳频率信道的数量可以大于或小于图3所示的那些。例如，跳频率信道的数量可以从相对少(例如10或25)到大于1000的范围。

类似地，分配给每个控制信道组的跳频率信道的数量可以依赖特定系统及其需求而变。每个控制信道组中控制信道的数量优选地足够大，以便最小化让协调器节点104循环通过所有N个控制信道组所花费的时间。在每个控制组中包括更大数量的跳频率信道将必然导致协调器节点必须循环通过的更少数量的控制信道组。相反，必须考虑协调器节点104的发送器限制。如果在每个控制组中包括过大数量的跳频率信道，则可能导致专用于控制信道消息传送的总网络时间的过大部分，以及总网络时间的用于信道停留的对应小的部分，在信道停留期间，网络进行其面向应用的消息传送。N的值和跳频率信道到每个控制组的指派可以由系统管理员设置。作为替代，N的值可以由协调器节点104在可选步骤(未示出)中自动选择。

一旦已经在204选择了控制信道组，协调器节点就在步骤206中继续以在包括所选择的控制信道组的所有控制信道上发送跳频率通告消息。这个步骤在图4中示出，图4示出跳频率通告消息402在控制信道组1上被发送。通告消息指示下一个跳频率信道是f31。

倘若通告消息402指定用于将在后续跳中被网络使用的跳频率信道的跳频率信道号(或等效的数据)，那么通告消息402的确切格式不是关键的。在优选实施例中，通告消息402将指定将在紧接在其中发送通告消息的跳之后的下一跳中被网络100使用的跳频率。

在发送跳频率通告消息402之后，协调器节点在208处继续发送停留开始消息。停留开始消息在先前在用于那一跳的通告消息中指定的跳频率信道上被发送。为了说明这个步骤，图4示出停留开始消息404在跳频率信道f31上发送。应当指出，信道f31是先前在通告消息402中指定的跳频率信道。倘若它足以允许节点102₁、102₂、102₃…102_n接收这种消息以标记对于那个特定跳的停留持续时间的开始，那么停留开始消息的确切格式不关键。

在发送停留开始消息之后，在步骤210中协调器节点监视为特定跳指定的当前跳频率信道。更具体而言，协调器节点104在停留时间持续时间期间在跳频率信道上监听或接收。这个概念在图4中示出，图4示出了协调器节点在停留时间406期间监视跳频率信道f31。协调器节点在跳频率信道f31上监听来自构成网络100的下属节点102₁、102₂、102₃…102_n之一的数据消息(例如，数据消息106)的出现。任何合适的消息格式都可被用于无线地传送数据消息106。作为替代，协调器节点104可以使用可用的停留时间持续时间来向下属节点中的一个或多个发送数据消息，下属节点通过监视如本文所述的通告和停留开始消息维持与网络100的频率跳同步。

协调器进行监视，以确定在跳频率信道上什么地方已经接收到消息(步骤212)，并且还监视时间，以确定停留时间间隔是否已经到期(步骤214)。如果接收到任何消息(212：是)，则对其进行处理(步骤216)。作为步骤214的实现的例子，协调器节点可以在停留开始消息首次被发送时启动定时器，然后可以跟踪所经过的时间的量。如果停留时间持续时间尚未到期(214：否)，则过程继续到步骤210，在那里继续用于特定频率跳的停留时间。协调器以这种方式继续检查接收到的消息和停留时间的到期时间，直到停留时间持续时间被确定为已经到期(214：是)。应当指出，因为步骤212发生在步骤214之前并且总是在“是”条件下执行步骤216，所以步骤212、214和216的特定排列和排序的净效果是，每当出现消息时，它就被处理，并且任何应答消息都在声明信道停留的结束之前被发送到始发网络节点(214：是)。这导致在跳频率信道上实际停留时间的小到中等扩展，但是保证到下一个信道的跳不会不方便地在与特定网络节点的消息交换中间发生。

利用前面的布置，使得特定频率跳的停留时间的总持续时间是可变的。这个概念在图4中示出，图4示出，与第二停留时间406相比，停留时间412可以具有不同的持续时间。可以在步骤214最初为停留时间持续时间设置最小时间值。这种最小时间将被选择为足以至少确定在协调器节点是否正在接收(或发送)消息。其后，这个最小预定停留时间持续时间可被自动扩展，以适应更长长度的消息传送。可变持续时间的停留时间持续时间特征是有利的，因为这便于在不存在消息传送时快速过渡到下一跳频率。这确保刚从其不活动状态被唤醒的下属节点102₁、102₂、102₃…102_n将利用本文所述的方法更快地变得与网络100同步。

在示例性布置中，如果在步骤204中为当前跳选择了组i，则组i-1被用于前一跳，并且组i+1将用于下一跳(如果i等于5，则i+1等于1)。由于所有跳频率信道都被包括在控制信道组中并且每个仅被包括一次，因此平均来说每个信道将在信道控制中被使用相同的时间量(即，在信道跳之前跳通告的传输)一定是真的。循环通过指定的控制信道组的这种简单迭代做法对于大多数目的是令人满意的。但是，本发明在这方面不受限制，并且其它手段也可被用于选择下一控制信道组。仍然，优选地以确保每个跳频率信道在信道控制中将被使用相同时间量的方式执行控制信道组的选择。

在一个特定实施例中，控制信道组可以由最近使用的跳频率信道(例如，最近的四个信道)以及当前信道组成。例如，如果网络当前在信道17上，并且在此之前网络在信道3、25、1、44、6和34上(按照那个次序，其中信道34紧接着在信道17之前被使用)，则四个控制信道的当前控制组将是17、34、6和44。紧接着在从信道17停留跳到新信道(比如，信道8)之前，协调器将在那些控制信道(即，17、34、6和44)上发送跳通告消息。在下一个循环(在信道8上停留之后)，控制组将变为8、17、34和6，其中信道44已经从控制信道组中被丢弃。这种“尾随控制信道组”方法具有的很大优点是，如果下属节点试图跟踪网络并恰好在其当前信道上错过一个或两个跳通告消息，则它仍然有在其当前信道脱离列表之前最终捕获跳通告消息的好机会。在上面的例子中，在跟踪下属节点的当前信道从控制信道列表中被丢弃之前，将耗费(take)跳通告的四个连续未命中。这使得有可能实现具有良好的控制信道使用效率和短平均网络获取时间的非常健壮和可跟踪的网络。

在步骤206，协调器节点在与所选择的控制信道组相关联的跳频率信道上发送跳频率通告消息。例如，在图4中，示出协调器节点发送跳频率通告消息408，该消息指定跳频率信道f48是下一个跳频率。接下来，协调器节点在跳频率信道f48上发送停留开始消息410，随后在跳频率信道f48上的停留时间412，在此期间可以接收(或发送)消息，并且以应答消息414结束。其后，可以在图4中观察到，选择控制信道组3，并且通告消息指定下一跳频率信道是f5。

从前面的讨论并从图3中应当明白，各组控制信道是从跳频率信道中选择的。一般而言，每个控制信道组将包含两个或更多个跳频率信道，如图所示。还将进一步明白的是，在特定停留时间期间用于广播通告消息的特定控制信道组是从如图3中所示的两个或更多个控制信道组中选择的。在特定跳期间使用的控制信道组可以从两个或更多个控制信道组中迭代地选择，或者可以通过其它手段(例如随机地)选择。

现在参考图5，提供了对理解由下属节点1021、1022、102₃…102_n执行的过程有用的流程图500。该过程在502开始并继续到步骤504，在那里选择跳频率信道之一用于监视。这种监视的目的是监听来自协调器节点104的跳频率通告。如上面所解释的，平均来说每个信道将在信道控制中被使用相同的时间量(即，信道跳之前跳通告消息的传输)。相应地，由下属节点选择用于监视的特定跳频率不是关键的，并且可以使用任何合适的方法来选择为此目的要监视的信道。在这点上，跳频率信道可以被随机地、迭代地或通过如下所述的某种替代手段来选择。

一旦已经在步骤504中选择了跳频率信道，下属节点就开始监视所选信道上的传输，以探测通告消息的存在。在508，下属节点进行检查，以确定通告消息是否已被接收。如果不是(508：否)，则下属节点返回到506并且继续在所选择的跳频信道上进行监视。可选地，可以为在预定时间之后在所选择的跳频率上没有接收到通告消息的情况提供步骤510。在RF干扰或其它通信条件阻止在特定跳频率信道上接收通告消息的情况下，步骤510会是有用的。在步骤510中超时时间段到期之后，该过程可以返回到步骤504，以在继续之前选择新的跳频率信道。

在某个时间(其将不超过N跳)之后，将在508确定是否已经接收到通告消息(508：是)。当这种情况发生时，下属节点将在步骤510从通告消息中提取指示跳频率信道的信息，并将其接收者设置为指定的跳频率信道。在步骤511中，下属节点可以使用所通告的跳频率来确定与已知跳频序列相关的网络的当前位置。例如，假设下属节点已存储了指定用于网络的跳频序列的信息是…f7、f31、f22、f9、f40、f37、f3、f22、f6…的信息并且通告消息指定下一跳是f31。基于指定下一跳频率信道的信息，下属节点还将能够预测在已知或预定跳频序列中的所有后续跳。在优选实施例中，通告消息将指定跳频序列中紧跟在当前跳频率信道之后的网络跳频率信道。这种布置将促进下属节点与跳频序列的尽可能快的同步。但是，本发明在这方面不受限制，并且由通告消息指定的跳频率信道也可以是在该跳频序列中稍后的一个或多个跳。这种延迟会是有用的，以允许下属节点有足够的时间来处理通告消息，然后将其接收者过渡到指定的跳频率信道。

该过程将在512继续，其中下属节点将开始监听或监视所通告的跳频率信道，以探测从协调器节点发送的停留开始消息的存在。下属节点将继续监视所通告的跳频率，以在514确定何时接收到停留开始消息。当接收到停留开始消息(514：是)时，它将充当用于下属节点的定时同步信号，其指示用于当前频率跳的停留时间持续时间的开始。可以可选地在516提供超时检查，如果在某个时间段之后没有接收到停留开始消息，则该超时检查将使过程返回到步骤506。这将使得下属节点在506获取更新的通告消息，然后如前所述继续。

应当明白，在一些实施例中，停留开始消息可以被省略，并且在新信道上停留的实际时间由在跳通告中给出的定时信息暗示，或者在跳通告中明确陈述(例如，停留在“x”毫秒后开始，其中“x”在每个跳通告中给出，以准确地反映在完成所有跳通告的传输和新信道停留开始之前剩余的时间量)。

在514接收到停留开始消息之后，过程将继续到步骤518，在那里数据消息可由下属节点发送。数据消息可以被指向协调器节点104或其它下属节点102₁、102₂、102₃…102_n之一。可选地，消息数据也可以由下属节点在与当前跳相关联的停留时间持续时间期间被接收。例如，所接收的消息数据可以包括来自另一节点的应答消息，该消息确认所发送的消息已被接收。在这个时间期间还可以可选地接收其它消息数据。

在520，确定当前是否正在接收或发送消息。如果是(520：是)，则在步骤522中将停留时间持续时间延长预定量，并且下属节点将在518继续接收。如果当前没有消息被接收或传送(520：否)，则过程将在524确定节点是否将返回到其不活动或睡眠状态。如果不是(524：否)，则该过程将继续到步骤526并根据预定的跳序列移动到下一跳频率。现在可以在不接收另外的跳频率通告消息的情况下完成该步骤，因为节点已经在511处确立了与跳序列相关的网络的当前位置。如果下属节点没有进一步的消息并且睡眠模式是适当的(524：是)，则该过程在步骤528结束。

将明白的是，下属节点102₁、102₂、102₃…102_n中的一个或多个可以在绝大多数时间是不活动的或处于睡眠模式，以便限制功耗。照此，这些节点可以使某些节点子系统(诸如无线电接收器和/或发送器)掉电以减少该节点所消耗的功率。只有在数据通信或其它整理任务需要时，这种下属节点才能唤醒并主动参与通信。当特定下属节点处于活动状态时，先前断电的子系统可以通电并且系统再次完全运作。对这些操作的控制可以由板上微处理器或控制器管理。在一些情况下，当传感器探测到被监视环境中的变化或某种其它活动时，节点可以被布置为通电。

在如本文所描述的示例性无线网络100中，多个节点102₁、102₂、102₃…102_n可以包括某种类型的传感器。这种节点通常没有任何要长时间通信的数据，并且因此在这种时段期间过渡到睡眠状态。这种节点可能由于这种长不活动时间而难以维持与在网络中通信的其它节点的信道跳同步。本文描述的发明性布置可以有利地提供一种手段，通过这种手段，不活动的节点可以通电并快速变得与跳频序列同步。

当任何下属节点102₁、102₂、102₃…102_n想要向协调器节点104发送消息时，它必须找到/跟踪网络100并捕获停留开始通告，之后它可以向协调器节点发送其消息。为了让协调器节点向下属节点发送消息，它必须或者(1)假设另一个节点正在跟踪网络(在这种情况下，它可以在停留时间持续时间期间简单地发送消息，或者(2)等待另一节点发送某种“保持活动”、“心跳”或“检查消息”消息。两个下属节点102₁、102₂、102₃…102_n可以彼此直接通信而不经过协调器节点或任何其它中间节点，如果这两个下属节点都在同一时间跟踪网络100的话(每个都假设另一个如此)。这是通过在当前跳信道上等待停留开始消息、然后始发节点开始直接寻址到接收方节点的消息的传输来完成的。

应当指出的是，本文描述的跳频方法不需要精确遵守任何特定的跳频调度。相应地，不需要精确和可预测的停留时间。因此，这是一种灵活的方案，在需要时允许长停留时间/长消息，否则的话就依赖短停留时间和方便的控制信道组大小(即，每组中包括的方便的跳频率信道数量)。这种做法导致对必须睡眠非常长时间并且实际上在睡眠时不能跟踪网络100或预测其信道跳的下属节点102₁、102₂、102₃…102_n的最短可能的网络获取时间(基于平均)。

本文描述的方法具体而言包括其中下属节点被指派用作获取信道(即，它们将监视跳通告消息的指派的信道)的特定跳频率信道的实施例。这允许下属节点102₁、102₂、102₃…102_n被划分为集合，这在一些下属节点具有比其它下属节点更高优先级的情况下可以有利于优化网络带宽使用。例如，网络100可以包括两种类型的下属节点–高优先级下属节点和低优先级下属节点。在这种情况下，可以向所有低优先级下属节点指派与有限数量的控制信道组(例如，控制信道组5)相关联的获取信道，而高优先级下属节点可以在更大数量的控制信道组(控制信道组1-4)之间均匀地拆分。

在其中使用讲话之前监听方法的网络中(通常是这种情况)，在经控制信道组1-4发送的跳通告消息之后的信道停留时间期间，网络流量将显著更轻。为了更具体地说明，假设网络由100个节点(4个节点高优先级和96个节点低优先级)组成。假设所有这些节点都具有非常低的占空比，并且因此必须在每次消息交换之前从头获取网络(即，利用控制信道)。如果4个高优先级节点每个都被指派给控制信道组1、2、3或4(例如，每个组一个)，并且，如果其它96个低优先级节点都被指派给控制信道组5，则显然从高优先级节点发起的消息将具有在没有多个故障和重新发送/重新尝试的情况下被发送的更好机会。低优先级节点将全都相互竞争(每第五跳)发送它们各自的消息的机会。在繁忙的网络时段期间，这可能导致来自那些低优先级节点的消息延迟。还应当指出，在某些情况下(例如，当发送简单的整理消息时)节点可以处于低优先级模式，而当处于不同的环境设置时(例如，当处于报警状态时)，节点可以切换到高优先级模式。

在本发明的一些实施例中，本文描述的通告消息可以包含除了简单地识别下一跳频率之外的附加数据。例如，在可以利用各种不同跳序列的网络中，通告消息可以指定正在使用的特定跳序列。通告消息还可以指定对下属节点有用的其它信息。例如，如果协调器节点104已经确定特定跳频率信道上的RF干扰过大，则可以从预定跳频序列中省略该信道。可以在通告消息中识别从预定跳频序列省略的跳频率信道。

现在参考图7，示出了对理解示例性无线节点700有用的图。协调器节点104和下属节点102₁、102₂、102₃…102_n可以各自具有类似于如下文所述的无线节点700的体系架构和布置。无线节点700可以包括经由系统总线720彼此通信的中央处理单元712、主存储器716和静态存储器718。无线节点700还可以包括射频信号可以通过其被发送的发送器724，以及射频信号可以通过其被接收的接收器。根据优选实施例，无线节点700包括代替接收器和发送器的收发器，其中收发器既作为发送器又作为接收器。

一个或多个用户输入设备704可以包括在无线节点700中，诸如键盘和/或光标控制设备。诸如显示屏或(一个或多个)状态指示灯之类的用户输出设备702可被用来向用户传送关于无线节点700的操作和状态的信息。用户输入设备704和用户输出设备702可以通过系统总线与中央处理单元通信，但也可以通过其它接口和总线结构连接。可选的用户网络接口硬件714可以便于与无线节点设备通过有线或无线手段连接到其的其它数据处理装备的数据通信操作。但是，在某些实施例中，这些功能可以替代地由中央处理单元712执行。

驱动单元706包括计算机可读存储介质710，在其上存储被配置为实现本文描述的方法、过程或功能当中一个或多个的指令708(例如，软件代码)的一个或多个集合。指令708还可以在由无线节点700执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器716、静态存储器718和/或中央处理单元712内。主存储器716和中央处理器单元712也可以构成机器可读介质。

术语“计算机可读存储介质”应当被理解为包括能够存储用于由机器执行的一组指令并且使得机器执行本公开内容的任何一个或多个方法的任何非瞬态介质。相应地，术语“计算机可读介质”应当被理解为包括但不限于固态存储器，诸如存储卡或容纳一个或多个只读(非易失性)存储器、随机存取存储器或其它可重写(易失性)存储器的其它封装。相应地，本公开内容被认为包括如本文所列举的计算机可读介质，并且包括其中存储本文的软件实现的公认的等同物和后继介质。本领域技术人员将明白，图7中所示的设备体系架构是无线节点的一个可能例子。但是，本发明在这方面不受限制，并且也可以使用任何其它合适的计算设备体系架构而没有限制。

包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件设备的专用硬件实现同样可以被构造为实现本文所描述的方法。可以包括各种实施例的装置和系统的应用广泛地包括各种电子和计算机系统。一些实施例在两个或更多个特殊互连的硬件模块或设备中实现功能，其中相关的控制和数据信号在模块之间并通过模块传送，或者作为专用集成电路的部分。因此，示例性系统可应用于软件、固件和硬件实现。根据本发明的各种实施例，下面描述的方法作为软件程序存储在计算机可读存储介质中，并且被配置为在计算机处理器上运行。

虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，它们仅仅是作为例子而不是限制给出的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以根据本文的公开内容对所公开的实施例进行多种改变。因此，本发明的宽度和范围不应当受任何上述实施例的限制。相反，本发明的范围应当根据以下权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种用于控制网络的方法，包括：

通过根据跳频序列改变用于在一组跳频率信道之间的通信的RF载波频率，在无线通信设备的网络中的多个节点之间利用跳频方法进行所述通信；

在从所述跳频序列的第一RF载波频率到所述跳频序列中的第二RF载波频率的网络过渡时间之前，通过使用所述多个节点的协调器节点在一组控制信道上发送跳通告，所述跳通告指定第二RF载波频率；

在由协调器节点指定的时间开始停留时间持续时间，在此期间第二RF载波频率将被网络用于所述通信；及

在所述停留时间持续时间期间在所述协调器节点接收来自所述多个节点的下属节点的消息。

2.如权利要求1所述的方法，还包括通过接收所述跳通告来确定在下属节点处的第二RF载波频率。

3.如权利要求2所述的方法，还包括基于从协调器节点接收的停留开始消息在下属节点处确定所述停留时间持续时间的开始。

4.如权利要求3所述的方法，还包括在所述停留时间持续时间期间将所述数据消息从所述下属节点发送到所述协调器节点。

5.如权利要求2所述的方法，还包括在下属节点处确定跳频序列中在第二RF载波频率之后的至少第三RF载波频率，不包括接收所述第三RF频率的跳通告。

6.如权利要求2所述的方法，还包括基于存储在所述下属节点处的指定跳频序列的信息在下属节点处确定跳频序列中在第二RF载波频率之后的至少第三RF载波频率。

7.如权利要求6所述的方法，还包括响应于对应于所述停留时间持续时间的预定时间段到期而在下属节点处从第二RF载波频率自动过渡到第三RF载波频率。

8.如权利要求7所述的方法，还包括在需要时自动扩展所述预定时间的持续时间，以便于所述消息的完整接收。

9.如权利要求1所述的方法，还包括选择每个所述控制信道组以包括多个所述跳频率信道。

10.如权利要求9所述的方法，还包括选择控制信道组以包括根据跳频序列当前被指定用于网络通信的载波频率。

11.如权利要求9所述的方法，还包括动态地选择所述控制组的所述多个跳频率信道以包括根据跳频序列最近用于通信的那些RF载波频率。

12.一种用于在跳频网络中建立跳同步的方法，包括：

通过根据跳频序列改变用于在一组跳频率信道之间的通信的RF载波频率，在无线通信设备的网络中的多个节点之间利用跳频方法进行所述通信；

在所述多个节点的下属节点处监视多个RF跳频率信道中的任何一个信道以探测在由网络协调器节点使用的一组控制信道上发送的跳通告，所述跳通告指定跳频序列中将在第一RF载波频率之后被使用的第二RF载波频率；

响应于接收跳通告，控制下属节点使其监视第二RF载波频率；

由下属节点在第二RF载波频率上接收来自协调器节点的停留开始消息，以用信号通知停留时间持续时间的开始，在此期间，第二RF载波频率将被网络用于所述通信。

13.如权利要求12所述的方法，还包括在接收到所述停留开始消息之后在所述停留时间持续时间期间向所述协调器节点发送来自下属节点的消息。

14.如权利要求12所述的方法，还包括在下属节点处确定跳频序列中在第二RF频率之后的至少第三RF载波频率，不包括接收所述第三RF载波频率的跳通告。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述第三RF载波频率是基于存储在所述下属节点处的指定跳频序列的信息来确定的。

16.如权利要求14所述的方法，还包括响应于对应于所述停留时间持续时间的预定时间的持续时间的到期而在下属节点处从第二RF载波频率自动过渡到第三RF载波频率。

17.如权利要求16所述的方法，还包括在需要时在所述下属节点处自动扩展所述预定时间的持续时间，以便于所述消息的完整接收。

18.如权利要求12所述的方法，还包括选择每个所述控制信道组以包括多个所述跳频信道。

19.如权利要求18所述的方法，还包括选择控制信道组以包括根据跳频序列当前被指定用于网络通信的载波频率。

20.如权利要求18所述的方法，还包括动态地选择所述控制组的所述多个跳频信道以包括根据跳频序列最近用于通信的那些RF载波频率。